碩士論文-鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究.pdf

上海交通大學(xué) 碩士學(xué)位論文 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 姓名 朱秋林 申請學(xué)位級別 碩士 專業(yè) 電子與通信工程 指導(dǎo)教師 張海濱 錢良 20080101 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 5 縮 略 語 縮 略 語 縮略語 英文全稱 中文全稱 ADTB T Advanced Digital Television Broadcasting System Terrestrial 高級數(shù)字電視廣播系統(tǒng) ARQ Automatic Repeat Request 自動重發(fā)請求 ASI Asynchronous Serial Interface 異步串行接口 ATSC Advanced Television Systems Committee 高級電視制式委員會 美國 AVS Audio and Video coding Standard 音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) BNC Bayonet Nut Connector 刺狀螺母同軸電纜連接器 CDMA Code Division Multiple Access 碼分多址 DAB Digital Audio Broadcasting 數(shù)字音頻廣播 DTMB Digital Terrestrial Media Broadcasting 數(shù)字地面多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn) 中國 DVB Digital Video Broadcasting 數(shù)字視頻廣播 DVD Digital Video Disc 數(shù)字視頻影碟 EIRP Effective Isotropic Radiated Power 有效全向輻射功率 GPRS General Packet Radio Service 通用無線分組業(yè)務(wù) GPS Global Positioning System 全球定位系統(tǒng) GSM Global Systems for Mobile communications 移動通信全球系統(tǒng) IP Internet Protocol 因特網(wǎng)協(xié)議 IPTV Internet Protocol Television 交互式網(wǎng)絡(luò)電視 LCD Liquid Crystal Display 液晶顯示器 MIP Mega frame Initial ization Packet 兆幀標(biāo)識包 MPEG Moving Pictures Expert Group 運(yùn)動圖像專家組 OFDM Orthogonal Frequency Devision Multiplexing 正交頻分復(fù)用 OQAM Orthogonal multi level Quadrature Amplitude Modulation 正交多電平正交調(diào)幅 PN Pseudo random 偽隨機(jī) SFN Single Frequency Network 單頻網(wǎng) STS Satellite Transmission System 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng) TS Transport Stream 傳送碼流 UHF Ultra High Frequency 超高頻 VHF Very High Frequency 甚高頻 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成 果 對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體 均已在文中以明 確方式標(biāo)明 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī) 定 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和 電子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采 用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 保密保密 在 年解密后適用本授權(quán)書 本學(xué)位論文屬于 不保密不保密 請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 1 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 摘 要 鐵路運(yùn)輸是我國交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分 也是老百姓出行的首 選交通工具 然而 隨著人們對旅途環(huán)境 客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量 信息傳遞 等方面提出的更多需求 飛機(jī) 輪船乃至長途汽車都相繼安裝了不同 檔次的電視 電話 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng) 開始提供多種公共信息服務(wù) 而在覆蓋全國的六萬六千多公里鐵路線 年客運(yùn)量高達(dá)十六億多人次 的鐵路客運(yùn)列車上 開放的信息傳播基本還是一片空白 面對航空 水運(yùn) 公路與鐵路爭奪客源的市場競爭現(xiàn)實(shí) 鐵路客運(yùn)列車 特別是 長途列車 旅途信息閉塞 生活枯燥 不能收看電視等問題必須解決 這已經(jīng)是一個市場競爭的需求 國外很早開始了數(shù)字電視地面廣播 使得人們可以在戶外收看數(shù) 字電視 國內(nèi)緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展 也于 2006 年 8 月 1 日公布了地面 數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn) DTMB 該標(biāo)準(zhǔn)由 OFDM C 3780 和單載波 C 1 技術(shù)融合而成 兼?zhèn)淞硕噍d波技術(shù)適應(yīng)復(fù)雜地形的優(yōu)點(diǎn) 同時又具有 單載波技術(shù)支持高速移動接收的特點(diǎn) 尤其是其中 C 1 的選項(xiàng) 是 單載波技術(shù)體系在適應(yīng)城市復(fù)雜地形下 且同時能支持高速移動接收 的典范 目前的技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模正在迅速成熟 并日趨完善 是最有可能的中國鐵路電視技術(shù)難題的解決方案 上海交通大學(xué)自主知識產(chǎn)權(quán)的 ADTB T 單載波數(shù)字視頻地面廣 播系統(tǒng)既承接了以美國 ATSC 系統(tǒng)為代表的的單載波方案所具備的 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 2 傳輸容量大 工作門限低 相同覆蓋條件下要求發(fā)射功率低 抗脈沖 干擾能力強(qiáng) 對調(diào)諧器要求低等優(yōu)點(diǎn) 又通過突破關(guān)鍵技術(shù) 使本方 案同時擁有了以歐洲 DVB T 系統(tǒng)為代表的多載波方案所具備的抗多 徑能力強(qiáng) 