行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
總計畫(2/2)
計畫類別： 整合型計畫 計畫編號： NSC93-2220-E-110-001- 執行期間： 93 年 08 月 01 日至 94 年 10 月 31 日 執行單位： 國立中山大學電機工程學系(所) 計畫主持人： 王朝欽 共同主持人： 陳儒雅，張雲南，翁金輅，洪子聖，邱日清 計畫參與人員： 陳儒雅 ，張雲南 ，翁金輅 ，洪子聖 ，邱日清 報告類型： 完整報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 94 年 8 月 9 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■ 成 果 報 告
□期中進度報告
DVB-T 數位電視接收器創新 IP 設計與 SOC 實作-總計畫(2/2)
Innovative IP Design and SOC Implementation for Digital TV Receivers
Complied with DVB-T Standards (2/2)
計畫類別：□
個別型計畫 ■
整合型計畫
計畫編號：NSC 93－2220－E－110－001
執行期間： 93 年 8 月 1 日至 94 年 7 月 31 日
計畫主持人：王朝欽 教授
共同主持人：翁金輅 教授
計畫參與人員：曾奕龍
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 ■完整報告
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、
列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢
■涉及專利或其他智慧財產權，□一年■二年後可公開查詢
執行單位：國立中山大學電機系
中 華 民 國 94 年 7 月 31 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
DVB-T 數位電視接收器創新 IP 設計與 SOC 實作-總計畫(2/2)
Innovative IP Design and SOC Implementation for Digital TV Receivers Complied with DVB-T Standards (2/2)
計畫編號：
NSC93－2220－E－110－001
執行期限：93 年 8 月 1 日至 94 年 7 月 31 日
主持人：王朝欽 執行機構及單位名稱：中山大學電機系
一、中文摘要： 台灣所使用的數位電視傳播將採用 DVB (Digital Video Broadcasting) 標準。因 此，在本計畫中將明確地遵循DVB 系統 規格中的DVB-T 地面廣播標準來進行實 作。數位電視接收器是一種高度整合型的 系統，本計畫之目標為實現DVB-T 標準相 容之數位電視接收器所需的各個 IP，包含 了 ASIC、裸晶、FPGA 或軟體格式之 IP 原型，經驗證後之原型 IP 將會整合成 SOC，並進行實際測試與驗証，以確保整 合系統之正確與可行性。為實現以上的目 的，本計畫以總計畫及六個子計畫，進行 DVB-T 接收器之相關研究。 關鍵詞：DVB-T、數位電視、SOC、SiP Abstract:The DTV broadcasting standard which will be used in Taiwan is the DVB standards. In this project, one of the DVB standards, DVB-T (terrestrial broadcasting), will be realized by following the publicized specs of DVB-T. A DTV receiver is a highly integrated and complicated system. The project is aimed at the design, development, verification, and integration of the important IPs (intellectual properties), including ASICs, die, or the prototype of FPGA IPs or software IPs, for the DTV using DVB-T standards.
The prototype IPs will be completely verified and finally integrated as an SOC (system on a chip). In order to realize above targets, this project and six sub-projects
focus on the research of the DVB-T receiver.
Keywords : DVB-T、Digital TV、SOC、SiP
二、研究目的： 本計畫之目的為進行數位電視 DVB-T 標準之視訊接收解碼器之研究，包 含以下六個子計畫： 子計畫一、DVB-T 攜帶型數位電視之 內藏式高效能接收天線設計與實作 (2/2) 子計畫二、DVB-T 數位電視射頻調諧 器設計與實作(2/2) 子計畫三、DVB-T 數位電視解碼器之 混合信號電路設計與實作(2/2) 子計畫四、DVB-T 系統之 OFDM 解調 變器設計與實現(2/2) 子計畫五、DVB-T 數位視訊廣播系統 之高效能數位運算核心的設計與實現 (2/2) 子計畫六、DVB-T 接收器通道解碼器 之設計與實作(2/2) 計畫涵蓋的範圍為接收來自無線天線 之 VHF/UHF 信號，解碼並輸出 LCD 或 是 PDP 等平面顯示器所接收之 MPEG2 信號。由各子計畫開發個別之晶片，最後 因應市上場小型化與攜帶性之需求，進行 SOC 或是 SiP (System – in - Package) 之 單晶片封系裝數統位電視的整合研究。本 計畫預計開發之個別核心晶片 (或 IP) 包 括： VHF/UFH 隱藏式天線、RF 調諧器、 OFDM 解調器、Reed-Solomon 與 Viterbi 解碼器、高位元視訊 ADC 與 DAC、
AGC、低抖動 PLL 等視訊處理 IP。 三、文獻探討： 以支援 DVB 規格之相關產品而言， 目前市場上可查詢到之產品已經如下： 1. 數位電視：HiTOP [1]、國際 [2]、新力 [3]、日立 [4]等。 2. 機上盒 (Set-Top-Box STB)：三星
DCATV 2300RC [5]、Digital World [6]、 富士[7]、摩托羅拉 [8]等。
3. 解碼晶片(DVB-T)：Zarlink [9]、飛利浦 [10]、OAK OTI-7000 [11]、LSI L64782 [12]、MOTOROLA MT92314 [13]、 SONY CXD1973Q [14]、INFINEON SQC6100 terrestrial receiver for DVB-T [15]、PHILIPS TDA10045H DVB-T channel receiver [16] 等。 值得注意的是依現行的產品來看，各 廠商之產品不是缺乏前端之混合訊號電 路，就是後級採用成本較高之微處理機架 構，甚至採取多晶片之晶片組合作之設 計。由於 DVB 是歐洲所主導、發展之數 位電視規格 [17]，因此相關產業及系統均 較台灣來得成熟。 目前國外學術界對於 DVB 之研究成 果可說是十分豐碩，以 IEEE 來說，與 DVB 相關之期刊就有超過三十篇以上之 期刊發表，至 2002 年底為止與 DVB-T 相 關所發表之論文共有 [18]、[19]、[20]、 [21]、[22]、[23]、[24、[25]、[26]、[27]、 [28]、[29]、[30]等。其中與 DVB-T 接收 器有關的有 [18]、[19]、[24]、[27]、[28]、 [30]， [20]、[21] 則是分別與 DVB-S 與 DVB-C 有關、與 OFDM 相關的論文有 [22]、[23]、[25]，[26]、[29] 是以 DSP 來 實現 DVB-T 接收器。大部份的論文均為 理論推導及觀念架構說明，針對 DVB-T 接 收 器 實 作 出 接 收 晶 片 的 只 有 [18] 、 [26]、[27]、[30]。但是所有論文在實際測 試結果部份則未能提出十分令人滿意之量 測結果。因此在實作方式顯然尚有改進之 空間。 四、研究方法： 1). 進度控制： 本計畫為「DVB-T 數位電視接收器創 新IP 設計與 SOC 實作(2/2)」之總計畫，因 此主要工作為溝通並整合各子計畫間之進 度與成果。計畫執行時間自93 年 8 月 1 日 開始，至 94 年 7 月 31 日結束。為了確保 本計畫進度之確實執行，在計畫執行期間 每月召開所有子計畫之進度研討會議，針 對各子計畫之進度加以追蹤。並且即時協 助各子計畫，針對其有困難之處如 IC 設 計工具使用問題、工作站維護、乃至於規 格文件之取得及研討問題等一一加以解 決。此外，不同子計畫間之介面溝通亦為 計畫成敗之一相當重要因素，個別元件能 動作固然驗証了該子計畫所產出之成果， 但若無法加以整合，則終歸是單一功能之 元件，而不是擁有完整功能之系統。總計 畫在進度研討會議中除了一再的針對各子 計畫間之介面溝通加以著墨，更要求相鄰 子計畫間必須密切針對介面溝通進行協 調，以便未來進度完整系統整合。 2). 功能驗証： 在計畫執行過程中，功能驗証是絕對 不可忽略的項目，雖然在進行計畫切割時 是以由上到下 (top-down)的方式來規格每 個子計畫之分工合作架構。然而各子計畫 之每個模組均需完成功能驗証，方可整合 至系統中。因此，功能驗証是以由下到上 (bottom-up)，針對目前所設計的模組來加 以測試，經由測試無誤之模組，才可與其 它模組整合，整合過之模組則需重複進行 測試-整合的流程，由小至大，直至完成整 個子計畫之設計與功能驗証。如此一來才 可與其它子計畫進行整合，同樣的，在進 行整合的流程中，亦需一再的進行功能驗 証，以確保整合成果無誤。 3). 問題排除： 不可諱言，一個規模龐大之整合型計 畫，免不了會遭遇大大小小的問題，因此 前述之進度研討會議之另一個目標即在於 設法將各子計畫所遭遇之問題進行排除。 如量測儀器無法滿足需求、軟/硬體設備不 足需進行系統升級等，均於計畫執行流程
