碩士論文-鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究.pdf

上海交通大學(xué) 碩士學(xué)位論文 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 姓名 朱秋林 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 專(zhuān)業(yè) 電子與通信工程 指導(dǎo)教師 張海濱 錢(qián)良 20080101 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 5 縮 略 語(yǔ) 縮 略 語(yǔ) 縮略語(yǔ) 英文全稱(chēng) 中文全稱(chēng) ADTB T Advanced Digital Television Broadcasting System Terrestrial 高級(jí)數(shù)字電視廣播系統(tǒng) ARQ Automatic Repeat Request 自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求 ASI Asynchronous Serial Interface 異步串行接口 ATSC Advanced Television Systems Committee 高級(jí)電視制式委員會(huì) 美國(guó) AVS Audio and Video coding Standard 音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) BNC Bayonet Nut Connector 刺狀螺母同軸電纜連接器 CDMA Code Division Multiple Access 碼分多址 DAB Digital Audio Broadcasting 數(shù)字音頻廣播 DTMB Digital Terrestrial Media Broadcasting 數(shù)字地面多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn) 中國(guó) DVB Digital Video Broadcasting 數(shù)字視頻廣播 DVD Digital Video Disc 數(shù)字視頻影碟 EIRP Effective Isotropic Radiated Power 有效全向輻射功率 GPRS General Packet Radio Service 通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù) GPS Global Positioning System 全球定位系統(tǒng) GSM Global Systems for Mobile communications 移動(dòng)通信全球系統(tǒng) IP Internet Protocol 因特網(wǎng)協(xié)議 IPTV Internet Protocol Television 交互式網(wǎng)絡(luò)電視 LCD Liquid Crystal Display 液晶顯示器 MIP Mega frame Initial ization Packet 兆幀標(biāo)識(shí)包 MPEG Moving Pictures Expert Group 運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組 OFDM Orthogonal Frequency Devision Multiplexing 正交頻分復(fù)用 OQAM Orthogonal multi level Quadrature Amplitude Modulation 正交多電平正交調(diào)幅 PN Pseudo random 偽隨機(jī) SFN Single Frequency Network 單頻網(wǎng) STS Satellite Transmission System 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng) TS Transport Stream 傳送碼流 UHF Ultra High Frequency 超高頻 VHF Very High Frequency 甚高頻 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成 果 對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明 確方式標(biāo)明 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī) 定 同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和 電子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采 用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 保密保密 在 年解密后適用本授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文屬于 不保密不保密 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 1 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 摘 要 鐵路運(yùn)輸是我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分 也是老百姓出行的首 選交通工具 然而 隨著人們對(duì)旅途環(huán)境 客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量 信息傳遞 等方面提出的更多需求 飛機(jī) 輪船乃至長(zhǎng)途汽車(chē)都相繼安裝了不同 檔次的電視 電話(huà) 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng) 開(kāi)始提供多種公共信息服務(wù) 而在覆蓋全國(guó)的六萬(wàn)六千多公里鐵路線(xiàn) 年客運(yùn)量高達(dá)十六億多人次 的鐵路客運(yùn)列車(chē)上 開(kāi)放的信息傳播基本還是一片空白 面對(duì)航空 水運(yùn) 公路與鐵路爭(zhēng)奪客源的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)實(shí) 鐵路客運(yùn)列車(chē) 特別是 長(zhǎng)途列車(chē) 旅途信息閉塞 生活枯燥 不能收看電視等問(wèn)題必須解決 這已經(jīng)是一個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求 國(guó)外很早開(kāi)始了數(shù)字電視地面廣播 使得人們可以在戶(hù)外收看數(shù) 字電視 國(guó)內(nèi)緊跟國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展 也于 2006 年 8 月 1 日公布了地面 數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn) DTMB 該標(biāo)準(zhǔn)由 OFDM C 3780 和單載波 C 1 技術(shù)融合而成 兼?zhèn)淞硕噍d波技術(shù)適應(yīng)復(fù)雜地形的優(yōu)點(diǎn) 同時(shí)又具有 單載波技術(shù)支持高速移動(dòng)接收的特點(diǎn) 尤其是其中 C 1 的選項(xiàng) 是 單載波技術(shù)體系在適應(yīng)城市復(fù)雜地形下 且同時(shí)能支持高速移動(dòng)接收 的典范 目前的技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模正在迅速成熟 并日趨完善 是最有可能的中國(guó)鐵路電視技術(shù)難題的解決方案 上海交通大學(xué)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 ADTB T 單載波數(shù)字視頻地面廣 播系統(tǒng)既承接了以美國(guó) ATSC 系統(tǒng)為代表的的單載波方案所具備的 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 2 傳輸容量大 工作門(mén)限低 相同覆蓋條件下要求發(fā)射功率低 抗脈沖 干擾能力強(qiáng) 對(duì)調(diào)諧器要求低等優(yōu)點(diǎn) 又通過(guò)突破關(guān)鍵技術(shù) 使本方 案同時(shí)擁有了以歐洲 DVB T 系統(tǒng)為代表的多載波方案所具備的抗多 徑能力強(qiáng) 系統(tǒng)同步強(qiáng)健 多模式多碼率工作模式 能夠用于移動(dòng)接 收等優(yōu)點(diǎn) 針對(duì)我國(guó)鐵路的上述技術(shù)難點(diǎn)特征 ADTB T 技術(shù)針對(duì)鐵 路 Railway 在更高的移動(dòng)速度上進(jìn)行了優(yōu)化和改造 使之更加適 應(yīng)于高速鐵路的應(yīng)用環(huán)境 