现把北京大学徐孟侠教授对国家高清电视地面传输标准技

1、现把北京大学徐孟侠教授对国家高清电视地面传输标准技术分析的意见摘录如下,以对我们采用ADTB-T调制技术的说明!北京大学徐孟侠教授对ADTB-T和DMB-T的分析:1 本文从技术角度的粗略分析，说明本人为何一直支持单载波系统（上海交通大学的ADTB-T/OQAM方案），而不支持任何多载波系统。 粗略的理论分析和测试数据都能说明：ADTB-T/OQAM单载波系统的性能价格比（包括考虑实际的工程实现），优于任何多载波系统（欧洲DVB-T/COFDM标准、日本ISDB-T/ BST- COFDM标准、清华大学DMB-T/TDS-OFDM系统或广播科学研究院CDTB-T系统）。 2 首先，从地面数字电

2、视广播的发射部分来分析： 2.1 上交大单载波系统的发射机平均功率是多载波系统的二分之一，而其标定功率则是后者五分之一。 假设对于某地区确定的覆盖范围，为了实现高数据率的固定接收，上交大方案需要1 kW的平均发射功率，则其发射机的标定功率需要4 kW，因为其峰均比（PAR）接近6 dB。 对于多载波系统（以欧洲标准为代表）而言，如果要覆盖相同的地区，则其平均发射功率需要2.0 - 2.5 kW。这是因为：多载波系统与单载波系统相比，载噪比（C/N）门限值要增加3-4 dB注 1。其次，其发射机的标定功率需要20 - 25 kW，因为其峰均比（PAR）接近10 dB。 注 1 在大功率发射（例如

3、，平均功率2 kW）条件下，由于发射机的非线性效应，多载波系统的C/N门限值比起计算机仿真或样机的试验室测试，要上升约2.5 dB。因此，计算机仿真和样机的试验室测试不能替代现场测试，因为后者更为接近实际工程实现。 因此，以欧洲标准为代表的多载波系统之发射机平均功率，将是上交大单载波系统的2.0 2.5倍，而其标定功率则将是后者的5 - 6倍。 2.2 上交大单载波系统在组建单频网（SFN）时，对发射机时钟频率的精度和稳定度的要求仅为E-9。这同任何多载波系统相比，要低三个数量级，其工程造价低。 多载波系统（欧洲标准、日本标准、清华方案或广科院方案）都要从GPS（或其他替代物；例如，高档的晶体

4、时钟系统或低档的原子钟系统）获得较精确的时钟，其数量级为E-12。这是因为，多载波系统中发射机的时钟精度和稳定性，都是相对其相邻子载波的间隔而言的（欧洲标准2k模式为8 MHz/2048 = 3.91 kHz；清华方案4k 模式为8 MHz /4096 = 1.953 kHz），其要求较高。如果达不到E-12的要求，所有相邻子载波的正交性将被破坏，使误码率上升。 反之，上交大单载波系统对发射机时钟精度和稳定度的要求，是相对8 MHz而言；也即，是上述两类多载波系统的2048倍或4096倍，即降低三个数量级而为E-9 注 2。因此，上交大单载波方案不需要GPS系统，有利于国家安全和恶劣电磁环境下

5、工作，而且其工程造价低。 注 2 这是电信网“同步数字系列”（SDH）对系统时钟精度和稳定度的要求。因而，对电信网SDH协议稍作软硬件改动，即可使上交大单载波系统通过SDH网络，把主发射机与多个辅助发射机连接而组建“单频网”（SFN），其造价较低。 2.3 多载波系统的频谱上下边带下降较陡峭，必须采用数字滤波器而不能采用廉价的模拟滤波器进行工程实现（特别是功率激励器和功率发射机），以保证整个发射系统的频带宽度注 3，因而工程造价高。 注 3 多载波系统中，清华方案的频带宽度7.56 MHz（7.56/8 = 0.9450）同欧洲标准7.61 MHz（7.61/8 = 0.9513）接近；两个比