系統(tǒng)同步強(qiáng)健 多模式多碼率工作模式 能夠用于移動接 收等優(yōu)點(diǎn) 針對我國鐵路的上述技術(shù)難點(diǎn)特征 ADTB T 技術(shù)針對鐵 路 Railway 在更高的移動速度上進(jìn)行了優(yōu)化和改造 使之更加適 應(yīng)于高速鐵路的應(yīng)用環(huán)境 保證了在高速移動的列車上仍然能夠穩(wěn)定 流暢的收看電視節(jié)目 由此形成了針對高速鐵路的升級優(yōu)化版 ADTB R ailway 本鐵路電視單頻網(wǎng)系統(tǒng) SFN 采用交大 ADTB R 傳輸體制 通過 DVB S 衛(wèi)星電視廣播作為主要分發(fā)網(wǎng)絡(luò)同時結(jié)合光纖和微波在適當(dāng) 的地區(qū)混合組網(wǎng) 覆蓋全國鐵路沿線的專用 SFN 網(wǎng)絡(luò) 通過該網(wǎng)絡(luò) 的實(shí)施 鐵路乘客可以通過安裝在火車上的數(shù)字電視接收裝置接收和 收看中央臺播出的鐵路電視節(jié)目 節(jié)目質(zhì)量達(dá)到標(biāo)清級別 通過可靠 的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可以保證鐵路電視信號在全國覆蓋范圍內(nèi)精確同步分 發(fā) 用戶在全程收看過程中接收可靠 圖像連續(xù) 在交疊覆蓋區(qū)不出 現(xiàn)停頓 跳幀 實(shí)現(xiàn)接收過程中的 無縫 切換 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 單頻網(wǎng) 鐵路 數(shù)字電視 ADTB R 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 3 THE RESEARCH ON CONSTRUCTION OF SFN IN RAILWAY TELEVISION SYSTEM ESIGN AND TEST SINGLE ABSTRACT The railway is not only the major part of the national transport in china but also the chief method the civilian choose to travel However in order to provide comfortable environment and public information service different kind of TV set telephone computer systems had been fixed in airplane and ship When refer to the railway that has the length of 70 000km and the passenger transport of 1 600 000 000 person time per year it s still a blank of the television broadcast coverage Confronted with the competition from the airway waterway and highway transportation the railway should solve the problem that passenger train especially the long distance train has no TV set on it The research on digital video broadcasting has been carried out in abroad for several years In our country standard for digital television terrestrial broadcasting system had been published in August 2006 In this standard both OFDM C 3780 and signal carrier C 1 are exist Similar with OFDM system DTTB standard for China can be used in very complex terrain It also can be used in high speed vehicle like the signal carrier system DTTB standard for China is the most promising solution for Chinese railway TV DTTB standard C 1 has strongpoints such as better C N performance low minimum requirement input levels low transmitter power immunity to analogue and digital signal In order to solve the problems in Chinese railway TV we improve the DTTB standard and get a upgraded one ADTB R ADTB R can be used in high speed railway 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 4 insure the reception quality in train Based on the ADTB T system developed by Shanghai Jiao Tong University the railway television SFN system takes DVB S as primary distribution network which also be composed of Optical fiber and microwave at some certain area With the national wide railway coverage the system can provide live TV program from CCTV with the receiver fixed in the train The reliable design insures the synchronization of the railway TV signal broadcast and the continuity of the TV program KEY WORDS SFN railway digital TV ADTB R 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 8 第一章 緒論 1 1 鐵路列車移動電視市場需求 中國鐵路網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá) 鐵路車站 5000 多個 僅日夜奔馳的旅客列車就有 約 2500 列 年客流量達(dá) 16 億人次以上 見圖 1 1 平均每列客車每年就有 60 萬人次集散 因此 為豐富如此眾多的旅客旅途文化生活 方便商旅途中辦公 宣傳各種經(jīng)濟(jì)信息 在旅客列車和車站上安裝廣播電視系統(tǒng)非常必要 圖 1 1 中國鐵路流動人口增長預(yù)計(jì) 1 Fig 1 1 Growth prediction of China railway floating population 顧名思義 鐵路電視就是通過適當(dāng)?shù)募茉O(shè)發(fā)射塔 對鐵路沿線進(jìn)行電視信號 覆蓋 