在经历了黑白电视和彩色电视时代以后，电视向着数字化和高清晰度方向向前迈进，模拟电视在全世界范围内正在逐步引退。广播电视已步入数字化、网络化的时代。地面数字电视已经成为广播电视数字化的重要组成部分，各个国家和地区都给予了高度重视。地面数字电视除了提供娱乐、学习、多媒体等公益服务之外，还被视为国家安全基础设施，使之成为在紧急情况下动员国民最直接、最可靠的政府喉舌。另外，开展地面数字电视服务能够利用目前大量闲置的无线频谱资源，实现更多的应用业务以提高频率效益。
地面电视的发射传送信号正处在一个模数同播，标高清同播，以模拟电视发射为主逐步向数字电视发射过渡的时代，标高清电视的播出可以满足不同的业务需求，而高清电视以其高清晰度的影像和悦耳逼真的音响效果将最终成为电视业务发展的必然趋势。
目前，我国居民购买大屏幕平板电视的用户日益增多，这些平板电视大多支持高清电视或兼容高清电视信号源，高档的电视机已经实现了信号源与显示屏点对点的显示，平板电视的普及和显示效果的提高使得电视观众对高清电视信号源的需求越来越迫切，电视台开播高清电视势在必行。
一. 数字电视及数字电视的分类和优势
数字电视(Digital TV)是从电视信号的采集、编辑、传播、接收整个广播链路数字化的数字电视广播系统。数字电视利用MPEG标准中的各种图像格式，把现行模拟电视制式下或者将串行数字信号的图像、声音信号的平均码率压缩到大约4—21Mb/s，其图像质量可以达到电视演播室的质量水平，图像水平清晰度达到500—1200线以上，并采用AC—3声音信号压缩技术，传输5.1声道的环绕声信号。
按清图像晰度分类，数字电视包括数字高清晰度电视(HDTV)、数字标准清晰度电视(SDTV)和数字普通清晰度电视(LDTV)三种。HDTV的图像水平清晰度大于800线，图象质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平,主要满足对图像和声音质量要求较高的用户固定接收；SDTV的图像水平清晰度大于500线，主要是对应现有电视的分辨率量级，其图象质量为演播室水平，可以兼顾固定和移动接收的用户；LDTV的图像水平清晰度为200-300线，主要是对应现有VCD的分辨率量级，主要针对移动接收的小屏幕用户。本文主要针对HDTV和SDTV谈一下开播地面数字电视的思路。因为LDTV受国家CMMB业务的推动，故不在本文讨论的话题之内。
数字电视的优势主要有：
（1）图像清晰度高、音响效果好。
（2）频带利用率高。
（3）抗干扰性能好。
（4）便于开展各种综合业务和交互业务(包括因特网业务)，有利于构建“三网合一”的信息基础设施。
（5）节目容易加密处理等应用。
二. 数字电视系统的组成
数字电视系统主要有以下三部分组成：
（1）信源编码和压缩部分。分别用于视频、音频和辅助数据。辅助数据包括控制数据，条件接收控制数据和与视频、音频节目相关的数据。
（2）复用/传送部分。是将视频、音频和辅助数据流打成统一格式的数据包，并合并组成一个复合数据流。在考虑传送数据结构时，考虑了各种媒体(如地面广播、有线电视、卫星电视)和记录媒体以及计算机接口之间的互操作性。
（3）射频/发送部分，也称为信道编码和调制。信道编码的目的是附加冗余信息到比特流中，以便在接收时能从受损的信号中恢复出原信号。“调制”是将要传送的数字数据流变换成适合于信道传输的基带信号，然后经上变频形成射频信号。此项工作主要由有线电视传输网和发射台、地球站完成射频/发送部分的工作。
三. 地面数字电视的组成
地面数字电视的成也包括视音频编码、复用部分和信道编码调制和接收部分部分。视频音频编码和复用部分与有线电视和卫星地面上行站大同小异，本文重点介绍一下数字地面电视组成的关键部分—信道编码调制和接收部分。
图1 信道编码调制组成方框图
（一）信道编码调制部分组成
1. 扰码 （随机化）
为了确保传输的MPEG-TS传输数据的随机性以便于信号处理，输入的MPEG-TS码流数据需要用扰码进行随机化。
2. 前向纠错码 （FEC）
前向纠错编码（FEC）由外码（BCH 码）和内码（LDPC）级联实现，采用了三种不同的码率（0.4、0.6、0.8）以满足各种服务需求，并且为了降低实现成本，三种不同码率采用的LDPC码具有相同的结构，达到了硬件实现的资源共享。
3. 符号星座图映射与交织
