北京京航計(jì)算通訊研究所 滕 偉

數(shù)字化時代電視信號傳輸技術(shù)研究與展望

北京京航計(jì)算通訊研究所 滕 偉

隨著微波、衛(wèi)星、移動通信、光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們已經(jīng)進(jìn)入到數(shù)字多媒體時代，電視信號也從原來的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，提高了電視節(jié)目傳輸質(zhì)量，能夠?yàn)橛脩籼峁?20P、1080P、2K和4K的高清晰視頻，但是也迅速加大了數(shù)字電視傳輸技術(shù)要求，需要提供大容量、高速度的傳輸信道。本文詳細(xì)地描述數(shù)字化時代電視信號傳輸技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，并且結(jié)合通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀展望未來數(shù)字電視傳輸技術(shù)及發(fā)展趨勢，為數(shù)字電視傳輸技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展提供參考。

數(shù)字電視；多路微波系統(tǒng)；MMDS；光纖通信

1.緒論

數(shù)字電視信號傳輸與模擬電視大不相同，數(shù)字電視信號由數(shù)字符號0和1構(gòu)成的二進(jìn)制代碼串組成，不同的二進(jìn)制代碼串可以由調(diào)制器、解調(diào)器等進(jìn)行調(diào)制，目前常用的數(shù)字電視信號傳輸可以根據(jù)媒介進(jìn)行劃分，分別是衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)、地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)、有線電視傳輸系統(tǒng)和無線電視傳輸系統(tǒng)。隨著大規(guī)模光纖通信、移動4G通信的發(fā)展和改進(jìn)，數(shù)字化電視信號也開始經(jīng)歷大變革，從傳統(tǒng)的同軸電纜、微波通信發(fā)展到了寬帶通信，實(shí)現(xiàn)了容量的遞增和速度的提升，更好的為用戶提供720P、1080P、2K和4K的高清晰視頻。

2.數(shù)字化時代電視信號傳輸技術(shù)

數(shù)字化時代電視信號傳輸技術(shù)很多，常用的數(shù)字電視信號傳輸技術(shù)包括電纜傳輸技術(shù)、多路微波系統(tǒng)、MMDS傳輸技術(shù)、光纖傳輸技術(shù)、光纖同軸混合網(wǎng)傳輸技術(shù)等[1]。

電纜傳輸技術(shù)主要采用同軸電纜，數(shù)字電視傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是不需要采用中繼器即可長距離傳輸視頻信號，但是同軸電纜體積大，需要鋪設(shè)較多的管道，電纜承受的壓力和彎曲程度都有限，如果超出限制則很容易損害電纜結(jié)構(gòu)，造成信號傳輸終端[2]。

多路微波系統(tǒng)具有質(zhì)量好、容量大、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢，目前已經(jīng)在電視信號傳輸中得到廣泛普及和使用，取得了顯著的應(yīng)用成效。但是，由于微波的頻率非常高，波長又很短，因此在空中傳播與光波非常接近，能夠直線傳播，但是遇到阻擋就會被反射或阻斷，因此微波通信需要中繼轉(zhuǎn)發(fā)，以便提高數(shù)字電視覆蓋范圍。多路微波系統(tǒng)能夠利用數(shù)字復(fù)用設(shè)備將30路視頻信號按時復(fù)用為一次群，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)二次群120路、三次群480路等，利用調(diào)制解調(diào)器將信號調(diào)制發(fā)射，接收端可以利用解調(diào)器還原數(shù)字信號[3]。

MMDS是一種可透明的傳輸業(yè)務(wù)的無線信號，可以為用戶提供一個無線視頻網(wǎng)絡(luò)的通信接口，滿足用戶視頻數(shù)據(jù)交互操作功能。MMDS采用的頻率集中在2GHz～5GHz，受到的雨衰等噪聲干擾影響較小，同等條件下傳輸質(zhì)量較優(yōu)，因此也可以大范圍的覆蓋幾十千米的覆蓋半徑。

光纖傳輸技術(shù)是當(dāng)前主流的視頻通信技術(shù)。光纖網(wǎng)絡(luò)利用光纜構(gòu)建一個PON網(wǎng)絡(luò)，PON網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)信息發(fā)送，與傳統(tǒng)的廣播電視類似，可以利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)語音信息傳輸、視頻信息傳輸?shù)裙δ堋Ｄ壳?，?jīng)過多年的應(yīng)用，PON網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光纖到戶、光纖到樓、光纖到家、光纖到辦公室、光纖到路邊等接入模式，主要包括OLT、ODN和ONU三種設(shè)備，OLT可以完成光纖通信設(shè)備注冊認(rèn)證和運(yùn)行管理；ONU可以完成用戶端設(shè)備的接入和路由通信；ODN可以完成光纜線路分配、配線分配、分光器/合路器分配等，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信管理、路由交換管理[4]。PON網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常簡單，運(yùn)營管理成本也非常低，易于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴(kuò)展，PON網(wǎng)絡(luò)是一個純介質(zhì)的無源網(wǎng)絡(luò)，其可以有效避免雷電、電磁干擾，非常適合在高山、橋梁、河流等惡劣環(huán)境，占用的局端資源也非常少。另外，PON網(wǎng)絡(luò)可以為用戶提供非常高的帶寬資源，PON網(wǎng)絡(luò)可以為用戶提供一個上下對稱、速度較高的傳輸網(wǎng)絡(luò)，帶寬最高可以達(dá)到10Gb/s。

