地面数字电视标准注解

17606xfgw44_地面国标评注（个人意见；供参考的内部报告；可摘出其中一部分发表）对中国地面数字电视广播传输标准的注解和评论徐孟侠（北京大学电子学系100871）提要：本文主要依据测试数据说明：中国地面数字电视广播的传输标准[1]优于DVB-T标准[2]。其次，本文对该标准文件[1]进行若干注解和评论，以“抛砖引玉”而引起广泛讨论。关键词：地面数字电视广播（DTTB）中国标准（1）中国地面数字电视广播的传输标准[1]优于DVB-T标准[2]2006年8月底发布的中国地面数字电视广播（缩写DTTB）的传输标准[1]（简称地面国标），将从2007年8月1日起强制实施。该标准的特点是：1）坚持自主创新，具有中国自己的知识产权；2）多种先进技术融合的结果：也即由清华大学（以下简写QHU）DMB-T/TDS-OFDM系统[3]、上海交通大学（以下简写SJTU）ADTB-T/OQAM系统[4]以及其他起草人多种先进技术融合的结果。依据中国地面国标样机的测试数据[5,6]，同DVB-T标准[2]进行对比，可得出附表1的结果；其中频谱利用率以模式C1为100%。附表1中国地面国标[1]同DVB-T标准[2]的有关参数对比AWGN门限值(dB)模式标准和技术数据结构FEC有效比特率(Mbit/s)频谱利用率(bit/s/Hz)频谱利用率的比例计算机仿真值样机测试值D164-QAM(意,法,波)1/322/324.133.0292.8%16.5[19.0]D216-QAM(英)1/323/418.102.2669.6%12.5[15.0]D316-QAM(德)1/82/314.751.8456.8%11.1[13.6]D4DVB-TQPSK(新加坡)1/41/24.980.6219.2%3.1[5.6]C1C=1,32-QAM,LDPC595/37800.825.9893.25100%--15.48C2C=3780,64-QAM,LDPC0.624.3653.0593.8%--15.27C3C=3780,16-QAM,LDPC420/37800.821.6582.7183.3%--12.33C4C=1,16-QAM,LDPC595/37800.820.7912.6080.0%--12.42C5C=3780,16-QAM,LDPC420/37800.616.2432.0362.5%--9.93C6C=1,4-QAM,LDPC595/37800.810.3961.3040.0%--5.83C7C=3780,4-QAM,LDPC420/37800.45.4140.6820.8%--1.92C8中国地面国标C=1,4-QAM-NR,LDPC595/37800.85.1980.6520.0%--1.80说明：1）频道带宽都是8MHz；2）420/3780=1/9=0.1111；595/3780=1/6.353=0.1574。3）DVB-T的门限值全部是计算机仿真值，其余则是样机测试值；后者一般比计算机仿真值高2-3dB（方括号中按2.5dB估算）。根据有效比特率和门限值两个参数，对附表1中的不同模式之对比讨论，见附表2。附表2中国地面国标同DVB-T的对比对比的模式地面国标DVB-T有效比特率(Mbit/s)门限值(dB)C1/C2D1高1.86/0.23低3.5/3.7C3/C4D2高3.56/2.69低2.6C3/C4D3高6.91/6.04低1.2C5D3高1.49低3.6C6D4(x2.1倍!)非常接近C7,C8D4高0.43/0.21低3.7/3.8在DTTB的各类应用中，希望有效比特率尽量高（直接关联到可用的业务和广告费收入），又希望门限值则尽量低（降低发射系统的电磁污染，并有利于频率规划）。因此，从附表2可看出：中国地面国标[1]的几种模式显著优于DVB-T[3]的对应4种典型工程实现组合[7]。这正是它采用多项先进技术的综合成果：例如采用LDPC纠错编码和有扩频保护的系统信息。