中一一浮現出來。主要的問題如下。 一、計畫成員的訓練：部份參與計畫的成 員在參與計畫之前並未有充份的IC 設 計經驗，因此，由總計畫主導，進行 計畫成員IC 設計相關工具使用的訓練 課程，並進行晶片下線流程的諮詢與 協助。 二、龐大系統規格的了解：DVB-T 是個相 當龐大的系統，其中包含相關多的規 格，涵蓋了RF 端、基頻端、通道處理、 數位信號處理等等的內容，不僅項目 繁多，且需有跨領域的知識才足以了 解，因此我們整合各計畫的成員針對 其專長的範圍深入了解，在計畫成員 間形成密切的交流，達成規格的了解。 在本年度計畫執行的期間，大部份的 問題能自行解決，少部份需要外界支援者 亦盡力需求相關擁有類似資源之單位協 助。因此未影響到計畫執行進度。 4). 各子計畫執行成果： 各子計畫所執行之詳細進度與成果請 參閱各子計畫之結案報告。 五、結果與討論： 綜合以上的報告，「DVB-T 數位電視 接收器創新IP 設計與 SOC 實作-總計畫 (2/2)」之第二年計畫執行進度與成果均依 當初規畫完成，第二年計畫相關之計畫成 果與論文發表亦在持續進行中，本計畫第 二年之成果分述如下： 總計畫：DVB-T 數位電視接收器創新 IP 設計與 SOC 實作(2/2) 總計畫完成子計畫間的整合工作並進 行整合測試之工作，成果如下： 完成子計畫四與子計畫六之成果整 合，完成子計畫四與子計畫六之整合 測試工作，驗証子計畫四與子計畫六 之整合成果無誤。 完成子計畫三混合訊號模組之整合測 試工作，並驗証子計畫三混合訊號模 組之整合無誤。 子計畫一：DVB-T 攜帶型數位電視之內藏 式高效能接收天線設計與實作(2/2) 子計畫一提出三項符合傳統電視與數 位電視之天線，此三項天線結構均相當簡 單，可以使用單一金屬片切割彎折而成。 第一項天線設計：設計於接收類比電 視頻道174-216 MHz 頻帶。 第二項天線設計：用於傳統類比電視 頻帶470-806 MHz 或是數位電視廣播 頻帶。 第三項天線設計：應用於筆記型電 腦，其主要是針對數位電視廣播頻帶 所設計。 圖5.1.1 子計畫一之第一項天線設計 圖5.1.2 子計畫一之第二項天線設計
圖5.1.3 子計畫一之第三項天線設計 子計畫二：DVB-T 數位電視射頻調諧器設 計與實作(2/2) 子計畫二在DVB-T 射頻調諧器之射頻 調諧器方面，已分別完成： DVB-T 射頻調諧器之接收機晶片設計 DVB-T 射頻調諧器之接收機模組設計 子計畫二所規劃之雙次轉頻射頻調諧器架 構如圖5.2.1 所示： LPF RF 50-860 MHz IF AGC 2nd IF 36 MHz Variable Gain LNA Up Mixer BPF Down Mixer SAW Filter PLL 1st IF 1220 MHz IF Amp 圖5.2.1 子計畫二所規劃之雙次轉頻射頻調 諧器架構 子計畫二所設計之數位電視廣播系統 (DVB-T)射頻調諧器晶片之佈局圖，如圖 5.2.2 所示： 子計畫三：DVB-T 數位電視解碼器之混合 信號電路設計與實作(2/2) 子計畫三所要進行的工作是完成符合 DVB-T 規格之混合信號介面電路與混合信 號 IP 的 SOC 整合，並負責設計、發展、 驗証、整合重要的混合信號IP，列舉如下： 符合 DVB-T 規格之 Mixer、AAF、VGA 10-bit 80 MS/s ADC 電路 低抖動 80 MHz PLL 與子計畫四合作之正交分頻多工通訊 之可轉變2K/8K 模式快速傅利葉轉換 器晶片設計。 表5.3.1 為 Mixer 的設計規格，圖 5.3.1 為Mixer 的晶片照像圖。 表5.3.1：Mixer 的預計規格 Input Specification VDD 3.3 V RF Frequency 36 MHz RF Power -30 dBm LO Frequency 40.5 MHz LO Power -10 dBm Conversion Gain -2.54 dB P1dB 0.236 dBm IIP3 2.16 dBm Power Consumption 9.22 mW Die size 1.034 × 0.552 mm2 圖5.3.1：Mixer 的晶片照像圖 表 5.3.2 為 AAF 的設計規格，其晶片照像 圖如圖5.3.2 所示：
表5.3.2：AAF 的設計規格 CMOS Process 0.35 µm VDD 3.3 V Cut-off Frequency 7.5, 8, 8.5 MHz Accuracy ≤ 3.28% Power Consumption 33.58 mW Die size 2.14 mm2 圖5.3.2：AAF 的晶片照像圖 PLL 的模擬規格如表所示： 表5.3.3：鎖相迴路輸出輸入操作規格及電 路規格 Frequency Input 10 MHz Frequency Output 80 MHz Output jitter (p2p) ≦60 ps Power Consumption 10.5 mW @ 80 MHz， Vdd = 3.63 V Die size 1.29 × 1.318 (mm2) Damping factor 0.61 Natural frequency 3.39 MHz Charge pump current 40 uA
RS 18 KΩ CS 20 pF CP 4 pF PLL 晶片照像圖如圖 5.3.3 所示： 圖5.3.3：PLL 晶片照像圖 AGC 的設計規格如表 5.3.4 所示，其晶片 照像圖如圖5.3.4 所示： 表5.3.4：AGC 的預計規格 Freq. Of operation 95 MHz Dynamic range -30 to 40 dB Gain step 2 dB Gain accuracy < 0.3 dB IIP3 -1.962 dBm P1dB 0.611 dBm Power Consumption 32.7 mW Core size 0.913 × 0.385 mm2 Die size 1.20 × 1.42 mm2 圖5.3.4：AGC 的晶片照像圖
ADC 之設計規格如表 5.3.5 所示，所有規 格均符合DVB-T 接收器所需求之 ADC。 表5.3.5：ADC 規格列表
Power consumption 432mW@ 80MHz Die area 3400*3100 um2 Power supply range 3.3 V +/- 10% Temperature 0℃~60℃ Max. Clock frequency 80MHz INL <2.8 LSB DNL <2.1 LSB SFDR 56 dB ENOB 9.01 bits 本設計ADC 之佈局圖如圖 5.3.5 所示： 圖5.3.5：ADC 的晶片佈局圖 配合DVB-T 數位電視廣播系統規格 為8 MHz data rate，其模擬結果整理如表 5.3.6 所示： 表5.3.6：FFT 的預計規格 Power Supply 3.3 V Technology TSMC 0.35um 2P4M Number of FFT Point 2048/8192
Input Data Bit 8 bit
Data Rate 8 MHz Power Consumption 535mW@16 MHz Gate Count 1.39 M FFT 之晶片照像圖如圖 5.3.6 所示： 圖5.3.6：FFT 之晶片照像圖 子計畫四：DVB-T 系統之 OFDM 解調變 器設計與實現(2/2) 子計畫四所進行的工作是針對DVB-T 系統中的核心—OFDM 架構與通道同步之 研究。在子計畫四中，利用不同的時間同 步及頻率同步演算法對系統作同步的處 理。再者，利用時間粗調的時間同步演算 法將信號到達接收端的時間延遲作校正， 利用時間微調的時間同步演算法作進一步 的時間誤差修正。進而，針對接收端的頻 率偏移效應作修正，我們分別利用粗調及 微調的頻率同步演算法來更正接收端的頻 率偏移誤差，以求達到精準的頻率同步。 然後，為了克服無線行動傳輸通道所造成 的信號失真效應，利用最小平方（least squares, LS）通道估測演算法配合線性通道 內插來作通道估測，並利用估測得到的通
道響應作信號偵測，進而還原發射端所傳 送的原始資料。最後，針對正交分頻多工 (orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)技術中重要的快速傅立葉轉換(fast Fourier transform, FFT)作設計與硬體實現。 子計畫四主要包含下列各項成果。 頻率偏移粗略估測器 頻率偏移精確估測器 DVB-T 系統通道估測技術、架構設計 與實現 子計畫五：DVB-T 數位視訊廣播系統之高 效能數位運算核心的設計與實現(2/2) 子計畫五的目標是設計一個向量化運 算的機制，能夠在較低的工作頻率下，完 成數位電視DVB-T 標準之 OFDM 中的 FFT 演算法，此FFT 必須在 924 us 內被運算出 來。在子計畫五中，為了達到這個目標， 採用提高指令並行度的方法，改良傳統的 餘數定址方式，能夠將 FFT 演算法中多個 離散的向量運算元集合成單一的向量運算 元，避免因不連續的向量運算元而中斷處 理器的管線執行。 為了提高指令的並行度，子計畫五以 VLIW 架構為基礎，來完成所需之數位訊 號處理器。此外，為了解決使用 VLIW 架 構而導致程式碼膨脹的問題，在計畫中設 計了一個指令壓縮機制，利用指令碼欄位 與硬體解壓縮單元，能夠在不影響原有的 執行效率下，將程式壓縮為原來的一半， 有效地解決程式碼膨脹的問題。 子計畫五所設計的 DSP 架構是結合 VLIW 技 術 與 向 量 式 的 管 道 運 算 結 構 (Vectorized Pipelining Architecture) 觀念的 一個可重結構( reconfigurable ) 的高度指 令並行化的前瞻性的設計，計劃實現 40 MHz FPGA SIP 雛型與 133 MHz 之晶片設 計與相關程式開發環境，不僅可充分符合 於子計畫五的需求，更能應用於高效能的 數位訊號處理上，如 Software Radio 的演 算處理需求。 子計畫五建立的DVB-T DSP 架構，主 要是由兩個運算核心構成，此運算核心稱 為Super Element (SE)。每個 SE 的執行單元
