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日本8K超高清晰度电视广播系统的发展现状与展望(五):8K超高清晰度地面数字电视广播技术

1、用于8K超高清晰度电视节目传输的未来地面数字电视广播系统
 
目前,地面数字电视广播系统中,用于传输HDTV(全高清晰度电视)节目的一个物理频道的信道带宽为6 MHz(笔者注:这是日本与美国等所采取的技术制式,我国与欧洲所采取的技术制式为8 MHz单频道物理带宽)。一套8K超高清晰度电视节目的数据量是一套全高清晰度电视节目的16倍,因此,为了能用一个地面数字电视物理频道来传输一套8K超高清晰度电视节目,就必须大幅地增加系统的传输容量,并积极地采取最新、最先进/高级的信源编码技术。
 
日本NHK科学与技术研究实验室所研制的8K超高清晰度地面数字电视广播系统结合采用了三种全新的核心/核心技术:①双极化(笔者注:指的是水平极化方向与垂直极化方向同时传输相同的电视内容,以此来增大系统容量)的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入以及多输出。发射/接收天线阵列技术);②超高阶调制OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)技术;③LDPC(Low-Density Parity Check,低密度奇偶校验)编码技术。以下分别进行介绍。
 
2、双极化MIMO技术
 
现有的地面数字电视系统仅采用水平极化波或者垂直极化波来传输数字电视节目,以避免极化波之间的相互干扰。而与之形成鲜明对比的是,双极化MIMO技术同时采用水平极化波以及垂直极化波来传输相同的数字电视节目内容(以两幅发射天线以及两幅接收天线来实现),从而可以将系统的传输容量提高两倍。
 
3、超高阶调制OFDM技术
 
现有的地面数字电视系统所采用的OFDM(正交频分复用)技术之中,调制星座之中,每个星点仅由6位比特来表示(笔者注:26=64,所以,采取的是64 QAM(正交调幅)调制技术)。而超高阶调制OFDM技术之中,调制星座之中,每个星点最高可由12位比特来表示(笔者注:212=4096,所以,采取的是4096 QAM(正交调幅)调制技术)。由于OFDM系统之中每个子载波所承载的比特数增加了一倍,地面数字电视广播系统的传输容量就可以增大一倍。然而另一方面,随着子载波数的增加,调制星座之中每个星点的距离就变小,从而就更容易出现相位噪声以及信号失真。
 
4LDPC编码技术
 
在8K超高清晰度地面数字电视广播系统之中,采用LDPC(低密度奇偶校验)编码技术可以将传输误码率降低到最小的程度。低密度奇偶校验编码是一种解码性能接近理论极限值的纠错编码技术,目前已在新一代移动通信系统之中得到了广泛的应用。
 
5、大规模FFT(快速傅里叶变换)技术
 
面向下一代的8K超高清晰度地面数字电视广播系统,日本NHK科学与技术研究实验室除了研发出双极化MIMO技术、超高阶调制OFDM技术以及LDPC编码技术这三种全新的核心/核心技术之外,还进一步地研发了大规模FFT(快速傅里叶变换)技术来再度增大8K超高清晰度地面数字电视广播系统的传输容量。在数字电视广播领域,常在OFDM(正交频分复用)信号之前就采用IFFT(Inverse FFT,快速傅逆里叶变换)来将频域信号转换成时域信号。而如果采取大规模FFT(快速傅里叶变换)技术,就可以减小保护间隔的比率——现有地面数字电视广播系统的保护间隔比为1/8,而如果采取四倍规模的FFT器件,那么,保护间隔比就可以降至1/32,于是,系统的传输容量就可以增加9%。
 
68K超高清晰度地面数字电视广播的现网长距离传输试验取得成功
 
如图1所示,2014年元月,日本NHK科学与技术研究实验室在人吉市的熊本县电视发射台成功地进行了8K超高清晰度地面数字电视广播的现网长/超长距离传输试验——采取上述四大核心/关键技术,以大容量无线传输系统(是现有地面数字电视广播系统传输容量的四倍)进行传输,8K超高清晰度地面数字电视的传输码率为91 Mbps,于现网之中实测到的最大传输距离为27千米。
 
1  8K超高清晰度地面数字电视广播的长距离传输组网图
资料来源:编译自参考文献[1]
 
78K超高清晰度地面数字电视广播系统的未来发展规划
 
日本NHK科学与技术研究实验室计划进一步研究8K超高清晰度地面数字电视广播信号在城市区域之中的无线传播特性,以早日实现8K超高清晰度地面数字电视广播的初步商用。此外,日本NHK科学与技术研究实验室还将研发出一种即可进行HDTV(全高清晰度电视)广播(采取单极化天线)、又可进行4K超高清晰度电视广播(采取单极化天线)、还可进行8K超高清晰度电视广播(采取多极化天线)的地面数字电视广播系统。
 
参考文献:
[1]NHK, 8K超高精細地上デジタルTV放送システム [EB/OL].
http://www.nhk.or.jp/strl/onepoint/8kchijo.html, 2015-05-23.
 

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