（2）对中国地面国标的注解和评论2.1整体的注解和评论2.1.1在第1大节充分肯定中国地面国标优于DVB-T标准的前提下，需要在今后2-4年内，通过工程实现和市场推进，来证实：21）该标准的主要专利和实现技术（know-hows）确实符合自主知识产权的要求。2）该标准的技术性能确实优于DVB-T。但本文主要进行学术讨论，并在下面第2大节和第3大节对中国地面国标提出若干注解和评论。而为了方便讨论起见，在突出重点的前提下，大致按照标准文件[1]的前后顺序来叙述。2.1.2建议采用标准术语：1）标题中术语“数字电视地面广播”建议改为中国广播电视界通用术语“地面数字电视广播”。因为，第Ⅳ页“引言”第2段有“卫星数字电视广播系统和有线数字电视广播系统”。与此同时，其英文译名digitaltelevisionterrestrialbroadcasting建议改为国际通用术语digitalterrestrialtelevisionbroadcasting（缩写为DTTB）。因为，MPEG-1标准草案1991年秋早已采用。2）其次，中国地面国标迄今还没有标准的英文缩写词。个别人采用“DTMB”或“DMB-TH”（其中的“Ｍ”代表“多媒体”）是缺乏依据的。因为：a）“多媒体”在标题中没有出现；b）“多媒体广播”仅在第3页第4.1节“综述”中提及2次；而在正文其他地方都没有提及。因此，把这些缩写名词强加于中国地面国标是不妥的。3）第1页第3.1.2节的“前向纠错码”建议改为“前向纠错编码”。因为“码”（名词）为“code”，“编码”（动名词）为“coding”。第2页第3.1.9节的“信号帧(SignalFrame)”建议改为“数据帧(DataFrame)”。因为，在第10页第4.6节讨论时，只有二进制数据“0”和“1”，没有信号波形。第3页第4.1节“综述”中的名词“标准清晰度数字电视”建议改为“数字标准清晰度电视”（国际术语是：digitalSDTV）；等等。2.1.3第Ⅲ页“前言”的第一句话：“本标准的全部技术内容为强制性”。然而，这个国家标准是在缺乏一定工程实现前提下，作为“强制性标准”而颁布的。它没有经历一个由“草案”颁布、工程实现、再修订为“正式标准”的正常步骤。因此，建议在工程实现2-3年后，对它进行修订。2.1.4第Ⅲ页“特别工作组”组长是：邬贺铨教授（中国工程院副院长；工程院士）。主要起草人的单位是：杨知行、杨林（均QHU），张文军、管云峰（均SJTU），张晓林（北京航空航天大学），王匡（浙江大学），葛建华（西安电子科技大学），朱维乐（电子科技大学），张平（北京邮电大学），任品毅（西安交通大学），陈江（北京大学），唐朝京（国防科技大学）。“起草人”中没有列入在开始时参加的广科院TiMi组负责人杨庆华；第Ⅳ页的专利持有人中也没有广科院。可见，广科院及其LDPC建议和专利等，已经不在本标准范围之内。2.1.5第Ⅳ页“引言”第3段有一句重要的话：“体现本标准具有自主创新特点、并能提高系统性能的主要关键技术有：能实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列帧头设计和符号保护间隔填充方法、低密度校验纠错码（LDPC）、系统信息的扩频传输方法等。”这里指的主要关键技术大部分来源于QHU的DMB-T/TDS-OFDM系统[3]和SJTU的ADTB-T/OQAM系统[4]。附表3是主要关键技术分析，以供参考。附表3中国地面国标主要关键技术分析国标原ADTB-T原DMB-TC=1C=1---子载波数C=3780---C=3780PN420---PN420PN595PN595---PN序列帧头设计PN945---PN9454QAM-NR4QAM-NR---4QAM4QAM4QAM16QAM16QAM16QAM32QAM32QAM---星座映射64QAM---64QAM系统信息传输方式扩频保护与国标相同与国标不同信道编码（FEC）BCH+LDPCRS+TPCRS+TCM交织方式符号卷积交织*比特交织字节卷积交织符号卷积交织成形滤波平方根升余弦(α=0.05)平方根升余弦(α=0.107)与国标相同双导频C=1可有双导频有双导频没有*C=1只有时间域交织（单载波系统属性）；而C=3780需要时间域和频率域两种交织（多载波系统属性）。