2005年9月1日08:55
( 作者:周晓民 湖南移动电视 来源:广播电视信息)
数字电视技术相对于模拟电视技术来说,是一次重大的飞跃.这项技术的采用,不仅能够给用户提供更加优质的视、听服务,而且大大提高了运营商传输系统的带宽利用率,使运营商能够通过现有的模拟传输系统带宽,给用户提供更多的节目套数.更重要的是,数字电视技术的采用,能够使运营商在提供电视节目这项基本服务的同时,实现诸如用户控制、电视短信、电视网站、电子杂志、电视购物、EPG、电视游戏、视频点播等多项增值服务.这不仅增加了运营商的收入,而且大大提高了老用户的忠诚度和对潜在用户的吸引力.这又进一步的保证和增加了运营商利润空间.
鉴于数字电视技术的种种优点,广电总局提出了进行数字电视整体平移的战略思想,,各地市广电局纷纷响应、细致筹备、积极实施,在全国范围内掀起了数字电视整体平移的高潮.
o 建设湖南数字电视地面传播网的充分性和必要性
数字电视信号的传播有三种方式:卫星(DVB-S)、有线(DVB-C)、地面无线传播(DVB-T、DMB-T、ADBT-T、ATSC等).目前,各地市广电局进行的数字电视整体平移主要针对的是有线能够覆盖到的城镇人口,即实施的是基于DVB-C标准的数字电视整体平移.而对于有线覆盖不到的农村用户来说,其收看电视的方式只有两种:一是通过室外天线,收看2~3套质量得不到保证的模拟开路电视;二是通过卫星锅收看几十套卫星传播的数字电视节目(DVB-S).尽管通过接收卫星数字电视节目可以收看到几十套清晰的数字电视节目,但是,对于农村用户而言,更希望能看到贴近实际生活的、具有本土特色的当地节目,卫星传播的各省卫视节目对他们是没有吸引力的.因此,卫星数字电视对农村用户来说,是一个无奈的选择.
作为一个农业大省,湖南有着众多的农村人口.经过市场调查,湖南省有线覆盖的城镇人口,与有线覆盖不到的农村人口比例基本上为1:3.由此看出,在湖南建设能够传送本地节目的数字电视地面传播网有着很大的市场空间.
当前,数字电视地面传播的技术已经成熟,传输发射设备、用户接收终端,以及相关附属设备均有大量成熟的商用产品可供选择,在国外已有多个大规模商用的案例.这意味着,搭建湖南数字电视地面传播网的条件已经成熟.
o 湖南数字电视地面传播网技术体制的选择
数字电视地面传输的技术体制,业界主流的有DVB-T(欧洲标准,多载波方案)、ATSC(美国标准,单载波方案)、DMB-T(清华大学开发的技术体制,借鉴了DVB-T技术体系,多载波方案)、ADBT-T(上海交通大学开发的技术体制,借鉴了ATSC技术体系,单载波方案).另外,在国内部分地方还使用MMDS、MUDS技术实现数字电视的无线传播.
在建设湖南数字电视地面传播网之前,首先要在上述数字电视地面传输技术中选择适合湖南省实际情况的、兼容性和扩展性强的、技术成熟的、有大规模商用案例的,以及有丰富的商用产品支持的技术体制.以实现增加网络的适用性和针对性、降低网络的建设成本和市场推广成本、提高网络的可扩展性.
对于MMDS和MUDS技术,其本质还是DVB-C的传输方案.只不过MMDS技术是发射端先将数字电视信号按照DVB-C的技术标准进行信道编码,然后调制到微波频段(上变频),发射出去;用户端通过专用天线将接收到的微波信号下变频为DVB-C标准的射频信号,然后通过符合DVB-C标准的机顶盒进行接收.由于DVB-C技术标准是用于有线电视网的信道编码标准,有线网的传输信道环境要远远好于地面无线空间的信道传输环境,例如不存在电磁干扰、多径干扰等外在噪声.因此,在DVB-C技术标准中,从编码复用设备出来的数字电视信号仅仅经过了两级具备纠错能力的信道编码[RS(188,204)编码、外交织],因此,信号抵抗外界干扰的能力较差.这种信道编码方式对于信道环境较好的有线网络来说是可以胜任的,但对于信道环境恶劣的地面无线信道来说,就力不从心了.这相当于将需要运输的货物(编码复用设备输出的数字电视信号)仅仅打上二层保护封装(二级具备纠错能力的信道编码)通过公路(信道)运输,对于平坦的道路(有线信道),货物不会发生损坏;而对于颠簸的道路(地面无线信道),货物很有可能会损坏.
