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摘要：本文对美国ATSC-VSB、欧洲DVB-T、日本ISDB-T数字电视地面广播标准进行了对比分析。通过对它们的电视地面广播标准进行分析,以使得对我国的电视地面广播标准有一定的借鉴意义。
关键词：数字电视；标准；ATSC-VSB；DVB-T； ISDB-T
中图分类号：TN949 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2008)06-124-01
数字电视地面广播是国际公认的新兴媒体，被称为“第五媒体”。它以数字技术为支撑，通过无线数字信号发射、地面数字接收的方式播放和接收电视节目。它最大的特点是不仅在静止状态可以接收，而且在处于移动状态，时速120km以下的交通工具，仍然可以保持电视信号的稳定和清晰，使观众可以在移动状态中收看电视节目。
一、数字电视地面广播发展现状
目前国外地面数字电视广播标准主要有美国ATSC-VSB、欧洲DVB-T、日本ISDB-T。有关统计资料显示，在世界人口众多的100个国家或地区中，47%已采用DVB-T，16%可能采用DVB-T，6%已采用美国ATSC，2%已采用日本ISDB-T，29%尚未决定。
二、美欧日地面数字电视广播标准的技术分析
1.美国ATSC8-VSB系统
美国系统是为了在单个6MHz频道中传输高质量视频和音频以及辅助数据而设计的，用于地面广播分配系统。它能够可靠地在6MHz内用8VSB调制传输19.4Mbit/s的数据。8-VSB“地面同播模式”可抵抗NTSC干扰，对于地面广播，此系统的设计允许在已有的NTSC发射机上分配一个额外的具有可比覆盖范围的数字发射机。
8-VSB系统加入了0.3dB的导频信号，用于辅助载波恢复；并加入了段同步信号，用于8-VSB系统同步和时钟信道编码纠错保护措施。如此设计，使美国系统具备噪声门限低，大传输容量和实现串行数据流MPEG-2Packet188bit主要技术优势。但美国系统对付强动态多径困难，同时，均衡器的性能在载波没有精确恢复时会急剧下降；系统虽然使用了训练序列，但两个训练序列之间相隔24毫秒，期间多径的快速变化无法跟踪，虽然美国系统同时使用数据判决反馈DFE，利用数据本身产生的误差信号进行调节，用以跟踪变化快的多径，但DFE需要信道被均衡到一定程度才能正常工作。因此，美国系统的原有设计思想、导频放置、数据结构等，都使得该系统不能有效对付强多径和快速变化的动态多径，造成某些环境中固定接收不稳定以及不支持移动接收。另外，美国系统在对付模拟电视同播时采用了梳状滤波器，梳状滤波器开启时，系统门限上升3dB，且开启与否是通过判决后的硬开关。这一方案在实用中不仅会使开关受噪声或多径变化的影响来回跳动，造成系统工作不稳定，还由于其引入的电平数目和12路交织，影响系统网格解码和均衡器的工作。
2.欧洲DVB-TCOFDM系统
欧洲系统采用COFDM调制方式，把传输比特分割到数千计的低比特率副载波上，用1705个载波（“2K”）或6817个载波（“8K”）模式。“2K”模式用于普通网，“8K”系统是兼容的。欧洲系统中放置了大量的导频信号，这些导频信号完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计，还能够较为及时地发现和估计信道特性的变化。为进一步降低多径造成的码间干扰，欧洲系统又使用了“保护间隔”的技术。另外，欧洲系统还对载波数目、保护间隔长度和调制星座数目等参数进行组合，形成了多种传输模式供使用者选择。欧洲系统也存在一些缺陷。首先是频带损失严重，导频信号和保护间隔至少占据了有效带宽的14%左右，若采用大的保护间隔，此数值将超过30%。欧洲方案的综合频带利用率比美国的VSB方案多损失6%至23%。其次，COFDM中的导频信号是一个亚采样信号，且COFDM采用块信号处理方式，在理论上就不可能完全精确地描绘出信道特性，只能给出大约平均值，这也是欧洲系统始终无法达到理论值的原因之一。再次，欧洲系统在交织深度、抗脉冲噪声干扰及信道编码等方面的性能存在明显不足。对于地面广播，此系统在现存的已分配给模拟电视传输的UHF频谱内广播可选择3.7~23.8Mb/s的传输速率。虽然系统是为8MHz频道开发的，但能于任何频道带宽，只是相应地改变数据容量。此系统有利于数字与模拟电视共存，设计上不需要优化就能对付各种模拟制式的干扰。有抗多径失真的能力，在移动接收方面显示其独特的优势。
