中国创造:我国自主制定DTMB标准推动电视

　　数字电视是融数字处理、宽带传输、无线技术为一体的新一代技术。我国正积极地发展数字电视产业规模和技术水平，计划在2015年实现由模拟电视生产大国向数字电视强国的转变。实现高清晰度数字电视的关键之一是数字信号的信道传输制式。电视广播传输一如数字电视的精萃血液，需时刻保持着稳健，这种稳健的保持需要有电视广播传输标准。

　　电视广播传输标准发展至今主要有地面、有线、卫星和互联网四种，其中，有线、卫星和互联网电视广播属于商业范畴，地面电视广播属于政府喉舌，关系国家安全，我国地面数字电视广播传输标准得到国家领导人的高度重视，曾明确提出制定具有自主知识产权的我国自己的国家标准。

　　近十多年来，清华大学微波与数字通信国家重点实验室常务副主任杨知行教授组建清华大学数字电视传输技术研发中心、中关村数字电视产业联盟、北京数字电视国家工程实验室，为中国地面数字电视传输标准走上世界、面向未来，呕心沥血、艰苦求索，成为中国地面数字电视传输技术的领军人。

　　在偶然的机会下，笔者终于有幸见到了杨知行教授，听杨教授侃侃而谈这十几年的收获并且与他愉悦的交谈着，从他明亮的双目，依然能够感受到他就事论事，奋力一搏到底的决心和科学的侠义精神。

　　行业梦想：自主专利大变身

　　杨教授的梦想之一，便是提升中国地面数字电视广播传输技术的水平，通过地面数字电视广播传输标准促进我国电视产业从“中国制造”变成“中国创造”。

　　地面数字电视广播是一种宽带/高速传输系统,覆盖范围大,性能要求高,支持固定、移动和便携接收,传输环境复杂。已有的编码正交频分复用调制方式C-OFDM采用循环前缀和频域导频等核心技术,频谱效率较低,同步时间较长。针对这些缺点,杨知行教授等人原创性地提出时域同步的正交频分复用调制方式(TDS-OFDM),采用特殊设计的PN序列作为同步信号填充OFDM保护间隔,实现了快速稳健的同步和高效的信道估计,与C-OFDM相比，系统参数刷新约快一倍，频谱效率提高约10%左右。TDS-OFDM及其帧头和帧体的保护技术被中国知识产权局评估为三项基础性发明专利，2005年世界知识产权组织和中国专利局联合授予中国专利金奖。杨知行教授作为该研究项目的第一负责人，领导了方案制定、关键技术突破、系统研究与产业化、工程试验等全过程，起到了领军人的作用。

　　经过艰苦创新，该项目成果申请国内外发明专利四十多项，在国际上首次成功取代传统的C-OFDM，发明无导频插入无保护间隔多载波体制抗多径干扰方式、可支持自动唤醒省电功能的复帧结构、可支持高清电视高速移动接收的快速信道估计等技术，研发成功基于TDS-OFDM的地面数字多媒体/电视广播传输系统DMB-T。测试证明：比较国外同类标准具有信息容量更大;移动性能更强;广播覆盖更好;多业务广播更方便;单频组网更简单可靠等优点。2001年3月，信息产业部和国家广电总局联合决定采用具有基础性发明和系统结构性创新的清华大学DMB-T方案以信息文稿《TERRESTRIAL DIGITAL MULTIMEDIA/TELEVISION BROADCASTING SYSTEM DEVELOPMENT IN CHINA》通报到国际电联，得到ITU-R SG6组及其工作会议的强烈反响，载入主席报告并为此专门建立了一个有76个代表成员参加的Email Reflector，跟踪关注其发展。2002年，DMB-T通过教育部组织的技术鉴定，以叶培大院士为首的专家鉴定认为：在OFDM保护间隔的PN序列填充技术上取得重大突破，主要性能指标处同类技术的国际领先水平，获得2004年北京市科技进步奖一等奖，2005年国家技术发明奖二等奖。

