ADTBT關鍵技術特點

【流媒體網】摘要:中華人民共和國國標化委員會于8月頒布了數字電視地面原則“《數字電視地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)幀構造、信道編碼和調制技術規(guī)范》”。該原則重要技術基本之一就是上海交通大學近年積累ADTB-T技術。本文針對國內數字電視地面廣播需求，闡述了ADTB-T技術特點，指出了ADTB-T技術詳細內容。本文進一步以國標ADTB-T技術某些測試成果，推廣應用狀況輔證了國標ADTB-T技術優(yōu)勢。一、數字電視地面廣播需求1.1地面數字電視廣播系統(tǒng)業(yè)務需求

地面數字電視廣播系統(tǒng)是廣播電視體系中重要構成某些，它與衛(wèi)星數字電視廣播系統(tǒng)和有線數字電視廣播系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)一起互相協(xié)同提供全面受眾覆蓋。當前，國內有約2/3顧客通過模仿無線方式接受電視號。全國共有3.5億戶家庭，其中有線接受為1.26億戶，無線接受超過2億戶，她們大多分布在城郊和農村，這些顧客迫切需要更多更穩(wěn)定電視節(jié)目。制定數字電視地面原則重要目是為廣大無線接受顧客提供可靠數字電視接受方案和規(guī)范。國家關于主管部門也充分看到了以上國內電視廣播體系特點，從

她們多次公開發(fā)言中可以預見，當來年8月后，該原則正式執(zhí)行后，地面固定覆蓋仍是主流業(yè)務，解決廣大中西部顧客看電視難將是首要解決問題，原則應用將重要集中于地面固定覆蓋上。另一方面，原則新技術將催生新媒體，車載、樓宇、便攜商業(yè)模式逐漸形成，而手機電視原則將會另行制定。

此外，在自然災害、戰(zhàn)爭等狀況下，較之有線電視和衛(wèi)星電視而言，地面電視是最有效具備迅速恢復廣播電視覆蓋能力傳播系統(tǒng)。1.2地面數字電視廣播系統(tǒng)技術規(guī)定

數字電視地面廣播原則研究開發(fā)和制定，一方面需要最大限度滿足國內數字電視地面廣播業(yè)務需求。針對國內地面數字電視業(yè)務需求，對于地面數字電視系統(tǒng)技術規(guī)定總結如下：覆蓋范疇規(guī)定

廣電總局提出數字電視地面廣播各項業(yè)務需求中，對覆蓋范疇規(guī)定是最主線。在數字電視時代，鑒別覆蓋范疇能力根據應當是：運用既有模仿發(fā)射點，以盡量小功率發(fā)射來有效覆蓋所有區(qū)域。影響覆蓋范疇因素重要有如下兩點。

第一，接受系統(tǒng)敏捷度指標是決定覆蓋范疇能力基本指標。越小敏捷度規(guī)定意味著越小發(fā)射功率可以有效地覆蓋相似面積。

第二，發(fā)射信號峰均比指標將決定對發(fā)射機峰值功率規(guī)定。該指標是實現(xiàn)上述用較小功率數字信號發(fā)射來簡樸替代原有模仿覆蓋重要因素，也是用同等發(fā)射功率來有效擴大覆蓋有利因素。值得注意是，發(fā)射信號峰均比對于低成本進行模仿電視向數字電視過渡也是很重要。低峰均比指標意味著對發(fā)射機線性度規(guī)定低，可以直接啟用模仿發(fā)射機。

在以上2個指標得到保證前提下，才可以通過多頻網、局部單頻網、同頻轉發(fā)補點等手段完畢全國有效覆蓋?？剐诺浪ヂ淠芰?/p>

在惡劣（頻率選取性衰落）、動態(tài)（時變）信道狀況下，數字電視接受系統(tǒng)敏捷度指標會有一定惡化，甚至引起接受無條件失敗。特別在單頻網環(huán)境中，將增長惡劣多徑也許性。在實驗室中，普通以抗0dB多徑能力來檢查接受機抗惡劣信道能力；在瑞利信道下，以可承受最大多普勒速度來評判接受系統(tǒng)動態(tài)能力。頻率規(guī)劃規(guī)定

