偶看新闻江宁银杏湖游乐场图片:清华大学 DMB-T 地面数字电视传输方案白皮书(二)
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/05/04 08:41:40
第二部分 关于清华大学DMB-T 地面数字电视传输方案
2.1 DMB-T 方案是在什么背景下提出的？
数字电视逐步替代模拟电视是一次新的产业升级。中国将有巨大的数字电视消费市场，确立中国自己的技术标准来发展拥有自主知识产权的数字电视事业，不仅可以满足广大人民群众日益增长的物质、文化需求，还可以带动相关产业快速发展，摆脱我国在DVD、数码相机等领域受国外专利困扰的尴尬局面。
此外，模拟电视由于存在雪花、重影、斜纹、亮色互串等问题，而正在全世界范围内逐步引退。而世界上已有的欧洲、美国、日本三大地面数字电视标准，在移动接收、频谱效率、单频网、干扰、系统的灵活性等方面各有相应的不足之处和无法解决的问题。对于地面数字电视广播来讲，首先要求有足够高的传输码率，其次要实现和模拟电视节目的同播，更重要的是能够支持移动接收和便携接收，还有多业务扩展功能。
清华大学经过对数字电视技术发展趋势和我国应用与产业需求的认真分析，借鉴世界上已有标准的经验教训，融合了数字通信最新发展的成熟技术，在1999 年原创性地提出具有完整自主知识产权的DMB-T 标准方案。目标是提出具有我国自主知识产权、在功能上具有可扩展性、满足我国地面数字电视传输要求的地面数字电视广播传输方案，通过扩展进而能够实现多媒体信息的室内/室外、固定/ 移动和便携、单向广播/双向通信等。并于2001 年首次实现DMB-T 从发端到收端的试验系统，到2002 年底基本定型。在随后进行的各种试验和测试中，都充分证明该方案与现有模拟电视传输频道制式兼容，并且具有高清晰度电视、标准清晰度电视和多媒体数据兼容传输和单频组网能力，支持移动接收和便携式终端；特别是在快速同步、抗干扰能力、高频谱利用率、灵活组网等关键技术性能方面，与欧洲、美国、日本已有标准相比，具有明显的综合技术优势和应用特点。
到目前为止，DMB-T 在技术可行性、系统稳定性、产业化、运营可行性等方面已经满足我国地面数字电视标准的要求。
2.2 DMB-T 地面数字电视传输系统的原理是什么？
DMB-T 采用了PN 序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术,这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来，在频域传送有效载荷，在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计, 实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。
在技术上，针对插入强功率同步导频的传统OFDM 调制方式，在传输系统的有效性、可靠性都受损失的缺陷，发明了基于PN 序列扩频技术的高保护同步传输技术和巧妙利用OFDM 保护间隔的填充技术，同时提高了传输系统的频谱利用效率和抗噪声干扰性能。针对地面数字电视广播现有传输标准的信道估计迭代过程较长的不足，发明了新的TDS-OFDM 信道估计技术，提高了系统移动接收性能。针对采用多载波COFDM技术的欧标DVB-T比采用单载波8VSB的美标ATSC系统误码门限差的现实，发明了一种新的纠错编解码（FEC）技术，成功地避开了国外专利保护，获得了比ATSC 更好的系统误码性能。针对其他标准无法支持双向互动、互联网扩展等问题，进行了支持互连网的扩展设计，以便适应未来信息的数字化、多样化和多媒体化拓展，在现有数字电视无线广播基础上可进一步扩展互连网业务、组播、点播、导呼等增值业务,甚至进而拓展视频、数据和语音等综合、交互、移动、便携。针对数字视音频产业已有的成果，DMB-T 设计了灵活的接口方案，支持国际上通用的MPEG2-TS 流数据格式，可以支持任何类型的视频压缩和数据格式，如MPEG-2、MPEG-4 等。
DMB-T 还采用了不同于已有数字电视技术标准的与自然时间同步的分层复帧结构，来支持单频网。单频网不但能够更好的支持移动数字电视服务，而且能够解决由单个发射机无法覆盖的盲区问题。
图1 DMB-T 系统的发射机原理框图
2.3 DMB-T 有什么技术特点和优势？
DMB-T 在最早的测试中就表现出比现有任何地面数字电视标准都好得多的性能和特点，这些优势在各种实验室测试和场地试验中都得到充分的证实，主要包括：
