國外數字電視地面廣播標準的分析和比較

摘要：本文對美國ATSC-VSB、歐洲DVB-T、日本ISDB-T數字電視地面廣播標準進行了對比分析。通過對它們的電視地面廣播標準進行分析，以使得對我國的電視地面廣播標準有一定的借鑒意義。

關鍵詞：數字電視；標準；ATSC-VSB；DVB-T； ISDB-T

中圖分類號：TN949 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315(2008)06-124-01

數字電視地面廣播是國際公認的新興媒體，被稱為“第五媒體”。它以數字技術為支撐，通過無線數字信號發射、地面數字接收的方式播放和接收電視節目。它最大的特點是不僅在靜止狀態可以接收，而且在處于移動狀態，時速120km以下的交通工具，仍然可以保持電視信號的穩定和清晰，使觀眾可以在移動狀態中收看電視節目。

一、數字電視地面廣播發展現狀

目前國外地面數字電視廣播標準主要有美國ATSC-VSB、歐洲DVB-T、日本ISDB-T。有關統計資料顯示，在世界人口眾多的100個國家或地區中，47%已采用DVB-T，16%可能采用DVB-T，6%已采用美國ATSC，2%已采用日本ISDB-T，29%尚未決定。

二、美歐日地面數字電視廣播標準的技術分析

1.美國ATSC8-VSB系統

美國系統是為了在單個6MHz頻道中傳輸高質量視頻和音頻以及輔助數據而設計的，用于地面廣播分配系統。它能夠可靠地在6MHz內用8VSB調制傳輸19.4Mbit/s的數據。8-VSB“地面同播模式”可抵抗NTSC干擾，對于地面廣播，此系統的設計允許在已有的NTSC發射機上分配一個額外的具有可比覆蓋范圍的數字發射機。

8-VSB系統加入了0.3dB的導頻信號，用于輔助載波恢復；并加入了段同步信號，用于8-VSB系統同步和時鐘信道編碼糾錯保護措施。如此設計，使美國系統具備噪聲門限低，大傳輸容量和實現串行數據流MPEG-2Packet188bit主要技術優勢。但美國系統對付強動態多徑困難，同時，均衡器的性能在載波沒有精確恢復時會急劇下降；系統雖然使用了訓練序列，但兩個訓練序列之間相隔24毫秒，期間多徑的快速變化無法跟蹤，雖然美國系統同時使用數據判決反饋DFE，利用數據本身產生的誤差信號進行調節，用以跟蹤變化快的多徑，但DFE需要信道被均衡到一定程度才能正常工作。因此，美國系統的原有設計思想、導頻放置、數據結構等，都使得該系統不能有效對付強多徑和快速變化的動態多徑，造成某些環境中固定接收不穩定以及不支持移動接收。另外，美國系統在對付模擬電視同播時采用了梳狀濾波器，梳狀濾波器開啟時，系統門限上升3dB，且開啟與否是通過判決后的硬開關。這一方案在實用中不僅會使開關受噪聲或多徑變化的影響來回跳動，造成系統工作不穩定，還由于其引入的電平數目和12路交織，影響系統網格解碼和均衡器的工作。

2.歐洲DVB-TCOFDM系統

歐洲系統采用COFDM調制方式，把傳輸比特分割到數千計的低比特率副載波上，用1705個載波（“2K”）或6817個載波（“8K”）模式。“2K”模式用于普通網，“8K”系統是兼容的。歐洲系統中放置了大量的導頻信號，這些導頻信號完成系統同步、載波恢復、時鐘調整和信道估計，還能夠較為及時地發現和估計信道特性的變化。為進一步降低多徑造成的碼間干擾，歐洲系統又使用了“保護間隔”的技術。另外，歐洲系統還對載波數目、保護間隔長度和調制星座數目等參數進行組合，形成了多種傳輸模式供使用者選擇。歐洲系統也存在一些缺陷。首先是頻帶損失嚴重，導頻信號和保護間隔至少占據了有效帶寬的14%左右，若采用大的保護間隔，此數值將超過30%。歐洲方案的綜合頻帶利用率比美國的VSB方案多損失6%至23%。其次，COFDM中的導頻信號是一個亞采樣信號，且COFDM采用塊信號處理方式，在理論上就不可能完全精確地描繪出信道特性，只能給出大約平均值，這也是歐洲系統始終無法達到理論值的原因之一。再次，歐洲系統在交織深度、抗脈沖噪聲干擾及信道編碼等方面的性能存在明顯不足。對于地面廣播，此系統在現存的已分配給模擬電視傳輸的UHF頻譜內廣播可選擇3.7~23.8Mb/s的傳輸速率。雖然系統是為8MHz頻道開發的，但能于任何頻道帶寬，只是相應地改變數據容量。此系統有利于數字與模擬電視共存，設計上不需要優化就能對付各種模擬制式的干擾。有抗多徑失真的能力，在移動接收方面顯示其獨特的優勢。

3.日本ISDB-TOFDM系統

日本系統在接收方面增加了部分接收和分層傳輸，將整個6MHz頻帶劃分為13個子帶，每個子帶432KHz，將中間一個用于傳輸音頻信號，并大大加長了交織深度，增加交織深度將引入長達幾百毫秒的延遲，影響頻道轉換和雙向業務。

系統采用的調制方法稱為頻帶分段傳輸OFDM，由一組共同的稱為BST段的基本頻率塊組成。不同的BST段采用不同的載波調制方案和內碼編碼碼率，依此提供了分級傳輸特性，每個數據段有其自己的誤碼保護方案和調制類型。許多段可以靈活的組合到一起，提供寬帶業務，通過傳輸不同參數的OFDM段群，可以達到分級傳輸。

雖然系統是為6MHz頻道開發和測試的，但它可用于任何的信道帶寬，只是相應的改變數據容量。6MHz信道中每一段的凈比特碼率為280.85~1787.28kbit/s。5.57MHz DTV頻道的數據吞吐量在3.65到23.23Mbit/s范圍之間。

3、三種地面數字電視傳輸系統的比較

在不同的損傷和操作條件下ATSC8VSB、DVB-T COFDM和ISDB-T BST-OFDM傳輸系統的性能。

從調制的觀點看，OFDM和單載波調制方案，例如 VSB和QAM，對相加性高斯白噪聲信道應該有相同的C/N門限。信道編碼、信道估計、均衡方案以及其它的實現限制（相位噪聲、量化噪聲、互調失真）等導致了不同的C/N門限。

數據碼率和門限定義差別，在AWGN信道上的Eb/N0門限，為DVB-T和ISDB-T選擇了兩種卷積編碼率，R=2/3和3/4，提高了和ASTC系統可比的數據碼率。從射頻背靠背的測試數據看，ATSC系統在AWGN信道上目前有幾個分貝的好處。再一次應該指出的是，所有的系統都是可能提高改善的，并且對于DTTB、AWGN信道可能不是最好的信道模型，特別是室內接收。

目前國外共有三套數字電視地面廣播傳輸系統標準，美國ATSC8-VSB、歐洲DVB-TCOFDM、日本ISDB-TOFDM。這三種系統標準，其系統設計從技術上限于當時的設計方向、使用環境、技術水平和硬件支持能力。