使運(yùn)行中的列車能夠?qū)崟r的收看到包括中央電視臺 CCTV 在內(nèi)的多套電 視節(jié)目一項(xiàng)電視業(yè)務(wù) 而鐵路電視單頻網(wǎng)便是支持該業(yè)務(wù)的技術(shù)平臺 鐵路電視是順應(yīng)填補(bǔ)電視盲區(qū)覆蓋的政策需求 解決旅途信息閉塞的經(jīng)濟(jì)需 求 并且符合鐵路信息總體規(guī)劃中對于提高客運(yùn)服務(wù)市場競爭力 建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)平臺的總提發(fā)展方向和要求 在模擬電視時代 由于模擬電視信號傳輸技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)在移動中穩(wěn)定接收電 視信號 鑒于該技術(shù)限制 電視信號一直無法上到列車 為旅客提供豐富的電視 節(jié)目 一直以來列車成為了我黨和政府宣傳陣地的一個不小的盲區(qū) 多年來 特 別是近年來黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人以及鐵道部的領(lǐng)導(dǎo) 對列車電視系統(tǒng)問題十分關(guān)切 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 9 2000 年的全國鐵路運(yùn)輸工作會議上也曾指出 鐵路如果不能以優(yōu)質(zhì)服務(wù)留住老 乘客 發(fā)展新乘客 前景令人堪憂 并反復(fù)強(qiáng)調(diào)要提高運(yùn)輸質(zhì)量和服務(wù)水平 充分發(fā)揮鐵路運(yùn)輸能力強(qiáng) 成本低 安全系統(tǒng)數(shù)高等優(yōu)勢 增強(qiáng)鐵路運(yùn)輸?shù)母偁?力 對此 鐵道部運(yùn)輸局 科技教育司 政治部宣傳部和科學(xué)研究院等有關(guān)領(lǐng)導(dǎo) 十分重視 要求盡快研究開發(fā)一套技術(shù)成熟的鐵路列車電視信息系統(tǒng) 并以此為 基礎(chǔ) 建設(shè)中國鐵路列車電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 根據(jù)上述要求 開發(fā)鐵路電視單頻網(wǎng) 實(shí)現(xiàn) 新聞聯(lián)播 和更多實(shí)時電視節(jié) 目上車 不僅是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)和商務(wù)課題 而且已成為落實(shí)中央領(lǐng)導(dǎo)指示精神 加強(qiáng)鐵路社會主義精神文明建設(shè)的重大政治任務(wù) 實(shí)際上 很久以來 為解決電視節(jié)目上列車的問題 中國鐵道部門展開了長 期的探索 雖然不能實(shí)時收看 但希望能用存儲重播的方式一定程度上改善這個 問題 于一九八四年研制成功了第一列鐵路客車有線電視系統(tǒng) 在北京至上海的 13 14 次特快列車上開通運(yùn)行 隨后又開通了 28 列取得了良好效果 世界上許多 國家紛紛仿效 八六年日本 八七年法國 美國 八八年西德 緬甸 意大利等 等 相繼在火車上安裝了鐵路列車有線電視系統(tǒng) 但由于模擬時代無線電視廣播 技術(shù)的限制 電視還是無法被實(shí)時傳送到奔馳的列車上 因此上述有線電視系統(tǒng) 仍然是以閉路電視的方式存在于車廂內(nèi) 一般僅限于播放 DVD 等方式 內(nèi)容沒 有實(shí)時性 只能一定程度上緩解乘客對節(jié)目的渴求 近十年來 隨著高新技術(shù)的突飛猛進(jìn) 尤其是數(shù)字處理技術(shù)的迅猛發(fā)展 國 際上已經(jīng)有開發(fā)安裝了鐵路客車衛(wèi)星電視信息系統(tǒng) 中國在此方面的科研仍走在 世界前列 廣東中鐵視媒體有限公司和中國鐵道部門的科技人員在原有技術(shù)的基 礎(chǔ)上 研究出國際領(lǐng)先水平的鐵路客車新型衛(wèi)星電視信息系統(tǒng) 但在 2004 年試 驗(yàn)時 最后 仍然受限于衛(wèi)星電視接收技術(shù)的限制 而流于失敗 改革開放二十多年來 中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展 使中國鐵路建設(shè)事業(yè)也步入 了高速發(fā)展的階段 從鐵路電氣化到列車提速及準(zhǔn)高速運(yùn)行都取得了令人矚目的 成就 但是由于列車的流動性和鐵路沿線接受電視 電訊等信息環(huán)境的復(fù)雜性 國家現(xiàn)有的行政區(qū)域的無線 有線 衛(wèi)星電視等公用信息網(wǎng) 都無法覆蓋運(yùn)行中 的鐵路列車 并且列車自身還有對旅客報站 急救 宣傳鐵路安全常識 介紹沿 途風(fēng)光等內(nèi)容的特殊宣傳要求 在節(jié)目內(nèi)容的設(shè)置上要滿足旅客的要求還很欠 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 10 缺 因此迫切需要針對鐵路環(huán)境特殊情況的實(shí)時的電視廣播 來填補(bǔ)旅客在旅途 中對于信息的匱乏的需求 鐵路運(yùn)輸是我國交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分 也是老百姓出行的首選交通工 具 然而 隨著人們對旅途環(huán)境 客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量 信息傳遞等方面提出的更多需 求 飛機(jī) 輪船乃至長途汽車都相繼安裝了不同檔次的電視 電話 計(jì)算機(jī)信息 系統(tǒng) 開始提供多種公共信息服務(wù) 而在覆蓋全國的近七萬多公里鐵路線 年客 運(yùn)量高達(dá)十六億多人次的鐵路客運(yùn)列車上 開放的信息傳播基本還是一片空白 面對航空 水運(yùn) 公路與鐵路爭奪客源的市場競爭現(xiàn)實(shí) 鐵路客運(yùn)列車 特別是 長途列車 旅途信息閉塞 生活枯燥 不能收看電視等問題必須解決 這已經(jīng)是 一個市場競爭的需求 2007 年 4 月 18 日 我國鐵路進(jìn)行了第六次大提速 開通的 動車組 列車 為老百姓出行再次縮短了時間 得到了廣大老百姓的支持 同期進(jìn)行的民意調(diào)研 報告清楚的指出 有 55 多的受調(diào)查的乘客認(rèn)為實(shí)時收看電視是提速后的列車上 最應(yīng)該提供的服務(wù) 可見鐵路列車電視服務(wù)已經(jīng)是一個迫在眉睫的市場服務(wù)的需 求了 鐵路電視作為鐵路信息化的重要組成部分 將共同為提高鐵路的客運(yùn)服務(wù)質(zhì) 量 提升鐵路的市場競爭力作出貢獻(xiàn) 鐵路信息化建設(shè)必須以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo) 按照國家信息化建設(shè)基本框架和鐵路跨越式發(fā)展思路 緊密結(jié)合鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的 實(shí)際需要 努力推進(jìn)運(yùn)輸組織 客貨營銷 經(jīng)營管理的現(xiàn)代化 整體提升鐵路產(chǎn) 業(yè)水平和經(jīng)濟(jì)效益 推進(jìn)鐵路現(xiàn)代化建設(shè) 2 鐵路信息化總體規(guī)劃明確了 運(yùn)輸組織 客貨營銷 經(jīng)營管理 是鐵路信息 化的三大應(yīng)用領(lǐng)域 參見圖 1 2 其中更是明確了客貨營銷的信息系統(tǒng)主要服務(wù) 與鐵路旅客 以提高鐵路運(yùn)輸市場競爭力 增運(yùn)增收為目標(biāo) 向旅客提供優(yōu)質(zhì)服 