德州数字资产交易平台

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本文目录

  1. 数字资产ATT是什么
  2. 半导体界的隐世老人:德州仪器的得与失
  3. 高手进来,有关数字电视的3个问题

一、数字资产ATT是什么

数字资产ATT是指企业或个人拥有或控制的,以电子数据形式存在的,在日常活动中持有以备出售或处于生产过程中的非货币性资产。

网络时代的网络会计、办公自动化、电子支付系统平台等使现行的生产方式具有了传统生产方式无法比拟的优越性,可是在现实生活中,它们只是依托磁性介质而存在一串代码。它们虽是数字化商品,却体现出资产的性质,因此称其为数字资产ATT。

1、价格昂贵。由于这些有着特殊用途的应用软件是专门为某一特定工作而研制的,因此其成本较高,价格也不比厂房等同定资产的价格低。

2.依附性强。应用软件必须得到计算机硬件及系统软件的支持才可以发挥作用,而不能独立存在并发挥作用。

3.互动性强。即使是最简单的应用软件也有一定的交互功能,比如说对操作人员的错误的提示,这是IT行业产品最基本的优越性体现。

4.数量上无限。数字资产作为资产是稀缺的(因为并不是所有的企业或个人都能创造出数字资产),但它的供应可以是无限的。而有形资产由于企业的财产和存储空间的限制,总是有限的。

5.成本递减。有形资产的生产成本与生产数量成正比例关系递增。由于数字产品产量的无限性,其开发成本按传统财务会计的方法被分摊到产量上,因此数字产品的成本随着销售量的不断扩大,其成本是越来越低的。

参考资料来源:百度百科-数字资产

二、半导体界的隐世老人:德州仪器的得与失

近年来,随着“中国芯”崛起,半导体就成为科技圈谈论的热门话题,其中不仅包括备受瞩目的国内半导体公司,世界上领先的半导体公司也成为了分析对较和吸取经验的对象。

市场研究公司IC Insights三月公布的《2019年麦克莱恩报告》中整理了2016-2019年世界半导体销售前十的公司。

通过图表,可以清楚地看到世界半导体是以英特尔、三星、台积电、高通为首并不断变化的格局,的确半导体行业就是一个没有硝烟的战场。

不过我们似乎更多地是去关注前几名之间的竞争,而忽略了榜首之后也是卧虎藏龙,其中就包括今天故事的主人公——徘徊于世界第八九名的半导体公司——TI德州仪器。

如今的德州仪器已经逐渐被大多数人遗忘,可要知道在德州仪器红火的时候世界上还没有英特尔和高通的名字。

在过去的89年中,德州仪器经历了太多不为人知的事情,这个名字不应被历史所遗忘,接下来五矩研究社带你揭开这个被时光尘封的名字。

与现在遍地硅谷出身的半导体公司不同,德州仪器的总部位于美国德克萨斯州达拉斯,原因在于第一次世界大战推动了全球对石油的需求,依托德克萨斯州得天独厚的石油资源,1930年,J·克莱伦斯·卡彻和尤金·麦克德莫特一起创建了一个叫做“地球物理业务公司”(GSI)的公司,这就是德州仪器的前身。

一开始GSI主要业务是为石油工业提供地质探测,但由于石油开采量提升,石油行业出现供大于求的萧条期,到第二次世界大战期间,GSI开始扩大业务为美国陆军和海军生产国防电子产品。

借助国防合同,GSI实验室和制造部门(L&M)部门迅速超越了地理部门,电子业务也顺理成为公司的支柱产业。1951年公司重组并重命名为“通用仪器公司“,同一年再次更名为”德州仪器“(Texas Instruments,简称TI)沿用至今,而GSI成为新公司的子公司。

就这样GSI旗下的电子部门不仅独立门户,还将原来的母公司变为自己的一个部门,完成了华丽逆转。

这时对德州仪器来说,人生才刚刚开始。

1952年,德州仪器从西部电子公司那里以25,000美元的价格购买了生产晶体管的专利证书,开始制造和销售晶体管。

随后原来在贝尔实验室工作的戈登·K·蒂尔看到广告后回到了故乡德克萨斯,在德州仪器担任研究主任。1954年2月,戈登·蒂尔研制出了第一个商用的硅晶体管,同时德州仪器成为了当时唯一一个批量生产硅管的公司,不过这时的硅管还要比锗管贵得多。