国标GB20600-2006包含以下几种符号映射关系：4QAM、4QAM+NR、16QAM、32QAM、64QAM。 4QAM与4QAM+NR的符号映射对应于高速移动服务业务的需求，可以支持标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和接收质量的服务需求；4QAM、16QAM与32QAM符号映射可对应于中码率业务的需求，可以支持多路标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和频率资源利用的服务需求；32QAM和64QAM符号映射对应于高码率业务的需求，可以同时支持高清晰度电视和多路标清电视的广播，兼顾高端用户和普通用户的服务需求。
本系统采用了时域符号交织技术以提高抗脉冲噪声干扰能力。时域符号交织编码是在多个信号帧之间进行的。数据信号的数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码。
4. 系统信息
本标准采用了Walsh序列扩频保护的信息传输保护方式，用于识别载波模式，LDPC码率、映射方式和交织深度。
5. 复用
本系统采用了创新的复帧信号结构。该结构具有快速同步、支持省电、简化单频网同步的算法、移动接收性能高、便于和现有的通讯网接口同步。
6. 帧体数据处理
3744 个数据符号复接系统信息后，经帧体数据处理后形成帧体，用C 个子载波调制，占用的射频带宽为7.56MHz，时域信号块长度为500μs。C 有两种模式：C=1 或C=3780。单、多载波模式并存主要用以适应我国实际的各地广播电视基础设施环境差异大，数字电视业务要求种类多的现实情况。
7. 帧头
帧头有三种选项：PN420、PN595和PN945。
8. 组帧
本标准采用了创新的信号帧结构。该结构是周期性的，以信号帧为基本单位，每个信号帧由训练序列、系统信息和帧体三部分组成。
9. 基带后处理
基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦（Square Root Raised Cosine，SRRC）滤波器进行基带脉冲成形。SRRC 滤波器的滚降系数α为0.05。
10. 正交上变频和射频输出
基带后处理的信号进行证据上变频调制产生所需相应频道的射频信号通过天线发射出去。
（二）接收部分的设备
地面数字电视的接收设备存在形式比较多，主要包括机顶盒、数字电视一体化接收机、数模兼容接收机、数字电视接收卡（盒）、便携接收设备（PDA、手机等）；以USB dongle为的PC外置产品以及集成了地面数字电视接收功能的PC笔记本电脑、台式机产品；车载接收系统。
四. 开播地面数字电视的设计方案
开播数字电视是一项系统的工程，它牵涉规划、信号的发射、设备的运行维护、覆盖、信号的监测等多个环节。
（一）数字地面电视的设计
根据以上的分析数字地面电视发射的信号可以提供面向不同受众的服务，比如移动用户、便携用户和固定用户。而数字地面电视又根据传送的码率和调制参数等的不同分为提供标准清晰度和高清晰度电视业务。标清电视的服务受众可以是固定及移动接收用户，户外广告终端等，高清数字电视业务主要支持固定接收，可以面向对图像和声音质量要求高的高端用户。国标GB20600-2006提供了多种调制技术参数模式的数字电视业务，本人认为在开播数字电视时可以针对不同用户进行节目内容和调制参数设置作为开播地面数字电视的推广方案，见表1：
通常情况下，利用MPEG-2压缩标准传送一套快速运动的体育节目大概要求4-5Mb/s的码流，传送一套新闻、访谈节目大概需要3Mb/s的码流，传送一套图文信息只需1.5Mb/s的码流，而传送高清电视节目需要20Mb/s左右的码流。传送的码流的大小主要与发射机信道编码效率和调制中的符号星座映射有关。也就是说前向纠错编码产生的比特流要转化成均匀的nQAM（n：星座点符号流，国标中主要可应用以下几种星座关系和编码效率实现数字地面电视信号的发射。
1. 4QAM调制，LDPC码率0.4或4QAM-NR调制，LDPC码率0.8，载荷速率为5.414Mbps，可在此总码率下安排1.8Mb/s的标清数字电视节目两至三套，这种模式接收灵敏度高，C/N门限低，适合面对恶劣的接收环境，例如城市公交移动。
2. 16QAM调制，LDPC码率0.6，载荷速率16.243Mb/s，采用统计复用技术可复用八套1.8Mb/s标清数字电视节目，但因C/N门限相对前者提高，因而在相同发送功率时覆盖半径将会缩小，其业务立足点是小范围的移动和大范围的固定接收。