包含兩個部份，分別是Basic Element 1(BE1) 與Basic Element 2(BE2)。BE1 以一個 16 bits 算數邏輯處理器為核心，另外提供了兩個 Load 單元做 Memory read 與一個 Store 單 元做Memory write 的位址計算。BE2 則是 以一個16 bits 算數邏輯處理器與 16 × 16 bits 的乘法器為核心，另外提供了一個 Load 單元做Memory read 與一個 Store 單元做 Memory write 的位址計算。整個 SE 共可提 供三個memory load、兩個 memory write 、 2 個 ALU 與一個 Multiplier 的功能，在做 一般運算時，BE1 與 BE2 最多可各自獨立 平行處理四個指令，資料源則來自各自的 運算元。 DVB-T DSP 之指令集將會以 VLIW 之架構建立，每一個 Instruction Word 包 容有8 個指令，每個指令長度為 16 bits， 因為 DVB-T DSP 有兩個運算核心，因此 可以同時處理兩個VLIW 指令，所以指令 匯流排的寬度為8 × 16 × 2 = 256 bits。 依據DVB-T DSP 微架構與指令集，目 前已完成DSP 核心 FPGA 硬體之設計，並 於模擬軟體與FPGA 版上驗證指令執行無 誤。目前DVB-T DSP 主要是以數位訊號處 理常用的六個演算法（FIR、IIR、FFT、 DCT、IDCT 與 Matrix Multiple）來做驗證， 並評估處理的這些演算法之效能，評估的 方法是與同為VLIW 架構由 TI 公司所研發 之C6201 做比較。根據模擬分析的結果， 由於針對FFT 演算法設計改良傳統 DSP 的 餘數定址(modulo addressing)之運算機制， 使得原本離散的向量能被視為一新的連續 向量，避免了因向量中斷所造成的管線延 遲。並利用軟體排程(Software pipelining) 的方式將指令迴圈重新排程以達到在處理 FFT 之蝴蝶運算時具有最佳之指令並行 度，此架構在處理FFT 運算時跟 C6201 相 比只需要其1/2 的運算時間，也由於提供較 多的記憶體存取單元，所以在做其他演算 法也有高於C6201 的效能。
子計畫六：DVB-T 接收器通道解碼器之設 計與實作(2/2) 子計畫六針對數位視訊傳輸系統中關 於通道解碼的協定，提出較佳化之積體電 路架構。在此一協定中，通道解碼部份包 含四個區塊，計有：內解交錯器（inner deinterleaver）、內解碼器-腓特比解碼器 （inner decoder ） 、 外 解 交 錯 器 （ outer deinterleaver）和外解碼器-禮德所羅門解碼 器（outer decoder）。四個模組都需要很大 的資料區塊儲存單元，因而子計畫六所提 出的架構的其中一個特點乃是將所有大區 塊的儲存單元都以單埠記憶體的方式來實 作，以降低所需電路面積及避免使用移位 暫存器所造成極大的動態功率消耗。因此 在腓特比解碼器的設計，利用演算法所具 有之同位特性，並結合暫存器置換及回溯 兩種路徑搜尋方式做為內部解碼，以達到 高效率及低功率之腓特比解碼器架構。而 關於禮德-所羅門解碼器之設計，乃基於序 列柏林坎-瑪西修正後之演算法，並利用一 新提出之最佳化的有限場域常數乘法器架 構，以減少乘法器所須邏輯閘個數約達 20 %。在外部迴旋解碼器，提出一適當之位 址產生器，並且將解交錯的資料路徑整合 在三塊記憶體上。而針對內部之符號交錯 器，則以向前展開的方式設計交錯位圵 器，所須記憶體比文獻記載減少一半。這 四個模組已完成，形成一個數位矽智產， 提供各樣矽智產整合驗證所須的各種模組 及自動驗證的機制。在場效可程式化邏輯 陣列所發展的雛型設計已可達數位視訊廣 播協定之要求。 綜上所言，「DVB-T 數位電視接收器創新 IP 設計與 SOC 實作-總計畫(2/2)」之計畫 執行進度與成果已依當初規畫完成。 六、參考文獻 1. http://www.hitopcomm.com/main.html 2. http://www.meluk-panasonic.co.uk 3. http://www.sony.co.uk/digitaltelevision/ 4. http://www.hitachi-eu.com/ 5. http://www.samsungelectronics.com/digit al_settop_box/digital_cable_receiver/ dcatv2300rc.html 6. http://www.digitallworld.com/ 7. http://www.fujitsu-siemens.com/rl/produc ts/broadband/audiographics300.html 8. http://www.Motorola.com 9. http://products.zarlink.com/product_profi les/ZL10310.htm 10. http://www.semiconductors.philips.com 11. http://www.oaktech.com/press_room/pres s_releases/1999/051799.html 12. http://www.lsilogic.com/news/product_ne ws/pr20020520.html
13. Motorola, Inc., “2K Integrated DVB-T Demodulator,“ Data sheet, 1998
14. http://www.sony.net/Products/SC-HP/Pro duct_List_E/TV_E/d_broad_E.html 15. Infineon Technologies, “ Terrestrial
Receiver of DVB-T,” Data Sheet : SQC 6100, June 21, 1999.
16. Philips Semiconductors, “TDA10045H DVB-T channel receiver, ” Nov. 2001 17. http://www.dvb.org/dvb_compliance/fra
mesets/dvb_compliance.html 18. R. Mackowitz, et al., “A single-chip
DVB-T receiver,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 44, no. 3, pp. 990-993, Aug. 1998.
19. S. A. Fechtel, et al., “Advanced receiver chip for terrestrial digital video
broadcasting : architecture and
performance,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 44, no. 3, pp. 1012-1018, Aug. 1998.
20. A. Menkhoff, et al., “Performance of an advanced receiver chip for DVB-S and
DSS,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 45, no. 3, pp. 965-969, Aug. 1999.
21. M. Haas, et al., “Flexible two IC chipset for DVB in cable reception,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 42, no. 3, pp. 335-340, Aug. 1996.
22. D.-S. Han, J.-J. Kim, “Adaptive frame selection algorithm for DVB-T,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 48, no. 3, pp. 617-623, Aug. 2002.
23. S.L. Linfoot, R.S. Sherratt, “Analysis of a DVB-T compliant receiver simulation under various multipath conditions,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 46, no. 1, pp. 201-206, Feb. 2000. 24. S.L. Linfoot, R.S. Sherratt, “Correcting
for local oscillator phase offset in a DVB-T compliant receiver under multipath conditions,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 46, no. 2, pp. 306-312, May 2002.
25. F. Sanzi, J. Speidel, “An adaptive two-dimensional channel estimator for wireless OFDM with application to mobile DVB-T,” IEEE Trans. on
Broadcasting, vol. 46, no. 2, pp. 128-133, Jun. 2000
26. G. Baruffa, et al., “DSP based OFDM demodulator and equalizer for
professional DVB-T receivers,” IEEE Trans. on Broadcasting, vol. 45, no. 3, pp. 323-332, Sep. 1999
27. P. Combelles, et al., “0.5-µm CMOS circuits for demodulation and decoding of an OFDM-based digital TV signal
conforming to the European DVB-T standard,” IEEE J. of Solid-State Circuits,
vol. 33, no. 11, pp. 1781 –1792, Nov. 1998
28. U. Reimers, “DVB-T: the COFDM-based system for terrestrial television,”
Electronics & Communication
Engineering Journal, vol. 9, no. 1, pp. 28-32, Feb. 1997.