另一边1955年,“晶体管之父”肖克利离开贝尔实验室并召集了八位年轻人一起创业,目标则是替代锗,将硅推向市场。但后来八位年轻人因受不了肖克利独裁统治集体跳槽并创办了仙童半导体,致使肖克利创业无果告终,怒称这八个人为“八叛徒”。

在“八叛徒”领导下,仙童半导体发明了“平面处理工艺流程”把硅晶体管的制造变得像印书一样简单、高效、便宜,使硅晶体管得以大量上市,从此世界开始告别锗走向硅晶体管时代。但仙童半导体事业成功的同时也威胁到了德州仪器的晶体管生意。

后来的一个夏天,德州仪器里一个新来员工的想法让德州仪器在和仙童半导体的竞争中重新取得先机。

1958年夏,就在德州仪器的其他员工正在享受公司为期两周的传统假期时,新入职的杰克·基尔比因没有攒够假期不得不在公司里加班,而就在这两周的时光里,基尔比突发奇想:“由很多器件组成的极小的微型电路是可以在一块晶片上制作出来的。“

1958年9月12日,基尔比把这个想法变成了现实,研制出世界上第一块集成电路,并凭借这项发明,2000年基尔比获得了诺贝尔物理学奖。

德州仪器研发出集成电路以后,仙童半导体也提出相应专利争夺集成电路的发明权,但因为仙童半导体使用的是硅晶片,而德州仪器用的是锗晶片,后来两项专利发明人共同成为了集成电路的发明人。

虽然德州仪器的半导体业务一开始遭到了仙童半导体的挑战,但与之后”八叛徒“再次出走导致仙童半导体落寞不同,德州仪器则开始了发明创造的新时代。

1954年制造第一台晶体管收音机;1967年发明了手持式电子计算器;同年发明了单片机,并于1971年在单片微处理器上获得了专利;1978年德州仪器还推出了第一款单芯片语音合成器,应用于一系列手持式教育玩具。

之后德州仪器的业务越来越大,产品也深入生活。在七八十年代出生的美国人心中,提起德州仪器,第一时间一定会想到学生时代的图形计算器。

随着电脑和移动互联网的兴起,德州仪器也曾将业务扩展到电脑微处理器和手机芯片,但现在留下来的却只有英特尔和高通,而德州仪器的名字好想从来没有出现过一样,是高通和英特尔太强?还是德州仪器做错了什么?

众所周知,英特尔的4位4004芯片是世界上第一个微处理器,8008是世界第一个8位处理器,但其实在英特尔8008之前,德州仪器就推出过一款8位处理器。

把英特尔和德州仪器联系起来的是一个名为计算机终端公司(CTC)的公司,这个由NASA前工程师Gus Roche和Phil Ray在1968年创立后,推出的第一款产品就是搭载着德州仪器芯片和英特尔移位寄存器的电传打印机Datapoint 3300。

到设计第二款产品Datapoint 2200时,CTC决定做一台电脑,最终德州仪器和英特尔都得到了为CTC打造单MOS芯片的订单。

因时间久远,目前对于这次交易流传着各种版本的故事,但唯一能确定的是,在这场基于同一订单的竞赛中,老牌半导体公司德州仪器仅用一年的时间就研发出了TMX 1795,抢先于当时还是初创公司的英特尔之前交货。

但CTC在验完货后并没有决定采用TMX 1795芯片,原因是由于TMX 1795本身存在大量未使用和浪费的空间,导致性能无法达到要求。

从上图可以看出TMX 1795要比英特尔4004和8008加起来都要大

到1970年,英特尔缓缓拿出产品向CTC交作业的时候,早已过了截止日期,最后彻底失去耐心的CTC不仅没有启用英特尔的芯片还放弃了对该芯片的专有权。

后来英特尔将这款芯片命名为8008,并于两年后将其商业化。

就这样德州仪器虽然比英特尔更早地推出8位处理器,但由于TMX 1795自身的局限性无法商用,反倒是被英特尔8008抢占了第一的称号。

之后英特尔根据8008又推出了8080、8086,不但顺利投入商用而且英特尔从8088开始还获得了IBM订单,再后来携手微软组成Wintel联盟,顺风顺水地霸占了PC处理器市场。

