1 数字移动电视系统的需求条件
所谓需求条件，就是设计一个系统所需达到的主要性能要求。只有首先明确系统有那些需求要满足，才能从技术上寻找对应的最佳解决方案或是经过折衷的相对最佳解决方案。
数字电视接收应至少与现有模拟电视接收一样好。电视观众可使用接收模拟电视信号的设施接收到稳定的无线数字电视信号，包括在室内采用简单、小型和低增益天线实现稳定接收。在数字电视服务区边缘地带及其他一些信号微弱地区，可以通过使用带方向性、高增益的室外天线接收到数字电视信号。也就是说，在较强静态和动态多径的环境中(包括存在瑞利“Rayleish”衰落)，数字移动电视系统能够稳定工作。
系统的数据传输容量应得到保证。在规定的广播频道带宽内，要求数字电视广播系统能够提供包括高清晰度电视、多路标准清晰度电视、多路音频数据以及包括系统业务和控制信息、节目指南、多语种等在内的大量辅助数据。系统应具备足够高的载荷率“Payload”以支持这些业务，考虑到数字电视日后发展的广阔空间和业务应用的多样性和对传输容量的不断增长的需求，数据传输容量的大小是一个数字电视广播系统设计好坏的重要指标。对相对传输总容量较小的地面广播就更显得关键和重要。在试图提高系统其他性能指标时，不能以过多损失数据传输容量为代价。
系统必须支持便携接收应用。便携接收应是无线广播的最基本接收形式之一。但便携接收的定义是指“允许接收机从一处搬移到另一处，但观看时是不动的”，还是指“步行移动接收，例如使用笔记本计算机在较低运动速度下收看数字电视广播信号，需要确定。
系统应考虑支持移动接收应用。国外现有系统在设计定型阶段大多没有充分考虑系统的移动接收性能。事实上，移动接收能力是数字移动电视与卫星及有线电缆广播相比独具特色之处，若系统能够以较大的传输码率实现移动接收（至少是在车辆行驶速度范围内），地面广播的应用范围和形式会大大增加。当然，移动接收的传输容量要明显低于固定接收的传输容量。
系统应方便频谱分配并支持差转广播。数字电视系统应具备好的同频和邻频抗干扰性，允许使用模拟电视“禁用”频道，允许使用差转广播甚至同频广播等形式扩大覆盖和填补“空洞”区域。
系统应允许多种成本价格的接收机实现。包括低成本实现。
总结上述各项需求条件。数字电视广播系统的主要设计目标是频谱的高效利用、足够大的数据传输容量、稳定的移动接收和支持多套节目的静态接收的能力。事实上，上述条件在具体实施时应该有定量要求，如广播区域的界定、移动速度的上限以及多径的幅度和种类等参数，这正是目前国内外正在研究试验的工作内容。
2 数字移动电视系统的技术难点
数字电视传输系统性能的优越性主要来源于信道编码和信号调制方式。卫星和有线电缆的广播环境与理想的白噪声模型极为接近，而优秀的信道编码和信号调制方式一般都是针对白噪声模型设计的，这样的信道编码调制可以在卫星和有线电缆广播中得到很好的应用，系统性能可以接近理论值。而地面广播的环境显然不是白噪声模型，没有任何信道编码调制技术可以在地面广播的环境下被优化地使用。美、欧已有的系统都反映出这一特点：即在实验室的白噪声环境下，两者都接近理论值，但一旦处于实际的地面广播环境下，两套系统性能都发生明显的劣化。美国系统虽然在白噪声性能方面优于欧洲系统，但美国系统没有考虑严重的多径环境和衰落现象，其接收实际地面广播信号能力逊于欧洲系统。事实上，现有系统在白噪声条件下具有增益的编码在实际环境中不但无助于提高性能，反而加剧了系统性能的恶化。
地面广播的信道特性变化剧烈，信号幅度、相位的变化，多径的时延和幅度的变化速度都远比卫星和有线电缆信道复杂。系统能稳定工作的区域有限，对系统信号处理能力，尤其是处理速度及稳定性要求苛刻。再加上地面广播要求与现有模拟电视广播兼容，大功率非线性发射使相邻频道间的干扰加剧，若系统各个纠错编码保护环节不能很好地协调工作，就会顾此失彼，各部分性能互相牵制，使系统始终处于不稳定和亚优化的状态。
因此，如何设计一个数字地面广播系统，即满足再恶劣的地面广播多变通道的条件，又满足多种功能业务和多套节目的需要。不论在什么条件下，都能获得高质量的数字电视信号，这就是数字移动电视系统的技术难点。
本设计方案分两部分描述，第一部分为单频组网方案，第二部分为远程监控方案。
3 设计的总体要求
系统有效码率10Mbps左右；
所有站点无人值守工作，远程监控；
保证长沙市区达到95%的覆盖；
第一期确保长沙市区、湘潭市区和株洲市区的覆盖；
（1）单频网组网设计
数字电视单频网由多台数字发射机组成，采用网状分布的发射台来实现大范围覆盖。由于所有发射机采用同一频率发射，所以要求三个精确同步：
频率同步
时间同步
码元同步
为实现系统同步，单频网系统增加了SFN适配器、GPS等关键设备，其典型的原理框图如图1。
图1
频率同步主要由GPS实现，一般GPS参考时钟的稳定度可以达到1E-12量级；失锁24小时内频率稳定度仍可达到1E-10以上。
时间同步由SFN适配器和GPS共同完成，GPS提供精确的1PPS脉冲，发端SFN适配器对输入的TS流进行巨帧处理（MIP），收端解MIP，从而实现时间同步的要求。
码元同步通过SFN适配器实现。