（1）DMB-T 提供更大的有效载荷。采用保护间隔PN 填充技术，无需象欧洲DVB-T 那样插入过多的导频信号，使得系统的频谱利用率比DVB-T 提高10%，从而能够传输更多的有效载荷。
1 （2）比其他方案有更高的接收灵敏度。 DMB-T 比欧洲DVB-T 系统的信噪比门限有超过10％的提高，接收灵敏度大大提高。
2 （3）能够在高速移动状态下接收。采用时域的快速信道估计技术，使系统同步和信道估计时间由其他标准的约200ms和1ms分别降低到2ms和0.6ms左右。
3 （4）更好地单频网支持。与绝对时间同步的帧结构，使其单频网同步设备比DVB-T 的同类设备更易实现，同时可在更大范围内支持移动接收单频网。
4 （5）更强的功能扩展。每一个长度500μS 信息数据的信号帧设定了独特地址的帧头，可以方便数据信息的识别和分离，以融合多业务广播；快速同步和可识别信号帧及与绝对时间同步的复帧结构，可以支持双向互动系统；方便设置自动唤醒功能达到节电目的，这可以支持便携接收。
2.4 DMB-T 技术的知识产权情况怎么样？
DMB-T 方案是根据自己的原创性发明专利和结构性的系统创新有机整合而成的数字电视广播传输方案，具有完整的自主知识产权体系。到目前为止，与DMB-T 方案直接相关的清华大学职务发明专利40 项。
国家知识产权局在2002 年经过严格专利评估形成的《数字电视地面传输技术方案专利评估报告》中，给出了清华DMB-T 方案的总体评价：“清华大学方案不同于目前的任何一种数字电视的体制。其基础是通信技术的 OFDM 技术、扩频和同步技术。采用清华大学专利申请所支持的方案作为中国的数字电视的传输体制，所面临的专利付费的形势是乐观的，另一方面，清华大学方案在一定程度上会形成阻挡外国产品进入中国的壁垒，这种壁垒的作用还要取决于配合该方案的后续配套申请和实现技术的数量和质量。”
2.5 DMB-T 和欧洲的DVB-T 相比有什么优势？
众所周知，欧洲的DVB-T 标准协议支持室内固定接收，同时也支持单频网。欧洲DVB 组织在考虑便携接收的需求时，又增加了4K-OFDM 模式以支持移动接收的DVB-M 标准，和增加支持互动服务（与电信网接口）的DVB-X 标准；最近大力提倡和试验的增加支持手持终端（具有省电功能）的DVB-H 标准。
从功能上总体来看，清华大学的DMB-T 系统实际上已经包括了欧洲的DVB-T 和DVB-H，用一个简单的式子表示就是：DMB-T ＝ DVB-T ＋ DVB-H
其中：DMB-T 表示清华大学的地面数字电视传输标准；
DVB-T 表示欧洲的地面数字电视传输标准；
DVB-H 表示具有支持手持终端（具有省电功能）的DVB-H 标准。
表1 DMB-T 和DVB-T 系统的主要性能指标比较
DMB-T(4K) QPSK
DVB-T(2K) QPSK
DMB-T(4K) 64QAM
DVB-T(8K) 64QAM
保护间隔
55.56 µs(1/9)
56 µs(1/4)
55.56 µs(1/9)
56 µs(1/16)
传输速率
5.414 Mbps
4.97 Mbps
24.365 Mbps
23.42 Mbps
频谱利用率
0.68 bps/Hz
0.62 bps/Hz
3.1 bps/Hz
2.9 bps/Hz
C/N 门限（AWGN）
2 dB
4.7 dB
18.6 dB
18.6 dB
接收灵敏度
-97.1 dBm
-87.1 dBm
-81.0 dBm
-78.6 dBm
多径干扰均值/方差
4.19 dB / 1.25
7.65 dB / 2.74
22.38 dB / 2.74
24.86 dB / 12.43
信号截获时间
约5ms
约100ms
约5ms
约100ms
说明：1）多径干扰测试模型共采用：中国广电10 个（1-10）和巴西5 个（A、B、C、D、E）2）表格中的数据是在 MPEG 码流误码率为 3×10-6 时的信噪比 SNR
2.6 DMB-T 是否兼容MPEG-4、AVS、IP 等格式？支持16:9 格式吗？
DMB-T 系统是一个完整透明的数据传输系统，支持所有传输格式为MPEG2-TS 流的数据码流。不管什么样的数据，例如MPEG-1、MPEG-2、中国的AVS 、MPEG-4 、H.264、IP 数据、Windows Media 9 等格式的数据码流，只要打包成该格式的码流都可以经过DMB-T 传输系统进行传送。当然也包括16:9 等各种显示格式的信源数据流。