因此,通过MMDS或MUDS技术搭建的数字电视地面传播网,传播信号的抗干扰能力较弱,不具备抵抗多径干扰的能力(无线信号传播中一种常见干扰),不支持移动接收.MMDS或MUDS技术只适合搭建小型的数字电视地面传播网,对于湖南广电移动电视有限责任公司所要搭建的全省覆盖规模的数字电视地面传播网来说,显然是不适用的.
作为美国数字电视地面传播标准的ATSC技术,由于其不具备抵抗多径干扰的能力,不支持数字电视的移动接收,因此也不适用于湖南数字电视地面传播网.
ADBT技术、DMB-T技术,尽管具备抵抗多径干扰的能力,支持数字电视的移动接收,但是由于还没有实现大规模的商用,没有丰富的商用产品予以支持,因此技术还不算成熟,建网风险和成本较高.
DVB-T技术为欧洲的数字电视地面传输标准,该项技术出了采用四级具备纠错能力的信道编码[RS(188,204)编码、外交织、内卷积编码、内交织]技术外,还采用抗干扰性强的编码正交调频(COFDM)调制方式,采用DVB-T技术进行信道编码传输的信号具备很强的抗干扰能力,使之xx能够在复杂、恶劣的地面无线信道中可靠的传输.同时,DVB-T技术中特有的发送信号码元时采用的保护间隔技术,使其与生俱来的就具有抵抗多径干扰的能力,因此也就具备了支持移动接收和支持组建单频网的能力.另外,DVB-T技术中丰富的参数选择,使DVB-T技术对不同的无线信道环境具备很强的适应性和针对性,采用DVB-T技术中不同参数的组合以及分层机制,使传播信号可以分别适用于无线固定室外接收、无线固定室内、无线高速移动接收、无线低速移动接收等多种接收信道环境,该技术具备很强的灵活性.{zh1},DVB-T技术可以很方便的升级为DVB-H技术体制(适合于手持机接收的欧洲数字电视地面传输标准),支持手持机、手机的数字电视节目长时间的接收、收看.此时网络只需添加少许的设备,原有设备不会浪费.由此,DVB-T技术具有很强的扩展性和兼容性.
因此,我们经过多方考察、慎重考虑,最终选择DVB-T技术作为搭建湖南数字电视地面传播网的技术体制.
o 湖南数字电视地面传播网客户群体的定位
DVB-T技术具有很强的灵活性,由此技术搭建的数字电视地面传播网能够适应多种地面无线信道环境.因此,有必要先对湖南数字电视地面传播网的受众群体进行分类,找出各自所需的信道特点,通过DVB-T技术体制中不同参数的组合,搭建针对性的地面传播网.
湖南数字电视地面传播网的受众群体主要分为两大类:车载移动接收用户群体和无线固定接收用户群体.随着网络功能的扩展和市场的培育,还会有诸如电脑无线接收、手持机和手机等的用户群体.但在现阶段,主要是满足车载移动接收用户群体和无线固定接收两个用户群体的收视需求.
对于大多数车载移动接收用户群体而言,要求能够在高速移动中(120km/h),通过车载液晶屏(5~7英寸)正常收看无线数字电视节目,其无线传播信道的环境很恶劣.因此,针对车载用户搭建网络要求有较好的无线覆盖场强,覆盖区域内应采用统一的一个频点,即应组建单频网(SFN).同时,DVB-T参数的选择,要求能够有较强的抵抗多径干扰、抵抗多普勒频移、抵抗汽车自身发动机电火花电磁干扰的能力.其用户接收终端,应以抗干扰能力为{dy}选择,灵敏度为第二位.
对于大多数无线固定接收用户(农村用户),要求能够通过家用电视机收看到尽可能多的高质量电视节目.由于用户的固定接收特性,所以无线传播信道环境较好, 因此DVB-T参数的选择应适当降低信号的抗干扰能力,以便增加信道的有效带宽,保证节目套数.其用户接收终端应以接受灵敏度为{dy}考虑,抗干扰能力次之.
