1 引言

1996年秋批準(zhǔn)的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)，于1998年秋在英國(guó)率先啟動(dòng)市場(chǎng)。它總共有280種可能的技術(shù)組合。但8年多來，其工程實(shí)現(xiàn)組合僅有10種，占技術(shù)組合總數(shù)的3.6％。DVB-T與ATSC的重要區(qū)別是：它具有多種可能的技術(shù)組合，可以“因地制宜”靈活適應(yīng)各國(guó)各地區(qū)DT-TB固定接收的具體需求；而ATSC則是單一的技術(shù)組合。DVB-T著重SDTV業(yè)務(wù)，其應(yīng)用國(guó)家總數(shù)和家庭用戶總數(shù)都超過ATSC(北美和中南美)或ISDB-T(日本)。而后兩者則著重HDTV業(yè)務(wù)。因此，DVB-T在各國(guó)各地區(qū)的工程實(shí)現(xiàn)將為我國(guó)DTTB發(fā)展，提供多種學(xué)習(xí)和借鑒的實(shí)例。

本文討論DVB-T的10種工程實(shí)現(xiàn)組合中前9種，即5種高比特率(20～27 Mbit／s)和4種中比特率(14～18 Mbit／s)的兩類固定接收(一般指室外的屋頂天線接收)的有關(guān)參數(shù)(有效比特率、頻譜利用率、載噪比門限值、發(fā)射功率的峰值與平均值和組建單頻網(wǎng))及其特點(diǎn)，并把它同ATSC標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)DTTB傳輸國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱“地面國(guó)標(biāo)”)的樣機(jī)測(cè)試結(jié)果作對(duì)比。初步分析表明：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于DVB-T。

2 DVB-T工程實(shí)現(xiàn)中高比特率固定接收

2.1 有關(guān)說明

DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的頻道帶寬有6，7，8 MHz 3種可選項(xiàng)。本文僅討論8 MHz頻道帶寬，因?yàn)槲覈?guó)也采用此值。采用6 MHz的有中國(guó)***；而采用7 MHz的則有澳大利亞、德國(guó)VHF波段和意大利VHF波段。

其次，DVB-T固定接收的9種工程實(shí)現(xiàn)組合基本采用8K子載波可選項(xiàng)，僅英國(guó)采用2K模式。因?yàn)椋?guó)當(dāng)時(shí)啟動(dòng)DVB-T固定接收時(shí)，只有2K解調(diào)器芯片。但此后各國(guó)和中國(guó)***啟動(dòng)DVB-T固定接收時(shí)，都采用8K模式。而英國(guó)政府機(jī)構(gòu)OFCOM已決定：在2012年全面關(guān)閉地面模擬電視廣播前，把2K模式改為8K模式。8K子載波可選項(xiàng)同2K相比的優(yōu)點(diǎn)是：它更有利于組建單頻網(wǎng)(在第4節(jié)討論)；而2K模式則更有利于移動(dòng)接收。但由于技術(shù)的進(jìn)步，8K模式也可用于移動(dòng)接收。

此外，為了方便把DVB-T標(biāo)準(zhǔn)同ATSC標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”作粗略對(duì)比，在以下討論中略去一些次要的因素。

2.2 獲盡可能高的有效比特率受限于峰值發(fā)射功率

DTTB的社會(huì)效益(公共服務(wù))和經(jīng)濟(jì)效益(主要是廣告費(fèi)收入)都隨著有效比特率的增加而上升。因此，DTTB追求盡可能高的有效比特率。但對(duì)每個(gè)電視發(fā)射臺(tái)而言，其原有模擬電視廣播的覆蓋范圍是多年來已形成的(一般基于行政區(qū)域和地理因素)，并在原來的頻率規(guī)劃和指派下實(shí)現(xiàn)的，即其覆蓋范圍早已確定多年。

現(xiàn)在要發(fā)送地面數(shù)字電視信號(hào)，其首要任務(wù)是在既定覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“同播”，即播出原有的模擬電視節(jié)目?jī)?nèi)容，同時(shí)以數(shù)字方式播出，為關(guān)閉地面模擬電視廣播和騰出大量地面無線電頻譜作好準(zhǔn)備。而且，在既定的覆蓋范圍內(nèi)，收看數(shù)字標(biāo)清電視的圖像和聲音質(zhì)量，不僅不能下降，還必須有所提高，且SDTV節(jié)目的套數(shù)可增加4～10倍，有條件的話，在黃金時(shí)段則播出數(shù)字高清晰度電視。

