3 信道帧结构

地面数字多媒体电视广播(DMB-T)协议基于TDS-OFDM技术，其物理信道帧结构如图3所示。 
帧结构是分级的，1个基本帧结构称为1个信号帧。帧群定义为255个信号帧，其第一帧定义为帧群头。帧群中的信号帧有唯一的帧号，标号从0～254，信号帧号(FN)被编码到当前信号帧的帧同步PN序列中。

超帧定义为一组帧群，帧结构的顶层称为超帧群。超帧被编号，从0到最大帧群号。超帧号(SFN)与超帧群号(SFGN)一起被编码到超帧的第一个帧群头中。

超帧群号(SFGN)被定义为超帧群发送的日历日期，超帧群以一个自然日为周期进行周期性重复，它被编码为下行线路超帧群中一个超帧的第一个帧群头中的前两个字节。在太平洋标准时间(PST)或北京时间0:0:0AM，物理信道帧结构被复位并开始一个新的超帧群。

因此，DMB-T协议的物理信道是周期的，并且和绝对时间同步，这样可使接收机能在需要的时候才开机，这意味着接收机可以设计成只有接收所需要的信息时，才进入接收状态，以达到省电的目的。

一个信号帧由两部分组成：帧同步和帧体。帧同步信号采用沃尔什编码的随机序列，以实现多基站识别。帧同步包含前同步、PN序列和后同步。对于一个信号帧群中的不同信号帧，有不同的帧同步信号。所以，帧同步能作一个特殊信号帧的帧同步特征而用于识别。帧同步采用BPSK调制以得到稳定的同步。

帧体的基带信号是一个正交频分复用(OFDM)块。一个OFDM块可进一步分成保护间隔和一个DFT块，如图3所示。DFT块在其时域中有3780个取样，它们是频域中3780个子载波的逆离散傅氏变换。

图3下行传输协议的分级帧结构

表1 本系统和世界上3种DTTB系统主要特性的比较

有6种可选的保护间隔大小，即DFT块大小的0、1／6、1/9、1/12、1/20、1/30。保护间隔的信号相同于DFT块时域信号的最后一段。

4 技术特点

和传统广播技术不同，DMB-T协议结合了传统的广播技术和现代通信技术，是一种新型信息广播技术。它不仅适用于传统的电视节目(视频码流)广播，也适用于提供其它多媒体的信息传输服务。此协议具有以下特性：

● 　与现有电视广播的传输频率兼容

这是地面数字电视广播的一个基本需求。

DMB-T传输协议考虑了我国模拟电视接收机的持有量，根据我国现行的电视广播频率规范所设计的，因此完全兼容现行的电视广播及接收系统。

●　高数据码率

DMB-T传输协议在8MHz电视频道中，最大净荷码率高达每秒33Mbits，能够充分满足HDTV广播要求。同时也使DMB-T传输协议既能用于DTV广播，也可用于数据通信。

●　支持蜂窝单频网

和欧洲DTV标准相似，DMB-T传输协议支持单频网，它意味着邻近的电视台可以使用相同的频率广播相同的内容。与现有的单载波多频网广播系统相比，单频网有利于频率规划，增加频谱利用率，可使国家有限的频率资源得到充分地利用。

我们进一步在广播协议中引进通信技术，使DMB-T传输协议支持蜂窝单频网络。

●　卓越的移动接收能力

和有线相比，地面数字电视广播的移动接收是一个最重要和突出的特性之一。同时，移动接收也是用无线“最后一公里”接入方案的特性之一，特别是对于便携设备和手持终端，它是非常重要的。

DMB-T传输协议采用基于OFDM的调制方案TDS-OFDM，这将使得人们在乘坐汽车和火车时能得到可靠的、即时的多媒体信息服务。

●　快速同步

这是DMB-T传输协议区别于其它所有数字电视传输协议的重要特性之一。电视节目是连续的视频数据码流，对于单纯的视频广播协议来讲，同步时间不是一个至关重要的问题，但是，数据通信需要非常快速的同步时间，以更处理突发数据和短消息。考虑了数据通信的这种要求，我们开发了时域同步方案，以便获得非常快速的同步时间。DMB-T传输协议的同步时间约为5ms，而其它数字电视标准在l00ms以上。

对于手持设备，一个重要的要求是省电。DAG-T传输协议和绝对时间保持同步，在需要的时候才开机，达到省电的目的。

●　在各种条件和环境下接收能力强

DMB-T传输协议采用了最先进的误码纠错技术和信号调制技术，使接收机能够在各种各样的条件和环境中可靠地接收信号。与其它D1V标准相比，抵抗室内电器产生的脉冲干扰和汽车移动过程中的动态干扰的性能尤为显著。