由于时间同步的要求，相邻发射站之间的距离有一定限制。
为保证系统的可靠运行机房必须再热备份一套GPS时钟和SFN适配器（PT5779），同时增加报警设备。
（2） 系统参数
系统参数的选择决定了系统有效码率、发射台数量、功率等级、移动速度等系统性能，所以系统参数的确定是系统设计的关键。
系统参数的选择主要是一个优化的过程。
对移动接收系统来讲，一般选用2K模式，在16QAM参数下，支持移动速度到200公里/小时左右；移动接收时，由于电波传输衰耗大，64QAM调制参数一般不选用。采用较多的是QPSK和16QAM。
有效码流与保护间隔、打孔率和信超比(C/N)之间的关系如图2所示。
图2
保护间隔的大小与站点距离有关，保护间隔小，有效码率高，但相邻站点间距离要求小，发射台数量增加。如在2K模式下选保护间隔1/32，相邻站点间距离必须控制在2.1公里左右。本系统选用1/4参数，站点间距20公里左右。
根据国外研究，对移动接收系统来讲，校验参数CR优先选用1/2，如图3所示。
图3
从图3中可以看出：选择参数（16QAM，CR=1/2，10.Mbit/s）要求的载噪比与参数（QPSK，CR=2/3，6.6Mbit/s）相等，但有效码率不同。所以在移动接收情况下前者较优。
综合考虑上述因素，本系统设计选用2K模式，16QAM，CR1/2，保护间隔1/4，有效传输码率9.95Mbit/s。对应的接收机门限电平值如表1
表1
门限 QPSK 16-QAM 64QAM
接收电平 固定 16 22 30
（dBμV） 移动 22 29 38
说明：该门限值为SFP（SUBJECTIVE FAILURE POINT）
如果接收天线按0dB增益设计，在19CH对应29 dBμV接收门限的空间场强为52 dBμV/m左右。
国外DVB-T系统在2K，16QAM，CR=1/2，保护间隔1/32时实测数据如图4。
图4
试验证明在场强大于47dBμV/m后，收视效果良好。国外的测试结果间接证明了上述接收门限选择的合理性。
上述门限值对应Viterbi解码后的误比特率为BER=2E-4，如图5所示。
图5
经RS解码后达到1E-11的“准无失真”水平。
选用保护间隔1/4参数（时延55.6us），理论上要求相邻站点间的距离≤16.8km，但考虑到天线根部附近场强的关系，两站间隔可以在20km左右。
（3）保护间隔问题
采用多载波方法，允许较长的符号持续期，降低了符号间干扰，但不能完全消除，因为反射信号也可能在经过了符号的持续周期TS后到达接收机造成干扰。
为了使彼此相继的符号即使在有反射也相互独立，必须将持续期为TU的每个OFDM符号人为地加入一个持续期为Tg的“保护间隔”。通常为TU的1/4、1/8、1/16、1/24……等，通过IFFT形成的OFDM信号在保护间隔Tg中周期性地重复。如果保护间隔选择1/4波长，即将持续期TU的后1/4部分复制到始端，将其放在有效信号持续周期TU的前端，形成保护间隔Tg。保护间隔的选择主要与车速和环境条件有关。
合理设置保护间隔，一方面可阻止前一个符号干扰有效符号持续周期内的数码信号，另一方面由于信号周期性继续，可以确保在快速傅里衰逆变换（IFFT）窗口范围内的所有反射信号完全被接收，只要直射波和反射波之间的时延差不超过保护间隔，所有的反射信号都会增加接收天线的接收信号的强度，这就是数字移动电视的所谓“分集效应”使无线接收信号的强度增加，也就是说数字移动电视所需要的发射机在同等接收效果的情况，所需的发射功率比其他方式的发射功率小。当反射波的时延超过保护间隔Tg，不再具有积极的作用。而完全是一种破坏作用时，时延越大，破坏作用越强。基于上述原因在设计移动电视无线发射网覆盖时必须充分考虑这个因素。
保护间隔的设置，有效的解决了多经反射的干扰问题，但是付出了一定的代价。即降低了传输的码率，有关资料显示，带宽效率下降约20%，功率信噪比降低1dB。因此合理选择保护间隔Tg，保护间隔Tg相对于符号期Ts越小，对于信息传输来说丢失的时间就越小，传输的码流就越大。
反之亦然，但是另一方面Tg应大于反射成分的最大时延。
备有保护间隔的COFDM信号，对多径反射不敏感，在进行数字电视地面同步发射覆盖网的规划时要充分考虑保护间隔和网点距离的设置。因地制宜，确定最佳参数。
COFDM系统参数的确定
要求：
在确定COFDM系统参数时，要折衷的考虑数字电视信号的无线发射通道的频率选择性和时间选择性，由于这两个特性有相反的要求，因此要考虑如下因素：
在大的符号持续期的情况下，反射波的影响作用较小，即符号间干扰小；但是，大的符号持续期，相应的保护间隔也较长，且信道的脉冲响应在符号期内是时变的。
希望允许有大的多普勒带宽，即大的多普勒频移范围，它是衡量无线电信道时间选择性的尺度。大的多普勒带宽就要求有大的载波间隔，否则会破坏多载波系统载波间的正交性，会造成传输信息的差错。基于正交条件，载波间隔直接与符号持续期有联系。
希望在很宽的频率范围（30MHz?3GHz）都能工作。
作者：湖南广电移动电视有限责任公司 李建光 喻春轩
(DVOL本文转自：中国DV传媒 http://www.dvol.cn)