在既定覆蓋范圍的前提下，盡量采用峰值和平均值功率較低的發(fā)射系統(tǒng)，以降低成本，減少對(duì)環(huán)境的電磁污染，因峰值發(fā)射功率過大，將干擾現(xiàn)存的地面模擬電視廣播業(yè)務(wù)(或未來的地面數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù))，而這在頻率規(guī)劃中是不能允許的。這就是說：峰值發(fā)射功率受到對(duì)“鄰近頻道”和“同頻道”干擾的限制。而發(fā)射功率平均值的確定除了考慮工作頻道、天線高度和方向性、地形等因素以外，從傳輸標(biāo)準(zhǔn)角度而言，主要考慮AWGN載噪比(C／N)門限值(以下簡(jiǎn)稱門限值)。而平均值設(shè)計(jì)確定后，再由發(fā)射功率峰均比(PAR)(一般由樣機(jī)的試驗(yàn)室測(cè)試獲得)確定其峰值設(shè)計(jì)。這樣，就可以核實(shí)：它是否符合對(duì)“鄰近頻道”和“同頻道”干擾的要求(過渡期內(nèi)和結(jié)束后)。

2.3 以64-QAM為特征的高比特率固定接收

DVB-T工程實(shí)現(xiàn)組合中的前5種是高比特率固定接收，如表1#1～#5所示。其有效比特率為20～27 Mbit／s；計(jì)算機(jī)仿真門限值分別為18.0 dB和16.5 dB(相應(yīng)的樣機(jī)門限估計(jì)值分別為20.5 dB和19.0 dB，因?yàn)橥ǔ？紤]：在計(jì)算機(jī)仿真門限值上加2.5 dB作為樣機(jī)測(cè)試門限估計(jì)值)。在這5種工程實(shí)現(xiàn)組合中，如果考慮電視家庭用戶數(shù)較多，則編號(hào)#3成為其中的典型接收。

2.4 DVB-T與ATSC在高比特率時(shí)的對(duì)比

表1中，編號(hào)#3與編號(hào)(1)對(duì)比：前者的頻譜利用率要低7.0％，而樣機(jī)門限值則要高3.8 dB。因此，DVB-T編號(hào)#3不如ATSC編號(hào)(1)。

2.5 DVB-T與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在高比特率時(shí)的對(duì)比

表1中，中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(2)～(5)按有效比特率大小順序排列，其樣機(jī)門限測(cè)試值也同時(shí)列出，可看出：

1) 編號(hào)#3與編號(hào)(2)，(3)對(duì)比：后者的有效比特率分別高出7.6％或1.0％，而樣機(jī)門限值則降低約3.5 dR或3.7 dB。可見，中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(2)，(3)優(yōu)于DVB-T編號(hào)#3。

2) 編號(hào)#3與編號(hào)(4)，(5)對(duì)比：后者的有效比特率，頻譜利用率雖然分別減少10.3％或13.9％，但樣機(jī)門限值則降低較多(分別約7.7 dB或7.6 dB)(請(qǐng)參閱第3節(jié)的討論!)。

3) 此外，編號(hào)(2)與編號(hào)(1)對(duì)比：在門限值接近情況下，前者的頻譜利用率增加5％。其性能在表1中最優(yōu)。

但由于編號(hào)(2)的595／3 780=1／6.353，大于編號(hào)#3的保護(hù)間隔 1／32，更大于編號(hào)(1)的 1／207，即其頭部“開銷”稍大。如果希望提高有效比特率，則可對(duì)595／3 780增加(595／3 780)×(1／2，1／4或1／8)3個(gè)可選項(xiàng)，把有效比特率由25.989 Mbit／s，提高到27.89 Mbit／s(+7.30％)，28.94 Mbit／s(+11.36％)或29.50 Mbit／s(+13.51％)。

總之，從表1整體來看，中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(2)和(3)，都優(yōu)于DVB-T編號(hào)#3，且編號(hào)(2)的性能最優(yōu)(并有改善的余地!)。

3 DVB-T工程實(shí)現(xiàn)的中比特率固定接收

3.1 以16-QAM為特征的中比特率固定接收

DVB-T工程實(shí)現(xiàn)組合的4種是中比特率固定接收，(見表2)，其有效比特率為14～18 Mbit／s；而樣機(jī)門限值與ATSC接近(#6，#7，#8)或稍低(#9約低1.6 dB)。在這4種組合中，如果考慮電視家庭用戶數(shù)較多，則編號(hào)#6和#9是4種中的2個(gè)典型。因其門限值比編號(hào)#3低4 dB或更多，更易在既定覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“同播”和提高覆蓋率，但會(huì)以降低頻譜利用率為代價(jià)。