3. 64QAM调制，LDPC码率0.6，载荷速率24.364Mb/s，此模式可在一个信道内复用十套标清数字电视信号，但其C/N门限更高，其业务应用是一定范围的固定接收。
4. 32QAM调制，LDPC码率0.8，载荷速率25.989Mb/s，此模式采用单载波发射，C/N门限较高，可用于一套高清节目用于高端用户的固定接收。
国家广电总局在进行数字电视规划的测试中建议在进行数字地面电视播出时至少有以下7种工作模式，同时工信部的接收机规范要求接收机至少支持以下7种模式。这7种工作模式也可以作为我台地面电视的推广方案（见表2）：
为了保证服务区的最低可用场强还要考虑规划时选择单频网或多频网单点覆盖的问题。
（二）信号的发射
在确定好选用的调制参数后，根据规划时确定的服务区的最小接收场强进行发射站点和相关设备的选择。一个典型的发射台的设备组成（见图2）。
图2 数字地面电视发射台相关设备组成
单个站点最简单的设备配置主要包括：MPEG-2编码器、高清卫星电视接收机、复用器、国标数字发射机、天馈线系统。实际上，当前的数字电视可以借用已有的模拟天馈线系统，节约资源和建设时间。此外，还要准备测试信号所需要的测试设备，主要有包括场强仪、电视解调器、功率计、频谱仪、网络分析仪、标准接收天线、GPS定位仪等。
（三）设备的运行维护
设备的运行和维护、保养检修是发射台技术人员的重要工作，保障设备的安全、可靠、稳定运行，合理维护，适时检修和更新改造设备和系统，保障信号的安全播出是非常重要的使命和任务。为此，国家广电总局、发射台出台了一系列的规章制度和文件，主要有：
1. GY61-89广播电视中心、台、站机械维修安全规程
2. GY62-89广播电视中心、台、站天线工作安全规程
3. GY/T179-2001广播电视发射台运行维护规程
4. 广播电视发射塔安全管理规定 国家广播电视总局2002年起实施
5. 日常值班巡机制度，设备责任到人的包机组长制度。
（四）信号的覆盖
对于地面数字电视，由于其具有“悬崖”效应的特点，要完成100%的覆盖的代价无疑是巨大的，这会要求增大发射机的发射功率或增多发射机的数量，即使这样也不一定能保证100%的有效覆盖。在进行信号的覆盖规划时信号能达到接收效果一般基本也就满足要求了。
首先要就行覆盖的预测覆盖预测，这涉及的主要问题是最小平均接收信号强度的计算，它的考虑因素主要集中体现在以下几个方面：最小C/N；接收机的噪声输入功率；有效天线口径（天线增益）；馈线损耗；最小场强；人为噪声；高度损耗；建筑物穿透损耗；位置修正因子；除了以上的考虑因素之外，在网络规划的时候还需要注意到同频保护比的问题。
其次是规划方案确定。数字发射机参数确定：设计位置，功率，天线高度、方向图 、极化方向，根据覆盖和干扰分析情况不断调整。
再次对于覆盖规划一般分三步实施:
第一步：单站发射。
做覆盖预测。在燕子山发射台搭建单站系统（现已搭建完成正式播出）。根据我台原31频道天线的方向性图做覆盖效果实际收测。
第二步：组网发射。
在覆盖实测的基础上做组网方案，选择并搭建子站系统。做覆盖实测。
第三步：补盲发射。
在第二步覆盖实测的基础上做补盲方案，包括社区、楼宇、隧道等，做新的覆盖预测。搭建补盲系统。做覆盖实测。
最终目标是在要求的用户区域覆盖率大于95％以保证我台发射信号的有效覆盖。
（五）数字地面电视信号的监测
监测工作是保证设备安全稳定运行、节目安全播出和有效覆盖的非常重要的一环。监测的内容主要有：
1. 针对设备的监测：机房内所有设备的工作状态，安全，远程控制等设备的运行技术状态参数的异常。
2. 针对服务的监测：前端和环节码流参数的监测和发射后信号的音、视频及数据等参数的主观监测。
3. 针对覆盖的监测：针对覆盖的监测主要是采用技术手段利用测试仪器对信号进行客观测试评价。对于数字地面电视信号需要检查的主要技术参数有：场强、CNR、BER、MER。
五. 山东电视台发射台地面数字电视开播实施过程
我台自2005年起就开始了利用地面数字多媒体电视广播（DMB-T：Terrestrial Digital Multimedia/TV Broadcasting）协议进行地面数字电视的实验播出工作并积累了一些经验，国标GB20600-2006出台后，我们就着手数字电视国家标准的技术学习研究工作，为我台依据国标开播地面数字电视做准备。
2009年8月始我台在仔细分析研究推广数字电视的各种方案后，最终选择先开播地面高清数字电视信号，选择目前高清信号质量做好的央视高清频道为信号源，以越来越多的高端电视用户为切入点，以高清电视独有的高清晰逼真、临场性强的电视画面和悦耳动听多声道的音响效果培育收视群体。