保證了在高速移動(dòng)的列車(chē)上仍然能夠穩(wěn)定 流暢的收看電視節(jié)目 由此形成了針對(duì)高速鐵路的升級(jí)優(yōu)化版 ADTB R ailway 本鐵路電視單頻網(wǎng)系統(tǒng) SFN 采用交大 ADTB R 傳輸體制 通過(guò) DVB S 衛(wèi)星電視廣播作為主要分發(fā)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)結(jié)合光纖和微波在適當(dāng) 的地區(qū)混合組網(wǎng) 覆蓋全國(guó)鐵路沿線(xiàn)的專(zhuān)用 SFN 網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)該網(wǎng)絡(luò) 的實(shí)施 鐵路乘客可以通過(guò)安裝在火車(chē)上的數(shù)字電視接收裝置接收和 收看中央臺(tái)播出的鐵路電視節(jié)目 節(jié)目質(zhì)量達(dá)到標(biāo)清級(jí)別 通過(guò)可靠 的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可以保證鐵路電視信號(hào)在全國(guó)覆蓋范圍內(nèi)精確同步分 發(fā) 用戶(hù)在全程收看過(guò)程中接收可靠 圖像連續(xù) 在交疊覆蓋區(qū)不出 現(xiàn)停頓 跳幀 實(shí)現(xiàn)接收過(guò)程中的 無(wú)縫 切換 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 單頻網(wǎng) 鐵路 數(shù)字電視 ADTB R 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 3 THE RESEARCH ON CONSTRUCTION OF SFN IN RAILWAY TELEVISION SYSTEM ESIGN AND TEST SINGLE ABSTRACT The railway is not only the major part of the national transport in china but also the chief method the civilian choose to travel However in order to provide comfortable environment and public information service different kind of TV set telephone computer systems had been fixed in airplane and ship When refer to the railway that has the length of 70 000km and the passenger transport of 1 600 000 000 person time per year it s still a blank of the television broadcast coverage Confronted with the competition from the airway waterway and highway transportation the railway should solve the problem that passenger train especially the long distance train has no TV set on it The research on digital video broadcasting has been carried out in abroad for several years In our country standard for digital television terrestrial broadcasting system had been published in August 2006 In this standard both OFDM C 3780 and signal carrier C 1 are exist Similar with OFDM system DTTB standard for China can be used in very complex terrain It also can be used in high speed vehicle like the signal carrier system DTTB standard for China is the most promising solution for Chinese railway TV DTTB standard C 1 has strongpoints such as better C N performance low minimum requirement input levels low transmitter power immunity to analogue and digital signal In order to solve the problems in Chinese railway TV we improve the DTTB standard and get a upgraded one ADTB R ADTB R can be used in high speed railway 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 4 insure the reception quality in train Based on the ADTB T system developed by Shanghai Jiao Tong University the railway television SFN system takes DVB S as primary distribution network which also be composed of Optical fiber and microwave at some certain area With the national wide railway coverage the system can provide live TV program from CCTV with the receiver fixed in the train The reliable design insures the synchronization of the railway TV signal broadcast and the continuity of the TV program KEY WORDS SFN railway digital TV ADTB R 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 8 第一章 緒論 1 1 鐵路列車(chē)移動(dòng)電視市場(chǎng)需求 中國(guó)鐵路網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá) 鐵路車(chē)站 5000 多個(gè) 僅日夜奔馳的旅客列車(chē)就有 約 2500 列 年客流量達(dá) 16 億人次以上 見(jiàn)圖 1 1 平均每列客車(chē)每年就有 60 萬(wàn)人次集散 因此 為豐富如此眾多的旅客旅途文化生活 方便商旅途中辦公 宣傳各種經(jīng)濟(jì)信息 在旅客列車(chē)和車(chē)站上安裝廣播電視系統(tǒng)非常必要 圖 1 1 中國(guó)鐵路流動(dòng)人口增長(zhǎng)預(yù)計(jì) 1 Fig 1 1 Growth prediction of China railway floating population 顧名思義 鐵路電視就是通過(guò)適當(dāng)?shù)募茉O(shè)發(fā)射塔 對(duì)鐵路沿線(xiàn)進(jìn)行電視信號(hào) 覆蓋 使運(yùn)行中的列車(chē)能夠?qū)崟r(shí)的收看到包括中央電視臺(tái) CCTV 在內(nèi)的多套電 視節(jié)目一項(xiàng)電視業(yè)務(wù) 而鐵路電視單頻網(wǎng)便是支持該業(yè)務(wù)的技術(shù)平臺(tái) 鐵路電視是順應(yīng)填補(bǔ)電視盲區(qū)覆蓋的政策需求 解決旅途信息閉塞的經(jīng)濟(jì)需 求 并且符合鐵路信息總體規(guī)劃中對(duì)于提高客運(yùn)服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)平臺(tái)的總提發(fā)展方向和要求 在模擬電視時(shí)代 由于模擬電視信號(hào)傳輸技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)中穩(wěn)定接收電 視信號(hào) 鑒于該技術(shù)限制 電視信號(hào)一直無(wú)法上到列車(chē) 為旅客提供豐富的電視 節(jié)目 一直以來(lái)列車(chē)成為了我黨和政府宣傳陣地的一個(gè)不小的盲區(qū) 多年來(lái) 特 別是近年來(lái)黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人以及鐵道部的領(lǐng)導(dǎo) 對(duì)列車(chē)電視系統(tǒng)問(wèn)題十分關(guān)切 