反观德州仪器的命运就没有英特尔那么幸运,不但再次抢先推出的16位处理器TMS9900因缺乏可兼容的外围芯片和软件而无法推行,后来还彻底放弃了家用电脑市场。

德州仪器不仅涉足过电脑处理器,其实还曾是移动芯片的王者。

在ios和Android系统还没火起来的那个年代,德州仪器就已经手握着大部分手机的处理器。当时红透半片天的诺基亚就是德州仪器处理器的忠实用户,到后来的塞班和meego系统也都是采用德州仪器的处理器。

到Android时代开始,高通开始涉及智能手机处理器,并于2007年推出了第一代骁龙处理器,进入用户视野。

虽然高通逐渐显露头角,但德州仪器仍是性能和效率的代名词,用实力甩掉高通,还拥有着众多追随者,其中华为首批双核智能手机P1采用就的是德州仪器的OMAP系列处理器。

原本德州仪器可以在智能手机时代继续辉煌的,可谁知遇到的是最会玩专利的高通。

问题就出在德州仪器的处理器仅仅是一个处理器,只有GPU和一些DSP单元,所以手机厂商如果选用德州仪器的芯片,基带还需要另外购买集成。

而高通则是将芯片和基带进行打包出售,直接集成在一起,虽然手机厂商需要支付给高通专利费,但总比分次购买组装来得简单高效。

对此,知乎用户“叛逆者”用以下一段对话生动地描述了当时的情景。

高通利用提供保姆级芯片的策略不断笼络市场,2012年9月26日,德州仪器宣布将结束其在智能手机和平板电脑为导向的OMAP芯片业务,转向专注于嵌入式平台。

就这样,德州仪器在互联网和移动互联网两次变革中都没有把握住机会,第一次因电脑处理器无法投入商用给了英特尔兴起机会,第二次手机芯片则没有顺应用户需求败给高通。

不是英特尔和高通多么厉害,而是德州仪器没有做出顺应市场规律的产品,所以德州仪器实际上是败给了市场。

虽然经历了两次折戟,回看世界半导体局势,德州仪器仍稳居前十宝座,这一切都源于德州仪器懂得退一步的哲学。

在眼看着年轻一辈崛起以后,德州仪器选择退居幕后,做起了隐藏在背后的大boss。

现在德州仪器专注于开发模拟芯片和嵌入式处理器,这两块业务占据着总收入的80%以上。

根据IC Insights2019年5月9日发布的2018年全球模拟IC供应商的排名显示,德州仪器以108亿美元销售额和18%的市场份额占据着模拟集成电路供应商龙头老大的位置。

模拟产品是连接物理世界与数字世界之间沟通的桥梁,在电源管理、讯号转换与汽车电子领域有着广泛应用,目前正处于5G通讯变革下,基站数目的增加与智能手机射频前端链路的结构性变化,还有电动汽车大趋势下,德州仪器的未来场景应用广阔。

此外,德州仪器还有一项堪称为业界黑科技的技术——DLP技术。

DLP技术即数字光处理,这是一种把影像信号经过数字处理,再把光投影出来的技术。目前市面上90%以上的投影仪采用的都是德州仪器的DLP技术,并且DLP影院技术也占据着超过80%的院线荧幕。

但德州仪器这项造福人类的黑科技背后却有着无比艰辛的研发经历。

这一切都源于1977年的一个建议,德州仪器公司科学家Larry Hornbeck博士率领团队,开始了可对光源进行控制的反射原理的研究。此后德州仪器用了近十年的时间才终于在1996年成功实现了DLP技术的商业应用,开始向客户提供基于DLP数字显示技术的光学系统。

经过多年更新,不仅在生活中,德州仪器还将DLP技术应用到工业领域中去。

利用DLP技术可以通过数字曝光的方式来完成LED面板的蚀刻和修复;利用DLP技术响应速度快的特性还可以将其应用到PCB电路板的印制中,实现快速的流水线的生产;DLP技术的精准性还使其越来越多地应用于3D打印技术,通过DLP技术快速扫描物体,直接3D建模。

除了技术创新之外,德州仪器还关注国内教育:举办全国大学生电子设计竞赛、在大学建立实验室、参与教学改革、捐建希望小学......

