未来无线网络数字电视系统技术演进考虑

管云峰

数字电视国家工程研究中心/上海高清技术总监

电视之所以吸引人有两大重要因素：一是真实性，二是低成本传输，因为采用的是广播方式。现在世界范围之内，电视的发展已经多样化，这也使得做电视的难度越来越大。在国际上也是这样，做传输的人受到无线接入强烈的冲击，做终端的人又受到iPad等多种类终端的冲击，而且更糟糕的是无线数字电视的频谱在各国都被竞争者觊觎并面临被部分占用的形势。所以，电视的发展现在很多都是跟着网络、移动无线通信的发展在被动地进行，现在的各种的应用也都带有网络和无线通信的概念。

从全球来看，电视的发展方向可总结为：1）“沉浸”式的体验需求。无论是超高清还是3D电视，都是发展方向，其中，超高清在日本是重点推行的一种技术。我们看好超高清和高清3D，因为这是电视的本行，换句话说，这个也有助于牢牢占住频谱、开展新业务和提升用户体验。第二，移动的概念已经无所不在，泛在的移动网络也是电视要考虑的。第三就是社交网络，社交网络的各种媒体和应用如微博也好，Twitter也好，已对社会带来的一种革命性的改变，电视在其中的地位和作用是需要考虑的。还有就是混合广播网络，有代表性的是HbbTV、HybridCast等，这是广播界迫于压力而希望和无线通信厂商、网络接入以及网络供应商等取得共赢的一种技术发展方向。再有是大容量非实时推送广播。有调查显示，以视频为主的富媒体数据5年内将增长66倍，在压缩率很难大幅度提高的情况下如何实现？不过大多数用户关心的是同样的视频内容，再加上基础器件发展的优势，存储器越来越便宜，这些因素使得混合广播和无线通信的技术成为很可能的发展方向，也就是广播系运营商承载大量带宽，提供公共视频业务，与无线通信运营商合作提供PushVOD服务，对用户端来说是双向实时点播的体验。在讲网络、社交、泛在、沉浸等性质的同时，需要记住广播的特点，即公益性的服务，包括重大活动、全家娱乐、紧急广播和对弱势全体的支持。广播频谱有一部分要交出去，这也是发展的一种趋势，数字化带来了频谱的节省，但如果把“沉浸”性提上去，同时又牢牢抓住公益性特点，有理由说，进入数字化后广播频谱被大部分保留也是应该的。这方面，认知无线电技术是使矛盾减弱的技术之一。

在传输上，美国ATSC2.0设想得很复杂，目前还在酝酿阶段，比较新的就是移动的数字电视标准A/153文件。国外标准值得学习的是其标准体系，A/153完整详细，这样推一整套标准就会使产业界形成一个合力。ATSC还主要进行了与原标准的兼容性设计，引入了时隙和MH包的概念，做时分复用，用增加训练序列等技术来支持移动。

欧洲下一代数字电视标准DVB-C2，S2，T2都已经在推广阶段。很重要的一点是，这些标准已将整个流程统一，从输入处理（input processing）、比特交织编码与调制、数据切片（data slice）与帧重建到OFDM生成。C2也采用了OFDM调制，信道编解码采用了LD⁃PC，引入物理层管道概念（PLP）以应对不同服务具有的不同门限要求。无论是DVB-S2，T2还是C2，其目的都是要比上一代标准额外增加30%的传输效率或者门限下降7 dB。DVB-T2系统架构与C2一致，采用COFDM，增加16K，32K子载波模式，增加了旋转映射选项，增加Ala⁃mouti发射分集，在一些国家已经进入商用阶段。

日本没有明确提出第二代标准，但其数字电视传输技术的发展无外乎以下几方面：1）对于超过保护间隔的多径信道的均衡新算法；2）干扰消除器用于更稳定接收地面信号；3）8天线输入的空间分集接收；4）迭代译码技术；5）高阶QAM调制，即1024QAM；6）双极化MIMO技术；7）发射分集MISO（STBC）。

所以对于无线通信与数字电视传输技术发展特点为：1）向空间要增益（发射分集、接收分集、MIMO）；2）网络优化，包括分布式接入、多点覆盖等；3）对IP的完全支持；4）采用高阶星座调制技术，增加训练序列/导频等已知信息的比例，发展LDPC等高效信道编码技术；5）自适应调制、物理层多管道（PLP）、尽力传输；6）认知（智能）无线电。国外标准最值得我们学习的是其形成的完整标准体系，同时要与前一代标准保持兼容，形成宽带、智能的通信网络。

而目前我国地面数字电视广播现状特点为：大面积固定覆盖是地面广播的主流业务，方式有模数同播、高标清同播以及中央地方节目同播；农村大面积、多节目固定覆盖应用；协同、互补的联合广播覆盖服务体系。在农村，广电总局现在也在考虑“T+S”的协同覆盖，地面解决本地节目，卫星解决公共节目（中央台）覆盖，这是农村地区最好的一种覆盖方式。中国发展地面数字电视广播，我认为这不光是技术问题，还需要广播、产业、用户的全方位政策支持，包括广播覆盖资金、终端产业政策和终端国家补贴。而未来的我国地面数字电视发展需要考虑国外数字电视的发展以及我国的现状特点，解决一个平衡问题，我们现在提出的一个口号就是CRUISE，内容包括可管可控（Controllable）、富媒体内容（Rich media content）、泛在覆盖网络（Ubiquitous network）、沉浸用户体验（Im⁃mersive sense）、混合社交网络（Social Communication）、智能体验终端（Smart Experience）。对于未来的融合，希望出现“四融合”的网络架构，包括有线和无线的融合、广电与电信的融合、室内与室外的融合以及终端的融合。

总结一下，未来我国的地面数字电视发展需要重视以下3个方面：1）传输技术。依托以现有国标，实现可靠的20 Mbit/s的移动接收和26 Mbit/s固定接收；发展空间分集技术，提高发射分集增益和接收分集增益；研发更高频谱效率的传输方案，固定接收达到38 Mbit/s。2）网络技术。要研究混合广播技术、自组织网络技术、双向组网技术、认知无线电技术等。3）终端技术。主要是SoC芯片设计，包含更强大的CPU，各类网络接收能力，多格式解码；智能终端技术，包含操作系统、Internet网络支持，新型的人机界面技术；高级安全技术。

最后介绍一下数字电视国家工程研究中心，工程中心就是联合政府、企业、广播以及运营商，起到桥梁沟通作用，工程中心是由上海高清、上海交大、清华以及国内大的整机厂商组建而成，希望能够突破共性技术，提供公共服务，推动产业发展，主要任务就是数字电视知识产权管理及授权，未来的工作还是推广国内核心芯片，研究未来网络结构和终端融合，研究和制定相关政策，还有一项很重要的就是知识产权的积累与使用。

上海高清作为工程中心的数字电视核心芯片的一个提供者，配合工程中心做一些芯片设计与准备工作。在芯片研发上依托现在标准，希望在现有国标基础上使其性能发挥到极限。标准推广不应仅仅是一个传输标准去做，芯片也不能仅仅用一个传输芯片去支持，这就需要全面考虑主芯片设计。主芯片上，要考虑支持多格式特别是AVS的，高清、网络、智能的主芯片的设计。另外考虑让设计团队先把支持国外标准的芯片做一做，从中总结教训、积累经验，为我们下一步的技术发展奠定一个好的基础。