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 9 2000 年的全國(guó)鐵路運(yùn)輸工作會(huì)議上也曾指出 鐵路如果不能以?xún)?yōu)質(zhì)服務(wù)留住老 乘客 發(fā)展新乘客 前景令人堪憂(yōu) 并反復(fù)強(qiáng)調(diào)要提高運(yùn)輸質(zhì)量和服務(wù)水平 充分發(fā)揮鐵路運(yùn)輸能力強(qiáng) 成本低 安全系統(tǒng)數(shù)高等優(yōu)勢(shì) 增強(qiáng)鐵路運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng) 力 對(duì)此 鐵道部運(yùn)輸局 科技教育司 政治部宣傳部和科學(xué)研究院等有關(guān)領(lǐng)導(dǎo) 十分重視 要求盡快研究開(kāi)發(fā)一套技術(shù)成熟的鐵路列車(chē)電視信息系統(tǒng) 并以此為 基礎(chǔ) 建設(shè)中國(guó)鐵路列車(chē)電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 根據(jù)上述要求 開(kāi)發(fā)鐵路電視單頻網(wǎng) 實(shí)現(xiàn) 新聞聯(lián)播 和更多實(shí)時(shí)電視節(jié) 目上車(chē) 不僅是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)和商務(wù)課題 而且已成為落實(shí)中央領(lǐng)導(dǎo)指示精神 加強(qiáng)鐵路社會(huì)主義精神文明建設(shè)的重大政治任務(wù) 實(shí)際上 很久以來(lái) 為解決電視節(jié)目上列車(chē)的問(wèn)題 中國(guó)鐵道部門(mén)展開(kāi)了長(zhǎng) 期的探索 雖然不能實(shí)時(shí)收看 但希望能用存儲(chǔ)重播的方式一定程度上改善這個(gè) 問(wèn)題 于一九八四年研制成功了第一列鐵路客車(chē)有線(xiàn)電視系統(tǒng) 在北京至上海的 13 14 次特快列車(chē)上開(kāi)通運(yùn)行 隨后又開(kāi)通了 28 列取得了良好效果 世界上許多 國(guó)家紛紛仿效 八六年日本 八七年法國(guó) 美國(guó) 八八年西德 緬甸 意大利等 等 相繼在火車(chē)上安裝了鐵路列車(chē)有線(xiàn)電視系統(tǒng) 但由于模擬時(shí)代無(wú)線(xiàn)電視廣播 技術(shù)的限制 電視還是無(wú)法被實(shí)時(shí)傳送到奔馳的列車(chē)上 因此上述有線(xiàn)電視系統(tǒng) 仍然是以閉路電視的方式存在于車(chē)廂內(nèi) 一般僅限于播放 DVD 等方式 內(nèi)容沒(méi) 有實(shí)時(shí)性 只能一定程度上緩解乘客對(duì)節(jié)目的渴求 近十年來(lái) 隨著高新技術(shù)的突飛猛進(jìn) 尤其是數(shù)字處理技術(shù)的迅猛發(fā)展 國(guó) 際上已經(jīng)有開(kāi)發(fā)安裝了鐵路客車(chē)衛(wèi)星電視信息系統(tǒng) 中國(guó)在此方面的科研仍走在 世界前列 廣東中鐵視媒體有限公司和中國(guó)鐵道部門(mén)的科技人員在原有技術(shù)的基 礎(chǔ)上 研究出國(guó)際領(lǐng)先水平的鐵路客車(chē)新型衛(wèi)星電視信息系統(tǒng) 但在 2004 年試 驗(yàn)時(shí) 最后 仍然受限于衛(wèi)星電視接收技術(shù)的限制 而流于失敗 改革開(kāi)放二十多年來(lái) 中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展 使中國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)也步入 了高速發(fā)展的階段 從鐵路電氣化到列車(chē)提速及準(zhǔn)高速運(yùn)行都取得了令人矚目的 成就 但是由于列車(chē)的流動(dòng)性和鐵路沿線(xiàn)接受電視 電訊等信息環(huán)境的復(fù)雜性 國(guó)家現(xiàn)有的行政區(qū)域的無(wú)線(xiàn) 有線(xiàn) 衛(wèi)星電視等公用信息網(wǎng) 都無(wú)法覆蓋運(yùn)行中 的鐵路列車(chē) 并且列車(chē)自身還有對(duì)旅客報(bào)站 急救 宣傳鐵路安全常識(shí) 介紹沿 途風(fēng)光等內(nèi)容的特殊宣傳要求 在節(jié)目?jī)?nèi)容的設(shè)置上要滿(mǎn)足旅客的要求還很欠 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 10 缺 因此迫切需要針對(duì)鐵路環(huán)境特殊情況的實(shí)時(shí)的電視廣播 來(lái)填補(bǔ)旅客在旅途 中對(duì)于信息的匱乏的需求 鐵路運(yùn)輸是我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分 也是老百姓出行的首選交通工 具 然而 隨著人們對(duì)旅途環(huán)境 客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量 信息傳遞等方面提出的更多需 求 飛機(jī) 輪船乃至長(zhǎng)途汽車(chē)都相繼安裝了不同檔次的電視 電話(huà) 計(jì)算機(jī)信息 系統(tǒng) 開(kāi)始提供多種公共信息服務(wù) 而在覆蓋全國(guó)的近七萬(wàn)多公里鐵路線(xiàn) 年客 運(yùn)量高達(dá)十六億多人次的鐵路客運(yùn)列車(chē)上 開(kāi)放的信息傳播基本還是一片空白 面對(duì)航空 水運(yùn) 公路與鐵路爭(zhēng)奪客源的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)實(shí) 鐵路客運(yùn)列車(chē) 特別是 長(zhǎng)途列車(chē) 旅途信息閉塞 生活枯燥 不能收看電視等問(wèn)題必須解決 這已經(jīng)是 一個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求 2007 年 4 月 18 日 我國(guó)鐵路進(jìn)行了第六次大提速 開(kāi)通的 動(dòng)車(chē)組 列車(chē) 為老百姓出行再次縮短了時(shí)間 得到了廣大老百姓的支持 同期進(jìn)行的民意調(diào)研 報(bào)告清楚的指出 有 55 多的受調(diào)查的乘客認(rèn)為實(shí)時(shí)收看電視是提速后的列車(chē)上 最應(yīng)該提供的服務(wù) 可見(jiàn)鐵路列車(chē)電視服務(wù)已經(jīng)是一個(gè)迫在眉睫的市場(chǎng)服務(wù)的需 求了 鐵路電視作為鐵路信息化的重要組成部分 將共同為提高鐵路的客運(yùn)服務(wù)質(zhì) 量 提升鐵路的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力作出貢獻(xiàn) 鐵路信息化建設(shè)必須以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo) 按照國(guó)家信息化建設(shè)基本框架和鐵路跨越式發(fā)展思路 緊密結(jié)合鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的 實(shí)際需要 努力推進(jìn)運(yùn)輸組織 客貨營(yíng)銷(xiāo) 經(jīng)營(yíng)管理的現(xiàn)代化 整體提升鐵路產(chǎn) 業(yè)水平和經(jīng)濟(jì)效益 推進(jìn)鐵路現(xiàn)代化建設(shè) 2 鐵路信息化總體規(guī)劃明確了 運(yùn)輸組織 客貨營(yíng)銷(xiāo) 經(jīng)營(yíng)管理 是鐵路信息 化的三大應(yīng)用領(lǐng)域 參見(jiàn)圖 1 2 其中更是明確了客貨營(yíng)銷(xiāo)的信息系統(tǒng)主要服務(wù) 與鐵路旅客 以提高鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 增運(yùn)增收為目標(biāo) 向旅客提供優(yōu)質(zhì)服 務(wù) 因此 積極 發(fā)展列車(chē)車(chē)載信息傳輸平臺(tái) 提高服務(wù)質(zhì)量 為旅客提供更 好的信息服務(wù) 留住客源 發(fā)展客源 爭(zhēng)奪客源 才是未來(lái)客貨營(yíng)銷(xiāo)體系中提高 客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量的一個(gè)需求亮點(diǎn) 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 11 運(yùn)輸組織客貨營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)營(yíng)管理 信息共享平臺(tái) 鐵路門(mén)戶(hù) 公 用 基 礎(chǔ) 信 息 平 臺(tái) 信 息 安 全 保 障 平 臺(tái) 通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái) 鐵路 電視 圖 1 2 鐵路信息化體系結(jié)構(gòu)圖 Fig 1 2 Architecture of China railway information 而作為上述三大業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的支撐體系的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè) 也要求 構(gòu)建完善的鐵路寬帶高速通信網(wǎng) 滿(mǎn)足語(yǔ)音 數(shù)據(jù) 圖象傳輸?shù)囊?