文章标签:DMB-T正交频分复用数字电视地面广播DVB-T
文章出处:清华大学
2.1 DMB-T 方案是在什么背景下提出的？
数字电视逐步替代模拟电视是一次新的产业升级。中国将有巨大的数字电视消费市场，确立中国自己的技术标准来发展拥有自主知识产权的数字电视事业，不仅可以满足广大人民群众日益增长的物质、文化需求，还可以带动相关产业快速发展，摆脱我国在DVD、数码相机等领域受国外专利困扰的尴尬局面。
此外，模拟电视由于存在雪花、重影、斜纹、亮色互串等问题，而正在全世界范围内逐步引退。而世界上已有的欧洲、美国、日本三大地面数字电视标准，在移动接收、频谱效率、单频网、干扰、系统的灵活性等方面各有相应的不足之处和无法解决的问题。对于地面数字电视广播来讲，首先要求有足够高的传输码率，其次要实现和模拟电视节目的同播，更重要的是能够支持移动接收和便携接收，还有多业务扩展功能。
清华大学经过对数字电视技术发展趋势和我国应用与产业需求的认真分析，借鉴世界上已有标准的经验教训，融合了数字通信最新发展的成熟技术，在1999 年原创性地提出具有完整自主知识产权的DMB-T 标准方案。目标是提出具有我国自主知识产权、在功能上具有可扩展性、满足我国地面数字电视传输要求的地面数字电视广播传输方案，通过扩展进而能够实现多媒体信息的室内/室外、固定/ 移动和便携、单向广播/双向通信等。并于2001 年首次实现DMB-T 从发端到收端的试验系统，到2002 年底基本定型。在随后进行的各种试验和测试中，都充分证明该方案与现有模拟电视传输频道制式兼容，并且具有高清晰度电视、标准清晰度电视和多媒体数据兼容传输和单频组网能力，支持移动接收和便携式终端；特别是在快速同步、抗干扰能力、高频谱利用率、灵活组网等关键技术性能方面，与欧洲、美国、日本已有标准相比，具有明显的综合技术优势和应用特点。
到目前为止，DMB-T 在技术可行性、系统稳定性、产业化、运营可行性等方面已经满足我国地面数字电视标准的要求。
2.2 DMB-T 地面数字电视传输系统的原理是什么？DMB-T 采用了PN 序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术,这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来，在频域传送有效载荷，在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计, 实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。
在技术上，针对插入强功率同步导频的传统OFDM 调制方式，在传输系统的有效性、可靠性都受损失的缺陷，发明了基于PN 序列扩频技术的高保护同步传输技术和巧妙利用OFDM 保护间隔的填充技术，同时提高了传输系统的频谱利用效率和抗噪声干扰性能。针对地面数字电视广播现有传输标准的信道估计迭代过程较长的不足，发明了新的TDS-OFDM 信道估计技术，提高了系统移动接收性能。针对采用多载波COFDM技术的欧标DVB-T比采用单载波8VSB的美标ATSC系统误码门限差的现实，发明了一种新的纠错编解码（FEC）技术，成功地避开了国外专利保护，获得了比ATSC 更好的系统误码性能。针对其他标准无法支持双向互动、互联网扩展等问题，进行了支持互连网的扩展设计，以便适应未来信息的数字化、多样化和多媒体化拓展，在现有数字电视无线广播基础上可进一步扩展互连网业务、组播、点播、导呼等增值业务,甚至进而拓展视频、数据和语音等综合、交互、移动、便携。针对数字视音频产业已有的成果，DMB-T 设计了灵活的接口方案，支持国际上通用的MPEG2-TS 流数据格式，可以支持任何类型的视频压缩和数据格式，如MPEG-2、MPEG-4 等。
DMB-T 还采用了不同于已有数字电视技术标准的与自然时间同步的分层复帧结构，来支持单频网。单频网不但能够更好的支持移动数字电视服务，而且能够解决由单个发射机无法覆盖的盲区问题。
图1 DMB-T 系统的发射机原理框图
2.3 DMB-T 有什么技术特点和优势？
DMB-T 在最早的测试中就表现出比现有任何地面数字电视标准都好得多的性能和特点，这些优势在各种实验室测试和场地试验中都得到充分的证实，主要包括：