在模仿電視向數字電視過渡時期中，數字電視頻譜資源將會更緊張，只有有效啟用鄰頻發(fā)射才干有效地提高全網頻譜運用率。此時，接受系統(tǒng)將受到模仿同/鄰頻干擾、數字同/鄰頻干擾。雖然在全數字電視時期，如果可以支持鄰頻工作，將進一步提高頻譜運用率，簡化頻率規(guī)劃過程。

抗模仿同/鄰頻干擾能力、抗數字同/鄰頻干擾能力高低將決定頻譜規(guī)劃有效性，以及能否提高頻譜運用率。二、ADTB-T技術本質

上海交通大學等單位提出并研制成功高檔數字電視地面廣播傳播技術ADTB-T，是針對國內數字電視地面廣播實際業(yè)務需求及技術規(guī)定，發(fā)展一套支持大容量、高速度、單載波移動和固定接受以及單頻組網新技術。該技術在承辦單載波系統(tǒng)覆蓋范疇性能好、抗同鄰頻干擾能力強基本上，進一步解決了抗惡劣、動態(tài)信道干擾，以及單頻組網國際性難題，具備廣泛應用前景。ADTB-T已經成為8月頒布國標《數字電視地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)幀構造、信道編碼和調制技術規(guī)范》重要技術基本之一。

ADTB-T系列技術重要涉及如下某些：2.1單載波調制

所謂單載波調制技術，是將需要傳播數據流調制到單個載波上進行傳送，當前應用最為廣泛是QAM，OQAM，PSK等星座映射方式。單從調制技術自身來看，具備信號峰均比低；接受敏捷度號；對載波偏差、相位噪聲不敏感；實現(xiàn)簡樸等長處。但老式單載波技術對付信道衰落能力較差。在國標中，單載波調制方式已經成為“幀體數據解決”模式中一種，在國標所有支持模式中，超過一半均為單載波調制。必要指出，單純調制技術是無法滿足數據可靠傳播需要，還需要數據構造、信道編解碼方案、同步與均衡算法支持來保持單載波自身優(yōu)勢，進一步提高對付信道衰落能力。2.2簡潔有效數據構造

數據構造簡潔有助于接受系統(tǒng)低成本實現(xiàn)，有助于迅速同步與均衡。一種簡潔數據構造基本單元至少涉及3某些：確知信息、系統(tǒng)信息以及編碼數據。ADTB-T技術一大特點就是數據構造以“幀”為基本單元，涉及幀頭（確知信息）、加強保護系統(tǒng)信息、經高效編碼保護數據信息。

幀頭應當選取具備偽隨機特性序列（PN），插入周期應當在500微秒到1毫秒之間，

序列長度應不不大于判決反饋均衡器級數，這樣既保證了傳播效率，又可以提高抗信道動態(tài)衰

落能力。

在國標中，滿足以上幀頭規(guī)定幀格式如圖1：2.2.1幀頭格式

國標中明確規(guī)定了“幀頭模式2采用10階最大長度偽隨機二進制序列截短而成，幀頭信號長度為595個符號，是長度為1023m序列前595個碼片。幀頭信號平均功率與幀體信號平均功率相似?！庇捎诰馄鞒轭^最佳維納解是：

其中R是均衡輸入有關矩陣，pr是均衡輸入數據與盼望恢復值之間有關矢量。只有采用非循環(huán)簡潔偽隨機二進制序列作為幀頭，才干保證在幀頭階段（均衡器抽頭收斂最佳時期），信道輸入R是對角陣，這有助于信道均衡迅速收斂到最佳解。

幀頭功率與幀體信號平均功率相似保證了單載波信號低峰均比特性。2.2.2系統(tǒng)信息

國標中采用ADTB-T技術中walsh正交序列聯(lián)合擴頻序列方式來保護傳播中系統(tǒng)信息，使得系統(tǒng)信息在多徑時變信道時有很強抗衰落特性。通過該方式保護系統(tǒng)信息具備很強魯棒性，這對于將來多模式混合新業(yè)務浮現(xiàn)時，需要在不同幀傳播不同模式，有很大意義。2.3高效信道編碼方案與低階星座映射結合