3.2 英國(guó)改用16QAM調(diào)制提高覆蓋率

英國(guó)1998年秋啟動(dòng)地面數(shù)字電視廣播時(shí)，采用64QAM調(diào)制(編號(hào)#3)(目前少數(shù)業(yè)務(wù)中仍采用)。但OnDigital的“付費(fèi)收看”業(yè)務(wù)啟動(dòng)一年半后宣布失敗，而且覆蓋率不足(見表3)。因此，當(dāng)BBC和Castle獲得OFCOM授權(quán)合作而重新啟動(dòng)免費(fèi)收看業(yè)務(wù)Freeview時(shí)，大部分地區(qū)改為16QAM調(diào)制(編號(hào)#6)，它可使既定覆蓋范圍的覆蓋率由66％上升到83％(見表3)。

這可能是：1)在過渡期內(nèi)數(shù)字發(fā)射功率峰值受到對(duì)現(xiàn)存地面模擬電視廣播鄰近頻道或同頻道的干擾之限制而采取的補(bǔ)救措施；2)降低門限值16.5-12.5=4.0(dB)以增加在既定覆蓋范圍內(nèi)的覆蓋率(見表3)；3)付出的代價(jià)是：原來8 MHz頻道內(nèi)有效比特率由24 Mbit／s下降為18 Mbit／s(由5套SDTV減少為4套)。

英國(guó)改用16QAM已經(jīng)生效。據(jù)稱，到2006年第3季度，英國(guó)數(shù)字電視家庭共1853.8萬戶(占電視家庭總數(shù)74.8％)。其中：地面37.8％；有線15.8％；衛(wèi)星46.4％(包括同時(shí)擁有兩者的)。這樣，英國(guó)在全球已經(jīng)成為DTTB家庭比例和數(shù)字電視比例最高的國(guó)家。

3.3 德國(guó)著重發(fā)展中比特率固定接收，以兼顧室內(nèi)接收(含便攜式接收)和移動(dòng)接收

德國(guó)從2003年春起，采用16QAM調(diào)制(編號(hào)#9)啟動(dòng)DTTB。由于其門限值較低(編號(hào)#3和#9相比，有5.4dB的差距)，更有利于在既定覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“同播”和提高覆蓋率。德國(guó)電視收看的基本國(guó)情是(2005年7月的數(shù)據(jù))：電視家庭總數(shù)3 390萬戶，其中：有線51.7％；衛(wèi)星43.1％；而地面僅9.7％(包括同時(shí)擁有兩者的)。

而據(jù)DVB網(wǎng)站資料的排序，德國(guó)DTTB業(yè)務(wù)的定位是：室內(nèi)接收(含便攜式接收)、移動(dòng)接收和固定接收(一般指室外的屋頂天線接收)。

2004年8月，柏林和勃蘭登堡地區(qū)用9個(gè)月時(shí)間，完成地面模擬電視廣播向數(shù)字電視廣播的過渡。目前正在全國(guó)各地區(qū)大規(guī)模推廣。據(jù)報(bào)道，到2007年1月中旬，德國(guó)已有700萬地面數(shù)字電視接收機(jī)(含機(jī)頂盒)在運(yùn)行(此數(shù)與電視家庭總數(shù)的直接比例為20.6％)。而2005年7月數(shù)字電視家庭的統(tǒng)計(jì)是：地面4.0％；有線5.0％；衛(wèi)星16.7％。可見一年半來德國(guó)的DTTB業(yè)務(wù)進(jìn)展也較快。

3.4 DVB-T與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在中比特率時(shí)對(duì)比

1) 表2編號(hào)#6與表1編號(hào)(4)，(5)對(duì)比：后兩者的有效比特率(頻譜利用率)至少提高15％，而門限值則至少降低2.6 dB，也即中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(4)，(5)的高比特率模式顯著優(yōu)于DVB-T的#6中比特率模式。

2) 編號(hào)#7與編號(hào)(6)對(duì)比：后者的有效比特率接近前者，但門限值則低約5 dB。可見，中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(6)也優(yōu)于DVB-T的#7。