（1）DMB-T 提供更大的有效载荷。采用保护间隔PN 填充技术，无需象欧洲DVB-T 那样插入过多的导频信号，使得系统的频谱利用率比DVB-T 提高10%，从而能够传输更多的有效载荷。
1 （2）比其他方案有更高的接收灵敏度。 DMB-T 比欧洲DVB-T 系统的信噪比门限有超过10％的提高，接收灵敏度大大提高。
2 （3）能够在高速移动状态下接收。采用时域的快速信道估计技术，使系统同步和信道估计时间由其他标准的约200ms和1ms分别降低到2ms和0.6ms左右。
3 （4）更好地单频网支持。与绝对时间同步的帧结构，使其单频网同步设备比DVB-T 的同类设备更易实现，同时可在更大范围内支持移动接收单频网。
4 （5）更强的功能扩展。每一个长度500μS 信息数据的信号帧设定了独特地址的帧头，可以方便数据信息的识别和分离，以融合多业务广播；快速同步和可识别信号帧及与绝对时间同步的复帧结构，可以支持双向互动系统；方便设置自动唤醒功能达到节电目的，这可以支持便携接收。
2.4 DMB-T 技术的知识产权情况怎么样？
DMB-T 方案是根据自己的原创性发明专利和结构性的系统创新有机整合而成的数字电视广播传输方案，具有完整的自主知识产权体系。到目前为止，与DMB-T 方案直接相关的清华大学职务发明专利40 项。
国家知识产权局在2002 年经过严格专利评估形成的《数字电视地面传输技术方案专利评估报告》中，给出了清华DMB-T 方案的总体评价：“清华大学方案不同于目前的任何一种数字电视的体制。其基础是通信技术的 OFDM 技术、扩频和同步技术。采用清华大学专利申请所支持的方案作为中国的数字电视的传输体制，所面临的专利付费的形势是乐观的，另一方面，清华大学方案在一定程度上会形成阻挡外国产品进入中国的壁垒，这种壁垒的作用还要取决于配合该方案的后续配套申请和实现技术的数量和质量。”
2.5 DMB-T 和欧洲的DVB-T 相比有什么优势？
众所周知，欧洲的DVB-T 标准协议支持室内固定接收，同时也支持单频网。欧洲DVB 组织在考虑便携接收的需求时，又增加了4K-OFDM 模式以支持移动接收的DVB-M 标准，和增加支持互动服务（与电信网接口）的DVB-X 标准；最近大力提倡和试验的增加支持手持终端（具有省电功能）的DVB-H 标准。
从功能上总体来看，清华大学的DMB-T 系统实际上已经包括了欧洲的DVB-T 和DVB-H，用一个简单的式子表示就是：DMB-T ＝ DVB-T ＋ DVB-H
其中：DMB-T 表示清华大学的地面数字电视传输标准；
DVB-T 表示欧洲的地面数字电视传输标准；
DVB-H 表示具有支持手持终端（具有省电功能）的DVB-H 标准。
表1 DMB-T 和DVB-T 系统的主要性能指标比较
DMB-T(4K) QPSK
DVB-T(2K) QPSK
DMB-T(4K) 64QAM
DVB-T(8K) 64QAM
保护间隔
55.56 µs(1/9)
56 µs(1/4)
55.56 µs(1/9)
56 µs(1/16)
传输速率
5.414 Mbps
4.97 Mbps
24.365 Mbps
23.42 Mbps
频谱利用率
0.68 bps/Hz
0.62 bps/Hz
3.1 bps/Hz
2.9 bps/Hz
C/N 门限（AWGN）
2 dB
4.7 dB
18.6 dB
18.6 dB
接收灵敏度
-97.1 dBm
-87.1 dBm
-81.0 dBm
-78.6 dBm
多径干扰均值/方差
4.19 dB / 1.25
7.65 dB / 2.74
22.38 dB / 2.74
24.86 dB / 12.43
信号截获时间
约5ms
约100ms
约5ms
约100ms
说明：1）多径干扰测试模型共采用：中国广电10 个（1-10）和巴西5 个（A、B、C、D、E）2）表格中的数据是在 MPEG 码流误码率为 3×10-6 时的信噪比 SNR
2.6 DMB-T 是否兼容MPEG-4、AVS、IP 等格式？支持16:9 格式吗？
DMB-T 系统是一个完整透明的数据传输系统，支持所有传输格式为MPEG2-TS 流的数据码流。不管什么样的数据，例如MPEG-1、MPEG-2、中国的AVS 、MPEG-4 、H.264、IP 数据、Windows Media 9 等格式的数据码流，只要打包成该格式的码流都可以经过DMB-T 传输系统进行传送。当然也包括16:9 等各种显示格式的信源数据流。
文章标签:DMB-T正交频分复用数字电视地面广播DVB-T
文章出处:清华大学