務(wù) 因此 積極 發(fā)展列車車載信息傳輸平臺 提高服務(wù)質(zhì)量 為旅客提供更 好的信息服務(wù) 留住客源 發(fā)展客源 爭奪客源 才是未來客貨營銷體系中提高 客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量的一個需求亮點(diǎn) 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 11 運(yùn)輸組織客貨營銷經(jīng)營管理 信息共享平臺 鐵路門戶 公 用 基 礎(chǔ) 信 息 平 臺 信 息 安 全 保 障 平 臺 通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺 鐵路 電視 圖 1 2 鐵路信息化體系結(jié)構(gòu)圖 Fig 1 2 Architecture of China railway information 而作為上述三大業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的支撐體系的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺建設(shè) 也要求 構(gòu)建完善的鐵路寬帶高速通信網(wǎng) 滿足語音 數(shù)據(jù) 圖象傳輸?shù)囊?滿足 互連互通和社會化服務(wù)的需要 客貨營銷服務(wù)社會化 促進(jìn)鐵路運(yùn)輸融入全社 會的綜合服務(wù)體系 可見 對于最為普遍的社會服務(wù)業(yè) 電視業(yè)務(wù) 并且目前正在轟轟烈烈上演 移動多媒體新業(yè)務(wù)奇跡的數(shù)字移動電視登陸我們每年有 16 億流動人口的列車 為枯燥的旅途提供豐富的節(jié)目信息 還可以緩解長時間單調(diào)乏味的旅途對高端客 戶的不良影響 這明顯是提高客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量的一個非常有效的手段 完全符合我 們鐵路信息化規(guī)劃的總體綱要的方向 也是未來信息化進(jìn)一步深入的必然 中國鐵路電視單頻網(wǎng)的建立和組成將為實(shí)現(xiàn)中國鐵路的 運(yùn)輸高速化 設(shè)備 現(xiàn)代化 服務(wù)航空化 旅客列車智能化 作出貢獻(xiàn) 1 2 列車移動電視相關(guān)技術(shù)背景及國內(nèi)外現(xiàn)狀 1 2 1 模擬時代的列車電視 將電視送達(dá)列車的愿望自電視在國內(nèi)推廣開來之后便一直強(qiáng)烈的存在 在國 內(nèi) 自 1986 年起 鐵道科學(xué)設(shè)計(jì)院的工作人員就致力于將當(dāng)時還是模擬電視的 電視信號送達(dá)鐵路沿線站 場 車等各個方面 并且為此向廣電總局申請了中國 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 12 鐵路有線電視臺的運(yùn)營牌照 當(dāng)然 從技術(shù)層面上來理解 這確實(shí)是模擬電視時代的傳輸技術(shù)所無法解決 的 3 4 由于模擬電視時代 傳輸技術(shù)簡單而言 就是將電視的色 音 亮度信 號 直接通過調(diào)頻的方式 調(diào)到對應(yīng)的 VHF UHF 頻段 直接發(fā)射了事 對于 接收端而言 也是通過簡單的下變頻 便完成了解調(diào)工作 因此 對于無線傳輸 中可能發(fā)生的各種干擾情況 沒有任何對應(yīng)的處理手段 尤其是當(dāng)接收端以一定 速度移動起來的時候 模擬電視接收機(jī)的解調(diào)部分的載波同步部分 由于發(fā)生頻 率漂移 很快就會失鎖 接收圖象很快便沒有了 在國外 實(shí)際上列車電視的實(shí)驗(yàn)比我們早 并且是在汽車上進(jìn)行的試驗(yàn) 這 是與他們發(fā)達(dá)的汽車電子是相關(guān)的 聯(lián)想到最早的摩托羅拉電子 將無線電廣播 第一個成功的引入到汽車內(nèi) 從而成功的啟動了一個市場廣泛的汽車電子行業(yè) 因此 他們很快就在汽車上試驗(yàn)電視接收 由于當(dāng)時汽車電子是作為一個貴族行 業(yè)受人關(guān)注 因此 安裝電視接收機(jī)的是當(dāng)時的奔馳汽車 技術(shù)人員希望將該接 收終端和其他無線設(shè)備整合的一起 從而形成一個高端的汽車電子產(chǎn)業(yè) 自 DELPH 全球規(guī)模最大的汽車電子企業(yè) 中國研究院負(fù)責(zé)人的相關(guān)訪談 但是 業(yè)務(wù)的應(yīng)用和推廣 還是難以突破技術(shù)手段的限制 上述試驗(yàn)最終是 以失敗告終 以 DELPH 為代表的企業(yè)團(tuán)隊(duì) 在模擬時代逐步放棄了嘗試 直到 數(shù)字電視的出現(xiàn) 1 2 2 數(shù)字時代的列車電視 1 2 2 1 歐洲與美國的移動電視現(xiàn)狀 數(shù)字電視無線傳輸技術(shù)是在美國發(fā)源 但卻是在歐洲得到了真正的發(fā)展 尤 其是移動電視技術(shù) 1998 年 歐洲的可支持移動接收的數(shù)字電視無線傳輸技術(shù) DVB T 成為繼美國 ATSC 只能支持固定接收電視信號 之后的第二個國際范圍 的電視標(biāo)準(zhǔn) 也是國際上第一個能夠支持在移動過程中接收電視信號的標(biāo)準(zhǔn) 因此 利用 DVB T 試驗(yàn)鐵路電視的可能性 便被一些企業(yè) 研究單位重新?lián)?拾起來 同時 由于數(shù)字技術(shù)的相通性 尤其是數(shù)字音視頻壓縮技術(shù) MPEG2 4 H 264 AVS 的迅速發(fā)展成熟 在 DVB T 前后發(fā)展起來的數(shù)字音頻廣播 DAB 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 13 數(shù)字衛(wèi)星電視廣播 DVB S 以及數(shù)字移動多媒體廣播 DVB H 都被技術(shù)人員視為 在鐵路上傳送和接收電視信號的潛在的支撐技術(shù) 本文以下便通過對歐洲這些可 能用于鐵路電視傳送和接收的數(shù)字無線傳輸技術(shù)的分析和說明 來揭示解決鐵路 電視傳輸技術(shù)的癥結(jié)所在 在歐洲 從目前的研究資料上來看 意大利的開發(fā)和應(yīng)用比較多 但是 即 使能夠查到很多相關(guān)報道和研究報告 但都沒有商業(yè)應(yīng)用的情況發(fā)生 在試驗(yàn)報 道和數(shù)據(jù)最多的意大利 也只有技術(shù)試驗(yàn)而已 且沒有試驗(yàn)成功與否的結(jié)果 5 這不僅只是國家間的需求不同 還有著他們選擇技術(shù)上的障礙因素 6 在歐洲 首先所有試驗(yàn)都是基于數(shù)字電視傳輸技術(shù)體系 這主要因?yàn)橐苿油?