3.日本ISDB-TOFDM系统
日本系统在接收方面增加了部分接收和分层传输，将整个6MHz频带划分为13个子带，每个子带432KHz，将中间一个用于传输音频信号，并大大加长了交织深度，增加交织深度将引入长达几百毫秒的延迟，影响频道转换和双向业务。
系统采用的调制方法称为频带分段传输OFDM，由一组共同的称为BST段的基本频率块组成。不同的BST段采用不同的载波调制方案和内码编码码率，依此提供了分级传输特性，每个数据段有其自己的误码保护方案和调制类型。许多段可以灵活的组合到一起，提供宽带业务，通过传输不同参数的OFDM段群，可以达到分级传输。
虽然系统是为6MHz频道开发和测试的，但它可用于任何的信道带宽，只是相应的改变数据容量。6MHz信道中每一段的净比特码率为280.85~1787.28kbit/s。5.57MHz DTV频道的数据吞吐量在3.65到23.23Mbit/s范围之间。
3、三种地面数字电视传输系统的比较
在不同的损伤和操作条件下ATSC8VSB、DVB-T COFDM和ISDB-T BST-OFDM传输系统的性能。
从调制的观点看，OFDM和单载波调制方案，例如 VSB和QAM，对相加性高斯白噪声信道应该有相同的C/N门限。信道编码、信道估计、均衡方案以及其它的实现限制（相位噪声、量化噪声、互调失真）等导致了不同的C/N门限。
数据码率和门限定义差别，在AWGN信道上的Eb/N0门限，为DVB-T和ISDB-T选择了两种卷积编码率，R=2/3和3/4，提高了和ASTC系統可比的数据码率。从射频背靠背的测试数据看，ATSC系统在AWGN信道上目前有几个分贝的好处。再一次应该指出的是，所有的系统都是可能提高改善的，并且对于DTTB、AWGN信道可能不是最好的信道模型，特别是室内接收。
目前国外共有三套数字电视地面广播传输系统标准，美国ATSC8-VSB、欧洲DVB-TCOFDM、日本ISDB-TOFDM。这三种系统标准，其系统设计从技术上限于当时的设计方向、使用环境、技术水平和硬件支持能力。
关键词：数字电视；标准；ATSC-VSB；DVB-T； ISDB-T
中图分类号：TN949 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2008)06-124-01
数字电视地面广播是国际公认的新兴媒体，被称为“第五媒体”。它以数字技术为支撑，通过无线数字信号发射、地面数字接收的方式播放和接收电视节目。它最大的特点是不仅在静止状态可以接收，而且在处于移动状态，时速120km以下的交通工具，仍然可以保持电视信号的稳定和清晰，使观众可以在移动状态中收看电视节目。
一、数字电视地面广播发展现状
目前国外地面数字电视广播标准主要有美国ATSC-VSB、欧洲DVB-T、日本ISDB-T。有关统计资料显示，在世界人口众多的100个国家或地区中，47%已采用DVB-T，16%可能采用DVB-T，6%已采用美国ATSC，2%已采用日本ISDB-T，29%尚未决定。
二、美欧日地面数字电视广播标准的技术分析
1.美国ATSC8-VSB系统
美国系统是为了在单个6MHz频道中传输高质量视频和音频以及辅助数据而设计的，用于地面广播分配系统。它能够可靠地在6MHz内用8VSB调制传输19.4Mbit/s的数据。8-VSB“地面同播模式”可抵抗NTSC干扰，对于地面广播，此系统的设计允许在已有的NTSC发射机上分配一个额外的具有可比覆盖范围的数字发射机。