29. S. O'Leary, “Hierarchical transmission and COFDM systems,” IEEE Trans. on Broadcasting, vol. 43, no. 2, pp. 166-174, Jun. 1997.
30. S. Anikhindi, “DVB-T decoder ICs,” IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 43, no. 3, pp. 438 -442, Aug. 1997.
中英文摘要
一、計畫中文摘要
關鍵字： DVB-T、SOC、COFDM、數位電視、機上盒、SiP
台灣所使用的數位電視傳播將採用 DVB (Digital Video Broadcasting) 標 準。因此，在本計畫中將明確地遵循 DVB 系統規格中的 DVB-T 地面廣播標準 來進行實作。 數位電視接收器是一種高度整合型的系統，本計畫之目標為實現 DVB-T 標 準相容之數位電視接收器所需的各個 IP，包含了 ASIC、裸晶、FPGA 或軟體 格式之 IP 原型，經驗證後之原型 IP 將會整合成 SOC，並進行實際測試與驗証， 以確保整合系統之正確與可行性。為實現以上的目的，本計畫共包含六個子計 畫，各子計畫的研究目標如下： 子計畫一：實現 DVB-T 接收器所需的天線。 子計畫二：實現 DVB-T 接收器所需的射頻調諧器。 子計畫三：實現 DVB-T 接收器所需的基頻混合訊號晶片。 子計畫四：實現 DVB-T 接收器數位基頻前端的頻率估測電路與通道估 測技術。 子計畫五：實現 DVB-T 接收器所需之高效能數位運算核心。 子計畫六：實現 DVB-T 接收器之通道解碼器。 經過兩年的努力，各子計畫的成果如下： 總計畫：完成子計畫四與子計畫六數位電路的整合與驗証，完成子計畫 三混合訊號電路的整合與驗証。 子計畫一：完成符合 DVB-T 系統所需的天線設計。 子計畫二：完成 DVB-T 接收器所需的射頻調諧器晶片與模組實現。 子計畫三：完成 DVB-T 接收器所需的基頻混合訊號晶片設計(Mixer、 AAF、VGA、ADC、PLL)與實現。 子計畫四：完成 DVB-T 接收器數位基頻前端的頻率估測電路與通道估 測技術。 子計畫五：完成 DVBT_DSP 之運算核心設計、硬體實現與效能分析。 子計畫六：完成 DVB-T 接收器通道解碼器所需之內部解交錯器(Inner de-interleaver)、內部解碼器(Inner decoder)、外部解交錯器(Outer de-interleaver)、外部解碼器里得-所羅門解碼器(Reed-Solomon decoder)。 各子計畫均有相當豐富的成果，因此，順利達成本計畫的目標。
一、計畫英文摘要
Keywords : DVB-T, SOC, COFDM, Digital TV, set-top box, SiP
The DTV broadcasting standard which will be used in Taiwan is the DVB standards. In this project, one of the DVB standards, DVB-T (terrestrial broadcasting), will be realized by following the publicized specs of DVB-T.
A DTV receiver is a highly integrated and complicated system. The project is aimed at the design, development, verification, and integration of the important IPs (intellectual properties), including ASICs, die, or the prototype of FPGA IPs or software IPs, for the DTV using DVB-T standards. The prototype IPs will be completely verified and finally integrated as an SOC (system-on-a-chip). In order to realize above targets, this project includes six sub-projects. The research targets of the sub-projects are shown as follows.
Sub-project 1 is focused on the antenna for the DVB-T receiver. Sub-project 2 is focused on the RF tunner for the DVB-T receiver.
Sub-project 3 is focused on the mixed-signal ICs for the DVB-T receiver. Sub-project 4 is focused on the frequency estimation circuits and channel
estimation technology for the DVB-T receiver..
Sub-project 5 is focused on the high efficient DSP kernel for the DVB-T receiver..
Sub-project 6 is focused on the the channel decoder for the DVB-T receiver.
The achievements of the sub-projects in these two years are shown as follows.
Sub-project 1 has accomplished several antennas compliant with the DVB-T standard.
Sub-project 2 has accomplished the chip and the module of the RF tuner compliant with the DVB-T standard.
Sub-project 3 has accomplished the mixed-signal IPs, including a mixer, a VGA, a AAF, a ADC, and a PLL, compliant with the DVB-T standard. Sub-project 4 has accomplished the frequency estimation circuits and
channel estimation circuits for the digital front-end in DVB-T receivers. Sub-project 5 has accomplished the implementation and the analysis of the
DVBT_DSP.
outer de-interleaver, and outer decoder (Reed-Solomon decoder).
Every sub-project of this project has achieved a decent performance. Most of the subjects of this top project are well realized.
目錄
中英文摘要…...……….… I 目錄……..……….……….… IV 圖目錄………...……….… VI 表目錄………...……….… X 一、 前言……….….……. 1 二、 研究目的……….….. 9 三、 文獻探討..……….… 10 四、 研究方法..……….… 23 4.1 進度監控..……….… 23 4.2 功能驗証..……….… 24 4.3 問題排除..……….… 26 4.4 各子計畫執行進度與成果……… 26 4.4.1 子計畫一、DVB-T 攜帶型數位電視之內藏式高效能接收天線設計與 實作(2/2) ..……….… 27 4.4.1.1 天線設計(1) ………..………… 27 4.4.1.2 天線設計(2) ………..………… 31 4.4.1.3 天線設計(3) ………..………… 36 4.4.2 子計畫二、DVB-T 數位電視射頻調諧器設計與實作 (2/2) ………... 39 4.4.2.1 射頻調諧器相關規格分析……… 39 4.4.2.2 射頻架構之規劃……….... 40 4.4.2.3 射頻調諧器晶片組之開發……… 41 4.4.2.4 手持式數位電視廣播接收機模組之整合測試……… 44 4.4.3 子計畫三、DVB-T 數位電視解碼器之混合信號電路設計與實作(2/2) 47 4.4.3.1 Mixer……….. 474.4.3.2 AAF (Anti-aliasing Filter)………. 49
4.4.3.3 PLL (Low jitter PLL-based 80 MHz ADC Sampling Clock Generator)... 52