滿(mǎn)足 互連互通和社會(huì)化服務(wù)的需要 客貨營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)社會(huì)化 促進(jìn)鐵路運(yùn)輸融入全社 會(huì)的綜合服務(wù)體系 可見(jiàn) 對(duì)于最為普遍的社會(huì)服務(wù)業(yè) 電視業(yè)務(wù) 并且目前正在轟轟烈烈上演 移動(dòng)多媒體新業(yè)務(wù)奇跡的數(shù)字移動(dòng)電視登陸我們每年有 16 億流動(dòng)人口的列車(chē) 為枯燥的旅途提供豐富的節(jié)目信息 還可以緩解長(zhǎng)時(shí)間單調(diào)乏味的旅途對(duì)高端客 戶(hù)的不良影響 這明顯是提高客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量的一個(gè)非常有效的手段 完全符合我 們鐵路信息化規(guī)劃的總體綱要的方向 也是未來(lái)信息化進(jìn)一步深入的必然 中國(guó)鐵路電視單頻網(wǎng)的建立和組成將為實(shí)現(xiàn)中國(guó)鐵路的 運(yùn)輸高速化 設(shè)備 現(xiàn)代化 服務(wù)航空化 旅客列車(chē)智能化 作出貢獻(xiàn) 1 2 列車(chē)移動(dòng)電視相關(guān)技術(shù)背景及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 2 1 模擬時(shí)代的列車(chē)電視 將電視送達(dá)列車(chē)的愿望自電視在國(guó)內(nèi)推廣開(kāi)來(lái)之后便一直強(qiáng)烈的存在 在國(guó) 內(nèi) 自 1986 年起 鐵道科學(xué)設(shè)計(jì)院的工作人員就致力于將當(dāng)時(shí)還是模擬電視的 電視信號(hào)送達(dá)鐵路沿線(xiàn)站 場(chǎng) 車(chē)等各個(gè)方面 并且為此向廣電總局申請(qǐng)了中國(guó) 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 12 鐵路有線(xiàn)電視臺(tái)的運(yùn)營(yíng)牌照 當(dāng)然 從技術(shù)層面上來(lái)理解 這確實(shí)是模擬電視時(shí)代的傳輸技術(shù)所無(wú)法解決 的 3 4 由于模擬電視時(shí)代 傳輸技術(shù)簡(jiǎn)單而言 就是將電視的色 音 亮度信 號(hào) 直接通過(guò)調(diào)頻的方式 調(diào)到對(duì)應(yīng)的 VHF UHF 頻段 直接發(fā)射了事 對(duì)于 接收端而言 也是通過(guò)簡(jiǎn)單的下變頻 便完成了解調(diào)工作 因此 對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳輸 中可能發(fā)生的各種干擾情況 沒(méi)有任何對(duì)應(yīng)的處理手段 尤其是當(dāng)接收端以一定 速度移動(dòng)起來(lái)的時(shí)候 模擬電視接收機(jī)的解調(diào)部分的載波同步部分 由于發(fā)生頻 率漂移 很快就會(huì)失鎖 接收?qǐng)D象很快便沒(méi)有了 在國(guó)外 實(shí)際上列車(chē)電視的實(shí)驗(yàn)比我們?cè)?并且是在汽車(chē)上進(jìn)行的試驗(yàn) 這 是與他們發(fā)達(dá)的汽車(chē)電子是相關(guān)的 聯(lián)想到最早的摩托羅拉電子 將無(wú)線(xiàn)電廣播 第一個(gè)成功的引入到汽車(chē)內(nèi) 從而成功的啟動(dòng)了一個(gè)市場(chǎng)廣泛的汽車(chē)電子行業(yè) 因此 他們很快就在汽車(chē)上試驗(yàn)電視接收 由于當(dāng)時(shí)汽車(chē)電子是作為一個(gè)貴族行 業(yè)受人關(guān)注 因此 安裝電視接收機(jī)的是當(dāng)時(shí)的奔馳汽車(chē) 技術(shù)人員希望將該接 收終端和其他無(wú)線(xiàn)設(shè)備整合的一起 從而形成一個(gè)高端的汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè) 自 DELPH 全球規(guī)模最大的汽車(chē)電子企業(yè) 中國(guó)研究院負(fù)責(zé)人的相關(guān)訪(fǎng)談 但是 業(yè)務(wù)的應(yīng)用和推廣 還是難以突破技術(shù)手段的限制 上述試驗(yàn)最終是 以失敗告終 以 DELPH 為代表的企業(yè)團(tuán)隊(duì) 在模擬時(shí)代逐步放棄了嘗試 直到 數(shù)字電視的出現(xiàn) 1 2 2 數(shù)字時(shí)代的列車(chē)電視 1 2 2 1 歐洲與美國(guó)的移動(dòng)電視現(xiàn)狀 數(shù)字電視無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)是在美國(guó)發(fā)源 但卻是在歐洲得到了真正的發(fā)展 尤 其是移動(dòng)電視技術(shù) 1998 年 歐洲的可支持移動(dòng)接收的數(shù)字電視無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù) DVB T 成為繼美國(guó) ATSC 只能支持固定接收電視信號(hào) 之后的第二個(gè)國(guó)際范圍 的電視標(biāo)準(zhǔn) 也是國(guó)際上第一個(gè)能夠支持在移動(dòng)過(guò)程中接收電視信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn) 因此 利用 DVB T 試驗(yàn)鐵路電視的可能性 便被一些企業(yè) 研究單位重新?lián)?拾起來(lái) 同時(shí) 由于數(shù)字技術(shù)的相通性 尤其是數(shù)字音視頻壓縮技術(shù) MPEG2 4 H 264 AVS 的迅速發(fā)展成熟 在 DVB T 前后發(fā)展起來(lái)的數(shù)字音頻廣播 DAB 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 13 數(shù)字衛(wèi)星電視廣播 DVB S 以及數(shù)字移動(dòng)多媒體廣播 DVB H 都被技術(shù)人員視為 在鐵路上傳送和接收電視信號(hào)的潛在的支撐技術(shù) 本文以下便通過(guò)對(duì)歐洲這些可 能用于鐵路電視傳送和接收的數(shù)字無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的分析和說(shuō)明 來(lái)揭示解決鐵路 電視傳輸技術(shù)的癥結(jié)所在 在歐洲 從目前的研究資料上來(lái)看 意大利的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用比較多 但是 即 使能夠查到很多相關(guān)報(bào)道和研究報(bào)告 但都沒(méi)有商業(yè)應(yīng)用的情況發(fā)生 在試驗(yàn)報(bào) 道和數(shù)據(jù)最多的意大利 也只有技術(shù)試驗(yàn)而已 且沒(méi)有試驗(yàn)成功與否的結(jié)果 5 這不僅只是國(guó)家間的需求不同 還有著他們選擇技術(shù)上的障礙因素 6 在歐洲 首先所有試驗(yàn)都是基于數(shù)字電視傳輸技術(shù)體系 這主要因?yàn)橐苿?dòng)通 信技術(shù) GSM WCDMA 的出發(fā)點(diǎn)是為小數(shù)據(jù)量 點(diǎn)到點(diǎn)的通信服務(wù) 不能 滿(mǎn)足實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)量 點(diǎn)到多點(diǎn)的視音頻廣播服務(wù) 因此必須采用數(shù)字電視傳輸技 術(shù) 這是可以理解和接受的 我們可以對(duì)鐵路電視進(jìn)行如下的定義 鐵路電視面 臨的信道環(huán)境是近地的復(fù)雜地形 且要求適應(yīng)高速鐵路的高速移動(dòng)環(huán)境下 傳送 標(biāo)準(zhǔn)清晰度的電視節(jié)目 在歐洲 可選的傳輸技術(shù)只有 DVB C DAB T DMB DVB S II DVB T H 這幾個(gè)系列 但是 這些技術(shù)在鐵路應(yīng)用中都有自身的缺陷 a DVB