o 搭建DVB-T车载无线传播网络的技术要点
车载数字电视无线传播网络的特点,要求该网络具备很强的抗干扰特性.亦即信号的无线传播具备很强的可靠性.作为通信的一个普遍原理:可靠性的提高,必然意味着有效性的降低.对于DVB-T数字电视无线传播网络可靠性的提高可以通过两种方式:一是提高网络覆盖地点的场强,可通过增大发射机的发射功率,和增加发射站点,由多个发射机发射的电磁波共同覆盖一个地区来提升该地区的无线电波的场强,以此提升无线电波的抗干扰能力,此时需组建SFN.二是在一定的电磁覆盖波场强情况下,通过DVB-T信道编码参数的选择(调制方式、内卷积码率、保护间隔、2K/8K模式),提升信号的抗干扰能力,其本质是增加信道编码的冗余,增加信道编码的纠错性,,相应的导致了信道有效带宽的降低,提升信道传输的可靠性,降低信道的有效性.在实际使用过程中,二者是互相关联、互相制约的.为节省建网成本,不可能通过无限制的加大发射机功率和增加发射站点数来提升信道的可靠性,而是在选择时当发射功率和发射站点的前提下,通过选择适当的DVB-T信道编码参数来共同实现可以接受的信道传输可靠性.欧洲DVB-T无线网络实测的,在各种参数下接收门限电平见表一.
表一
1、 湖南车载数字电视地面传播网的DVB-T参数选择
湖南DVB-T车载数字电视地面传播网{dy}期工程覆盖湖南长沙、株洲、湘潭经济三角区,组建一个大型单频网,目前已正式开通.第二期计划覆盖京珠高速公路沿线,北与湖北相连,南与广东接壤.第三期计划覆盖湖南省境内的所有高速公路和国道沿线.
a、2k和8k模式的选择
覆盖长沙、株洲、湘潭的车载无线网络必须是一个单频网(SFN).要求保证用户在120km/h的速度下稳定的接收无线数字电视节目,因此须选择2k模式.因为,在同样覆盖场强的情况下,由于2k模式的字载波间隔是8k模式的4倍,相应的抵抗多普勒效应的能力也就相当于8k模式的4倍,这意味着在同样覆盖场强的情况下,2k模式支持的移动接收速度大约为8k模式的4倍.换句话说,对于支持同样的移动接收速度,采用2k模式所需的覆盖场强仅为8k模式的1/4.为节省建网成本,我们在车载无线覆盖网络上选用DVB-T的2k模式.
b、保护间隔的选择
选择DVB-T中不同的保护间隔参数(1/4、1/8、1/16、1/32),以为这系统具备不同的抵抗多径干扰的能力.对于单频网来说,意味着单一站点同步区{zd0}半径,也就是两个同频站点间理论上所允许的{zd0}距离.当两个站点之间的距离超过了同步区,相邻站点的信号就可能成为本站点信号的同频干扰信号,导致用户无法正常收看数字电视节目.
由于保护间隔参数限定了SFN两个相邻站点的{zd0}距离,因此对于单频网来说,为减少建设站点的数量,应尽量选用尽可能大的保护间隔参数,当然这必须以保证覆盖区域的覆盖场强为前提条件.经过综合考虑,我们选取1/4保护间隔.在2k模式下,1/4保护间隔长度为56us.其限定的理论同步区半径为16.8km(光速t保护间隔长度),在实际建网过程中,考虑到发射站点附近无线场强很高,xx可以压制临站来的同频干扰,因此两个相邻站点之间的{zd0}距离可以超过16.8km几公里,达到20km左右.
c、发射功率和站点设置的考虑
长沙作为省会城市覆盖范围较大,安装一台较大功率主发射机和两台小功率辅助发射机.三个发射站点在长沙市内形成一个等边三角形,各相邻站点之间的距离不超过16.8km.整个长沙市和近郊均处于一个SFN同步区内,同时个地点覆盖较均匀,大部分地区覆盖场强比门限值高3~5dB作为功率冗余.
株洲市和湘潭市规模较小且相距20公里左右,因此分别安装一台较大功率发射机对本市进行覆盖,同时两个站点交叉覆盖两市之间的区域,形成一个覆盖株洲和湘潭的单频网.
长沙单频网的南端发射站与株洲、湘潭发射站分别相距30和34公里,在长沙和株洲、湘潭之间建立一个大功率发射机,由此将长沙和株洲、湘潭的两个单频网联接成一个大的单频网.网络示意图见图一:
图一
d、DVB-T其他参数的考虑
湖南车载无线数字电视网络的其他DVB-T参数为:调制方式16QAM,内卷积编码率1/2.以上参数经过实际测试,基本实现了长沙、株洲、湘潭单频网内90%以上区域的稳定移动接收.由此证明上述参数的选择是切实可行的.
车载传输频点上的有效信号带宽可通过以下公式进行计算:
R=[频点带宽/(1+a)] t[2k模式有效载波数/2k模式的总载波数]t调制符号所含比特数t内卷积码率t[1/(1+保护间隔)] t188/204
R=[8MHz/(1+0.05)] t[1512/1705] t4t1/2t4/5t188/204
Ra9.95Mb/s
其中a为8MHz带宽的等效滚降系数,约等于0.05.