3.未來電視信號傳輸技術(shù)展望

隨著4G移動通通信、光纖通信的快速發(fā)展，未來電視信號傳輸技術(shù)將會集中向集成化、融合化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，具體的發(fā)展趨勢如下所述。

光纖傳輸將會迅速發(fā)展到GPON時代，GPON是一個吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)，其采用了最新的ITU-TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)，具有高帶寬、高效率、廣覆蓋優(yōu)勢。GPON作為當(dāng)前最先進(jìn)的高性能網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在電話運(yùn)營商骨干網(wǎng)、廣域網(wǎng)和核心網(wǎng)得到廣泛普及。GPON網(wǎng)絡(luò)可以支持多種數(shù)據(jù)傳輸格式，比如IP/SONET/SDH/ATM/CWDM，能夠滿足數(shù)據(jù)分組傳輸實(shí)時性高、抖動性低的特點(diǎn)，具有一個完整的服務(wù)保障機(jī)制和故障處理能力。GPON網(wǎng)絡(luò)多應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、商業(yè)區(qū)等面積較大、用戶分布廣泛場景，ONU設(shè)備采用了多級分光模式，這樣就可以利用樹型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，便于用戶資源的管理和維護(hù)。因此，GPON將會迅速向廣電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和普及。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）也是數(shù)字電視信號傳輸技術(shù)發(fā)展的重要方向。NB-IOT采用了多載波聚合傳輸技術(shù)，其是一種正交頻分復(fù)用技術(shù)，可以將信道劃分為多個正交的信道，能夠?qū)⒁粋€高速數(shù)據(jù)流分解成并行的多個低速子數(shù)據(jù)流，然后將這些數(shù)據(jù)調(diào)制到信道上，實(shí)現(xiàn)信息傳輸。正交信號可以在接收端實(shí)現(xiàn)分離，避免各個信道之間的相互干擾，由于信道相關(guān)帶寬大于子信道的信號傳輸帶寬，每一個子信道都可以作為平坦性衰落，消除了各個符號之間的干擾。NB-IOT采用多載波聚合傳輸技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸，同時也可以解決頻率不足等問題。NB-IOT采用自適應(yīng)技術(shù)，可以利用最新的理論和技術(shù)，為NB-IOT提供一個全方位的自適應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)時地感知人為、自然噪聲和頻率干擾，實(shí)時分析信道的通信特性，識別干擾等級，動態(tài)地優(yōu)化NB-IOT。NB-IOT的多輸入多輸出技術(shù)還采用了預(yù)編碼或波束成型技術(shù)，可以確保一個或多個指定方向上的能量形成一個陣列增益，允許在不同方向上的多個用戶同時獲得服務(wù)，NB-IOT的多輸入多輸出技術(shù)可以突破傳統(tǒng)的單輸入單輸出信道容量存在的瓶頸問題，充分利用空間信道的弱相關(guān)性形成空間復(fù)用增益，在多個相互獨(dú)立的空間信道上傳遞不同類型的數(shù)據(jù)流，不需要增加物理帶寬，就可以成倍地增大NB-IOT的容量。

IP RAN也是互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字電視的重要傳輸方向，IP RAN 采用了IP/MPLS協(xié)議族，具有標(biāo)準(zhǔn)的、開放的接口，能夠用于高清晰視頻業(yè)務(wù)、大客戶VPN等多IP業(yè)務(wù)承載模式，是一個部署IP RAN的綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)，只需要一臺IP RAN綜合承載網(wǎng)設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的不同4G通信業(yè)務(wù)設(shè)備運(yùn)行模式。IP RAN具有很多的應(yīng)用優(yōu)勢，建設(shè)應(yīng)用過程中可以充分減少機(jī)房空間和配電設(shè)施，降低了4G通信的運(yùn)行維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理和運(yùn)維。

4.結(jié)論及建議

數(shù)字電視可以為人們提供豐富的娛樂視頻，滿足人們娛樂、學(xué)習(xí)、購物、工作的需求。數(shù)字電視傳輸?shù)囊曨l多為高清晰視頻，因此亟需要一個大容量、高速率的傳輸方式，光纖、微波、衛(wèi)星成為當(dāng)前的主流通信模式，并且隨著移動4G通信將會誕生IP RAN、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、GPON等更多的傳輸技術(shù)，滿足數(shù)字電視高清晰傳輸需求。

[1]常衛(wèi)民.網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化時代廣播電視技術(shù)發(fā)展研究[J].西部廣播電視,2016(14):247-247.

[2]鄭慶才.網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化時代的廣播電視技術(shù)發(fā)展研究[J].華東科技:學(xué)術(shù)版,2016(12):379-379.

[3]郭正闊,時榮華.淺析網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化時代的廣播電視技術(shù)[J].西部廣播電視,2017(1):254-254.