4.4.3.4 AGC (Automatic gain controller)……….. 55
4.4.3.5 10-bit 80 MS/s ADC……….. 57 4.4.3.6 適用於數位電視廣播系統中正交分頻多工通訊之可轉變 2K/8K 模式 快速傅立葉轉換處理器……… 61 4.4.4 子計畫四、DVB-T 系統之 OFDM 解調變器設計與實現(2/2)………… 64 4.4.4.1 頻率同步……… 64 4.4.4.2 DVB-T 系統的通道估測技術………... 67 4.4.4.3 演算法性能模擬……… 71 4.4.4.4 程式模擬結果彙整與探討……… 73
4.4.5 子計畫五、DVB-T 數位視訊廣播系統之高效能數位運算核心的設計 與實現(2/2)……… 76 4.4.5.1 DVB-T 數位電視廣播系統之高效能數位運算核心之硬體合成與驗 証結果……… 78 4.4.5.2 DVB-T 數位電視廣播系統之高效能數位運算核心之分析結果……... 79 4.4.6 子計畫六、DVB-T 接收器通道解碼器之設計與實作(2/2)……… 86 4.4.6.1 Inner deinterleaver (內部交錯器)……….. 87 4.4.6.2 Outer deinterleaver………. 90 4.4.6.3 Outer decoder………. 92 4.4.6.4 子計畫六之研究成果……… 94 4.5 各子計畫間之整合驗証….………... 98 4.5.1 混合訊號電路之整合驗証….……….……….. 98 4.5.2 數位電路之整合驗証……….……….……….. 101 五、 結果與討論……….……….……….. 112 六、 參考資料……….……….……….. 114 七、 成果自評……….……….……….. 119
圖目錄
圖 1.1.1.1： DVB-T 之訊號傳輸區塊………..……… 12 圖 1.1.1.2： QPSK、16-QAM 與 64-QAM 對應與相對應之位元圖樣(α=1 之階層式)……….……… 16 圖 1.1.1.3： QPSK、16-QAM 與 64-QAM 對應與相對應之位元圖樣(α=2 之階層式) ……… 17 圖 1.1.1.4： QPSK、16-QAM 與 64-QAM 對應與相對應之位元圖樣(α=4 之階層式)……… 18 圖 1.1.1.5： Simulcast 之編碼接收結構……….……… 20 圖 4.1.1.1： 本計畫之分工合作架構圖………..……… 23 圖 4.2.1.1： Top-down 計畫分工合作架構示意圖………..……….. 24 圖 4.2.1.2： Bottom-up 測試與整合示意圖…………..…………..……… 25 圖 4.4.1.1： 天線設計(1)之尺寸設定………...………... 27 圖 4.4.1.2： 天線設計(1)之詳細參數圖……….…….……… 28 圖 4.4.1.3： 天線設計(1)之返回損失阻抗頻寬量測圖……….. 28 圖 4.4.1.4： 傳統單極天線之輻射場型圖………... 29 圖 4.4.1.5： 天線設計(1)之輻射場型圖……….. 30 圖 4.4.1.6： 天線設計(1)在頻帶內之增益變化圖……….. 30 圖 4.4.1.7： 天線設計(2)之尺寸設定……….…………. 31 圖 4.4.1.8： 天線設計(2)之初始金屬片結構……….. 31 圖 4.4.1.9： 天線設計(2)之詳細參數圖……….. 31 圖 4.4.1.10： 天線設計(2)之返回損失圖……….. 32 圖 4.4.1.11： 天線設計(2)操作於 470 MHz 之模擬場型圖………. 33 圖 4.4.1.12： 天線設計(2)操作於 638 MHz 之模擬場型圖………. 33 圖 4.4.1.13： 天線設計(2)操作於 806 MHz 之模擬場型圖………. 34 圖 4.4.1.14： 天線設計(2)接地面長度加長至 180 mm 時 f = 806 MHz 之場型 圖………... 35 圖 4.4.1.15： 天線設計(2)之增益變化圖……….………. 35 圖 4.4.1.16： 天線設計(3)使用時之示意圖……….…………. 36 圖 4.4.1.17： 天線設計(3)之尺寸設定……….………. 36 圖 4.4.1.18： 天線設計(3)之詳細天線尺寸……….……. 37 圖 4.4.1.19： 天線設計(3)之返回損失圖……….…. 37 圖 4.4.1.20： 天線設計(3)之增益變化圖……….. 38 圖 4.4.2.1： 傳統類比電視調諧器所用之單次轉頻架構………... 40 圖 4.4.2.2： 子計畫二第一階段所規劃之雙次轉頻射頻調諧器架構………... 40 圖 4.4.2.3： 數位電視廣播系統射頻調諧器晶片之佈局圖………... 44 圖 4.4.2.4： DVB-T 射頻接收器模組成品圖……….……. 45圖 4.4.3.1： 摺疊式電流鏡混波器電路圖………... 47
圖 4.4.3.2： Mixer 的晶片照像圖……… 49
圖 4.4.3.3： 摺疊式電流鏡混波器電路圖……….……….. 50
圖 4.4.3.4： 6-階被動 LC 梯形 AAF……… 50
圖 4.4.3.5： Nauta’s 轉導放大器……… 51
圖 4.4.3.6： Symmetrical floating gyrator ………... 51
圖 4.4.3.7： AAF 的晶片照像圖 ……… 52 圖 4.4.3.8： PLL 設計方塊圖 ……….… 53 圖 4.4.3.9： PLL 晶片照像圖………... 55 圖 4.4.3.10： AGC 整體架構圖……..……… 55 圖 4.4.3.11： AGC 的電路圖 ……… 56 圖 4.4.3.12： AGC 的晶片照像圖..……… 57 圖 4.4.3.13： 四通道平行管線式類比轉換器架構圖 ………. 58 圖 4.4.3.14： 單通道架構圖 ………. 58 圖 4.4.3.15： 10-bit ADC 輸出波形圖 ……… 59 圖 4.4.3.16： ADC 之 SFDR……….. 60 圖 4.4.3.17： ADC 的晶片佈局圖………. 61 圖 4.4.3.18： radix-4 DIF 之蝴蝶形架構……….. 62 圖 4.4.3.19： radix-4 DIF 之訊號流程圖……….. 62 圖 4.4.3.20： radix-4 DIF 之 2048 點管線化訊號流程圖………..….. 62 圖 4.4.3.21： FFT 之佈局圖………... 63 圖 4.4.4.1： 頻率粗估架構示意圖………..………. 65 圖 4.4.4.2： 頻率粗調模擬圖(一)……… 65 圖 4.4.4.3： 頻率粗調模擬圖(二)……… 65 圖 4.4.4.4： 頻率細調架構示意圖………... 66 圖 4.4.4.5： 頻率細調模擬圖………... 67 圖 4.4.4.6： 兩種常見的導航符號排列方式………... 68 圖 4.4.4.7： 在時域或頻域作通道估測示意圖………... 69 圖 4.4.4.8： 通道估測基本概念圖………... 69 圖 4.4.4.9： 23-tap 的線性內插濾波器……… 74 圖 4.4.4.10： 23-tap 的線性內插濾波器模擬……… 75 圖 4.4.4.11： 信號更正模擬圖……….. 75 圖 4.4.5.1： 程式碼驗証流程圖……….. 77 圖 4.4.5.2： FFT 結果比較……….. 80 圖 4.4.5.3： FIR 結果比較……… 81 圖 4.4.5.4： IIR 結果比較………. 82 圖 4.4.5.5： DCT 結果比較……….. 83 圖 4.4.5.6： IDCT 結果比較………. 83
圖 4.4.5.7： 矩陣乘法示意圖………... 84 圖 4.4.5.8： 矩陣乘法結果比較圖………... 84 圖 4.4.6.1： DVB-T 架構，深色部份為通道編碼區塊……… 86 圖 4.4.6.2： 三種數位傳播標準的通道解碼示意圖………... 87 圖 4.4.6.3： ACSU 架構圖………... 89 圖 4.4.6.4： 混合向後追溯式 SMU 方塊圖………. 90
圖 4.4.6.5： Memory based 混合向後追溯式 SMU 方塊圖……….. 90
圖 4.4.6.6： 文獻中外部解碼器記憶體架構示意圖………... 91
圖 4.4.6.7： 外部解交錯器架構………... 91
圖 4.4.6.8： Reed-Solomon 解碼器的功能區塊圖………. 92
圖 4.4.6.9： Syndrome 計算之架構……….. 93
圖 4.4.6.10： Decomposed inversionless Berlekamp-Massey 之架構…………... 93