近年來，隨著信道編譯碼技術飛速發(fā)展，基于軟輸入多次迭代信道編碼方案不斷浮現(xiàn)，其代表是Turbo乘積（TPC）編碼與低密度校驗（LDPC）編碼。這2類碼均有一種特性：越是高效率編碼，其性能越容易接近香農限。而對于單載波調制，在均衡輸出盼望已經消除信道頻率選取性衰落影響，輸出數據是“白”，更容易體現(xiàn)高效TPC與LDPC性能。另一方面，低階星座映射可以提供更大歐氏距離，這對于均衡收斂帶來很大好處。因此，高效信道編碼方案與低階星座映射結合既保證了頻譜效率又提高了抗信道衰落性能。

在國標中采用如下組合就可以實現(xiàn)5.197Mbps到25.989Mbps碼率傳播：

應當注意到，LDPC基于比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間迭代運算各種譯碼算法不可避免要使用大量分散RAM塊；并且不同碼率編碼不能像老式卷積編碼可以通過穿孔來實現(xiàn)，這將導致不同碼率碼有各自校驗矩陣，各自解碼實現(xiàn)。因此與老式維特比譯碼與RS譯碼相比，LDPC硬件復雜度和實現(xiàn)成本將會有較大提高，特別在同步實現(xiàn)各種碼率LDPC解碼時，硬件復雜度將進一步提高，采用ADTB-T高效信道編碼與低階星座映射結合技術有助于接受芯片復雜度減少。2.4基于雙導頻及已知序列同步技術

采用雙導頻技術：雙導頻信號僅僅占用0.2dB信號功率，可以用于載波恢復、時鐘恢復、均衡等。采用雙導頻技術，可以在信道條件特別惡劣狀況下，進行載波/時鐘恢復。下圖為國標中添加雙導屢屢譜圖。

在導頻信號不存在狀況下，可以運用PN序列來檢測一定范疇載波偏差。對于相鄰2幀PN頭信號，這兩段信號之間發(fā)送延時為，由于PN序列良好自有關性有助于分離多徑影響，就不妨設這兩段已知信號是一段完全同樣PN序列，記為PN(t)以及PN(t-T1)，其中0≤t≤T;T<TI。這樣在接受端僅考慮載波偏差，這兩段信號不再相等，互相之間有12fTΔπ初始相位偏差，如果ππ221≤ΔfT則可以通過兩段數據有關后提取相位得到fΔ預計。2.5改進均衡接受技術

ADTB-T均衡技術在老式LMS算法基本上，依托國標中簡潔數據構造，采用NR準正交解映射與均衡結合新算法，同步開發(fā)了一批專利保護重疊構造技術，突破了單載波抗0dB多徑、高速移動接受難題。同步，均衡LMS算法可以自適應對付單頻干擾、窄帶干擾。這是單載波技術可以較好對付模仿同/鄰頻（單頻）干擾、數字同/鄰頻（窄帶）干擾理論基本。三、國標ADTB-T技術某些測試成果與分析符合國標參數PN595+單載波+多載波融合接受機在今年7月在北京已經作了測試。測試成果表白，以交大時域技術為基本單多載波融合接受機繼承了交大長年研發(fā)技術優(yōu)勢，與固定覆蓋性能關于各技術指標上與國標其她模式相比均有較明顯優(yōu)勢，這些指標涉及敏捷度、抗同頻/鄰頻性能、峰均比等。同步，該融合接受機可以支持900多公里移動接受，遠超過國標中其她模式。

按照國標中規(guī)定，定義如下碼率：

某些詳細測試成果如下：注：測試值越大，表達系統(tǒng)抗動態(tài)多徑干擾和高斯噪聲能力越強。3.2動態(tài)多徑信道下最大多普勒頻移注：測試值越大，表達系統(tǒng)抗動態(tài)多徑干擾和高斯噪聲能力越強。