8-VSB系统加入了0.3dB的导频信号，用于辅助载波恢复；并加入了段同步信号，用于8-VSB系统同步和时钟信道编码纠错保护措施。如此设计，使美国系统具备噪声门限低，大传输容量和实现串行数据流MPEG-2Packet188bit主要技术优势。但美国系统对付强动态多径困难，同时，均衡器的性能在载波没有精确恢复时会急剧下降；系统虽然使用了训练序列，但两个训练序列之间相隔24毫秒，期间多径的快速变化无法跟踪，虽然美国系统同时使用数据判决反馈DFE，利用数据本身产生的误差信号进行调节，用以跟踪变化快的多径，但DFE需要信道被均衡到一定程度才能正常工作。因此，美国系统的原有设计思想、导频放置、数据结构等，都使得该系统不能有效对付强多径和快速变化的动态多径，造成某些环境中固定接收不稳定以及不支持移动接收。另外，美国系统在对付模拟电视同播时采用了梳状滤波器，梳状滤波器开启时，系统门限上升3dB，且开启与否是通过判决后的硬开关。这一方案在实用中不仅会使开关受噪声或多径变化的影响来回跳动，造成系统工作不稳定，还由于其引入的电平数目和12路交织，影响系统网格解码和均衡器的工作。
2.欧洲DVB-TCOFDM系统
欧洲系统采用COFDM调制方式，把传输比特分割到数千计的低比特率副载波上，用1705个载波（“2K”）或6817个载波（“8K”）模式。“2K”模式用于普通网，“8K”系统是兼容的。欧洲系统中放置了大量的导频信号，这些导频信号完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计，还能够较为及时地发现和估计信道特性的变化。为进一步降低多径造成的码间干扰，欧洲系统又使用了“保护间隔”的技术。另外，欧洲系统还对载波数目、保护间隔长度和调制星座数目等参数进行组合，形成了多种传输模式供使用者选择。欧洲系统也存在一些缺陷。首先是频带损失严重，导频信号和保护间隔至少占据了有效带宽的14%左右，若采用大的保护间隔，此数值将超过30%。欧洲方案的综合频带利用率比美国的VSB方案多损失6%至23%。其次，COFDM中的导频信号是一个亚采样信号，且COFDM采用块信号处理方式，在理论上就不可能完全精确地描绘出信道特性，只能给出大约平均值，这也是欧洲系统始终无法达到理论值的原因之一。再次，欧洲系统在交织深度、抗脉冲噪声干扰及信道编码等方面的性能存在明显不足。对于地面广播，此系统在现存的已分配给模拟电视传输的UHF频谱内广播可选择3.7~23.8Mb/s的传输速率。虽然系统是为8MHz频道开发的，但能于任何频道带宽，只是相应地改变数据容量。此系统有利于数字与模拟电视共存，设计上不需要优化就能对付各种模拟制式的干扰。有抗多径失真的能力，在移动接收方面显示其独特的优势。
3.日本ISDB-TOFDM系统
日本系统在接收方面增加了部分接收和分层传输，将整个6MHz频带划分为13个子带，每个子带432KHz，将中间一个用于传输音频信号，并大大加长了交织深度，增加交织深度将引入长达几百毫秒的延迟，影响频道转换和双向业务。
系统采用的调制方法称为频带分段传输OFDM，由一组共同的称为BST段的基本频率块组成。不同的BST段采用不同的载波调制方案和内码编码码率，依此提供了分级传输特性，每个数据段有其自己的误码保护方案和调制类型。许多段可以灵活的组合到一起，提供宽带业务，通过传输不同参数的OFDM段群，可以达到分级传输。
虽然系统是为6MHz频道开发和测试的，但它可用于任何的信道带宽，只是相应的改变数据容量。6MHz信道中每一段的净比特码率为280.85~1787.28kbit/s。5.57MHz DTV频道的数据吞吐量在3.65到23.23Mbit/s范围之间。
3、三种地面数字电视传输系统的比较
在不同的损伤和操作条件下ATSC8VSB、DVB-T COFDM和ISDB-T BST-OFDM传输系统的性能。
从调制的观点看，OFDM和单载波调制方案，例如 VSB和QAM，对相加性高斯白噪声信道应该有相同的C/N门限。信道编码、信道估计、均衡方案以及其它的实现限制（相位噪声、量化噪声、互调失真）等导致了不同的C/N门限。
数据码率和门限定义差别，在AWGN信道上的Eb/N0门限，为DVB-T和ISDB-T选择了两种卷积编码率，R=2/3和3/4，提高了和ASTC系統可比的数据码率。从射频背靠背的测试数据看，ATSC系统在AWGN信道上目前有几个分贝的好处。再一次应该指出的是，所有的系统都是可能提高改善的，并且对于DTTB、AWGN信道可能不是最好的信道模型，特别是室内接收。
目前国外共有三套数字电视地面广播传输系统标准，美国ATSC8-VSB、欧洲DVB-TCOFDM、日本ISDB-TOFDM。这三种系统标准，其系统设计从技术上限于当时的设计方向、使用环境、技术水平和硬件支持能力。