圖 4.4.6.11： DVB-T 通道解碼器之佈局圖……….. 96 圖 4.4.6.12： DVB-T 通道解碼器之 IP………….……… 97 圖 4.5.1.1： 輸入兩頻率差為 600 Hz 的弦波信號以進行相鄰頻道的失真驗 証……….. 98 圖 4.5.1.2： 類比前端輸出頻譜……….. 99 圖 4.5.1.3： 類比前端輸出頻譜放大圖……….. 99 圖 4.5.1.4： 整個類比前端混合信號電路模擬……….. 100 圖 4.5.1.5： 整個類比前端混合信號電路模擬結果……….. 100 圖 4.5.1.6： 整個類比前端混合信號電路模擬結果放大圖……….. 101 圖 4.5.2.1： DVB-T 數位部份模擬驗証環境………. 102 圖 4.5.2.2： 理想測試向量模擬波形圖……….. 104 圖 4.5.2.3： 理想測試向量星座圖……….. 105 圖 4.5.2.4： 非理想測試向量的模擬結果(加入訊雜比為 20 dB 之雜訊)…… 106 圖 4.5.2.5： 非理想測試向量的星座圖(加入訊雜比為 20 dB 之雜訊)……… 106 圖 4.5.2.6： 非理想測試向量的模擬結果(無雜訊，頻率飄移為 10.4 個符 號)………. 107 圖 4.5.2.7： 非理想測試向量的星座圖(無雜訊，頻率飄移為 10.4 個符號)… 107 圖 4.5.2.8： 通道編碼模擬圖………... 108 圖 4.5.2.9： 輸出結果比較………... 108 圖 4.5.2.10： 數位部份整合理想測試向量模擬結果………... 108 圖 4.5.2.11： 理想測試向量下 comparator 1 比對結果……… 109 圖 4.5.2.12： 非理想測試向量 (加入訊雜比為 20 dB 之雜訊) 模擬結果……. 109 圖 4.5.2.13： 非理想測試向量 (加入訊雜比為 20 dB 之雜訊) comparator 1 比 對結果………... 109 圖 4.5.2.14： 子計畫四、子計畫六整合頻率移 10.4 模擬波形圖……… 110 圖 4.5.2.15： 子計畫四、子計畫六整合頻率移 10.4 通道解碼輸出比較……… 110
表目錄
表 1.1.1.1： 美國數位電視地面廣播時程………... 1 表 1.1.1.2： 歐洲各國數位電視地面廣播政策概況………... 2 表 1.1.1.3： 歐洲各國已開播數位電視地面廣播的國家概況………... 3 表 1.1.1.4： 歐洲於 2000 年開播數位電視地面廣播的國家概況……….. 4 表 1.1.1.5： 於 2001 年開播數位電視地面廣播的歐洲國家……….. 4 表 1.1.1.6： 日本數位電視地面廣播時程表………... 6 表 1.1.1.7： 數位電視地面廣播標準比較………... 7 表 1.1.1.8： 接收機最小等效輸入訊號準位之規畫………... 13 表 1.1.1.9： 針對 DVB-T 接收訊號受 PAL-I 訊號`干擾情形所規畫之保護比 例………... 14 表 1.1.1.10： 在 8K 與 2K 模式中適用之護衛間隔………. 21 表 1.1.1.11： 2K 與 8K 模式中下的 TPS 載波表………. 22 表 4.4.2.1： 射頻調諧器鏈路預算規格表………... 41 表 4.4.2.2： 可變增益低雜訊放大器設計規格………... 41 表 4.4.2.3： 升頻混波器規格………... 42 表 4.4.2.4： 中頻放大器設計規格………... 42 表 4.4.2.5： 降頻混波器規格………... 43 表 4.4.2.6： 相關之數位電視廣播射頻接收器之規格比較………... 45 表 4.4.3.1： Mixer 晶片的預計規格……… 48 表 4.4.3.2： Mixer 晶片的實測結果……… 48 表 4.4.3.3： Mixer 晶片的隔離度量測結果……… 49 表 4.4.3.4： AAF 的預計規格……….. 51 表 4.4.3.5： 鎖相迴路輸出輸入操作規格及電路規格………... 53 表 4.4.3.6： 鎖相迴路實測結果………... 54 表 4.4.3.7： AGC 的預計規格……….. 56 表 4.4.3.8： AGC 的量測結果……….. 57 表 4.4.3.9： OP 規格表………. 59 表 4.4.3.10： ADC 規格列表……….. 60 表 4.4.3.11： FFT 的預計規格………... 63 表 4.4.3.12： FFT 的量測結果………... 63 表 4.4.4.1： 16-QAM 調變所需的通道響應量化範圍………... 71 表 4.4.4.2： 64-QAM 調變所需的通道響應量化範圍………... 72 表 4.4.4.3： 16-QAM 調變所需的 FFT 輸出資料量化範圍……….. 72 表 4.4.4.4： 64-QAM 調變所需的 FFT 輸出資料量化範圍……….. 72 表 4.4.4.5 16-QAM 調變所需的通道響應量化位元數………... 72 表 4.4.4.6： 64-QAM 調變所需的通道響應量化位元數………... 73表 4.4.4.7： 16-QAM 調變所需的 FFT 輸出資料量化位元數……….. 73 表 4.4.4.8： 64-QAM 調變所需的 FFT 輸出資料量化位元數……….. 73 表 4.4.5.1： FPGA 合成結果……… 78 表 4.4.5.2： Design Comiler 合成結果………. 79 表 4.4.5.3： C6201 與 DVB-T DSP 之比較………. 79 表 4.4.6.1： 變數-常數有限場乘法器不同架構的總數比較表………. 95 表 4.4.6.2： 變數-常數有限場乘法器不同架構的比較表………. 95 表 4.4.6.3： 各種 SMU 架構比較………. 95 表 4.4.6.4： 迴旋解交錯器不同架構比較表………... 96 表 4.4.6.5： DVB-T 通道解碼器之 IP 之 I/O 腳位……… 97 表 4.5.2.1： 圖 4.5.2.1 中各區塊描述……….. 102 表 4.5.2.2： 模擬訊號之訊號說明表………... 104
一、前言
自 1996 年 12 月起，美國 FCC（Federal Communications Commission; 美 國聯邦通訊委員會）宣佈採用 ATSC（Advanced Televisions System Committee 先 進電視系統委員會）之建議案為數位電視 (DTV) 國家標準以取代老舊的 NTSC 類比電視標準，而日本及歐洲也各有不同之數位電視標準，包括：日本的 ISDB-T 以及歐洲的 DVB-T 等等。相較於歐美日等先進國家，台灣亦不能自外於此數位 電視之潮流，根據中華民國電視學會[1]所訂定的「台灣數位電視相關影音技術 規範」[2]中所述：目前台灣將採用「歐洲數位影像地面廣播」（DVB-T）標準。 因此台灣所使用之數位電視準備將是歐洲規格的 DVB-T，而非美規的 ATSC。 此次數位電視之發展，被視為是電視發展史上的第三次革命 (第一次為電視 發明，第二次為電視畫面由黑白變彩色)，除了技術層次的進步之外。市場規模 之龐大亦不可小覷，據美國消費性電子生產協會（Consumer Electronics Association；CEA）調查指出，2001 年美國消費性電子產品市場規模將成長 6 ％，達到 956 億美元。其中數位電視及顯示器銷售成長超過先前預期，2000 年 數位電視及顯示器共銷售 62.5 萬台，金額達 14 億美元，2001 年銷售將達 113 萬台，成長率達 80 ％，金額達 20 億美元。而 IDC [3] 針對美國市場所預估 之數位電視出貨量亦可了解此廣大市場具有相當大之利基。 以下就美國、歐洲、日本、中國大陸、台灣等地區的數位電視地面廣播政策 及推展的情況，做一簡要說明，以便了解各國數位電視地面廣播接取產品市場可 能起飛的時間，與各國數位電視地面廣播可能提供的服務形式及發展 [4]。 美國發展概況
1996 年 12 月美國 FCC 宣佈採用 ATSC（Advanced Television Systems Committee）建議之數位電視地面廣播標準作為美國國家標準，隨後於 1997 年 4 月公佈數位地面廣播時程，如表 1.1.1.1。並於 1998 年 11 月開始數位電視廣播。 表 1.1.1.1：美國數位電視地面廣播時程 (資料來源：美國 ATSC，工研院電通所 ITIS 計畫整理) 時 程 內 容 1997 年 4 月 FCC 指配數位頻道給電視廣播業者 1998 年 11 月 24 個以上電視台針對美國前 10 大 TV 市場開始播放 DTV 1999 年 5 月 40 個以上電視台針對美國前 10 大 TV 市場至少同步廣播二分之 一的 DTV 節目 1999 年 11 月 120 個以上電視台針對第 11 至 30 大 TV 市場開播 DTV