信技術(shù) GSM WCDMA 的出發(fā)點(diǎn)是為小數(shù)據(jù)量 點(diǎn)到點(diǎn)的通信服務(wù) 不能 滿足實(shí)時大數(shù)據(jù)量 點(diǎn)到多點(diǎn)的視音頻廣播服務(wù) 因此必須采用數(shù)字電視傳輸技 術(shù) 這是可以理解和接受的 我們可以對鐵路電視進(jìn)行如下的定義 鐵路電視面 臨的信道環(huán)境是近地的復(fù)雜地形 且要求適應(yīng)高速鐵路的高速移動環(huán)境下 傳送 標(biāo)準(zhǔn)清晰度的電視節(jié)目 在歐洲 可選的傳輸技術(shù)只有 DVB C DAB T DMB DVB S II DVB T H 這幾個系列 但是 這些技術(shù)在鐵路應(yīng)用中都有自身的缺陷 a DVB C 不能用 因?yàn)?DVB C 是有線電視傳輸技術(shù) 因此其設(shè)計(jì)是基于 理想的光纖或電纜有線信道 沒有任何抗干擾能力 如果應(yīng)用于鐵路的 無線傳送 效果和模擬電視一樣 b DAB T DMB 亦存在缺陷 因?yàn)榕c移動通信類似 它的設(shè)計(jì)初衷是為 低數(shù)據(jù)量的音頻傳輸服務(wù) 且為兼容繁多的多音頻兼容協(xié)議 致使其最 好的有效傳輸效率很低 只有 300kbps 左右 無法傳送標(biāo)準(zhǔn)清晰度的 視頻 難以在 17 寸屏上顯示滿意的效果 同時由于音頻數(shù)據(jù)傳送的誤 碼率門限只有 10 3 遠(yuǎn)高于視頻要求的可視門限 10 6 眼睛對于錯誤的 細(xì)節(jié)分辨能力 大于耳朵對應(yīng)音頻的錯誤分辨 因此難以保證傳送的 視頻質(zhì)量 實(shí)際運(yùn)用將帶來大量的 馬塞克 現(xiàn)象 不能正常收看節(jié)目 內(nèi)容 因此 在歐洲 沒有用 DAB 來試驗(yàn)視頻傳送的報道 c T DMB 是韓國技術(shù)人員為了傳送視頻而對 DAB 的改進(jìn)版 以用于近期 比較受人們歡迎的手機(jī)電視 主要工作是增加了糾錯保護(hù) 提高誤碼門 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 14 限 滿足視頻可視門限的要求 由于增加糾錯的代價是數(shù)據(jù)率的進(jìn)一步 下降 因此即使采用目前最先進(jìn)的壓縮技術(shù) MPEG 4 ER BSAC HE AAC V2 作為音頻壓縮方案 采用 H 264 AVC 和 ER BSAC 方案 能傳送的視 頻質(zhì)量是每秒 30 幀 分辨率為 352 288 CIF 的視頻節(jié)目和相關(guān)音頻信號 的數(shù)據(jù)率總共為 384kbps 形象而言應(yīng)該是家庭 VCD 質(zhì)量的一半 注 標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的要求為每秒 60 幀 分辨率為 720 576 因此 T DMB 主要是滿足 7 寸以下屏的移動多媒體終端顯示 7 d DVB T 是一個不錯的選擇 數(shù)據(jù)率高 可以提供符合標(biāo)清以上清晰度質(zhì) 量要求的視頻傳輸要求 因?yàn)槭轻槍Φ孛鏌o線通信面臨的復(fù)雜地形設(shè)計(jì) 糾錯能力強(qiáng) 且有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力 但由于基于多載波體系的 DVB T 技術(shù)并不是為高速移動接收設(shè)計(jì) 只是為低速便攜接收設(shè)計(jì) 并 且多載波調(diào)制 OFDM 8 技術(shù)本身在對付高速移動所造成的的多普勒衰落 上天然存在缺陷 信道干擾將破壞 OFDM 的子載波正交性 使得系統(tǒng)性 能大幅下降 導(dǎo)致在高速移動環(huán)境中接收失敗 到目前為止未見有超 過 150 公里 小時的高速移動接收的報道 亦未見其在鐵路網(wǎng)上的實(shí)驗(yàn)報 道 9 e DVB H 是在 DVB T 基礎(chǔ)上針對手機(jī)電視應(yīng)用改造的 基礎(chǔ)技術(shù)體制與 DVB T 完全一致 主要改動在于將每個節(jié)目的數(shù)據(jù)率改造為 384Kbps 以適應(yīng) 7 寸以下的便攜終端的尺寸 另外增加節(jié)電設(shè)計(jì) 以適應(yīng)便攜終 端苛刻的低功耗要求 因此既沒有解決 DVB T 應(yīng)用于鐵路的問題 還增 加了手機(jī)電視視頻質(zhì)量不能滿足大屏顯示的要求 整個設(shè)計(jì)和優(yōu)化方向 不是為了鐵路電視而做 不能簡單的搬移過來 f 實(shí)際上 歐洲國家大多采用可以適應(yīng)大多普勒頻移衰落的單載波體系的 DVB S 作為地面鐵路電視單頻網(wǎng)覆蓋 基于單載波技術(shù)的 DVB S 確實(shí) 在對抗高速移動環(huán)境下的多普勒頻移能力比多載波的 DVB T 要強(qiáng) 但是 DVB S 是為適應(yīng)衛(wèi)星信道而設(shè)計(jì) 對付多普勒效果不錯 但其抗多徑干 擾能力遠(yuǎn)不及 DVB T 不能適應(yīng)復(fù)雜地形 即使是最新的增強(qiáng)版 DVB S II 也只是進(jìn)一步提高了接收靈敏度 提高在雷雨天氣下可靠接收的能 力 而沒有提高抗多徑干擾的能力 因此在實(shí)際使用中 采用 DVB S 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 15 就必須設(shè)計(jì)精巧且復(fù)雜的天線技術(shù) 來一定程度上彌補(bǔ)這個缺點(diǎn) 將地 面網(wǎng)的信道通過天線設(shè)計(jì)成為一個可視信道 多徑干擾比較少 以接近 衛(wèi)星通道模型 同時在特殊地區(qū) 隧道 城區(qū)等可以遮擋衛(wèi)星信號的 陰影區(qū) 用地面補(bǔ)點(diǎn) 這意味著列車上將安裝兩套完整的接收裝置 可 見 這確實(shí)是一個用工程來彌補(bǔ)技術(shù)缺陷的解決方案 但用更加龐大的 工程投入來彌補(bǔ)系統(tǒng)技術(shù)缺陷 高速伺服跟蹤天線的費(fèi)用目前估計(jì)為百 萬級 而車載兩套裝備來滿足補(bǔ)點(diǎn)區(qū)切換使車載終端費(fèi)用翻倍 并不 是一個很好的商用選擇 這也許是歐洲至今沒有可用的鐵路電視的一個 技術(shù)原因 需要補(bǔ)充一下 在美國 高通公司的 Mediaflow 和 DVB H 一樣是為手機(jī)電 視應(yīng)用而來 但得到最新的消息是 2007 年 5 月在加洲的試驗(yàn)仍然是以失敗告終 1 2 2 2 國內(nèi)相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀 在國內(nèi) 對于通過無線方式將電視信號實(shí)時傳送到列車上的努力一直沒有停 止 從 2000 年開始 中國鐵道科學(xué)研究院便開始了在列車衛(wèi)星接收的試驗(yàn) 但 和歐洲一樣 單純的衛(wèi)星接收目前在高速移動條件下的技術(shù)門檻集中在高速伺服 跟蹤天線上了 拋開高昂的成本不說 關(guān)鍵技術(shù)使國內(nèi)的試驗(yàn) 2002 年 是以 失敗告終 在 2004 年 又有單位采用 CDMA 技術(shù)來傳送視頻信號 當(dāng)然 即使拋開視 頻質(zhì)量不談 CDMA 根本不是為傳送連續(xù)視頻流而設(shè)計(jì) CDMA 是突發(fā)數(shù)據(jù)傳 送 難以保證穩(wěn)定 在列車上的話音質(zhì)量都存在問題 更不要說是視頻了 因 此 最終的試驗(yàn)仍然失敗 國內(nèi)緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展 也于 2006 年 8 月 1 日公布了地面數(shù)字電視傳輸標(biāo) 準(zhǔn) DTMB 該標(biāo)準(zhǔn)由 OFDM C 3780 和單載波 C 1 技術(shù)融合而成 兼?zhèn)?