6、例数都比较大。而单载波系统中，上交大方案的频带宽度7.14 MHz（7.14/8 = 0.8925）则同美国ATSC/8-VSB的5.38 MHz（5.38/6 = 0.8967）相似；两个比例数比起前两个比例数要小。 2.4 综合上述三方面因素来考虑性能和工程造价的差别（包括发射机4+1或3+1的配置、供电系统、机房、管理及电费等），估计多载波系统（欧洲标准或清华方案）发射部分的工程造价，可能是上海交大单载波方案的3 5倍。（后者有待工程界评论。） 2.5 由于多载波系统的频带宽度设计（欧洲标准7.61 MHz，清华方案7.56 MHz）比起上交大的单载波系统（7.14 MHz）要宽注 3，

7、造成“上下邻近频道干扰”（adjacent channel interferences，简写ACI；包括PAL对DTV的干扰、DTV对PAL的干扰以及DTV对DTV的干扰）比较严重，也即：其样机的试验室测试的保护率（protection ratio：所需信号与不需信号之比D/U）较高，不利于过渡期内和过渡期结束后对观众的更有效覆盖。这是多载波系统的理论缺陷。 2.6 综合以上的分析，从地面数字电视广播的发射部分来看，上交大单载波系统工程实现之性能价格比，显然优于任何多载波系统。 3 其次，从地面数字电视广播系统的接收端解调器来分析： 地面数字电视广播的传输系统是一大类单向的数字传输系统，不具有

8、电信双向传输系统中“有错重发”（ARQ）的基本功能。而且，其接收端的解调器必须能够对付复杂的传输信道和环境，需要复杂的数字处理技术，才能获得优秀的接收效果。因此，从这种意义上说，地面数字电视广播的整个传输系统之设计，完全要为接收端解调器服务。 如果仅仅关注传输系统的发送端或系统设计，而不深入探讨接收端解调器（含调谐部分）之性能价格比，将是片面的。因为，地面数字电视广播传输系统的知识产权和专利，主要体现在今后工程实现中数以亿计的接收端解调器芯片。 3.1 上海交大单载波系统的接收端之数字处理简洁，反应快，造价低。它更加适合高速的移动接收（或专业应用中的移动发射和固定接收或移动接收） 美欧日三大国

9、际标准的数据结构过大，不适应高速移动接收时所需的快速数字处理。它们好比是“日本相扑运动员”，不能“跑百米”，不能适应大城市楼群密集道路上强度迅速变化的主信号和多个回波信号。解决此问题的出路是“合理地缩小数据结构”（本人推荐的数据段时间为1-4 ms）。 从数字滤波器理论来说，任何时间域数字处理可以找到效果相同的频率域数字处理；以及任何频率域数字处理也可以找到效果相同的时间域数字处理。然而，在地面数字电视传输系统解调器中的时间域数字处理和频率域数字处理之间，却有着原则性的区别。 多载波系统的解调器中，都必须进行DFT模块的运算，把信号从频率域转换回时间域，然后再进行“信道估计和均衡”。其结果是：

10、 1）为了进行DFT模块的运算，必须把串行数据流转换为并行数据流（“串并变换”）。当一串数据“没有全部到齐”时，不能进行DFT模块中完整的“蝶形运算”，而必须“停顿和等待”；后续的“信道估计和均衡”也不得不“停顿和等待”注 4。这类数字处理属于“批处理（块处理）”（一批数据，一起处理：“停顿和等待”一段时间，然后迅速进行一次并行处理），而不是“流水线处理”（来一个数据，处理一次：串行的连续处理，没有任何“停顿和等待”）。 注 4 对于欧洲标准2k 模式，需要等待1,705个时钟节拍（112 ms）；而对于清华方案4k 模式，则需要等待3,780个时钟节拍（250 ms）。如果把保护间隔考虑在内

11、，那末：欧洲标准是56（停顿）+ 112（停顿，然后一次并行处理）+ 112（停顿，然后一次并行处理）= 280 ms，而清华方案则是：50（停顿）+ 250（停顿，然后一次并行处理）+ 250（停顿，然后一次并行处理）= 550 ms。这样，清华方案与欧洲标准相比，虽然缩小了数据结构，但它仍然好比“年轻人跑百米”，在一个数据段的时间550 ms内，“停顿”两次（占550 ms的几乎全部时间），“飞跑”两次（占两个时钟节拍，共2/(2x7.56 MHz) = 0.132 ms）。 2）其次，DFT模块的“蝶形运算”，不仅需要一定时间，而且在运算过程中必须逐级增加处理的精度（逐级增加处理的比特位

