简介

电视广播已有超过50年的历史，目前，几乎每个家庭都拥有一台以上电视接收机。以模拟收音机为例，全球每两个人便拥有一台而每四个人才拥有一台电视机，见图1 [1]。这样的增长只有小型化和关键半导体器件价格下跌后才有可能实现。随着移动与便携式电视接收系统的引入，相似的效应有可能产生，从而使市场对电视接收机的需求日益扩大。

图1 收音机，电视和报纸全球每千人均拥有率[1]（略）

过去的数十年中，模拟电视标准如NTSC，PAL和SECAM被用来实现彩色视频传输，伴音则采用FM，AM或NICAM体制。由于电视机是固定放置的，上述标准已足够达到满意的接收效果，而数字接收则对电视机具有某些特定的要求以满足数字电视标准。

以下是进行数字电视标准制定的一些主要原因：首先是为了达到更高的频带效率，例如在同样的频带中传输7个节目，我们可以采用视频压缩技术如 MPEG-2。对于地面传输而言，采用单品网技术能够使地域上相邻的区域使用同样的传输频率，同时不需要考虑所谓的"禁忌频率"。其次是图像质量的提高，亮色串扰的解决使高清画面得以实现。对于便携式接收机，解决多径干扰和多普勒效应是首要任务，才能在任意接收信噪比下得到稳定的高质量图像。第三，灵活性也非常重要。除了图像和伴音，数据信号也要根据其编码速率和抗干扰特性被有效地传输。多层数据调制的引入提供了更多的可能性，使得我们能够处理较差的输入信号同时选择信号的质量和抗干扰能力。

目前，已经被采用的数字电视标准包括DVB，ISDB， ATSC等，本文将介绍数字移动电视标准的最新进展，例如日本的一段ISDB-T和欧洲的DVB-H。中国标准尚未明确，美国很可能采用DVB-H作为移动接收标准，因为ATSC并不适合用于移动环境。接下来我们将着重讨论移动与便携式接收机及其应用。

模拟移动电视应用

首先，我们展示一些现有的移动电视接收机，作为讨论移动电视系统的第一步。便携式模拟电视接收机已经出现数年了，典型应用如图2a[2]所示(液晶显示器2.3吋，39.6k像素，功耗>3W)，该产品在其降价后十分畅销。

模拟电视的一个缺陷是当处于移动接收时，图像质量急剧下降，出现重影，雪花及频移等干扰，这就是模拟电视接收机并没有被广泛用于移动环境的原因之一。

除了自带显示器（液晶甚至显像管）和电源的传统模拟电视机之外，用于个人数字助理PDA [3] (图2b)或嵌入移动电话[4] (图2c)的模拟电视接收机均已面市。上述接收机的共同缺陷就是电池寿命相对较短(图2a大约4小时， 图2b大约3小时)，尽管电池占据了整个接收机的绝大部分位置。模拟电视的移动接收所暴露出的上述诸多问题，将在采用数字移动接收机后得到彻底解决。

图2 模拟便携式电视机
a）具有单独液晶显示器的电视机（左上）[2]；
b）嵌入个人数字助理PDA（右）[3]；
c）嵌入移动电话（左下）[4]；（略）


现有的数字移动电视应用

移动电视是一种无线电地面接收，在某些国家例如韩国则采用卫星频道接收但是该方式的主要缺陷在于需要同卫星的直线传播路径。欧洲所采用的地面接收标准是DVB-T[5]，日本则是ISDB-T[6]。采用地面接收标准并不意味着接收机自动变成移动接收机，因为移动接收需要很低的功耗，而目前已有的DVB-T和ISDB-宽带信号无法满足此需求。在此，将介绍"有限移动"的方案，全面的移动方案将在第4节介绍。

图3　膝上型电脑的数字移动电视接收器[7]（略）

目前，除了模拟移动电视，数字移动电视产品也已面市，尽管它们尚处于初级阶段。图3是第一个PCMCIA用于膝上型电脑的数字电视接收卡。

该PCMCIA模块包含射频前端，基带解调器和PCMCIA界面，MPEG-2解码在电脑中通过软件实现。射频前端[8]是一个超小型调谐器如图4所示。该调谐器是一个3段单次变频接收机，包含射频滤波器，放大器，下行混频器，中频滤波器和带自动增益控制的中频放大器。该模块采用5伏供电，射频部分功耗约600毫瓦，基带解调器功耗约400至800毫瓦，该产品适用于采用较强电池的膝上型电脑，而不适合手机应用。如果在手机上采用上述模块接受宽带的DVB-T/ISDB-T信号，电池寿命只有2小时。功耗问题将在下文讨论。

图4　膝上型电脑数字移动电视接收卡的射频前端（略）


数字移动电视的应用

为了实现真正的数字移动电视接收，我们需要进行一些改进。首先，我们需要一个具有低功耗的地面传输标准，诸如ISDB-T和DVB-H都是基于正交频分复用原理OFDM[9]以应付复杂的地面信道条件的多径干扰。为了具有低功耗特性，DVB-H采用时分复用而1段ISDB-T采用频分复用。

其次，我们需要低功耗的半导体器件。采用晶片技术(CMOS，BiCMOS)和射频接收机技术(直接变频，单次变频，上下变频和低中频)可以大大降低功耗。用于ISDB-T 的数字OFDM解调器工程样片目前已能够达到40毫瓦的功耗，为了达到未来10毫瓦的目标，需要有先进的CMOS工艺和技术。在射频接收机方面，由于电源电压将从5伏下降到3.3伏或更低，所以必须采用双极性/CMOS合成技术或纯CMOS技术才能够达到射频部分功耗小于350毫瓦的要求。