3) 此外，編號(hào)(7)更適應(yīng)中比特率固定接收、兼顧室內(nèi)接收(含便攜式接收)和移動(dòng)接收。因?yàn)槠錁訖C(jī)門限值5.8 dB較低，而且它與新加坡的移動(dòng)接收(2K模式，GI=1／4，F(xiàn)EC=1／4，QPSK調(diào)制)的估計(jì)值5.6 dB非常接近(計(jì)算機(jī)仿真值3.1 dB加2.5 dB)；而其有效比特率則翻一番有余(10.396 Mbit／s與4.98 Mbit／s對(duì)比)!可見，中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(7)的中比特率固定接收兼顧移動(dòng)接收的模式，顯著優(yōu)于DVB-T的低比特率移動(dòng)接收模式。

4 對(duì)DVB-T工程實(shí)現(xiàn)中其他參數(shù)的討論

4.1 發(fā)射功率的平均值和峰值

對(duì)于確定的覆蓋范圍，由于載噪比門限值和發(fā)射功率峰均比(PAR)的差別，采用不同的工程實(shí)現(xiàn)組合進(jìn)行地面數(shù)字電視廣播時(shí)，所需發(fā)射機(jī)的平均值和峰值是不同的(見表4，對(duì)于某既定覆蓋范圍，假設(shè)DVB-T編號(hào)#3所需的發(fā)射功率平均值為1 kW)。

說明：方拮號(hào)內(nèi)的數(shù)值供參考。

從表4可以看出：

1) 編號(hào)#3和編號(hào)(1)對(duì)比：前者的門限值要高約3.8 dB；而發(fā)射功率峰均比(PAR)要高3.7 dB。因此，對(duì)于相同的覆蓋范圍，前者發(fā)射功率平均值和峰值分別是后者的3.4倍和7.9倍!可見，ATSC編號(hào)(1)優(yōu)于DVB-T編號(hào)#3。

2) 編號(hào)#3與編號(hào)(2)，(3)對(duì)比：前者的門限值至少要高約3.5 dB；PAR則要高2.76 dB或接近。因此，前者發(fā)射功率平均值是后者的2倍多，而前者的發(fā)射功率峰值則是后者的4倍多或2倍多。可見，中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(2)，(3)優(yōu)于DVB-T編號(hào)#3，而且編號(hào)(2)的優(yōu)勢(shì)更大。

4.2 組建單頻網(wǎng)(SFN)時(shí)的有關(guān)參數(shù)

由表5可看出：DVB-T編號(hào)#3(8K模式，不含英國(guó))和編號(hào)#9(8K模式)在組建SFN時(shí)，其覆蓋半徑分別是8.4 km或33.6 km；而編號(hào)#6(2K模式)只有2.1 km(過小)。這個(gè)結(jié)果說明：8K與2K模式相比，更有利于組建SFN。

說明：DVB-T的數(shù)據(jù)來自其標(biāo)準(zhǔn)文件文獻(xiàn)[7]；而中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”的數(shù)據(jù)則來自文獻(xiàn)[5]。

中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”編號(hào)(2)，(5)，(7)和(3)，(4)，(6)的覆蓋半徑分別是23.6 km和16.7 km，也都有利于組建SFN。

此外，DVB-T是多載波系統(tǒng)，對(duì)工作時(shí)鐘精度的要求約10-12；而ATSC或中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”C=1可選項(xiàng)都是單載波系統(tǒng)，對(duì)工作時(shí)鐘精度的要求約10-9。兩者相差3個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)椋辔辉肼晫?duì)兩者造成的不良后果有3個(gè)數(shù)量級(jí)的差別：2K模式是單載波系統(tǒng)的2 048倍；4K模式為4 096倍；8K模式為8 192倍。

5 小結(jié)

1) DVB-T的64QAM高比特率固定接收(編號(hào)#3為例)，可在既定覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“同播”而峰值發(fā)射功率受限時(shí)，可獲得較高的有效比特率。

2) DVB-T的16QAM中比特率固定接收，有利于在既定覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“同播”(編號(hào)#6為例)并增加覆蓋率；或同時(shí)兼顧室內(nèi)接收、便攜式接收、移動(dòng)接收和組建SFN(編號(hào)#9為例)。

3) 各國(guó)各地區(qū)采用DVB-T標(biāo)準(zhǔn)“因地制宜”開展DTTB的高比特率或中比特率固定接收工程實(shí)現(xiàn)的各種事例，可供我們學(xué)習(xí)和借鑒。

4) 中國(guó)“地面國(guó)標(biāo)”優(yōu)于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)。這可能由于采用LDPC編碼而獲得的改善。