相对于DVB-C的有效码率带宽38.4Mb/s而言,湖南车载无线网的有效带宽9.95Mb/s,要大大低于DVB-C的有效带宽.这从另一个侧面反映了车载无线信道环境的恶劣,要求其传播的信号具备很强的抗干扰能力.系统可靠性的提高就必然意味着有效性的降低.
e、对网络可维护性的考虑
为保证湖南数字电视地面传播网的稳定运行,必须对包括发射机在内的网络设备进行细致的维护,及早发现和排除故障隐患,保证网络设备的可靠运行.由于湖南数字电视地面传播网的发射基站均为无人值守,因此需要对这些无人值守的发射基站实行完备的监控.发射机的工作状态、性能参数、故障情况,以及机房的诸如温湿度、烟火、闯入等数据通过专用的IP数据通道,返回到集中网管监测中心,通过专用网管的GUI界面,实现一目了然的实时监控.
f、单频网建设中常见问题的解决思路
单频网建设中一个常见问题是相邻站点之间的同频干扰.在相邻站点发射的无线信号在同步区范围内进行叠加时不会出现同频干扰,一旦叠加区超出了同步区,主用信号和多径信号电平差异在13dB范围内时,就会出现同频干扰,影响用户的正常收看.解决这个问题有两个方法:一是将各个发射站点的发射天线适当下倾,使发射的无线信号基本覆盖在同步区范围内;二是将某一站点的发射时间进行相应的提前或滞后,相当于将产生同频干扰的相邻站点在物理位置上拉近或推远,保证信号交叠区处于同步区内.
另一个常见问题是在同步区内由于建筑物、山体阻挡导致部分地区信号弱,无法正常接收.解决办法是在该地区选一个合适的地点,采用Gapfiller或G网、C网常用的直放站,对有用信号进行小功率(10~20W)线性放大,提升若信号地区的覆盖场强.
还有一个建单频网时的常见问题.编码复用设备输出的TS流经过SFN适配器后,SFN适配器将在TS流中插入MIP(兆帧初始化包,PID=15),包中有单频网信号的传输信令TPS相关信息,诸如:信号调制方式、分层方式、保护间隔、2k/8k模式的选用等信息.另外,MIP包中还有SFN的同步时间标志,由于单频网格发射站点的同步发射.因此,在组建单频网时,SFN适配器输出的TS流经过传输适配器(例如ASI/DS3)时,传输适配器必须不对MIP包进行处理,也就是对SFN适配器输出的TS流进行透明适配、传输.
2、 选用前端设备时的考虑
对于用户来说,运营商对他的吸引力主要在于运营商提供的服务是否具有娱乐性和实用性.对于车载用户而言,迫切需要的服务是:一定数量的有针对性的节目套数,路况信息,以及GPS定位和导向服务.
a、 编码复用设备
车载数字电视地面传播网为保证信号传播的可靠性,大大降低了信道的有效带宽(仅为9.95Mb/s).为了利用有限的信道带宽,车载网络的编码复用前端设备宜采用支持低码率和统计复用功能的超级编码器和复用器,以尽量提高信道中能够传输的节目套数.选用高质量的支持统计复用的编码复用系统,一般能够将标准清晰度的电视节目(D1格式,分辨率为720t576)码率,压缩到均1.5Mb/s每套的水平.
同时,由于车载用户一般通过5~7英寸的小液晶屏收看电视节目,因此,车载网络传播的电视节目没必要采用D1格式的分辨率,采用HD1格式(1/2清晰度)的分辨率就能达到用户满意的效果(352t576).这样,就进一步实现了节目码率的压缩,提高了信道的利用率.
湖南车载网络的每套节目平均码率为1.3Mb/s,共传播7套节目(6套电视1套数据广播),总有效码率不超过9.1Mb/s.剩余的八百多Kb/s的带宽留给EPG信息(200Kb/s)、CA信息(500Kb/s)和用于插入单频网发射机同步发射控制的MIP包使用(35Kb/s).
b、 增值业务的考虑
对于数字电视用户而言,EPG算是一项吸引用户的增值业务.它相当于给用户提供了一份电子的广播电视报,使用户能够提前预知将要播出的电视节目,直到他进行选择.前端EPG设备播出的SI信息均为标准的信息,但是在用户端,由于不同厂家机顶盒对这些统一的SI信息解析的思路不一样,因此通常情况下,展现给用户的是界面风格各异的EPG界面.