看不见并不代表不存在,德州仪器就如空气一般,虽然看不见摸不着但一直存在于我们周围,并且通过创新不断为生活提供着便利,所以德州仪器称得上是一位伟大的隐秘者。

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三、高手进来,有关数字电视的3个问题

数字电视传输系统性能的优越性主要来源于信道编码和信号调制方式。卫星和有线电视网络环境与理想的白噪声模型极为接近,而优秀的信道编码和信号调制方式一般都是针对白噪声模型设计的,这样的信道编码调制可以在卫星和有线电缆广播中得到很好的应用,系统性能可以接近理论值。而地面广播的环境显然不是白噪声模型,没有任何信道编码调制技术可以在地面广播的环境下被优化地使用。美、欧已有的系统都反映出这一特点:即在实验室的白噪声环境下,两者都接近理论值,但一旦处于实际的地面广播环境下,两套系统性能都发生明显的劣化。美国系统虽然在白噪声性能方面优于欧洲系统,但美国系统没有考虑严重的多径环境和衰落现象,其接收实际地面广播信号能力相对于欧洲系统较弱。事实上,现有系统在白噪声条件下具有增益的编码在实际环境中不但无助于提高性能,反而加剧了系统性能的恶化。地面广播的信道特性变化剧烈,信号幅度、相位的变化,多径的时延和幅度的变化速度都远比卫星和有线电缆信道复杂。系统能稳定工作的区域有限,对系统信号处理能力,尤其是处理速度及稳定性要求苛刻。再加上地面广播要求与现有模拟电视广播兼容,大功率非线性发射使相邻频道间的干扰加剧,若系统各个纠错编码保护环节不能很好地协调工作,就会顾此失彼,各部分性能互相牵制,使系统始终处于不稳定状态。因此,在恶劣的地面广播多变通道条件下,如何采用一种各个功能强自适应工作的数字电视地面广播传输系统标准,是我们每一名广播电视技术人员思考的问题,下面就国外数字电视地面广播系统的三种传输性能和实现,就系统的主要设计讨论抗多径干扰技术、频谱、标准制定,以及频谱的高效利用,数据传输、稳定的固定接收和移动接收能力作一些探讨。

目前全球共有三套国际地面传输系统标准,美国1996年高级电视系统委员会(ATSC)研发的格形编码八电平残留边带(8-VSB)即:ATSC 8-VSB;欧洲1997年提出的数字视频地面广播(DVB-T)采用编码正交频分复用(COFDM)即:DVB-T COFDM;日本1999年提出的地面综合业务数字广播(ISDB-T)采用正交频分复用(OFDM)即:ISDB-T OFDM。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,没有发挥出系统应有的潜力。

美国ATSC 8VSB系统是为了在单个 6MHz频道中传输高质量视频和音频(HDTV)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 19.4 Mbit/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,并且在区域和人口覆盖方面对现存 NTSC节目影响最小。系统的射频发射特性经过仔细选择后,上述能力是可以达到,通过 18种视频格式,提供各种图像质量。利用系统的数据传输能力,基于数据的业务具有巨大的潜力。系统提供固定的接收。

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(理论值≈14.9dB),大传输容量(固定有用数据位率为19.4Mb/S)和实现串行数据流MPEG-2Packet188bit(1bit同步+187bit)主要技术优势。但美国系统存在一系列问题。最主要的是对付强动态多径困难:在近的强多径变化(相位)时,导频信号会受到严重影响,载波恢复出现困难。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被跟踪,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(错误判决少于10%)才能正常工作,在强多径下,系统是不稳定的。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。ATSC 8-VSB传输系统具较好的载噪比,可在较低的载噪比下运行,但系统为抗NTSC同步干扰在接收机中加梳状滤波器,却牺牲了约3.5dB的载噪比性能;对抗多径效应而造成的频率选择性哀落,8VSB传输方式采用了均衡器来消除回波,但对回波时延变化很敏感;结构复杂,是一个固定码率的数字传输系统使用单载波调制技术,不支持移动接收。