C 不能用 因?yàn)?DVB C 是有線(xiàn)電視傳輸技術(shù) 因此其設(shè)計(jì)是基于 理想的光纖或電纜有線(xiàn)信道 沒(méi)有任何抗干擾能力 如果應(yīng)用于鐵路的 無(wú)線(xiàn)傳送 效果和模擬電視一樣 b DAB T DMB 亦存在缺陷 因?yàn)榕c移動(dòng)通信類(lèi)似 它的設(shè)計(jì)初衷是為 低數(shù)據(jù)量的音頻傳輸服務(wù) 且為兼容繁多的多音頻兼容協(xié)議 致使其最 好的有效傳輸效率很低 只有 300kbps 左右 無(wú)法傳送標(biāo)準(zhǔn)清晰度的 視頻 難以在 17 寸屏上顯示滿(mǎn)意的效果 同時(shí)由于音頻數(shù)據(jù)傳送的誤 碼率門(mén)限只有 10 3 遠(yuǎn)高于視頻要求的可視門(mén)限 10 6 眼睛對(duì)于錯(cuò)誤的 細(xì)節(jié)分辨能力 大于耳朵對(duì)應(yīng)音頻的錯(cuò)誤分辨 因此難以保證傳送的 視頻質(zhì)量 實(shí)際運(yùn)用將帶來(lái)大量的 馬塞克 現(xiàn)象 不能正常收看節(jié)目 內(nèi)容 因此 在歐洲 沒(méi)有用 DAB 來(lái)試驗(yàn)視頻傳送的報(bào)道 c T DMB 是韓國(guó)技術(shù)人員為了傳送視頻而對(duì) DAB 的改進(jìn)版 以用于近期 比較受人們歡迎的手機(jī)電視 主要工作是增加了糾錯(cuò)保護(hù) 提高誤碼門(mén) 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 14 限 滿(mǎn)足視頻可視門(mén)限的要求 由于增加糾錯(cuò)的代價(jià)是數(shù)據(jù)率的進(jìn)一步 下降 因此即使采用目前最先進(jìn)的壓縮技術(shù) MPEG 4 ER BSAC HE AAC V2 作為音頻壓縮方案 采用 H 264 AVC 和 ER BSAC 方案 能傳送的視 頻質(zhì)量是每秒 30 幀 分辨率為 352 288 CIF 的視頻節(jié)目和相關(guān)音頻信號(hào) 的數(shù)據(jù)率總共為 384kbps 形象而言應(yīng)該是家庭 VCD 質(zhì)量的一半 注 標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的要求為每秒 60 幀 分辨率為 720 576 因此 T DMB 主要是滿(mǎn)足 7 寸以下屏的移動(dòng)多媒體終端顯示 7 d DVB T 是一個(gè)不錯(cuò)的選擇 數(shù)據(jù)率高 可以提供符合標(biāo)清以上清晰度質(zhì) 量要求的視頻傳輸要求 因?yàn)槭轻槍?duì)地面無(wú)線(xiàn)通信面臨的復(fù)雜地形設(shè)計(jì) 糾錯(cuò)能力強(qiáng) 且有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力 但由于基于多載波體系的 DVB T 技術(shù)并不是為高速移動(dòng)接收設(shè)計(jì) 只是為低速便攜接收設(shè)計(jì) 并 且多載波調(diào)制 OFDM 8 技術(shù)本身在對(duì)付高速移動(dòng)所造成的的多普勒衰落 上天然存在缺陷 信道干擾將破壞 OFDM 的子載波正交性 使得系統(tǒng)性 能大幅下降 導(dǎo)致在高速移動(dòng)環(huán)境中接收失敗 到目前為止未見(jiàn)有超 過(guò) 150 公里 小時(shí)的高速移動(dòng)接收的報(bào)道 亦未見(jiàn)其在鐵路網(wǎng)上的實(shí)驗(yàn)報(bào) 道 9 e DVB H 是在 DVB T 基礎(chǔ)上針對(duì)手機(jī)電視應(yīng)用改造的 基礎(chǔ)技術(shù)體制與 DVB T 完全一致 主要改動(dòng)在于將每個(gè)節(jié)目的數(shù)據(jù)率改造為 384Kbps 以適應(yīng) 7 寸以下的便攜終端的尺寸 另外增加節(jié)電設(shè)計(jì) 以適應(yīng)便攜終 端苛刻的低功耗要求 因此既沒(méi)有解決 DVB T 應(yīng)用于鐵路的問(wèn)題 還增 加了手機(jī)電視視頻質(zhì)量不能滿(mǎn)足大屏顯示的要求 整個(gè)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方向 不是為了鐵路電視而做 不能簡(jiǎn)單的搬移過(guò)來(lái) f 實(shí)際上 歐洲國(guó)家大多采用可以適應(yīng)大多普勒頻移衰落的單載波體系的 DVB S 作為地面鐵路電視單頻網(wǎng)覆蓋 基于單載波技術(shù)的 DVB S 確實(shí) 在對(duì)抗高速移動(dòng)環(huán)境下的多普勒頻移能力比多載波的 DVB T 要強(qiáng) 但是 DVB S 是為適應(yīng)衛(wèi)星信道而設(shè)計(jì) 對(duì)付多普勒效果不錯(cuò) 但其抗多徑干 擾能力遠(yuǎn)不及 DVB T 不能適應(yīng)復(fù)雜地形 即使是最新的增強(qiáng)版 DVB S II 也只是進(jìn)一步提高了接收靈敏度 提高在雷雨天氣下可靠接收的能 力 而沒(méi)有提高抗多徑干擾的能力 因此在實(shí)際使用中 采用 DVB S 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 15 就必須設(shè)計(jì)精巧且復(fù)雜的天線(xiàn)技術(shù) 來(lái)一定程度上彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn) 將地 面網(wǎng)的信道通過(guò)天線(xiàn)設(shè)計(jì)成為一個(gè)可視信道 多徑干擾比較少 以接近 衛(wèi)星通道模型 同時(shí)在特殊地區(qū) 隧道 城區(qū)等可以遮擋衛(wèi)星信號(hào)的 陰影區(qū) 用地面補(bǔ)點(diǎn) 這意味著列車(chē)上將安裝兩套完整的接收裝置 可 見(jiàn) 這確實(shí)是一個(gè)用工程來(lái)彌補(bǔ)技術(shù)缺陷的解決方案 但用更加龐大的 工程投入來(lái)彌補(bǔ)系統(tǒng)技術(shù)缺陷 高速伺服跟蹤天線(xiàn)的費(fèi)用目前估計(jì)為百 萬(wàn)級(jí) 而車(chē)載兩套裝備來(lái)滿(mǎn)足補(bǔ)點(diǎn)區(qū)切換使車(chē)載終端費(fèi)用翻倍 并不 是一個(gè)很好的商用選擇 這也許是歐洲至今沒(méi)有可用的鐵路電視的一個(gè) 技術(shù)原因 需要補(bǔ)充一下 在美國(guó) 高通公司的 Mediaflow 和 DVB H 一樣是為手機(jī)電 視應(yīng)用而來(lái) 但得到最新的消息是 2007 年 5 月在加洲的試驗(yàn)仍然是以失敗告終 1 2 2 2 國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi) 對(duì)于通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將電視信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到列車(chē)上的努力一直沒(méi)有停 止 從 2000 年開(kāi)始 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院便開(kāi)始了在列車(chē)衛(wèi)星接收的試驗(yàn) 但 和歐洲一樣 單純的衛(wèi)星接收目前在高速移動(dòng)條件下的技術(shù)門(mén)檻集中在高速伺服 跟蹤天線(xiàn)上了 拋開(kāi)高昂的成本不說(shuō) 關(guān)鍵技術(shù)使國(guó)內(nèi)的試驗(yàn) 2002 年 是以 失敗告終 在 2004 年 又有單位采用 CDMA 技術(shù)來(lái)傳送視頻信號(hào) 當(dāng)然 即使拋開(kāi)視 頻質(zhì)量不談 CDMA 根本不是為傳送連續(xù)視頻流而設(shè)計(jì) CDMA 是突發(fā)數(shù)據(jù)傳 送 難以保證穩(wěn)定 在列車(chē)上的話(huà)音質(zhì)量都存在問(wèn)題 更不要說(shuō)是視頻了 因 此 最終的試驗(yàn)仍然失敗 國(guó)內(nèi)緊跟國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展 也于 2006 年 8 月 1 日公布了地面數(shù)字電視傳輸標(biāo) 準(zhǔn) DTMB 該標(biāo)準(zhǔn)由 OFDM C 3780 和單載波 C 1 技術(shù)融合而成 兼?zhèn)?