12、数）：欧洲标准2k 模式需要11个时钟节拍，精度由8比特位逐级增加到19比特位；清华方案4k 模式则需要12个时钟节拍，精度则由8比特位逐级增加到20 比特位。 因此，多载波系统的解调器的整体数字处理，由于必须采用DFT模块，其处理复杂（非常“累赘”）、反应迟钝、效率低。 3.2 反之，在单载波系统中采用时间域数字处理，可以实现流水线处理（同时实现并行处理），没有上述“停顿和等待”的弊病。 3.3 此外，在大城市楼群密集的道路上实现高速移动接收时，主信号可能“时有时无”、“时强时弱”；而回波信号和噪声则一定存在。单载波系统可以只利用1-2个强信号（例如只取信号的高4个比特位），进行“信道估计和

13、均衡”；没有必要把强信号连同其他信号（中等强度信号、弱信号及噪声）一起处理。因此，其处理可以做到非常简洁、反应快、效率高。因此，它更加适合高速移动接收和应付迅速变动的传输信道或环境。 3.4 解调制芯片面积的对比 由此大致可以猜测到：清华多载波方案的解调制芯片面积与上交大单载波方案相比，估计要大得多。是否要翻一番，有待考察。前者由于技术复杂，其解调器的整体成本（包括芯片和电路）比起后者要高。 3.5 综合以上的分析，从地面数字电视广播的接收端解调器来看，上交大单载波系统方案工程实现的性能价格比，显然优于任何多载波系统。 4 上交大单载波系统稍作补充，即可作为有线数字电视广播的传输标准候选方案，

14、以及卫星数字电视广播的传输标准候选方案（ADTB-C和ADTB-S）。三者组成完整的体系。这样，一个芯片可以在三大类数字电视广播系统（地面、有线、卫星）中应用，其性能价格比最高，适合中国国情。而多载波系统则不能。 5 制定标准必须有样机的试验室和现场测试之科学数据为依据 5.1 美国、欧洲和日本制定其地面数字电视传输标准时，都有样机的试验室和现场测试的大量数据（美国公布了）；澳大利亚、巴西、新加坡、香港也进行过大量对比测试（大部分也公布了）注 5。 注 5 我国由职能部门在2002-2003年组织的两轮测试，具有一定“水份”：1）在现场测试中采用小功率（312.5 W）发射，而不是大功率发射（

15、北京移动电视主发射机2 kW，辅助发射机1 kW）。这样，多载波系统（欧洲标准、清华方案、广科院方案）在大功率发射机非线性效应造成C/N门限值上升的“系统性缺点”难以充分暴露。2）与此同时，在现场测试数据中，又不提供C/N门限值富裕量的测量数据，其目的是企图掩盖多载波系统的C/N门限值比起单载波系统要高3-4 dB的“系统性差距”（参阅第2.1节）。3）明明是进口仪器不具备检验OQAM调制的功能，却两次在测试报告“小结”中故意添加一句话：ADTB-T/OQAM的调制“类似VSB调制”。这就为某些人们几年来反复宣传“上交大方案摆脱不了美国ATSC/8-VSB专利”埋下伏笔！ 5.2 上交大已经有

16、三轮现场试验的科学数据，证明其性能优于欧洲标准：2004年3月在上海；2004年4-6月在香港注 6；2004年12月在上海。 注 6 本人是该活动的倡议人。在初步阅读了“ADTB-T与DVB-T对比”的香港测试报告（英文130页；2004年9月版）后，本人同意香港同行对本人的口头通报（2004年4月）以及上交大在2004年11月开始公布的下述主要结果： - 高数据率的固定接收：上交大系统（单天线）显著优于欧洲标准系统（单天线），而且C/N门限值平均有3-4 dB的富裕量。 - 低数据率移动接收：上交大系统（单天线）显著优于欧洲标准系统（单天线）（不再进行更多测试）。 - 低数据率移动接收：上交大系统（单天线）与欧洲标准系统（最新双天线“分集式接收机”）相比的性能非常接近（very close）。 清华方案和广科