了多載波技術(shù)適應(yīng)復(fù)雜地形的優(yōu)點(diǎn) 同時又具有單載波技術(shù)支持高速移動接收的 特點(diǎn) 尤其是其中 C 1 的選項(xiàng) 是單載波技術(shù)體系在適應(yīng)城市復(fù)雜地形下 且 同時能支持高速移動接收的典范 目前的技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模正在迅速成熟 并日趨完善 是最有可能中國鐵路電視技術(shù)難題的解決方案 我們將在下一章中 詳細(xì)說明 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 16 國內(nèi)在繼地面電視標(biāo)準(zhǔn)確定后 關(guān)于移動多媒體標(biāo)準(zhǔn)的競爭正在持續(xù) 和歐 洲和韓國一樣 T DMB DVB H Mediaflow 都曾經(jīng)是考慮對象 但考慮到產(chǎn)業(yè) 健康發(fā)展的需求 自主知識產(chǎn)權(quán)是非常必要的 正如我們已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的地面無 線數(shù)字電視廣播 因此 國內(nèi)的研究單位也積極行動推出了 T MMB DMB TH 的方案 T MMB 是 T DMB 靈敏度增強(qiáng)版 就像 DVB S II 對于 DVB S 一樣 沒有改變視頻質(zhì)量的缺限 DMB TH 是地面國標(biāo) C 3780 的手機(jī)版 即低功耗版 就像 DVB H 對 DVB T 的改進(jìn)一樣 可見 技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn) 是帶有非常 鮮明的針對性的 沒有一種技術(shù)可以適應(yīng)所有應(yīng)用的需求 手機(jī)電視傳輸技術(shù)是 為適應(yīng)手機(jī)等便攜終端小尺寸顯示屏 且接收處理低功耗的特殊要求設(shè)計(jì)的 并 不是為鐵路而優(yōu)化的 因此 考慮到鐵路電視對于適應(yīng)復(fù)雜地形 支持高速移動 且要求可以標(biāo)清 以上清晰度級別的三大特殊技術(shù)要求 當(dāng)然還有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)意義 實(shí)際 上 我們會發(fā)現(xiàn) 從地面模式入手 針對性的優(yōu)化 將是最接近鐵路電視要求 最具有技術(shù)成熟性 和產(chǎn)業(yè)成熟度的選擇 從地面模式入手 針對性的優(yōu)化 將是最接近鐵路電視要求 最具有技術(shù)成熟性 和產(chǎn)業(yè)成熟度的選擇 1 2 2 3 其他技術(shù)選擇 1 無線寬帶接入技術(shù) 802 系列 10 電視在目前的新技術(shù)浪潮中 和移動通信及無線接入技術(shù)一起被統(tǒng)稱為寬帶 通信技術(shù) 其簡單原因是因?yàn)槿惣夹g(shù)在頻譜資源上都占用比較寬的頻譜 所以 一般而言 DAB T DMB T MMB 不列入寬帶無線的范疇的原因就是他們的帶 寬小于 2M 比上述三類技術(shù)中任何一個的帶寬占用都要小很多 數(shù)據(jù)率低 不 適應(yīng)視頻大數(shù)據(jù)量的傳送 但是 移動通信是為語音通信而設(shè)計(jì) 缺陷已經(jīng)在 上一節(jié)寫明 而無線接入技術(shù) 以 802 系列為代表 是為數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì) 因此 其特點(diǎn)也非常鮮明 其特有的出錯重發(fā)機(jī)制 ARQ 在用于視頻通信時將帶來很大的數(shù)據(jù)延遲 并且不適用于高速移動下的視頻傳輸 即使是 802 16 系列亦沒有超過 120 公里 小時的報道 其為多用戶接入設(shè)計(jì)的介質(zhì)共享協(xié)議 在用戶數(shù)增加時會成比例下降 無法 滿足點(diǎn)到面的廣播需求 保證不了終端穩(wěn)定的視頻質(zhì)量 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 17 構(gòu)架一個全國覆蓋網(wǎng) 對于 802 系列來說 還有一個目前尚不能完善解決的 跨區(qū)切換的問題 不支持平滑切換 將造成頻繁的信號中斷 尤其在高速移 動于相鄰基站間 可見 為數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的寬帶無線接入技術(shù) 亦不能滿足鐵路電視的特殊 需求 2 本地播放型 早在 80 年代 由于無線傳送技術(shù)的障礙 最終很多列車電視就選擇了本地 播放 我們應(yīng)該還是對臥鋪列車中的閉路電視有印象 這種模式由于版權(quán)費(fèi)的問 題 節(jié)目源稀少 沒有實(shí)時新聞 更像是看錄像 最終 逐步退出了歷史舞臺 而在 2004 年左右 一個嶄新的業(yè)務(wù)模式的突起 使得列車電視的概念重新 引人注意 分眾傳媒 顧名思義 將受眾進(jìn)行劃分 針對性的發(fā)布廣告 分眾 傳媒納斯達(dá)克上市 這個極度利好消息 刺激著國內(nèi)傳媒行業(yè)從傳統(tǒng)的大眾傳媒 的睡夢中清醒過來 在國內(nèi)到處尋找被傳統(tǒng)媒體所忽略的地方 很明顯 鐵路這 個因技術(shù)原因而被遺忘了近 30 年的領(lǐng)域很快被挖掘出來 但是 鐵路電視不等于鐵路分眾傳媒鐵路電視不等于鐵路分眾傳媒 因?yàn)?旅客在旅途中的時間不是垃圾 時間 旅客在旅途中的時間不是垃圾 時間 因此鐵路電視不是純粹的廣告發(fā)布的垃圾時間 鐵路電視最關(guān)鍵的一點(diǎn) 旅客停留的時間很長 不是等電梯的幾分鐘 而是長距離旅途的幾小時 因此 這段時間是完整的節(jié)目時間 我們的鐵路電視網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是最先進(jìn)的無線技術(shù)最先進(jìn)的無線技術(shù) 最傳統(tǒng)的頻道模式最傳統(tǒng)的頻道模式 最新的 鐵路電視單頻網(wǎng) 最新的 鐵路電視單頻網(wǎng) 1 3 適合中國國情的列車移動電視的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng) 以下簡稱鐵路電視單頻網(wǎng) 解決方案 1 3 1 我國列車移動電視的特點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn) 很明顯能夠?qū)⑿盘枌?shí)時傳送到列車的技術(shù) 只有通過無線通信技術(shù) 而無線 通信技術(shù)一直是通信領(lǐng)域內(nèi)最復(fù)雜的技術(shù) 尤其是大數(shù)據(jù)率寬帶視頻通信技術(shù) 數(shù)字電視的傳輸 仍然是寬帶視頻通信技術(shù)的一種 因此 我們必須考慮一下技 術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度 以及可行的技術(shù)方向 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 18 首先我們來分析以下技術(shù)需求 電視信號覆蓋鐵路 從技術(shù)上我們必須考慮 以下幾個技術(shù)難點(diǎn) 覆蓋全國的組網(wǎng)問題覆蓋全國的組網(wǎng)問題 由于覆蓋面廣 一般首先考慮衛(wèi)星方式 但即使排除政策因素 直播衛(wèi) 星覆蓋全國的問題在于 由于中國國土面積廣大 在隧道 山區(qū) 城區(qū) 等復(fù)雜地形條件下 必須采取大量的補(bǔ)點(diǎn)措施 因此 采取何種組網(wǎng)方 式和架構(gòu) 是保證鐵路電視正常播出的關(guān)鍵 此時鐵路電視實(shí)際上成為 了一個名副其實(shí)的鐵路電視單頻網(wǎng)鐵路電視單頻網(wǎng) 適應(yīng)復(fù)雜地形造成的強(qiáng)多徑干擾適應(yīng)復(fù)雜地形造成的強(qiáng)多徑干擾 由于存在復(fù)雜地形的地面補(bǔ)點(diǎn) 因此 在地面?zhèn)魉蜁r必須考慮復(fù)雜地形 造成的無線信號的多徑反射干擾 及其他由地形因素造成的電磁干擾 