2009年9月，我们开始进行系统的具体设计和实施工作。利用我台现有条件选择33CH开播地面高清播出，增加合成器与原31CH共用天馈线。信号源利用中星6B的央视高清频道（下行频率4100MHz、垂直极化、符号率27500、FEC 3/4、MPEG-2编码格式）信号，采用同洲高清卫星接收机输出TS流经过数码视讯复用器输出到发射机。目前在中星6B的下行频率4100MHz的转发器中还包含一套加密的央视综合频道节目，我们通过复用器将央视高清频道选择出来送入电视发射机激励器。系统采用东芝1KW双激励器发射机，采用飞卡3dB带阻式双工器与33CH与31CH连接后合成输出至天馈线。具体系统组成（见图3）和技术参数（见表3）如下：
图3 山东电视台发射台数字地面电视组成方框图
项目实施过程中我们确保质量关：选择的所有设备器材质量必须达到或优于国家相关技术标准；严格按照施工工艺规范施工；施工完成后统调系统，监测发射信号的质量满足国标。
地面数字电视信号的接收效果与发射设备的调制参数密切相关，为此我们反复设置调制参数并在发射台服务区内采用高清机顶盒实测发射信号接收效果，最终选择C=3780 16QAM编码效率0.8PN420净荷数据率为21.658Mb/s的调制参数。
2009年10月1日国庆节开始正式转播央视高清频道节目，我台组织相关人员在发射台服务区内进行多时段、多地点多种接收方式（室内、室外、移动、便携）的主观收测，测试结果达到了预期目标，掌握了高清电视信号的覆盖效果数据。
六. 地面数字电视播出项目实施效果及经验
地面数字电视信号的覆盖是一项投资省、见效快、用户易于接收的电视信号覆盖方式，在电视媒体竞争异常激烈的今天实现电视信号覆盖方式的多元覆盖（卫星、有线、地面无线、网络）及模拟、数字电视信号的同播、高标清的同播对于争夺电视观众具有积极的意义。我台开播的地面高清频道在确保发射信号质量的前提下、设备选型充分考虑了挖掘现有设备的潜力和选购设备的性价比，既保证了不间断、高质量的运行又节约了经费开支。
在地面数字高清频道设计和施工和收测过程中我们认识到：数字电视信号接收存在峭壁效应，我台在进行覆盖规划时要特别注意；数字电视信号主观评价方法与模拟电视信号相同，但是在进行客观评价时指标与模拟电视几乎完全不同；通过大量的实践证明，地面高清电视、地面标清电视在城市中的接收，受建筑物的影响较大，建议针对高楼大厦使用共用天线系统接收或高增益的接收天线。实际主观测试表明：数字电视信号的接收即使在服务区内也会存在很多盲区，需要采用室外公用天线系统或对盲区补点才能进行进行接收。
七. 地面数字电视发展和推广思路
发展高清电视是党中央、国务院高度重视的重点项目，它顺应了“保增长、保民生、保稳定”的战略方针，是一项惠及百姓精神文化生活、促进广电产业升级、拉动国内需求的优质工程。
（一） 地面数字电视广播的推广主要来自市场。我国地面数字电视发展的关键在数据广播和高清晰度电视。地面数字电视可以做到便携接收和移动接收和固定接收，因此它能满足不同需求的用户观看电视节目。
（二）政府积极主导数字过渡计划，建立对数字电视的管理体制，做好宣传推介活动，消除用户疑虑，提高数字电视的家庭拥有率。
（三）以高清电视和多频道服务为切入点，激发受众的有效视听需求
八. 综述及展望
地面电视具有系统搭建成本低，信号覆盖范围广，信号接收灵敏度高，接收方式灵活多样的优势，既支持固定接收，也支持移动接收，是广播电视信号覆盖的重要手段，也是最便捷最简单的手段，同时也是能抗击自然及人为破坏能力最强的覆盖方式，更是各国政府所提供的公用服务设施。数字电视地面广播与数字卫星广播相较，有容易普及、接收价格低廉的特点；与数字有线电视广播相较，则较不易受城市施工建设、自然灾害、战争等因素造成的网络中断影响。发展数字地面电视的道路不可能一帆风顺，要坚信在地面数字电视时代会有越来越多的电视用户选择这种接收方式，地面数字电视的前景无限。
参考文献：
[1]数字电视原理 余兆明 余智 编著 人民邮电出版社，2004年
[2]GB20600-2006 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制
[3]数字电视广播原理与应用 姜秀华 张永辉编著 人民邮电出版社，2007年
[4]数字电视原理、传输与接收 郑斐、翟希山、王志广等编著 人民邮电出版社，2006年
[5] 数字电视原理与接收 赵坚勇 编著 电子工业出版社，2006年 | 