在使用UHF頻段時，最大多普勒頻移649Hz意味著約900公里移動速度，而其他數字電視地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)已公開最多也只有150Hz左右。3.3同頻保護率注：測試值越小，表達系統(tǒng)抗同頻干擾能力越強。

從測試成果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技術接受，雖然是多載波也能獲得較好抗模仿同頻能力；而采用其他模式和技術，雖然是單載波性能要差7dB以上。3.4上、下鄰頻保護率

從測試成果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技術接受，雖然是多載波也能獲得較好抗模仿、數字鄰頻能力；而采用其他模式和技術，無論是單載波還是多載波性抗數字鄰頻能力要差8dB以上，抗模仿鄰頻能力要比PN595單載波差3dB。

3.5峰值平均功率比

值得注意是，當采用PN420或者PN945作為幀頭模式時，由于幀頭功率加倍，雖然再選用單載波調制方式也不能得到峰均比低優(yōu)勢了。四、ADTB-T技術推廣應用

在前端發(fā)射系統(tǒng)方面，基于國標交大技術調制器已經實現(xiàn)了與北廣電子、上海明珠、北京吉兆、浙大宏遠、意大利泰克諾、美國哈里斯、德國羅德斯瓦茨、日本營電等十余家國內外數字電視發(fā)射機和專業(yè)測試設備集成，并已在上海、湖南、山東、安徽、河南等地商業(yè)運營近2年，采用國標交大技術發(fā)射機已實現(xiàn)銷售過百臺，總發(fā)射功率超過50千瓦。從實際商用狀況看，國標交大技術因其具備較低發(fā)射機非線性指標規(guī)定、優(yōu)越抗領頻性能、獨特單頻組網技術等，為各地電視臺帶來了低成本、高可靠、安全、可持續(xù)運營地面數字電視廣播技術解決方案，為國內發(fā)射機產業(yè)帶來了難得發(fā)展機遇。

國標擬定后，全國各地省、市、縣廣播電視機構紛紛積極聯(lián)系上海交大，規(guī)定使用國標交大技術，迅速解決長期困擾本地有線電視網外老百姓看電視難問題。通過近年在全國各地大量廣播工程技術實踐，國標交大技術已得到了全國廣大基層廣電顧客高度承認，基于國標交大技術大面積固定覆蓋系統(tǒng)解決方案“神州家家通”受到各地基層廣電熱烈歡迎。上海交大已建成大面積固定覆蓋實驗示范平臺涉及：湖南株洲（市縣地面電視組網覆蓋）、上海崇明（三島地面電視組網覆蓋）、河南安陽（市級地面電視覆蓋）、安徽鳳陽（縣級地面電視覆蓋）等，形成了適應國內各地不同類型應用廣播工程示范體系。迄今為止，

實際安裝顧客超過3萬，可靠運營平均時間超過1年，明確顧客訂單數超過100萬。在示范工程推動下，國標擬定后，又有不少省市與上海交大獲得聯(lián)系，但愿啟動國標地面數字電視家家通應用，解決本地覆蓋問題。其中，安徽、湖南等省已經完畢全省覆蓋合同談判，明確但愿使用國標交大技術覆蓋全省，上述兩省潛在顧客數量就超過了萬。此外，意向使用交大技術啟動覆蓋業(yè)務地區(qū)還涉及新疆、內蒙古、廣西、江蘇、福建、貴州、江西等省份。

除了大面積固定覆蓋，上海交大也同步推出了符合各地不同業(yè)務需求移動電視、高清廣播示范工程，其中涉及上海城區(qū)五點單頻網車載移動電視、山東威海車載公交移動電視和上海城區(qū)“新視覺”高清晰度數字電視地面廣播示范工程。地面數字電視代替地面模仿電視是一種相稱復雜轉換過程，作為行業(yè)應用主管單位，國家廣電總局高度注重國標擬定后廣播推動工作，并高度承認采用國標交大技術開展國內大面積地面數字電視覆蓋業(yè)務。廣電總局廣播科學研究院已決定與交大在上海崇明、安徽共同進行地面電視覆蓋政策研究，為國標全方位