這是對無線技術(shù)的抗干擾技術(shù)的高要求 適應(yīng)未來鐵路大提速適應(yīng)未來鐵路大提速 2006 年 6 月中 法國高速鐵路已經(jīng)將日常運(yùn)行速度提速到 350 公里 小 時 可見 正如鐵路專用移動通信網(wǎng) GSM R 一樣 鐵路沿線專用的無 線傳輸技術(shù) 不管傳的內(nèi)容是什么 都不得不適應(yīng)對于速度的要求 而 這對于大數(shù)據(jù)率的視頻傳輸 尤其還是在復(fù)雜地形造成的多徑環(huán)境下的 視頻傳輸 復(fù)雜且隨機(jī)的大多普勒偏移問題將是一個大難題 傳輸效率高適應(yīng)更多節(jié)目需求傳輸效率高適應(yīng)更多節(jié)目需求 數(shù)據(jù)率的高低是無線通信技術(shù)優(yōu)劣的一個重要評判參數(shù) 主要是因?yàn)闊o 線頻率是自然資源 無法再生 所以節(jié)約每個 Bit 都是很關(guān)鍵的 對于 在列車上收看節(jié)目 我們知道由于列車上人員嘈雜 電視要成功的吸引 受眾的注意力 一方面在于節(jié)目內(nèi)容是否吸引人 另一方面 最為直接 的就是屏幕的大小和節(jié)目的清晰度 可以在第一時間抓住人們的眼球 后者相比于前者 實(shí)際上是最有效的手段 所以 目前流行的高清晰度 電視 就是同樣的道理 尤其在嘈雜環(huán)境中 沒有太多精力去仔細(xì)品 位節(jié)目的內(nèi)涵 還是顯示器的外在表現(xiàn)更來得直接 因此 一般來說屏 幕越大 清晰度越高越好 目前液晶的顯示器可以到 55 寸 一般的掛 在餐車中的也有 34 寸的大小 這樣的尺寸至少得有標(biāo)準(zhǔn)清晰度的要求 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 19 每秒 60 幀 分辨率為 720 576 并且為提高節(jié)目豐富性 一般 2 4 個頻道是必要的 一路 CCTV 一路鐵路節(jié)目 一路本地節(jié)目 其他 所 以用目前最優(yōu)秀的 H 264 數(shù)據(jù)率的要求要在 3 6Mbps 左右 從以上分析 我們可以知道鐵路電視是對無線電視傳輸技術(shù)的一個高要求的 集中體現(xiàn) 以下 通過對于曾經(jīng)以及可能應(yīng)用鐵路電視傳送的各類無線技術(shù)的分 析 來共同設(shè)計(jì)合理的鐵路電視傳送技術(shù)方向 1 3 2 面向高速鐵路應(yīng)用的數(shù)字電視地面廣播技術(shù) ADTB R 上海交通大學(xué)自主知識產(chǎn)權(quán)的 ADTB T 單載波數(shù)字視頻地面廣播系統(tǒng) 11 既 承接了以美國 ATSC 系統(tǒng)為代表的的單載波方案所具備的傳輸容量大 工作門限 低 相同覆蓋條件下要求發(fā)射功率低 抗脈沖干擾能力強(qiáng) 對調(diào)諧器要求低等優(yōu) 點(diǎn) 又通過突破關(guān)鍵技術(shù) 使本方案同時擁有了以歐洲 DVB T 系統(tǒng)為代表的多 載波方案所具備的抗多徑能力強(qiáng) 系統(tǒng)同步強(qiáng)健 多模式多碼率工作模式 能夠 用于移動接收等優(yōu)點(diǎn) 針對我國鐵路的上述技術(shù)難點(diǎn)特征 ADTB T 技術(shù)針對鐵 路 Railway 在更高的移動速度上進(jìn)行了優(yōu)化和改造 使之更加適應(yīng)于高速鐵 路的應(yīng)用環(huán)境 保證了在高速移動的列車上仍然能夠穩(wěn)定流暢的收看電視節(jié)目 由此形成了針對高速鐵路的升級優(yōu)化版 ADTB R ailway 基于以上特點(diǎn) 并經(jīng)過與其他現(xiàn)有的單頻網(wǎng) 12 組網(wǎng)方式比較 ADTB R 系統(tǒng) 十分適合于軌道交通這一特殊環(huán)境 因此在本文中主要研究基于 ADTB R 地面 傳輸標(biāo)準(zhǔn)的單頻網(wǎng)系統(tǒng) 1 3 3 適合我國國情的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)解決方案 考慮到上述我國鐵路電視覆蓋面臨的實(shí)際問題 充分利用 ADTB R 的抗多 徑干擾能力 來解決復(fù)雜地形下的電視信號傳送和接收 利用衛(wèi)星或光纖的大范 圍可靠分發(fā)能力 解決全國區(qū)域內(nèi)信號的統(tǒng)一中繼分發(fā) 利用 IPTV 與未來數(shù)字 媒體融合特征 完成列車車廂內(nèi)電視信號的處理和全車到屏 總體而言 本鐵路電視單頻網(wǎng)系統(tǒng) SFN 采用交大 ADTB R 傳輸體制 通過 DVB S 衛(wèi)星電視廣播作為主要分發(fā)網(wǎng)絡(luò)同時結(jié)合光纖和微波在適當(dāng)?shù)牡貐^(qū)混合 組網(wǎng) 覆蓋全國鐵路沿線的專用 SFN 網(wǎng)絡(luò) 通過該網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施 鐵路乘客可以 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 20 通過安裝在火車上的數(shù)字電視接收裝置接收和收看中央臺播出的鐵路電視節(jié)目 節(jié)目質(zhì)量達(dá)到標(biāo)清級別 通過可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可以保證鐵路電視信號在全國覆 蓋范圍內(nèi)精確同步分發(fā) 用戶在全程收看過程中接收可靠 圖像連續(xù) 在交疊覆 蓋區(qū)不出現(xiàn)停頓 跳幀 實(shí)現(xiàn)接收過程中的 無縫 切換 1 4 本課題的研究意義和方向 為我國高速鐵路電視覆蓋的工程實(shí)現(xiàn) 提供了一個可以驗(yàn)證的示范工程 填 補(bǔ)了國內(nèi)該行業(yè)的技術(shù)空白 并向國外相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用提供了一個極具實(shí)現(xiàn)價值的 工程范本 1 5 本文所做的主要工作和創(chuàng)新 本文的主要工作是實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字電視地面廣播技術(shù)的單頻網(wǎng)覆蓋的示范段 的建設(shè)和測試 本文的創(chuàng)新點(diǎn)將在于對整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用了 易質(zhì) 的創(chuàng)新性思 路 最終形成了一個 3 1 的多層混合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 其優(yōu)點(diǎn)是對工程施工地區(qū)的 地形的適應(yīng)性強(qiáng) 便于工程的實(shí)現(xiàn) 同時整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性有了直觀的保障 機(jī)制 1 6 本文的篇章結(jié)構(gòu) 第一章描述鐵路列車移動電視的相關(guān)市場需求 技術(shù)背景及國內(nèi)外現(xiàn)狀 給 出了適合我國國情的解決方案 之后說明了本課題的研究意義 主要工作 創(chuàng)新 點(diǎn)和篇章結(jié)構(gòu) 第二章介紹了鐵路電視單頻網(wǎng)覆蓋的原理知識 第三章詳細(xì)介紹了本課題的工作重點(diǎn) 鐵路電視單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 并分析 