导航:提起数字电视，大家也许并不会感到陌生，近几年来，媒体上炒、商场里卖，我国数字电视的标准还未真正出台，人们对数字电视就已经青睐倍至了。但实际上，何谓数字电视?与普通的模拟电视相比数字电视到底有哪些不同?它应用了哪些新技术?它好在哪些方面?怎样才能看上数字电视……恐怕没有多少人能说出个子丑寅卯。
为了更多地了解数字电视的基本概况及我国数字电视地面无线传输技术研究所取得的丰硕成果，《中国科技奖励》杂志特赴清华大学采访了2005年度国家技术发明二等奖获奖项目——“时域同步正交频分复用数字传输技术”的主要完成人杨知行教授等。
自主原创的时域同步多载波(TDS-OFDM)技术
数字电视传输有三大标准：卫星传输、有线传输和地面传输。其中地面传输标准是最基本的标准，因为它不仅技术含量最高，也是受众最多的大众传媒标准。更为重要的是，地面无线传输关乎国家安全和民族利益，尤其是在遭遇战争、灾难等意外情况下更是如此。面对国外军团咄咄逼人的气势，我国不能举数亿台彩电市场而受制于人，不能再蹈当年DVD缺少原创核心技术的覆辙。要保证民族产业的可持续发展，中国必须研制出拥有自主知识产权的数字电视地面传输标准。
DMB-T方案的提出
宽带无线传输技术是信息技术发展的重要前沿领域，它对于重大产业的升级换代和形成新的产业生长点具有重要的意义。
近年来，编码的正交频分复用技术(C-OFDM)成为宽带传输领域普遍采用的核心技术。这一技术是被国外专利严密保护的。在国际电联推出的三个数字电视传输标准中，采用C-OFDM的欧洲DVB-T标准为大多数国家采用，并已侵蚀到我国市场。如果采用国外标准，仅我国现有的4亿台电视机更新换代就可能要付出数百亿元的技术标准使用费。
中国只有研制出拥有自主知识产权的数字电视地面传输标准，才能抵制住国外标准的日益侵蚀，才能保证国民经济的可持续发展。
为国家和民族利益做贡献、服务于国民经济主战场是清华大学的一贯传统。1999年7月，清华大学微波与数字通信技术国家重点实验室与凌讯科技公司联合，组建了清华大学数字电视传输技术研发中心。“当时，学校里有个985项目，我是学科建设项目的负责人。”杨知行教授回忆道，“在一批前瞻性研究成果的基础上，研发中心借鉴国际现有的美国、欧洲和日本三种标准的经验和教训，融合了数字通信最新发展的成熟技术，提出了地面数字多媒体／电视广播传输标准(DMB-T)方案。”
DMB-T方案是适用自主创新的时域同步多载波技术并对数字电视技术发展趋势和我国应用与产业需求的认真分析基础上确定的；其目标是提出满足地面数字电视传输要求、具有我国自主知识产权、在功能上具有可扩展性的地面数字电视广播传输标准建议，并研制出相应的试验系统以验证所建议的传输体制标准的技术可行性和基本功能。
与外国标准的较量
美国1996年针对高清电视固定接收需求制定了地面数字电视传输标准ATSC，采用单载波调制技术，具有频谱效率高、功率峰均比低的优点，但未顾及室内、移动接收和单频组网等要求；随着应用需求的发展，不得不进行修补工作。
欧洲地面数字电视传输标准DVB-T采用C-OFDM多载波调制技术，有效地解决了支持室内接收、移动接收、单频网等需求。但牺牲了部分频谱效率和接收门限指标。
日本则在选用C-OFDM多载波调制技术的基础上加进了自己的频带分段方式，1998年公布了地面综合业务数字广播标准ISDB-T，并于2001年与ATSC、DVB一起成为国际电联推荐标准。
目前，采用美国ATSC标准的6个国家或地区，已有两家经过技术比较研究后退出。决定采用欧洲DVB-T标准已有33个国家或地区。
面对三大国际标准的咄咄逼人之势，要保证中国电视产业在新一轮数字化的竞争中不再落后于人，就必须研制出拥有自主知识产权的数字电视地面传输标准。