●　低建网成本和运营成本

不同于传统无线通信网络，大区域的蜂窝网建成后才能支持服务，支持漫游更需要跨区域的网络建设。DMB-T传输协议基于现有的电视广播体系结构，一旦电视台从模拟传输转到数字传输，业务提供者就可开始数据广播业务运营。当随着用户和传输内容的增加而容量成为问题时，可以通过逐渐的建设蜂窝网提高网络容量。

DMB-T传输协议应用模式是一种广播和点对点服务的混合模式。公共信息以非常低的成本传送给各个消费者。这使得DMB-T传输协议解决方案的运行成本较低。

因为DMB-T传输协议基于现有的电视广播体系结构，因此，它能够很快速地开展起来。

这对于新技术市场启动是非常重要的。

●　和其它DTV标准的比较

目前，国际电联(1TU)已经批准了3种地面数字电视传输标准。它们是美国的ATSC标准、欧洲的DVB-T标准和日本的ISDB-T标准。ATSC标准基于8-VSB技术，而DVB-T和ISDB-T基于COFDM调制技术。表2是DMB-T传输协议和这些标准的比较。

表2 DMB-T传输协议和其它DTV标准的比较

此表说明DMB-T传输协议技术有更好的优越性，特别是对于数据通信。支持"移动接收"使它成为理想的无线解决方案；支持"突发数据"使它能够处理短数据或消息；"省电"设计是手持设备的需要；而支持"蜂窝网"使它能够扩展，满足未来更大的容量需求。

5 发展历程

伴随着中国数字电视的发展，清华大学地面数字多媒体电视传输DMB-T系统也经历了不断发展、完善和提高的过程。

1998年10月，在北京召开的第3届国际专用集成电路学术会议上(ASICON'98)杨林博士发表有关设计开发数字电视集成电路的论文，受到国内有关方面关注。

1999年10月，将数字电视传输方案的各种版本修改稿和广电总局全国数字电视标准委员会的信道组、国家高清晰数字电视总体组的专家进行讨论，并向有关专家征求对该方案的意见。

1999年12月，在清华大学完成数字电视传输系统计算机仿真系统，并向广电总局数字电视标准委员会、国家高清晰度数字电视总体组及其他专家、学者汇报演示。

2000年1月19日，由广电总局数字电视标准委员会和清华大学共同主办数字电视传输系统研讨会。

2000年6月，完成清华大学DMB-T数字电视传输中频硬件系统测试平台调试(由25片40万门／片)FPGA实现的样机)。

2000年9月11日到12日，清华大学举行了"地面数字多媒体电视传输协议DMB-T"技术研讨会，中国工程院9位院士、国家数字电视系统标准化专家委员会16位委员、国家质量技术监督局等政府有关部门官员、电视台及相关企业共80多人出席了会议。与会人员认为清华提出的协议方案跳出了现有的3个国际标准，从中国市场和产业需要出发，采用开放的合作研发方式，在技术上具有后发制人的优势。

2000年9月30日，清华大学DMB一个数字电视传输射频RF系统(FPGA)调试成功。

2000年10月11日，清华大学DMB-T系统参加深圳高交会。高交会期间国家副总理吴邦国参观了清华演示系统并给予高度评价。

2000年11月8日，清华大学DMB-T系统编码器芯片和解码器IC芯片设计完成，送给芯片厂家流片。

2001年2月20日，清华大学拿到DMB-T系统信道编解码器IC芯片，开始进行基于IC的演示系统的实现。

2001年3月，信息产业部、广电总局将派有关专家赴日内瓦参加3月底国际电联ITU召开的2001年年会。会上，我国代表将向国际电联介绍中国数字电视的发展情况，并将清华大学研制开发的DMB-T地面数字多媒体电视传输协议通报国际电联。

总而言之，目前世界上有3个DTTB标准。DTV调制系统的最终选择基于一个系统如何更好的满足各种需要，或者每个国家的优先级，以及其它的非技术(但重要的)因素。每个国家需要清楚地了解它的需要，然后调查不同系统的各种性能信息，以及根据技术的发展趋势和新的需求，以便做出最好的选择。

清华大学提出的基于TDS-OFDM技术的地面数字电视广播网传输协议，借鉴了这些年来国际国内在数字电视技术方面的经验教训，并且拥有自主知识产权，我们愿意为我国的数字电视事业作出自己的贡献。（全文完）