1997 年 4 月 FCC 指配數位頻道給電視廣播業者 2002 年 5 月 所有的 1,600 個商業電視台開播 DTV 1997 年 4 月 FCC 指配數位頻道給電視廣播業者 2003 年起 非商業電台開播 DTV 2004 年起 至少同步播放四分之三的 DTV 節目 2005 年起 所有節目必需同時播放類比與數位訊號 美國已於 1998 年 11 月 1 日在美國十大城市率先播放數位電視地面廣播，但 是由於各家電視台配合意願極高，根據 NAB（National Association of Broadcasters） 的統計，於 1999 年 6 月 15 日，其數位電視地面廣播之家計單位廣播涵蓋率突破 50 %；而至 1999 年 11 月 8 日開播數位電視地面廣播的電視台達到 100 台；截至 2000 年 3 月 7 日止，美國共有 42 個城市的 121 個電視台加入數位電視地面廣播 的行列，其家計單位廣播涵蓋率也已達 61.84 %。雖然美國電視台開播的速度， 較原先 FCC 規畫的時程稍慢，但是美國的各家電視台，仍積極的配合政府政策， 以便在數位電視地面廣播的版圖中搶得先機。 歐洲發展概況 雖然歐洲各國在數位電視地面廣播標準上，皆一致採用歐規的 DVB-T 標 準，但是在政策、時程與發展方面，狀況則不盡相同，茲將歐洲各國的情況彙總 如表 1.1.1.2。歐洲目前已開播數位電視地面廣播的國家有英國、瑞典與西班牙等 三個國家，其狀況如表 1.1.1.3，值得一提的是，英國是全球第一個推出付費收視 服務的國家，而西班牙也隨後推出付費收視服務。而計畫於 2000 年開播的國家 則有芬蘭、挪威與荷蘭，其進度如表 1.1.1.4。至於其他歐洲國家如德國、法國、 義大利…等，其數位電視地面廣播政策尚處於規畫階段或尚未明朗，如表 1.1.1.5 所示。 表 1.1.1.2：歐洲各國數位電視地面廣播政策概況 (註：1. ? 表不確定。 2. * 表 開播時。資料來源：DigiTAG，2000 年 3 月，工研院電通所 ITIS 計畫整理) 國 家 名 稱 開播時 間 開播 涵蓋 率 (%) 收回類比 頻道時間 Multiplexes 8k/2k SFN/MFN API CA 英 國 15/11/98 70/90 2015? 6 2k MFN MHEG-5(英 國)API Medis-Guard 瑞 1/4/99 50 2008/2012 3/6 8k MFN & OpenTV/MHP SENDA
典 SFN ViAccess 西 班 牙 10/1999 20/50 1/1/2012 6* 8k MFN & SFN EuroMHEG ? 德 國 2001? ? 2010 3* 8k MFN & small SFN ? ? 丹 麥 ? ? ? 4 8k SFN ? ? 比 利 時 ? ? ? 4 8k SFN ? ? 愛 爾 蘭 ? 95 2009/2015 6 8k MFN Gap SFN DVB-J ? 芬 蘭 10/2000 50 2006 3 8k MFN Gap SFN DVB-J ? 法 國 2001 年 底? 65/85 2015? 6 2k/8k MFN ? ? 義 大 利 ? 30%? ? 2/3 8k MFN & SFN DVB-J 與 EuroMHEG 二選一 ? 荷 蘭 2000 年 底 18/52 2010 5 8k SFN ? ? 挪 威 2000 65 ? 2/3 8k MFN & SFN ? ? 表 1.1.1.3：歐洲已開播數位電視地面廣播的國家現況(資料來源：DigiTAG，2000 年 3 月，工研院電通所 ITIS 計畫整理) 國家名稱 開播時間 開播的電視台 英 國 1998.11.15 1.免費收視的電視台：BBC1、BBC2、BBC Choice、BBC News 24、Channel 5、C4、ITV、ITV2 、Digital Teletext、 S2、BBC Text
2.付費收視的電視台：Ondigital
瑞 典 1999.4.1 1.全國性電視台：SVT1、SVT2、SVT24、UR、Cell DTV Broad casting、TV3、Canal+、TV8、TV4、Channel 5、Knowledge
Network
2.地區性電視台：SVT（4 個地區）、TV4（3 個地區）、 NollEttan（1 個地區）、Skanekanalen（1 個地區）
西班牙 1999.10
1.有 RTE、Antena 3、Tele 5 與 Canal+..等 11 家電視台者加 入廣播的行列，並提供 50 個以上的頻道，是目前歐洲開播 最大規模的國家。 2. 2000 年 6 月 30 日 Onda Digital 廣播涵蓋率將達 50%，並 提供 14 個付費頻道。 表 1.1.1.4：歐洲於 2000 年開播數位電視地面廣播的國家現況(資料來源： DigiTAG，2000 年 3 月，工研院電通所 ITIS 計畫整理) 國家名稱 預計開播時 間 情 況 芬 蘭 2000.10 1.三個頻段指配： A.公共電視台 YLE 指配一個頻段 B.City TV、MTV3、Wellnet 與 Suomen Urheilutelevision 共用一個頻段
C. Helsinki Media、Werner Soderstrom、Canal+ Finland 與 Ruutunelone 共用一個頻段 2.頻道使用權自 2000 年 9 月 1 日起至 2010 年 8 月 31 日 止 ，共 10 年。 3. 2001 年廣播普及率達 70%，2006 年全區開播。 荷 蘭 2000 年底 1.荷蘭政府將於 2000 年春季確定五個頻道的使用權，其 中公共電視台 NOB 確定可以取得一個頻道，剩餘的四個 頻道則有 Nozema、NOS、Vestra、Canal+與 KPN Telecom 等電視台爭取中。 2.於 2003 年或 2004 年決定是否 2010 年收回類比頻道。 3. 2001 年廣播普及率達 70%，2006 年全區開播。 挪 威 2000 年 1. Norkring 電視台於 1999 年秋季獲准在 Oslo 與 Bergen
播送數位電視地面廣播。
表 1.1.1.5：2001 年開播數位電視地面廣播的歐洲國家(資料來源：DigiTAG，2000 年 3 月，工研院電通所 ITIS 計畫整理)
國家名稱 試播時間 情 況
2.地形平坦，有利地面廣播 3.公共電視台 RTBF 與 VRT，以及 Canal+將參與試播。 丹 麥 1999 年 11 月 由 TeleDanmark、Danish Broadcasting(DR) 與 TV2 等電視 台共同籌畫進行。 法 國 1998 年 10 月 1.1999 年開始較大規模的試播。 2.2000 年決定數位電視地面廣播的傳輸標準。 3.法國的數位衛星直播服務非常成功，造成對數位電視地 面廣播服務較不熱衷。 德 國 1998 年 3 月 1.2000 年底先分區開播。 2.在 Niedersachsen、Bremen、Hamburg 與 Hannover 等地 區試播。 義大利 1999 年 1.1999 年 1 月完成頻道指配，RAI 與 Mediaset 取得頻道使 用權。
2.在 Turin、Palermo 與 Aosta Valley 等地進行試播。 波 蘭 未定 將提供 2 個免費頻道與 4 個付費頻道 愛爾蘭 未定 將提供 2 個免費頻道與 4 個付費頻道 奧地利 未定 奧地利政府囿於頻譜過於擁擠、類比傳輸需求大增、地勢 很難傳輸數位廣播等因素，尚無推廣數位電視地面廣播的 計畫，僅有公共電視台 ORF 正試圖說服政府相關單位， 重視此問題。 日本發展概況 日本於 1997 年 9 月 24 日公佈數位地面廣播傳輸方式草案，並於 10 月下旬 公佈數位地面廣播暫訂的相關規格，而且強調數位地面廣播的靈活性服務，所以 衍生出數位廣播整合服務的觀念(Integrated Service Digital Broadcast-Terrestrial， ISDB-T)。 因日本經濟正處於蕭條之際，對於廣播業者而言，數位電視地面廣播需要龐 大的設備投資，為了減輕廣播業者的負擔，並有充足的時間來規畫與測試，所以 日本郵政省決定延後數位電視地面廣播開播的時間，由原先預定的 2000 年延後 至 2003 年。 日本於 1998 年 11 月 11 日在東京地區，經由東京鐵塔發射訊號，開始數位 電視地面廣播試播。目前計畫先進行 1 至 2 年的試播，希望在 2003 年能先在東 京、大阪及名古屋等地區開始區域開播，並至 2006 年能開始全國廣播，而於 2010 年全國數位電視地面廣播收視率達 85%以上時，同時結束類比電視地面廣播，若
2010 年日本全國數位電視地面廣播收視率無法達到 85%，則最多延至 2012 年必 需終止類比電視地面廣播，日本開播時程如表 1.1.1.6。 表 1.1.1.6：日本數位電視地面廣播時程表(資料來源：日本 NHK，工研院電通所 ITIS 計畫整理) 時 程 工作項目 1997 年 9 月 公佈傳輸方式草案 1997 年 6 月至 9 月 進行工程測試 1998 年 9 月 公佈傳輸標準 1998 年 11 月 透過東京鐵塔開始試播 1998 年底 頻道指配與確定執行策略 1999 年春季 開始在七大城市試播 2003 年 在東京、大阪及名古屋等地區開始區域開播 2006 年 開始全國廣播 2010 年 收回 NTSC 頻道（屆時有 85%數位電視地面廣播收視戶，最慢 也將於 2012 年收回 NTSC 頻道） 雖然東京地區已透過東京鐵塔開始數位電視地面廣播試播，但是由於東京鐵 塔高度僅有 333 公尺，所以日本電波塔計畫投資 450 億日圓，興建高 700 公尺的 「新東京鐵塔」，以因應 2003 年東京地區的數位電視地面廣播正式開播，該鐵塔 若興建完成，將成為全球最高的鐵塔。 中國大陸發展概況 中國大陸從 1994 年 11 月開始發展高畫質電視（HDTV）計畫，並統合 11 個部會與機構成立「高清晰度電視開發小組」，開始構思及草擬 HDTV 的發展策 略。 於 1996 年 7 月，高畫質電視計畫得到中國大陸政府當局的認可與支持，共 有原電子部、廣電部、教育部、交通大學、浙江大學、北京廣播器材廠、廣播科 學院…等，產、官、學、研 9 個單位正式加入該計畫，並決定將高畫質電視開發 計畫分為兩步驟，第一步驟為在兩年內先發展出雛型系統，第二步驟則是於 2000 年開始高畫質數位電視地面廣播試播。 經過各單位合作研發，終於在 1998 年 6 月開發完成中國大陸自製的第一台