欧洲DVB-T COFDM系统是欧洲数字电视广播(DVB)开发的系列标准中的数字地面电视广播系统标准,在系列标准中DVB-T是最复杂的DVB系统。使用MPEG-2传送比特流复用,里德-索罗门(RS)前向纠错系统,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”模式用于大小单频网(SFN),“2K”与“8K”系统是兼容的。欧洲系统中放置了大量的导频信号,穿插于数据之中,并以高于数据3dB的功率发送。这些导频信号一举多得,完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计。由于导频信号数量多,且散布在数据中,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,即在每个符号(块)前加入一定长度的该符号后段重复数值,由此抵御多径的影响。可以认为,大量导频信号插入和保护间隔技术是欧洲系统的技术核心,正是这两项技术使欧洲系统能够在抗强多径和动态多径及移动接收的实测性能方面优于美国ATSC 8-VSB系统。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。多种模式常用的其实只有两到三种,分别对应固定接收和移动接收应用。欧洲系统同样存在一系列缺陷。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%。因此,以过分下降宝贵的系统传输容量为代价来换取系统的抗多径性能,显然不是一个好的折衷方案。其次,即使放置了大量导频信号,对信道估计仍是不足: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(每次上千点),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(与理论值差2-3dB),因此,现有欧洲COFDM系统事实上并不是对付移动多径最有效的手段。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。欧洲还强调在其卫星、有线和地面传输方案中使用相同的信道编码模块以保证其三者之间的兼容性,因为信道编码模块在电路实现中所占比例不大,这种部分兼容方式阻止了在地面广播方案中采用更有效的其它信道编码方法。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,但能用于任何频道带宽(6、7、8MHz),只是相应地改变数据容量。8MHz信道内传输的有效净比特码率在 4.98~31.67Mbit/s范围内,取决于信道编码参数、调制类型和保护间隔的选择。在设计上允许码率可变,显示其灵活性,可根据信噪比提供多种码率。 DVB-T COFDM系统,有利于数字与模拟电视共存,在与现行模拟电视混合传输方面显示出优势,设计上不需耍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,它因有灵活性使得可以按特定的工作环境与服务耍求进行传输试验,在澳大利亚、拉丁美洲、香港地区等受到赞许。

日本提出的“综合业务数字广播”ISDB-T OFDM系统采用MPEG-2传送比特复用,OFDM调制方式,使用的编码方式、调制、传输与DVB-T COFDM基本相同,可以说是经修改的欧洲方式,不同之处在于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(最长达0.5秒),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。ISDB-T概念覆盖了各种服务,因此系统不得不面对各种需求,而且一个业务可能和另一个业务是不同的。例如,对于 HDTV节目就需要大容量的传输能力,而对于条件接收中的密钥传输、软件下载等等,则需要高有效性(或传输可靠性)。为了综合不同的业务需求,系统提供了可选择的调制和误码保护方案和灵活的组合,以便面对这些综合业务的每种需求。

在一个地面频道中有 13个 OFDM频谱段,有用的带宽是 13×BW/14 MHz(对于6 MHz频道是 5.57MHz,7 MHz频道是 6.50MHz,8MHz地面频道是 7.43MHz)。系统采用的调制方法称为频带分段传输(BST)OFDM,由一组共同的称为 BST段的基本频率块组成。每段的带宽为 BW/14 MHz,这里 BW指的是地面电视信道带宽(6、7或 8MHz,依赖于所处地区)。例如,对于 6MHz信道,每段占据 6/14 MHz= 428.6KHz频谱,7段等于 6×7/14MHz= 3MHz。

在 OFDM特性之外,BST-OFDM对不同的 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(内码编码码率、时间交织深度)和调制类型(QPSK DQPSK、16-QAM或者 64QAM),因此每段能满足不同的业务需求。许多段可以灵活地组合到一起,提供宽带业务(例如 HDTV)。通过传输不同参数的 OFDM段群,可以达到分级传输。在一个地面频道中可提供三个业务层(三种不同的段群)。通过使用只有一个 OFDM段的窄带接收机,可以接收传输信道中的部分节目。

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(X×BW/14 MHz),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。

4、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ATSC 8-VSB、DVB-T COFDM和 ISDB-T BST-OFDM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(AWGN)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,如表2所示。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 ATSC系统可比的数据码率。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 dB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。