对于一个运营商来说,风格各异的EPG界面不利于运营商品牌的树立.因此,我们强制性的给既定和厂家规范了EPG的统一界面和解析方式.具体包括:EPG界面的颜色、Logo图标、字体字色、解析的层数和每层应显示的信息等.
数据广播算是另外一项增值业务,通过数据广播可以实现车在用户迫切需要的路况信息服务.路况信息将城市内道路交通情况通过文本、图片、交通路口图像信息展现给用户,方便出行.数据广播前端设备的选用要考虑其具备一定的通用性,也就是xx到底有多少家机顶盒厂家支持该套数据广播前端设备.另外,还需考虑提供数据广播前端设备的厂家向机顶盒厂家收取的集成费和license费用.因为这部分费用最终会由机顶盒厂家转嫁给运营商的,无形中会增加运营商的运营成本.
GPS定位和导向业务是另外一个吸引车载用户的增值业务.通过在用户车载机顶盒上集成GPS接收系统和电子地图,可以轻易的实现GPS定位功能.同时,通过将电子地图软件进行二次开发使之能够与从前端数据广播系统发送过来的路况信息数据结合并相应的在电子地图上显示出来,就起到了很好的GPS导向功能.届时,车载用户不仅能够指导身处和位置,而且能够知道到达目的地应走的{zj0}路线.
c、 收费的考虑
对于无线数字电视用户,由于用户位置的流动性,无法实施上门收费的工作.因此,CAS系统就成了前端必不可上的配置.通过CAS系统保证了收视费用正常收取,避免了费用的流失.同时,可以促使用户主动地到专门的营业网点上门交费.
d、 终端设备软件升级的考虑
随着网络功能的扩展,终端设备将面临着软件升级的问题.对于无线接收的用户,他的流动性使对用户终端进行集中返回式升级变得非常困难.因此,数字电视地面传播网络应具备对用户终端机顶盒的空中下载功能(即Loader功能).Loader功能的实现由两种方式:一是通过CAS系统的Loader模块,二是通过使用各厂家专门用于对本厂生产的机顶盒进行空中下载的Loader服务器,在前端将升级的软件数据播发下去,用户机顶盒接受该数据完成软件升级的工作.
3、 选用用户终端设备时的考虑
车载用户是数字电视无线接收用户群体中的xx用户,因此终端接收产品要美观,有一定的档次,便于在用户的车辆车上进行安装,安装后与车内整体的环境相协调.
车载用户的接收终端主要包括车载接收天线、机顶盒、液晶显示屏.
a、 车载接收天线
为保证在车辆行驶的各个方向上能够稳定的接收信号,车载天线必须采用全向的、有较高灵敏度的天线.天线分为车内和车外安装两类,车外主要是采用小型、美观的鞭状天线,车载用户使用的大多是这种类型的天线.因此,为提高这些天线的接收信号的能力,发射机发射的电磁波采用垂直极化方式.
车内安装的天线主要采用贴膜天线、有源天线等.
b、 车载机顶盒
车载机顶盒要侧重于抗干扰能力的指标.机顶盒的尺寸要便于在车上安装,机顶盒前面板要与车内色调协调.一般机顶盒厚度多采用标准的单Ding或双Ding,多安装于车辆中控台前面板的音响槽位处.
c、 液晶显示屏
对于小车多使用5~7英寸小屏,对于公交车多采用15英寸大屏.液晶屏制式有模拟、数字两种.数字屏分辨率要高于模拟屏,价格较高.
市面上的液晶屏分为新屏和二手屏两种,二者在屏体上并无太大的质量差别,主要差别在于,二手屏的发光管亮度、色度、饱和度和背光纸反射度要差一些.如果二手屏更换电路板、灯管和背光纸,其质量基本达到新屏的效果.
d、 安装位置
安装车载终端的一个原则是尽量简便,避免对车上现有的电路进行更改,避免在车内实施打眼、钻孔等破坏性操作.
常见的安装位置为:副驾驶的遮阳板位置、前置位置(车辆中控台前面板)、后置位置、吸顶式、靠枕式.
e、 车载用户终端功能的拓展
综合功能机顶盒:该种机顶盒不仅能够实现数字电视的接收,而且集成了攻放模块、收音机功能模块、车载碟机控制模块、内置弹出式液晶屏.这是机顶盒成为车内综合控制终端,提升了机顶盒的使用价值.
一体机:一体机将机顶盒、液晶屏、天线集成为一体,有户可在车上使用,下车后可带回家中或办公司内使用,方便了用户的使用,拓展了终端产品的使用范围.
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