了多載波技術(shù)適應(yīng)復(fù)雜地形的優(yōu)點(diǎn) 同時(shí)又具有單載波技術(shù)支持高速移動(dòng)接收的 特點(diǎn) 尤其是其中 C 1 的選項(xiàng) 是單載波技術(shù)體系在適應(yīng)城市復(fù)雜地形下 且 同時(shí)能支持高速移動(dòng)接收的典范 目前的技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模正在迅速成熟 并日趨完善 是最有可能中國(guó)鐵路電視技術(shù)難題的解決方案 我們將在下一章中 詳細(xì)說(shuō)明 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 16 國(guó)內(nèi)在繼地面電視標(biāo)準(zhǔn)確定后 關(guān)于移動(dòng)多媒體標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)正在持續(xù) 和歐 洲和韓國(guó)一樣 T DMB DVB H Mediaflow 都曾經(jīng)是考慮對(duì)象 但考慮到產(chǎn)業(yè) 健康發(fā)展的需求 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)是非常必要的 正如我們已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的地面無(wú) 線(xiàn)數(shù)字電視廣播 因此 國(guó)內(nèi)的研究單位也積極行動(dòng)推出了 T MMB DMB TH 的方案 T MMB 是 T DMB 靈敏度增強(qiáng)版 就像 DVB S II 對(duì)于 DVB S 一樣 沒(méi)有改變視頻質(zhì)量的缺限 DMB TH 是地面國(guó)標(biāo) C 3780 的手機(jī)版 即低功耗版 就像 DVB H 對(duì) DVB T 的改進(jìn)一樣 可見(jiàn) 技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn) 是帶有非常 鮮明的針對(duì)性的 沒(méi)有一種技術(shù)可以適應(yīng)所有應(yīng)用的需求 手機(jī)電視傳輸技術(shù)是 為適應(yīng)手機(jī)等便攜終端小尺寸顯示屏 且接收處理低功耗的特殊要求設(shè)計(jì)的 并 不是為鐵路而優(yōu)化的 因此 考慮到鐵路電視對(duì)于適應(yīng)復(fù)雜地形 支持高速移動(dòng) 且要求可以標(biāo)清 以上清晰度級(jí)別的三大特殊技術(shù)要求 當(dāng)然還有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)意義 實(shí)際 上 我們會(huì)發(fā)現(xiàn) 從地面模式入手 針對(duì)性的優(yōu)化 將是最接近鐵路電視要求 最具有技術(shù)成熟性 和產(chǎn)業(yè)成熟度的選擇 從地面模式入手 針對(duì)性的優(yōu)化 將是最接近鐵路電視要求 最具有技術(shù)成熟性 和產(chǎn)業(yè)成熟度的選擇 1 2 2 3 其他技術(shù)選擇 1 無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù) 802 系列 10 電視在目前的新技術(shù)浪潮中 和移動(dòng)通信及無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)一起被統(tǒng)稱(chēng)為寬帶 通信技術(shù) 其簡(jiǎn)單原因是因?yàn)槿?lèi)技術(shù)在頻譜資源上都占用比較寬的頻譜 所以 一般而言 DAB T DMB T MMB 不列入寬帶無(wú)線(xiàn)的范疇的原因就是他們的帶 寬小于 2M 比上述三類(lèi)技術(shù)中任何一個(gè)的帶寬占用都要小很多 數(shù)據(jù)率低 不 適應(yīng)視頻大數(shù)據(jù)量的傳送 但是 移動(dòng)通信是為語(yǔ)音通信而設(shè)計(jì) 缺陷已經(jīng)在 上一節(jié)寫(xiě)明 而無(wú)線(xiàn)接入技術(shù) 以 802 系列為代表 是為數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì) 因此 其特點(diǎn)也非常鮮明 其特有的出錯(cuò)重發(fā)機(jī)制 ARQ 在用于視頻通信時(shí)將帶來(lái)很大的數(shù)據(jù)延遲 并且不適用于高速移動(dòng)下的視頻傳輸 即使是 802 16 系列亦沒(méi)有超過(guò) 120 公里 小時(shí)的報(bào)道 其為多用戶(hù)接入設(shè)計(jì)的介質(zhì)共享協(xié)議 在用戶(hù)數(shù)增加時(shí)會(huì)成比例下降 無(wú)法 滿(mǎn)足點(diǎn)到面的廣播需求 保證不了終端穩(wěn)定的視頻質(zhì)量 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 17 構(gòu)架一個(gè)全國(guó)覆蓋網(wǎng) 對(duì)于 802 系列來(lái)說(shuō) 還有一個(gè)目前尚不能完善解決的 跨區(qū)切換的問(wèn)題 不支持平滑切換 將造成頻繁的信號(hào)中斷 尤其在高速移 動(dòng)于相鄰基站間 可見(jiàn) 為數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù) 亦不能滿(mǎn)足鐵路電視的特殊 需求 2 本地播放型 早在 80 年代 由于無(wú)線(xiàn)傳送技術(shù)的障礙 最終很多列車(chē)電視就選擇了本地 播放 我們應(yīng)該還是對(duì)臥鋪列車(chē)中的閉路電視有印象 這種模式由于版權(quán)費(fèi)的問(wèn) 題 節(jié)目源稀少 沒(méi)有實(shí)時(shí)新聞 更像是看錄像 最終 逐步退出了歷史舞臺(tái) 而在 2004 年左右 一個(gè)嶄新的業(yè)務(wù)模式的突起 使得列車(chē)電視的概念重新 引人注意 分眾傳媒 顧名思義 將受眾進(jìn)行劃分 針對(duì)性的發(fā)布廣告 分眾 傳媒納斯達(dá)克上市 這個(gè)極度利好消息 刺激著國(guó)內(nèi)傳媒行業(yè)從傳統(tǒng)的大眾傳媒 的睡夢(mèng)中清醒過(guò)來(lái) 在國(guó)內(nèi)到處尋找被傳統(tǒng)媒體所忽略的地方 很明顯 鐵路這 個(gè)因技術(shù)原因而被遺忘了近 30 年的領(lǐng)域很快被挖掘出來(lái) 但是 鐵路電視不等于鐵路分眾傳媒鐵路電視不等于鐵路分眾傳媒 因?yàn)?旅客在旅途中的時(shí)間不是垃圾 時(shí)間 旅客在旅途中的時(shí)間不是垃圾 時(shí)間 因此鐵路電視不是純粹的廣告發(fā)布的垃圾時(shí)間 鐵路電視最關(guān)鍵的一點(diǎn) 旅客停留的時(shí)間很長(zhǎng) 不是等電梯的幾分鐘 而是長(zhǎng)距離旅途的幾小時(shí) 因此 這段時(shí)間是完整的節(jié)目時(shí)間 我們的鐵路電視網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù) 最傳統(tǒng)的頻道模式最傳統(tǒng)的頻道模式 最新的 鐵路電視單頻網(wǎng) 最新的 鐵路電視單頻網(wǎng) 1 3 適合中國(guó)國(guó)情的列車(chē)移動(dòng)電視的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng) 以下簡(jiǎn)稱(chēng)鐵路電視單頻網(wǎng) 解決方案 1 3 1 我國(guó)列車(chē)移動(dòng)電視的特點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn) 很明顯能夠?qū)⑿盘?hào)實(shí)時(shí)傳送到列車(chē)的技術(shù) 只有通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù) 而無(wú)線(xiàn) 通信技術(shù)一直是通信領(lǐng)域內(nèi)最復(fù)雜的技術(shù) 尤其是大數(shù)據(jù)率寬帶視頻通信技術(shù) 數(shù)字電視的傳輸 仍然是寬帶視頻通信技術(shù)的一種 因此 我們必須考慮一下技 術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度 以及可行的技術(shù)方向 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 18 首先我們來(lái)分析以下技術(shù)需求 電視信號(hào)覆蓋鐵路 從技術(shù)上我們必須考慮 以下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn) 覆蓋全國(guó)的組網(wǎng)問(wèn)題覆蓋全國(guó)的組網(wǎng)問(wèn)題 由于覆蓋面廣 一般首先考慮衛(wèi)星方式 但即使排除政策因素 直播衛(wèi) 星覆蓋全國(guó)的問(wèn)題在于 由于中國(guó)國(guó)土面積廣大 在隧道 山區(qū) 城區(qū) 等復(fù)雜地形條件下 必須采取大量的補(bǔ)點(diǎn)措施 因此 采取何種組網(wǎng)方 式和架構(gòu) 是保證鐵路電視正常播出的關(guān)鍵 此時(shí)鐵路電視實(shí)際上成為 了一個(gè)名副其實(shí)的鐵路電視單頻網(wǎng)鐵路電視單頻網(wǎng) 適應(yīng)復(fù)雜地形造成的強(qiáng)多徑干擾適應(yīng)復(fù)雜地形造成的強(qiáng)多徑干擾 