2.1.6DMB-T和ADTB-T融合的理论基础DMB-T系统[3]在保护间隔中插入PN码；这同ADTB-T系统[4]的数据帧头部采用PN码，在理论上是相似的。这个共同点构成了地面国标可以把这两个系统进行“融合”的理论基础。然而，DMB-T在保护间隔中插入PN码后，就不再像欧洲DVB-T或日本ISDB-T那样（保护间隔的主体是空白的；没有信号）！因而，它不是纯粹的多载波系统，而是某种单载波/多载3波的“混合”（hybrid）系统，兼有单载波和多载波的优点和缺点：1）优点：接收端的信号捕获、信道估计和均衡都可以利用PN序列在时间域进行。这种处理同C=1单载波完全相似！而解调器的某些处理则仍然可以在DFT模块后进行，发挥多载波系统的优点。2）缺点：a）发送端和接收端电路的非线性以及空中传输信道导致的相位抖动，对C=3780造成的恶劣后果是C=1的3744倍；在工程实现时，C=3780解调器的门限值与C=1相比，仍然要高约3dB；即保留多载波系统的缺点。b）对付“回波”（“重影”）不能像DVB-T那样，可利用空白保护间隔而避免“符号间干扰”（ISI）；即不能利用多载波系统这个优点。c）发送端基带输出频谱不能利用多载波系统各子载波叠加后自动形成的两侧陡降频谱特性，即不能利用多载波系统这个优点；而它受到其单载波特性的限制：不得不像C=1那样，采用平方根升余弦滤波器（第17页SRRC；DVB-T多载波系统不需要SRRC！）。因此，中国地面国标中C=3780模式是单载波/多载波的混合系统；它将继承QHU原DMB–T系统的优缺点。反之，C=1模式则将保持其原ADTB-T系统纯粹单载波系统的优缺点：1）优点：a）发送端较为简单；b）接收端门限值较低（低约3dB；见上面的分析）；c）发射功率的平均值和峰值都较低（见第3.3节）；d）频谱利用率则较高（见附表1）。2）缺点：解调器的算法较为复杂，特别是对付回波的算法和移动接收模式。1999年，DVB-T/COFDM多载波系统在美国同ATSC/8-VSB单载波系统进行竞争时，前者曾强调后者有三方面不足：a）处理“回波”（“重影”）能力差；b）不能实现移动接收；c）不能实现“单频网”（SFN）。一时曾在国内外流行某种“单载波系统不如多载波系统”的“错觉”！然而，SJTU的ADTB-T/OQAM单载波系统通过持续的攻关，克服了这三方面技术难题，用现场演示和测试破除上述“国际错觉”。SJTU在上海先后演示：a）数字HDTV的车载移动接收：2002年12月；具有优秀的对付回波能力和移动接收性能；时速最高达120km/h；属国际首次。b）单载波系统2个发射机组建SFN试验：2003年12月；属国际首次，先于加拿大和美国。c）高速移动接收：2004年初；在上海磁悬浮列车上演示数字SDTV移动接收，时速最高达430km/h，也属国际首次；可满足我国高速铁路时速200-350km/h的需求；而DMB-T报道的最高时速为130km/h！此外，2004年3-4月，由上海广播电视界在上海组织的现场测试（2个发射机组建SFN）表明：SJTU的ADTB-T单载波系统之移动接收性能，优于DVB-T。2004年4-6月，由香港广播电视界在香港组织的现场测试表明：SJTU的ADTB-T单载波系统之固定接收和移动接收两方面性能，都优于DVB-T。现在，由SJTU的技术实现的地面国标C=1单载波系统，不仅可继承ADTB-T的优点，而且由于采用LDPC等先进技术，使C=1与DVB-T多载波系统相比的优势更为突出。2.1.7地面国标由于受到QHU的DMB-T系统之“框架限制”，在技术设计方面是“次昀佳的”（sub-optimum），而不是昀佳的（optimu