　　在产业化和核心芯片方面，2001年2月首次研制成功DMB-T测试专用芯片，随后三年经过系统测试和播出试验、优化算法和改进工艺，在场地试验中，固定及移动接收成功率从不到10%改进达到100%，测试车都跑坏了一辆，单日测试路径最多达400公里。相继开发出产业化试验、产品试用等接收专用芯片。其收、发设备已在国内20多个广播电视骨干企业生产，初步形成了产业链;我国19个省市的31个城市采用该系统进行实地测试和试播，测试和使用性能优于国外同类技术，成功地抵御了欧洲DVB-T标准对我国数字电视市场的侵蚀，获得2005年中国电子学会电子信息科学技术奖一等奖。

　　挑战高难：地面数字多媒体/电视广播传输系统DTMB

　　2003年，国家数字电视领导小组委托中国工程院组织清华、上海交大、北航等国内11个单位成立标准研究工作组，研究并制定了DTMB标准。该标准要求清华DMB-T方案的帧结构兼容上海交大ADTB方案的单载波技术和采用广科院TIMI方案的纠错编码技术，经过非常艰苦的努力，形成了一个统一结构和参数的的融合方案。

　　融合方案的国家标准面临三大挑战：第一兼容单、多载波调制方式;第二保持完整的自主知识产权并统一系统结构和参数;第三系统的性能价格比不低于国外同类标准。当时标准研究工作组内有人戏称：谁解决单、多载波调制方式融合这个世界性难题，就应给予诺贝尔奖。杨教授领导的清华团队为了自主制定标准的国家意志能继续贯彻执行，毅然接受了这个严峻的挑战。经过夜以继日的连续奋战，充分发挥自主原创的TDS-OFDM技术具有独特的时、频二维信号处理的灵活性，首次证实DTMB标准总体架构的可行性，在标准研究工作组内公布了融合单、多载波的调制方案及其仿真结果，并向有关单位提供了部分实现技术原代码，为DTMB标准的制定迈出了最关键的一大步，同时取得了以下关键技术创新：

　　(1)突破传统概念限制，将接收的DTMB基带信号分成时域和频域两部分进行多域联合优化处理，通过时频变换参数的选择，只要调整子载波数就可以实现在同一个硬件平台上兼容解决单、多载波解调问题，在国内外首次提出DTMB接收机总体架构，理论分析与仿真结果证明优于现有的国内外同类系统，其发明专利被评为北京市发明专利奖一等奖。针对流传我国自主制定的DTMB标准是单、多载波两种标准的并存，杨教授特别指出：这种观点是错误的。

　　(2)针对频域和时域双重选择性衰落信道，发明一种系统同步的多域算法，解决了快速同步技术难题，在复杂多径干扰和高速移动条件下保证系统同步的高稳定性和可靠性、高跟踪精度和大捕获范围，使信号跟踪速度远远优于美国、欧洲和日本同类系统。

　　(3)利用PN帧头优化了恶劣信道下的快速信道估计和系统均衡性能，发明一种创新的快速信道估计方法在同一个硬件平台上完成单、多载波工作模式的信道估计和均衡，单、多载波工作模式只差一次反富立叶变换，在秘鲁进行的高清移动对比测试结果证明：DTMB标准的高清电视移动接收性能处国际领先水平。

　　(4)在国内外同类标准中DTMB标准首次采用LDPC纠错码，性能先进，但接收机芯片资源消耗很大。一种新的兼容多码率的解码器架构及其算法，通过时钟周期内流水线实现高速处理降低了接收机的实现复杂度，使接收机芯片的逻辑单元减少到原有的1/3，存储资源减少到原有的1/2，保持纠错性能优于欧洲和日本同类系统2dB以上。

　　(5)针对多业务广播服务，一种基于时、频二维分割的多业务信号组帧方式，兼容解决了中国DTMB标准的多业务接入问题，其扩展应用的无线数字图像/多媒体传输系统已立功于公共安全的许多重大事件中。

　　上述创新技术成果已固化成专用芯片，支持了国内外数十个企业，覆盖了DTMB标准的接收机、发射机、组网设备和专用测试仪表，现已有数百个品牌产品形成了市场竞争。欧标DVB-T接收专用芯片单价从20美元降到5美元用了8年时间，本项目专用芯片具有性能价格比的明显优势，同样的价格降幅仅用了4年。

　　2006年8月经国务院批准，全国标准化管理委员会颁布GB20600-2006(DTMB)为强制性国家标准，2007年8月实施。