经过不懈的努力，清华大学杨知行教授领衔的课题组攻克了一道道难关，终于找到了最优的解决方案——DMBT。DMB-T方案采用自主原创的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术，拥有多项基础性发明，和国际现有的数字电视地面传输标准比较，具有多项鲜明的应用特点、先进的整体性能和完整的自主知识产权体系。TDS-OFDM技术的关键意义正是在于它突破了目前国际上流行的C-OFDM技术壁垒并在技术性能上超越了它。
鲜明的技术特点
“以时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制技术为核心，我们的项目形成了自有知识产权体系，具有自己鲜明的技术特点。”杨知行教授向记者娓娓道出了TDS-OFDM的技术特点：
1、时域同步技术。在OFDM系统中，同步设置是最重要的环节之一，也是OFDM系统最重要的创新焦点。与采用C-OFDM的DVB-T系统不同，清华DMB-T采用称为时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术，将PN序列填充传统OFDM的保护间隔作为帧头，用于实现同步和信道估计等功能。
2、保护间隔的新定义。根据OFDM符号的保护间隔中的填充信号，以前有两种独立的定义：第一种是零值填充的保护间隔(简称Z-OFDM)；第二种则是被广为应用的循环前缀填充的保护间隔(简称C-OFDM)，目前国外实用的OFDM传输系统都是采用这种保护间隔。清华DMB-T系统的OFDM保护间隔的填充信号，新定义了以PN序列为保护间隔的OFDM信号(简称TDS-OFDM)。
3、与绝对时间同步的分层帧结构。项目采用了不同于已有数字电视技术标准的独具特色的分层复帧结构。这样一种与绝对时间同步的分层帧结构，便于单频组网和进行定时接收；也有利于未来系统的功能扩展，如双向交互和定位功能等。对于手持便携接收机，特别有利于省电控制。
4、串行级联系统卷积码纠错技术。方案提出了一种新的串行级联编码与符号映射方式的组合纠错技术。该方案不仅已由理论仿真证明了其性能的优越性，而且已在测试样机中实现。
通过应用这一创新的基础技术，所构成的DMB-T系统与国外标准的系统相比，具有功能和性能上的优势：
1、传输效率或频谱效率高。传输效率在多载波技术和单载波技术进行比较时被认为是多载波技术的弱点，DMB-T的核心技术正是针对解决这个问题而开发的。在欧洲DVB-T中，用于同步和信道估计的导频载波数量约占总载波的10％清华DMB-T系统的伪随机(PN)同步序列放在OFDM保护间隔中，既作为帧同步，又作为OFDM的保护间隔。
2、抗多径干扰能力强。OFDM多载波系统和单载波系统相比，OFDM系统更具有抵抗多径干扰的能力。由于DMB-T的OFDM保护间隔中插入的是已知的PN序列，接收端很容易准确探测。通过准确探测的接收PN序列，传输信道特性可以直接算出，并简单运算处理就可以达到比较理想的均衡效果。时域同步的正交频分复用系统藉助时域和频域综合处理方法，在多径延迟长度超过保护间隔的情况下，DMB-T仍能工作。
3、适于移动接收。移动接收时存在多普勒效应和遮挡干扰，使传输信道具有随时间变化的特性。清华TDS-OFDM的信道估计仅取决于OFDM的当前符号，而C-OFDM的信道估计需要4个连续的OFDM符号。因此，C-OFDM在移动情况下，要考虑4个OFDM符号的信道变化影响，而TDS-OFDM只需考虑1个OFDM符号的信道变化影响。DMB-T系统更适于移动接收，其移动特性优于欧洲DVB-T系统。
4、系统同步快。TDS-OFDM是靠PN序列进行同步的，仅在时域进行，信号捕获时间约为几个毫秒，相当于相邻PN序列的时间间隔。而C-OFDM的同步技术实现复杂，信号捕获时间需要上百毫秒。
5、易于构筑单频网。DVB-T需要借助传输层信号帧格式进行单频网同步，其实现技术比较复杂。DMB-T的物理层帧结构以整秒为单位，能够直接用于单频组网的同步，实现设备简单，建网成本低。