因为三个系统都能不用改变信道编码方案而用于不同的信道带宽,例如 6、7、8MHz,系统 Eb/N0值对于 6、7、8MHz系统一般是正确的对于地面广播,

多径接收在模拟电视中反映是重影,在数字接收中,多径效应将使接收完全失效。地面数字电视传输,由于多径效应造成的频率选择性衰落会引起码间干扰,生产误码。因此地面数字电视传输必须采用抗多径干扰技术。目前有自适应均衡和正交频分多路复用技术。自适应均衡器所采用的算法为最小均方(LMS),基于最小平方(LS)和快速横向滤波器算法:

寻找均方误差最小值使均衡器能最有效的消除码间干扰。

OFDM正交频分复用调制技术只是一种并行传输方案,在指定频带上设置K个等间隔的子载波,每个载波单独被数字调制,每个子载波上的调制符号将被延长K倍,是抗多径干扰的有效方法。采用加保护间隔和基准电平来实现

一个码元时间间隔内,设基带OFDM信号表示为:

其中M(n)表示第 n个子信道的调制信号,N为并行传输信道数。

为了提高抗多径干扰的能力,加入保护间隔,于是码元宽度变为T=T5+△,信道间隔仍为,在t时刻,OFDM信号为:

经过多径信道后,子信道之间的正交性受到破坏。假设,相对时延小于的传输径数为M1,而超过的为M2,则第K个信道在第I时刻的解调输出为:

上式中第一项为有用信号,,第二项是信道间干扰,第三项是码间干扰,第四项是白噪声。如果保护间隔足够长,使相对多径时间差小于△,则解调后信号中不存在码间干扰和信道间干扰。(当T=64-192us,△=20祍时就可以基本消除地面广播中存在的多径干扰。)

但是上述输出的有用信号还受到一个乘性干扰影响,需要在每个子信道交替插入基准电平信号,求得信道逆响应,对接收信号进行幅度相位校正来消除多径效应。另外时间交织、频率交织、保护时间与编码结合帮助OFDM提高抗多径干扰的能力,并且可以有效的利用多径干扰信号的能量。

DVB-T和 ISDB-T中采用的 OFDM调制系统具有很强的抗多径失真的能力,它能抵抗高达 0dB的回波。在城区,当使用室内或机顶天线时,由于发射机的直线路由被阻挡,通常会产生很大的回波。保护间隔能够完全消除码间干扰,除非回波的延时超过了保护间隔的范围。不管怎样,带内衰落仍将影响所需的 C/N,特别是当 COFDM载波上采用高阶调制时。为了抵抗 0dB的强回波,DVB-T和 ISDB-T需要很强的内码纠错和良好的信道估计系统,以及更高的 C/N。当使用 R= 2/3卷积码时,它需要大约多6dB的信号功率,以便处理 0dB回波。无论如何,增加的 C/N的一部分可以由回波信号功率得到补偿。这些需求的平衡将依赖于所选择的码率。使用消除技术的软判决解码能够显著地提高性能。

DVB-T和 ISDB-T系统的保护间隔能用于处理超前的或延迟的多径失真。这一点对于 SFN(单频网)能够运行是重要的。ATSC系统不能处理长的预回波,因为它是为 MFN(多频网)环境设计的,在室外固定接收的情况下,它们通常不会产生长的预回波。因为一个区域内的所有的发射机都工作在同一个频率,以及由于增加了接收多发射机所发信号的概率而带来的某些网络增益,SFN能够显著地节省频谱需求和传输功率。

OFDM作为多载波调制方案,比单载波调制系统的频谱效率要稍高一些,因为它的频谱具有非常快速的初始滚降,甚至在没有输出频谱成型滤波器时。对于 6MHz信道,DVB-T系统的有用的带宽(3dB)为 5.7MHz(或5.7/6=95%),ISDB-T系统为 5.6MHz(或 13/14= 93%),相比较,ATSC系统的有用带宽为 5.38MHz(或 5.28/6= 90%)。所以,OFDM调制有至多 5%的频谱效率优势。