由于存在復(fù)雜地形的地面補(bǔ)點(diǎn) 因此 在地面?zhèn)魉蜁r(shí)必須考慮復(fù)雜地形 造成的無(wú)線(xiàn)信號(hào)的多徑反射干擾 及其他由地形因素造成的電磁干擾 這是對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的抗干擾技術(shù)的高要求 適應(yīng)未來(lái)鐵路大提速適應(yīng)未來(lái)鐵路大提速 2006 年 6 月中 法國(guó)高速鐵路已經(jīng)將日常運(yùn)行速度提速到 350 公里 小 時(shí) 可見(jiàn) 正如鐵路專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng) GSM R 一樣 鐵路沿線(xiàn)專(zhuān)用的無(wú) 線(xiàn)傳輸技術(shù) 不管傳的內(nèi)容是什么 都不得不適應(yīng)對(duì)于速度的要求 而 這對(duì)于大數(shù)據(jù)率的視頻傳輸 尤其還是在復(fù)雜地形造成的多徑環(huán)境下的 視頻傳輸 復(fù)雜且隨機(jī)的大多普勒偏移問(wèn)題將是一個(gè)大難題 傳輸效率高適應(yīng)更多節(jié)目需求傳輸效率高適應(yīng)更多節(jié)目需求 數(shù)據(jù)率的高低是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)優(yōu)劣的一個(gè)重要評(píng)判參數(shù) 主要是因?yàn)闊o(wú) 線(xiàn)頻率是自然資源 無(wú)法再生 所以節(jié)約每個(gè) Bit 都是很關(guān)鍵的 對(duì)于 在列車(chē)上收看節(jié)目 我們知道由于列車(chē)上人員嘈雜 電視要成功的吸引 受眾的注意力 一方面在于節(jié)目?jī)?nèi)容是否吸引人 另一方面 最為直接 的就是屏幕的大小和節(jié)目的清晰度 可以在第一時(shí)間抓住人們的眼球 后者相比于前者 實(shí)際上是最有效的手段 所以 目前流行的高清晰度 電視 就是同樣的道理 尤其在嘈雜環(huán)境中 沒(méi)有太多精力去仔細(xì)品 位節(jié)目的內(nèi)涵 還是顯示器的外在表現(xiàn)更來(lái)得直接 因此 一般來(lái)說(shuō)屏 幕越大 清晰度越高越好 目前液晶的顯示器可以到 55 寸 一般的掛 在餐車(chē)中的也有 34 寸的大小 這樣的尺寸至少得有標(biāo)準(zhǔn)清晰度的要求 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 19 每秒 60 幀 分辨率為 720 576 并且為提高節(jié)目豐富性 一般 2 4 個(gè)頻道是必要的 一路 CCTV 一路鐵路節(jié)目 一路本地節(jié)目 其他 所 以用目前最優(yōu)秀的 H 264 數(shù)據(jù)率的要求要在 3 6Mbps 左右 從以上分析 我們可以知道鐵路電視是對(duì)無(wú)線(xiàn)電視傳輸技術(shù)的一個(gè)高要求的 集中體現(xiàn) 以下 通過(guò)對(duì)于曾經(jīng)以及可能應(yīng)用鐵路電視傳送的各類(lèi)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的分 析 來(lái)共同設(shè)計(jì)合理的鐵路電視傳送技術(shù)方向 1 3 2 面向高速鐵路應(yīng)用的數(shù)字電視地面廣播技術(shù) ADTB R 上海交通大學(xué)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 ADTB T 單載波數(shù)字視頻地面廣播系統(tǒng) 11 既 承接了以美國(guó) ATSC 系統(tǒng)為代表的的單載波方案所具備的傳輸容量大 工作門(mén)限 低 相同覆蓋條件下要求發(fā)射功率低 抗脈沖干擾能力強(qiáng) 對(duì)調(diào)諧器要求低等優(yōu) 點(diǎn) 又通過(guò)突破關(guān)鍵技術(shù) 使本方案同時(shí)擁有了以歐洲 DVB T 系統(tǒng)為代表的多 載波方案所具備的抗多徑能力強(qiáng) 系統(tǒng)同步強(qiáng)健 多模式多碼率工作模式 能夠 用于移動(dòng)接收等優(yōu)點(diǎn) 針對(duì)我國(guó)鐵路的上述技術(shù)難點(diǎn)特征 ADTB T 技術(shù)針對(duì)鐵 路 Railway 在更高的移動(dòng)速度上進(jìn)行了優(yōu)化和改造 使之更加適應(yīng)于高速鐵 路的應(yīng)用環(huán)境 保證了在高速移動(dòng)的列車(chē)上仍然能夠穩(wěn)定流暢的收看電視節(jié)目 由此形成了針對(duì)高速鐵路的升級(jí)優(yōu)化版 ADTB R ailway 基于以上特點(diǎn) 并經(jīng)過(guò)與其他現(xiàn)有的單頻網(wǎng) 12 組網(wǎng)方式比較 ADTB R 系統(tǒng) 十分適合于軌道交通這一特殊環(huán)境 因此在本文中主要研究基于 ADTB R 地面 傳輸標(biāo)準(zhǔn)的單頻網(wǎng)系統(tǒng) 1 3 3 適合我國(guó)國(guó)情的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)解決方案 考慮到上述我國(guó)鐵路電視覆蓋面臨的實(shí)際問(wèn)題 充分利用 ADTB R 的抗多 徑干擾能力 來(lái)解決復(fù)雜地形下的電視信號(hào)傳送和接收 利用衛(wèi)星或光纖的大范 圍可靠分發(fā)能力 解決全國(guó)區(qū)域內(nèi)信號(hào)的統(tǒng)一中繼分發(fā) 利用 IPTV 與未來(lái)數(shù)字 媒體融合特征 完成列車(chē)車(chē)廂內(nèi)電視信號(hào)的處理和全車(chē)到屏 總體而言 本鐵路電視單頻網(wǎng)系統(tǒng) SFN 采用交大 ADTB R 傳輸體制 通過(guò) DVB S 衛(wèi)星電視廣播作為主要分發(fā)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)結(jié)合光纖和微波在適當(dāng)?shù)牡貐^(qū)混合 組網(wǎng) 覆蓋全國(guó)鐵路沿線(xiàn)的專(zhuān)用 SFN 網(wǎng)絡(luò) 通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施 鐵路乘客可以 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 20 通過(guò)安裝在火車(chē)上的數(shù)字電視接收裝置接收和收看中央臺(tái)播出的鐵路電視節(jié)目 節(jié)目質(zhì)量達(dá)到標(biāo)清級(jí)別 通過(guò)可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可以保證鐵路電視信號(hào)在全國(guó)覆 蓋范圍內(nèi)精確同步分發(fā) 用戶(hù)在全程收看過(guò)程中接收可靠 圖像連續(xù) 在交疊覆 蓋區(qū)不出現(xiàn)停頓 跳幀 實(shí)現(xiàn)接收過(guò)程中的 無(wú)縫 切換 1 4 本課題的研究意義和方向 為我國(guó)高速鐵路電視覆蓋的工程實(shí)現(xiàn) 提供了一個(gè)可以驗(yàn)證的示范工程 填 補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該行業(yè)的技術(shù)空白 并向國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用提供了一個(gè)極具實(shí)現(xiàn)價(jià)值的 工程范本 1 5 本文所做的主要工作和創(chuàng)新 本文的主要工作是實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字電視地面廣播技術(shù)的單頻網(wǎng)覆蓋的示范段 的建設(shè)和測(cè)試 本文的創(chuàng)新點(diǎn)將在于對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用了 易質(zhì) 的創(chuàng)新性思 路 最終形成了一個(gè) 3 1 的多層混合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)工程施工地區(qū)的 地形的適應(yīng)性強(qiáng) 便于工程的實(shí)現(xiàn) 同時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性有了直觀的保障 機(jī)制 1 6 本文的篇章結(jié)構(gòu) 第一章描述鐵路列車(chē)移動(dòng)電視的相關(guān)市場(chǎng)需求 技術(shù)背景及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 給 出了適合我國(guó)國(guó)情的解決方案 之后說(shuō)明了本課題的研究意義 主要工作 創(chuàng)新 