了其工程實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢 首先對 3 1 的多層混合構(gòu)架方式進(jìn)行分層描述 之后仔 細(xì)分析了混合構(gòu)架之對于工程施工 以及網(wǎng)絡(luò)安全等方面的考慮以及其優(yōu)越性 第四章詳細(xì)介紹了滬錫示范段的工程實(shí)現(xiàn) 首先介紹了在滬錫線的實(shí)現(xiàn)方 案 通過一系列的無線覆蓋模型計(jì)算和分析 設(shè)計(jì)好合理的覆蓋參數(shù) 之后通過 大量的測試數(shù)據(jù)例證和分析 驗(yàn)證了示范段建設(shè)的可行性 以及設(shè)計(jì)的合理性 第五章為全文總結(jié) 總結(jié)了本課題的工作成果 并且對未來的產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn) 提出了更好的工程建議 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 21 第二章 鐵路列車移動電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)原理 2 1 鐵路電視單頻網(wǎng)設(shè)計(jì)目的與原理 2 1 1 單頻網(wǎng)設(shè)計(jì)原理及三同性原則 單頻網(wǎng)組網(wǎng)的核心問題是如何把來自于不同發(fā)射基站的無線信號的干擾情 況轉(zhuǎn)換為接收機(jī)可以處理和利用的多徑信號情況 為使單頻網(wǎng)成功組網(wǎng) 保證全 網(wǎng)的同步運(yùn)行 上述核心問題被分解為須滿足網(wǎng)內(nèi)的每一個基站在同一頻率 同 一時間 發(fā)送相同信號的三同性原則 13 在非單頻網(wǎng)情況下 如果相鄰兩個基站以相同的頻率發(fā)送同源信號 由于兩 基站之間信號發(fā)送時的延時情況 其中一個基站所發(fā)射信號可能會成為接收機(jī)所 接收信號的干擾 但該干擾的功率達(dá)到一定水平時 接收機(jī)將會無法正常對所接 收的信號進(jìn)行解調(diào) 恢復(fù)原有數(shù)據(jù) 導(dǎo)致接收失敗 單頻網(wǎng)的核心思想是不同發(fā)射點(diǎn)發(fā)射出完全相同的信號 從電波的角度表現(xiàn) 為在不同發(fā)射塔同一時刻向空間輻射的電磁波載波頻率相同 載波幅度和相位的 變化一樣 這樣在交疊覆蓋區(qū)對接收機(jī)來說 來自兩個發(fā)射塔的信號可以看做是 同一個發(fā)射塔發(fā)射但經(jīng)過兩個不同傳播路徑而來的主徑加 0dB 多徑信號 接收 多徑群如圖 2 1 所示 圖 2 1 接收多徑群示意圖 Fig 2 1 Sketch of receiving multipath group ADTB R 體制可以對抗時延在一定范圍內(nèi)的 0dB 多徑 這是該技術(shù)可以實(shí) 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 22 現(xiàn)單頻網(wǎng)的核心 為了避免 0dB 多徑時延在一個符號周期內(nèi) 在實(shí)際單頻網(wǎng)實(shí) 現(xiàn)過程中 會人為地精細(xì)調(diào)整兩個發(fā)射點(diǎn)的發(fā)送時延 使得在交疊覆蓋區(qū)不會出 現(xiàn)多徑強(qiáng)度為 0dB 時 多徑間的時延小于一個符號 換言之 當(dāng)多徑強(qiáng)度為 0dB 時 其時延理論上大于一個符號 在本系統(tǒng)中實(shí)際的最佳值為 1us 到 2us 而在 時延小于一個符號周期時其電平差大于 6dB 這時的合成矢量信號惡化有限 多 徑的影響可以看成是噪聲 相鄰的發(fā)射塔到達(dá)接收機(jī)的信號電平如圖 2 2 所示 多徑延時如圖 2 3 所示 圖 2 2 相鄰的發(fā)射塔到達(dá)接收機(jī)的信號電平示意圖 Fig 2 2 Sketch of receiver signal level from adjacent signal transmitting net tower arrival 圖 2 3 多徑延時示意圖 Fig 2 3 Sketch of delay multipath 2 1 2 鐵路電視單頻網(wǎng)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)兼容性原則 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是單頻網(wǎng)的組網(wǎng)重要部分之一 它是連接信號源以及地面信號覆蓋 網(wǎng)絡(luò)之間的通信網(wǎng)絡(luò) 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的主要功能是將信號源的數(shù)據(jù)按照一定要求分發(fā)至各個發(fā)射基站 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)可以采取不同的形式 例如使用衛(wèi)星通信網(wǎng) 光纖通信網(wǎng)或微波通信網(wǎng) 等 在數(shù)據(jù)的分發(fā)過程中 由于所分發(fā)對象為 TS 流 其本身不存在數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī) 制 因此要求分發(fā)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的可靠性 要能夠以較低的誤碼率將數(shù)據(jù)進(jìn)行分 發(fā) 此外 由于組網(wǎng)過程中 單頻網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)的最大延時有著一定的要求 因此分 17us 10km 0us 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測試方案研究 23 發(fā)網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)延時特性方面也應(yīng)符合相關(guān)的要求 14 由于該鐵路電視單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模性與可靠性要求 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)需要具有兼容 性 由此便要求該單頻網(wǎng)的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)既能夠適用于衛(wèi)星通信網(wǎng) 也能夠適用于光 纖通信網(wǎng) 微波通信網(wǎng) 并能夠完成衛(wèi)星通信網(wǎng) 光纖通信網(wǎng)以及微波通信網(wǎng)混 合組網(wǎng)分發(fā)的方式 我國國土面積廣大 國內(nèi)地形狀況 氣候狀況也千差萬別 此外 我國國土 內(nèi)人口分布 經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r差距也較明顯 衛(wèi)星通信具有覆蓋區(qū)域大 支持頻帶 寬等特性 它可以不依賴地面通信網(wǎng)絡(luò)便完成廣播電視信號的接收 使用廣播電 視衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的方案實(shí)現(xiàn)分發(fā)網(wǎng)絡(luò) 既可以滿足平原以及人口稠密地區(qū)的覆蓋 更 可以完成地形復(fù)雜 人煙稀少的地區(qū)的覆蓋 平衡經(jīng)濟(jì)成本 結(jié)合我國實(shí)際的地 理情