不管如何,DVB-T和 ISDB-T系统中用于抵消多径失真的保护间隔,以及为了快速信道估计而插入的带内导频,将减少数据容量。例如,DVB-T提供了系统保护间隔的选择,为实际符号持续时间的 1/4、1/8、1/16、1/32,这等同于数据容量分别减少了 20%、11%、6%和 3%。1/12带内导频插入将导致码率损失 8%。总体上,对于不同的保护间隔,数据吞吐量将减少 28%、19%、14%和11%。减去前面提到的OFDM系统 5%的带宽效率优势,DVB-T系统相对于 ATSC系统的总数据容量分别减少为 23%、14%、9%和 6%。这意味着对于 6MHz系统,假定具有相同的信道编码和调制方案(64QAM,R=2/3),DVB-T系统在上述保护间隔比例下将提供14.9、16.6、17.6和 18.1Mbit/s数据码率;ISDB-T系统将提供 14.6、16.4、17.2和 17.7Mbit/s数据码率;相应的 ATSC系统码率为固定的 19.4Mbit/s。

实际上,DVB-T和ISDB-T系统能适应各种发射机,从而使覆盖范围变大和频谱效率提高。基于MFN(多频网)环境,DVB-T优点有:适合严重的多径环境;快速移动的多径环境;单频网 SFN;移动接收;和非指向性接收天线位置。而在 SFN环境中,许多发射机可使用相同的频率(频道)覆盖一个巨大的范围,这将导致 DVB-T和 ISDB-T系统频谱和传输功率的全面节省。

五、数字电视地面传输标准的制定

传输方案将构成一个国家的数字电视地面广播传输标准的基本技术内容。作为一个电视生产和消费大国,作为一个正在融入全球经济一体化并面临全球性技术竞争的发展中国家,我国已认识到掌握和拥有关键技术、自主研制重要的数字电视系统标准能够为我国经济所带来的巨大发展空间和机遇。世界先进工业国家本着扩大世界市场和获取高额技术利润的目的,依仗他们的技术领先优势及产业基础,近几年来不遗余力地向我国推荐采用他们的标准。特别是以数字电视地面广播传输标准为推荐重点,意欲借此系统标准来推动全面采用其整个标准系列。对此,我们应对自主研究制定传输方案的必要性和可行性有充分和客观的认识。

地面系统由一个一个电视发射台和电视台组成,单台覆盖面小,要一个一个更新。而且我国相应的标准尚在研究之中,尚需一定时间才能确定。而美国、日本等国家在地面数字标准制订后的过渡期都在10年左右,我国还要更慢一些。地面数字电视通常先从大城市和发达地区开始,如中国最可能先从北京、上海和深圳等城市开始。我国广播影视"十五"计划发展规划指出,2003年完成数字电视地面广播传输标准制定,建立数字电视试验台。到2005年,省级以上广播电台、电视台基本实现采、编、播数字化,全国广播电视系统基本实现网络化。到2010年基本实现广播电视节目制作、播出、传输、发射和接收数字化,到2015年完成模拟向数字的过渡。

我国推动数字地面电视的驱动力与国外有很大的不同,美国家庭大都木屋结构,相对较为分散,地面电视主要以本地节目为主。我国地面传输已不象黑白、彩色电视刚发展时那样是唯一的途径。目前卫星和有线的传输方式已经非常成熟,城市主要以有线电视传输为主,边远地区和农村地区主要以卫星为主。大多数城市居民已不再使用室外天线接收电视节目,而是通过有线电视。用室内天线对高楼住户有一定困难,许多楼房或是屏蔽或是朝向不对。在已有有线电视的家庭再要求用户在收有线标清电视的同时再用室内天线收一套高清晰度电视是很不方便的。考虑到从有线传送高清与传送普通清晰度电视所需设备是完全相同的。因此在高清晰度电视的发展中,地面传输的重要性与黑白和彩色电视发展初期已完全不同。