最后，我们也希望其他部件，例如液晶显示器等能够降低功耗，同时开发更长寿命的电池。

以下我们将讨论两个现有的数字移动电视接收标准。首先是1段ISDB-T，该标准由日本通信技术委员会(TTC)讨论，具体技术细节由日本无线电工商联合会(ARIB)制定。根据现场测试结果，ISDB-T系统由于能够提供优良的接收性能，所以在1999年被接受为数字电视地面广播标准(DTTB)和数字音频地面广播标准(DTSB)。为了确保该体制适合真正的广播环境，日本的11个主要地区进行了试播。

在定点接收条件下，ISDB-T能够提供宽带接收高清电视节目，或在定点和移动接收条件下，提供宽带接收多节目广播。对比之下，DTSB体制包含1个或3个OFDM段，目前只有1段被用来进行数字移动电视的试播。

1段信号是一个窄带信号(带宽约430 kHz)与完整的ISDB-T信号(带宽约7 MHz)相比，这是该标准降低功耗的秘诀。该信号可以通过射频前端直接变频为基带信号或低中频信号（约2MHz），通过采样系统输出数字信号。在此，电脑行业的一个普遍法则，即“时钟频率越高，功耗越大”同样成立。这样，基带解码可以在功耗小于40毫瓦的情况下完成。然而，由于射频前端必须一直工作以接收所有频率的信号（高达约870 MHz），所以射频部分无法降低功耗，即1段的窄带信号并无助于节省射频前端的功耗。图5所示的是2003年底在日本用于演示的1段ISDB-T电视接收机[11]。

图5　手提电话中的数字便携式电视接收机[11]（略）

接着，我们讨论欧洲数字移动电视接收标准DVB-H (手持数字视频广播标准)，该标准是DVB针对手持、电池供电产品，如手机、个人数字助理PDA等所制定的新标准。尽管DVB-T对于移动接收而言已能取得优良的接收效果，然而在手持设备中的一个重要考虑却是电池寿命，目前，DVB-T射频前端的功耗无法支持手持接收设备。DVB-H采用时分复用技术来达到降低功耗的目的，即整个接收机在预定不接收的时隙内被关闭，所节省的功耗由广播信号的占空比决定，例如当占空比为10%时，图4所示的射频前端功耗仅为60毫瓦而不是600毫瓦。

DVB-H 的另一个要求是要在8MHz 的带宽内以15Mbit/s的速率接收信号，并且在广域单频网内以高速率接收信号，这些要求预示着视频服务、其他广播数据服务和2.5G、3G手持设备具有合并的趋势，而且，所有这些要求在现有的DVB-T网络和体制下是完全有可能实现的。当采用具有3409个有效载波的4K模式时，DVB-H能够在高速率的局域单频网2K模式的DVB-T和低速率的广域单频网8K模式的DVB-T之间取得很好的平衡与折衷。和DVB-T一样，DVB-H可采用6，7和8 MHz频道宽度。当然，5MHz带宽将被用在非广播环境。

由于DVB-H的基带信号带宽和DVB-T的一样，所以需要比1段ISDB-T更高的采样时钟频率。事实将说明哪一种标准能够节省更多的功耗，但初步的估算倾向于DVB-H。数字移动电视的工程样机目前已经完备，如图6所示[13]。由于采用了时隙采样技术，该样机延用现有的射频前端。

图6　DVB－H数字便携式电视接收机[13]（略）


结论

电视广播由模拟过渡到数字之后，更多的革新将接踵而至，电视接收功能将被植入膝上型电脑、个人数字助理和手机等便携式设备中。为了实现这种种可能，需要制定新的标准，研发与制造新的半导体器件--节能与小型化，抗干扰性能强以及高可靠性都是首要条件。移动与便携式数字电视接收机工程样机的出现预示着全球巨大的潜在市场以及可观的经济与社会效益。

参考资料

[1] http://www.uis.unesco.org/

[2] http://world.casio.com/asia/tv/portable/tv980.html

[3] http://www.eopstech.com/eops/index.html

[4] http://www.phonescoop.com/phones/phone.php?p=438

[5] ETS 300 744: Digital Video Broadcast (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television

[6] Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB-T):Specification of Channel Coding, Framing Structure and Modulation, 28.09.1998

[7] http://www.scmmicrosystems.com/dvb/terrestrial.html

[8] Infineon Technologies, Application Note of DVB-T(COFDM) Tuner with Broadband Multimedia IC, TUA6034, October 2001

[9] Muschallik, Claus: Ein Beitrag zur Optimierung der Empfangbarkeit von Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing-(OFDM) - Signalen. Dissertation, Technical University of Braunschweig, 2000.

[10] http://www.nhk.or.jp/strl/publica/bt/index.html

[11] Kato, A. et.al: Different Type Network Connection for Dynamic Collaboration. NEC Journal of Advanced Technology, Vol. 1, Nr. 1, pp. 43-47, Winter 2004. http://www.nec.co.jp/techrep/en/r_and_d/a04/a04-no1/a43.pdf

[12]DVB-H Outline:DVB document DVB-H185r3 from 09.12.2003 http://www.dvb.org/documents//DVB-H_Outline.pdf

[13]http://www.dvb.org/documents/white-papers/wp07.DVB-H.final.pdf