點(diǎn)和篇章結(jié)構(gòu) 第二章介紹了鐵路電視單頻網(wǎng)覆蓋的原理知識(shí) 第三章詳細(xì)介紹了本課題的工作重點(diǎn) 鐵路電視單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 并分析 了其工程實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì) 首先對(duì) 3 1 的多層混合構(gòu)架方式進(jìn)行分層描述 之后仔 細(xì)分析了混合構(gòu)架之對(duì)于工程施工 以及網(wǎng)絡(luò)安全等方面的考慮以及其優(yōu)越性 第四章詳細(xì)介紹了滬錫示范段的工程實(shí)現(xiàn) 首先介紹了在滬錫線(xiàn)的實(shí)現(xiàn)方 案 通過(guò)一系列的無(wú)線(xiàn)覆蓋模型計(jì)算和分析 設(shè)計(jì)好合理的覆蓋參數(shù) 之后通過(guò) 大量的測(cè)試數(shù)據(jù)例證和分析 驗(yàn)證了示范段建設(shè)的可行性 以及設(shè)計(jì)的合理性 第五章為全文總結(jié) 總結(jié)了本課題的工作成果 并且對(duì)未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn) 提出了更好的工程建議 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 21 第二章 鐵路列車(chē)移動(dòng)電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)原理 2 1 鐵路電視單頻網(wǎng)設(shè)計(jì)目的與原理 2 1 1 單頻網(wǎng)設(shè)計(jì)原理及三同性原則 單頻網(wǎng)組網(wǎng)的核心問(wèn)題是如何把來(lái)自于不同發(fā)射基站的無(wú)線(xiàn)信號(hào)的干擾情 況轉(zhuǎn)換為接收機(jī)可以處理和利用的多徑信號(hào)情況 為使單頻網(wǎng)成功組網(wǎng) 保證全 網(wǎng)的同步運(yùn)行 上述核心問(wèn)題被分解為須滿(mǎn)足網(wǎng)內(nèi)的每一個(gè)基站在同一頻率 同 一時(shí)間 發(fā)送相同信號(hào)的三同性原則 13 在非單頻網(wǎng)情況下 如果相鄰兩個(gè)基站以相同的頻率發(fā)送同源信號(hào) 由于兩 基站之間信號(hào)發(fā)送時(shí)的延時(shí)情況 其中一個(gè)基站所發(fā)射信號(hào)可能會(huì)成為接收機(jī)所 接收信號(hào)的干擾 但該干擾的功率達(dá)到一定水平時(shí) 接收機(jī)將會(huì)無(wú)法正常對(duì)所接 收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào) 恢復(fù)原有數(shù)據(jù) 導(dǎo)致接收失敗 單頻網(wǎng)的核心思想是不同發(fā)射點(diǎn)發(fā)射出完全相同的信號(hào) 從電波的角度表現(xiàn) 為在不同發(fā)射塔同一時(shí)刻向空間輻射的電磁波載波頻率相同 載波幅度和相位的 變化一樣 這樣在交疊覆蓋區(qū)對(duì)接收機(jī)來(lái)說(shuō) 來(lái)自?xún)蓚€(gè)發(fā)射塔的信號(hào)可以看做是 同一個(gè)發(fā)射塔發(fā)射但經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同傳播路徑而來(lái)的主徑加 0dB 多徑信號(hào) 接收 多徑群如圖 2 1 所示 圖 2 1 接收多徑群示意圖 Fig 2 1 Sketch of receiving multipath group ADTB R 體制可以對(duì)抗時(shí)延在一定范圍內(nèi)的 0dB 多徑 這是該技術(shù)可以實(shí) 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 22 現(xiàn)單頻網(wǎng)的核心 為了避免 0dB 多徑時(shí)延在一個(gè)符號(hào)周期內(nèi) 在實(shí)際單頻網(wǎng)實(shí) 現(xiàn)過(guò)程中 會(huì)人為地精細(xì)調(diào)整兩個(gè)發(fā)射點(diǎn)的發(fā)送時(shí)延 使得在交疊覆蓋區(qū)不會(huì)出 現(xiàn)多徑強(qiáng)度為 0dB 時(shí) 多徑間的時(shí)延小于一個(gè)符號(hào) 換言之 當(dāng)多徑強(qiáng)度為 0dB 時(shí) 其時(shí)延理論上大于一個(gè)符號(hào) 在本系統(tǒng)中實(shí)際的最佳值為 1us 到 2us 而在 時(shí)延小于一個(gè)符號(hào)周期時(shí)其電平差大于 6dB 這時(shí)的合成矢量信號(hào)惡化有限 多 徑的影響可以看成是噪聲 相鄰的發(fā)射塔到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)電平如圖 2 2 所示 多徑延時(shí)如圖 2 3 所示 圖 2 2 相鄰的發(fā)射塔到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)電平示意圖 Fig 2 2 Sketch of receiver signal level from adjacent signal transmitting net tower arrival 圖 2 3 多徑延時(shí)示意圖 Fig 2 3 Sketch of delay multipath 2 1 2 鐵路電視單頻網(wǎng)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)兼容性原則 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是單頻網(wǎng)的組網(wǎng)重要部分之一 它是連接信號(hào)源以及地面信號(hào)覆蓋 網(wǎng)絡(luò)之間的通信網(wǎng)絡(luò) 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的主要功能是將信號(hào)源的數(shù)據(jù)按照一定要求分發(fā)至各個(gè)發(fā)射基站 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)可以采取不同的形式 例如使用衛(wèi)星通信網(wǎng) 光纖通信網(wǎng)或微波通信網(wǎng) 等 在數(shù)據(jù)的分發(fā)過(guò)程中 由于所分發(fā)對(duì)象為 TS 流 其本身不存在數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī) 制 因此要求分發(fā)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的可靠性 要能夠以較低的誤碼率將數(shù)據(jù)進(jìn)行分 發(fā) 此外 由于組網(wǎng)過(guò)程中 單頻網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的最大延時(shí)有著一定的要求 因此分 17us 10km 0us 鐵路電視單頻網(wǎng)建設(shè)以及測(cè)試方案研究 23 發(fā)網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)特性方面也應(yīng)符合相關(guān)的要求 14 由于該鐵路電視單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模性與可靠性要求 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)需要具有兼容 性 由此便要求該單頻網(wǎng)的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)既能夠適用于衛(wèi)星通信網(wǎng) 也能夠適用于光 纖通信網(wǎng) 微波通信網(wǎng) 并能夠完成衛(wèi)星通信網(wǎng) 光纖通信網(wǎng)以及微波通信網(wǎng)混 合組網(wǎng)分發(fā)的方式 我國(guó)國(guó)土面積廣大 國(guó)內(nèi)地形狀況 氣候狀況也千差萬(wàn)別 此外 我國(guó)國(guó)土 內(nèi)人口分布 經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r差距也較明顯 衛(wèi)星通信具有覆蓋區(qū)域大 支持頻帶 寬等特性 它可以不依賴(lài)地面通信網(wǎng)絡(luò)便完成廣播電視信號(hào)的接收 使用廣播電 視衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的方案實(shí)現(xiàn)分發(fā)網(wǎng)絡(luò) 既可以滿(mǎn)足平原以及人口稠密地區(qū)的覆蓋 更 可以完成地形復(fù)雜 人煙稀少的地區(qū)的覆蓋 平衡經(jīng)濟(jì)成本 結(jié)合我國(guó)實(shí)際的地 理情