究竟中国的地面数字电视如何推动,选用什么制式,播出什么类型的节目,应当有什么样的政策引导,都是需要解决的问题。中国有中国的国情,与美国不一样,与欧州也不一样。采用地面数字电视广播究竟有什么好处,美国为什么要推动数字地面广播?第一位的原因是节省频率资源。美国FCC在模拟到数字的转换结束时,可以完全收回VHF频段,并逐步对电视频率收费。第二个原因是能启动美国数字电视市场需求。英国推动DVB-T也有类似的理由。因此对中国数字电视的分析就要在两种不同的条件进行分析。一是不对电视台的频率收费和不作硬性限时转换的规定。因为中国是一个发展中国家,电视又是普通老百姓娱乐和获取信息的最重要的工具。二是要能促进中国的产业,其中最重要的是电视机产业、芯片产业和软件产业。这时地面数字电视广播的驱动就来自市场和政策。地面数字电视不仅要能做到固定接收,还要做到便携接收和移动接收。节目是另外一个重要因素,如果数字节目与模拟节目相同,观看质量上会比原模拟有线电视有一定提高,但提高不大。用户没有必要花几百美元买一个机顶盒来收看几乎相同质量的节目。有人设想,可能可以用一套比较好的节目来推广数字电视,但如果你已经有了一套比较好的节目,不用购买机顶盒的模拟方案也许会有更好的经济效益和更快的回报。而用数字方案节目制作的投入和机顶盒的投入也许完全抵消了好节目带来的经济效益,或者说很少有人会投资在这样一个看不清的市场上。也有人举出数字16:9的市场在欧洲得到了很好的响应,因为普通清晰度16:9给观众带来的好处和所要花的演播室改进和接收机价格提高相比实在太微不足道了。我国现在已经有高清晰度16:9电视,马上就要进入市场。由此可见,中国地面数字电视发展的关键在高清晰度电视。地面数字广播可以在原普通模拟电视频道内播出一套完整的高清晰度电视节目,清晰度有大幅度的提高,声音质量有大幅度的提高,可以做到真正的家庭影院。原来担心的高清晰度电视机的价格也已降低很多,作为起步,已经有很好的市场前景。

我国在政府组织下,对数字高清晰度电视系统技术已开展了近十年的研发工作,先后研制成功两代数字高清晰度电视地面广播样机系统,并进行过实况信号转播实验。经过科研、广播和产业各界技术人员的共同努力,特别在数字电视地面传输技术方面逐步形成了具备自主专利技术的多种实现方案。如清华大学自主开发完成了“地面数字多媒体电视广播传输系统DMB-T”采用OFDM多频调制技术在8MHz的带宽中传输最大净荷率达33Mb/s,在整个系统设计中没有采用任何国外现成的芯片,每一步都独立自主进行设计,实现了完全的自主知识产权,具有很大的市场潜力,目前该项技术己完成了计算机仿真和FPGA原型机验证阶段,进入了专利申报和实用化阶段。国家同时也在安排计划,拟对现有国内外的传输方案进行性能测试与比较。依据现有研究基础和推进速度,我国完全有可能在各级政府部门的全力支持下,在较短的时间内,经过测试、分析和改进,集众家所长,制订出具有自己特色和自主知识产权的中国数字电视地面广播传输标准。

我国现行电视广播频道带宽为8 MHz,与欧洲基本相同,但与美国、日本不同。我国地面广播频道频谱分配和规划情况复杂,而且受我国政治、文化、经济现状决定,其数字电视节目和其它业务形式与发达国家需求不完全一致。我国所研制的传输标准方案在技术上应努力达到以下技术要求:尽量满足数字电视地面广播需求条件,系统具备固定接收和移动接收两种主要工作模式,采用抗多径干扰技术使系统能够实现在强多径和动态环境中稳定接收,同时,提高频谱效率保证系统的传输数据容量。考虑到数字地面广播和有线电缆广播可能构成我国未来数字电视广播的主要市场,所研制的地面传输方案应使其接收机易于兼容数字有线电缆解调解码方案。即系统应兼容数字有线电缆方案。系统应努力克服上述国外系统的不足,形成自己的系统组成和数据结构系统应及早形成接收芯片的设计方案,并应以中国企业首先申请接收技术实现专利和研制成功符合标准方案。

通过上面探讨分析可得到这样的结论数字电视地面广播系统能够实现频谱的高效利用、足够大的数据传输容量、稳定的固定接收和移动接收能力。数字电视广播系统为了节约传输带宽,就要采用调制技术,信道编码,提高传输的可靠性,使每Hz频带能传送更多的bit(数据率)。我们采用的标准应是一个能够在固定和移动接收环境中,稳定实现大数据容量传输的数字电视地面广播系统。在已有国外标准方案的基础上,我国目前正在研究制定自己的数字电视标准,在地面广播传输领域已积累了相当多的实际经验,具有较好的研究基础。只要继续在政府支持下,不懈努力,汲取现代技术精华,完全有可能形成技术先进、性能优越的传输标准方案。这对于我国数字电视产业乃至整个电子消费市场的健康发展将产生深远影响。

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