高畫質電視雛型機系統，該系統並於 1998 年 9 月 9 日至 9 月 12 日，在北京中央 電視塔的電視廣播第 30 頻道，進行數位電視地面廣播試驗，此雛型系統不僅作 為技術測試平台，也將作為中國大陸高畫質數位電視地面廣播傳輸系統標準制訂 的參考。 目前中國大陸已開始試播設備的研製工作和系統標準的擬訂工作，但是其數 位電視地面廣播系統最後將採用何種標準，仍尚未定案。中國大陸廣電總局正在 準備進行各種標準的測試工作，除了從美國 ATSC 標準與歐洲 DVB 標準中擇其 一，作為其國家標準之外，也不排除發展自己的標準，以達到保護中國大陸產業 的目的。 中國大陸已於 1999 年 10 月於中國大陸中華人民共和國建國五十週年大慶 時，在幾個主要城市開始高畫質電視地面廣播試播，計畫於 2006 年開始全國廣 播。 台灣發展概況 我國早已在民國 87 年即已公告，數位電視將採用美規（ATSC）的標準，隨 著推出日期將近，五家無線電視台出現不同的聲音，要求採用歐規（DVB）標 準，因此行政院 NICI 推動小組要求交通部在 2001 年 6 月 10 日前，再次確認傳 輸標準。經由中華民國電視學會學術單位委託大同大學通訊研究所所主持之「數 位電視地面廣播傳輸標準美規(ATSC)與歐規(DVB-T)實地測試計畫」之比較後， 由於 DVB-T 在鬼影消除及行動接收等方面均明顯優於 ATSC 規格，因此更適 用於地狹人稠的台灣[5]。交通部電信總局於 2001 年 5 月 24 日決定將採技術 中立，但核發的頻率仍為 6 兆赫，由業者自行決定採用歐規或美規，目前台灣業 者將採用歐規之 DVB-T 為數位電視地面廣播標準。自 2001 年 12 月在西部地區 開始試播。表 1.1.1.7 為美規之 ATSC、歐規之 DVB 與日規之 ISDB-T 之綜合比 較。 表 1.1.1.7：數位地面廣播標準比較(資料來源：日本 NHK、美國 ATSC、歐洲 DVB， 工研院電通所 ITIS 計畫整理) 項 目 美國的 ATSC 歐洲的 DVB-T 日本的 ISDB-T 視訊(Video) MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2
視訊規格 (Video FORMAT) 1080i(30) 1080p(24/30) 720p(24/30/60) 480p(24/30/60) 480i(30) 1080i(25/30) 1080p(25/30) 576i(25) 576p(25) 1080i(30) 1080p(60) 720p(60) 480i(30) 480p(60)
音訊(Audio) AC3 MPEG(BC) MPEG-2(ACC) Multiplex MPEG-2 Systems MPEG-2 System +
TPS MPEG-2 System + TMCC FEC Trellis(2/3) + RS(208,188) Convolutional (1/2~7/8) + RS(204,188) Convolutional (1/2~7/8) + RS(204,188) 調變方式
(Modulation) 8VSB OFDM+PSK,QAM BST-OFDM+PSK,QAM Interleaving Time Frequency Time & Frequency
頻寬(Bandwidth) 6MHz 8MHz 6MHz Information rate 19.39Mbps 23.5Mbps 23.4Mpbs 鬼影(Ghost) △ ○ ○ SFN(single frequency network) ╳ ○ ○ 移動體接收 (Mobile) ╳ △ ○ 已決定採用的國 家(Video) 美國、加拿大、 南韓、阿根廷 歐洲各國、澳洲、紐 西蘭、臺灣 日本
二、研究目的
本計畫之目的為進行數位電視 DVB-T 標準之視訊接收解碼器之研究，包含 以下六個子計畫： 子計畫一、DVB-T 攜帶型數位電視之內藏式高效能接收天線設計與實 作(2/2) 子計畫二、DVB-T 數位電視射頻調諧器設計與實作(2/2) 子計畫三、DVB-T 數位電視解碼器之混合信號電路設計與實作(2/2) 子計畫四、DVB-T 系統之 OFDM 解調變器設計與實現(2/2) 子計畫五、DVB-T 數位視訊廣播系統之高效能數位運算核心的設計與 實現(2/2) 子計畫六、DVB-T 接收器通道解碼器之設計與實作(2/2) 計畫涵蓋的範圍為接收來自無線天線之 VHF/UHF 信號，解碼並輸出 LCD 或是 PDP 等平面顯示器所接收之 MPEG2 信號。本計畫由各子計畫開發個別之 晶片，最後因應市上場小型化與攜帶性之需求，進行 SOC 或是 SiP (System-in-Package) 之單晶片封系裝數統位電視的整合研究。本計畫預計開發之 個別核心晶片 (或 IP) 包括： VHF/UFH 隱藏式天線、RF 調諧器、OFDM 解 調器、Reed-Solomon 與 Viterbi 解碼器、高位元視訊 ADC 與 DAC、AGC、低 抖動 PLL 等視訊處理 IP。三、文獻探討
本部份分別就國外相關產業發展、國外學術界之研究狀況、國內相關產業發 展現況及 DVB-T 規格簡介說明如下： 國外相關產業界目前之發展： 以支援 DVB 規格之相關產品而言，目前市場上可查詢到之產品已經如下： 1. 數位電視：HiTOP [6]、國際 [7]、新力 [8]、日立 [9]等。2. 機上盒 (Set-Top-Box STB)：三星 DCATV 2300RC [10]、Digital World [11]、 富士[12]、摩托羅拉 [13]等。
3. 解碼晶片(DVB-T)：Zarlink [14]、飛利浦 [15]、OAK OTI-7000 [16]、LSI L64782 [17]、MOTOROLA MT92314 [18]、SONY CXD1973Q [19]、INFINEON SQC6100 terrestrial receiver for DVB-T [20]、PHILIPS TDA10045H DVB-T channel receiver [21] 等。值得注意的是依現行的產品來看，各廠商之產品不 是缺乏前端之混合訊號電路，就是後級採用成本較高之微處理機架構，甚至 採取多晶片之晶片組合作之設計。 由於 DVB 是歐洲所主導、發展之數位電視規格 [22]，因此相關產業及系統均 較台灣來得成熟 國外學術界之研究狀況： 目前國外學術界對於 DVB 之研究成果可說是十分豐碩，以 IEEE 來說， 與 DVB 相關之期刊就有超過三十篇以上之期刊發表，至 2002 年底為止與 DVB-T 相關所發表之論文共有 [23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、 [31]、[32]、[33]、[34]、[35]等。其中與 DVB-T 接收器有關的有 [23]、[24]、[29]、 [32]、[33]、[35]， [25]、[26] 則是分別與 DVB-S 與 DVB-C 有關、與 OFDM 相關的論文有 [27]、[28]、[30]，[31]、[34] 是以 DSP 來實現 DVB-T 接收器。 大部份的論文均為理論推導及觀念架構說明，針對 DVB-T 接收器實作出接收晶 片的只有 [23]、[31]、[32]、[35]。但是所有論文在實際測試結果部份則未能提 出十分令人滿意之量測結果。因此在實作方式顯然尚有改進之空間。 國內相關產業界目前之發展： 由於數位電視與傳統類比電視的分野主要在於視訊標準，亦即以往採用類比 訊號 (Analog) 傳輸，而數位電視採用數位訊號 (Digital) 傳輸的不同，而顯示介 面可採用傳統的 CRT、LCD 以及 PDP (電漿電視)，因此要觀看以數位訊號傳輸 的電視節目，必須要在電視機內部建有可解碼(Decoder)、視訊循序掃瞄 (Video De-interlace) 等 IC，或者內建 TV Tuner 的電視機等稱之。因此數位電視與傳統
類比電視的分界，並不在於顯示器的差別，而是在於傳輸訊號的差別，所以在硬 體廠商方面，涵蓋極廣，除原本在 CRT 電視機領域 (包括：SONY、Panasonic、 Toshiba、Sanyo、青雲、聲寶、大同等) 的廠商外，亦包括 LCD Monitor、LCD TV 領域的廠商，甚至是投影機廠商、背投電視廠商，另外電漿電視的廠商包括： LG、Samsung、Pioneer、台塑、大億科技、新寶、瑞軒、富士通、聲寶、華映、 精碟等等皆屬之[36]。 此外，由於數位電視之轉換並非一蹴可及，許多舊型的類比式電視均尚未面 臨使用年限，因此除了數位電視之商機之外，另一個可以發展之項目即為可介接 數位電視訊號給傳統類比電視之數位電視機上盒，目前投入數位電視機上盒開發 的廠商計有台灣松下、聲寶、東元、歌林、三洋、穎鴻、普騰傳訊、宏碁、泰山、 誠洲、神通…等，以台灣廠商製造技術的實力，於 2006 年 set-top-box 累計出 貨量可望超過 600 萬台。除了 set-top-box 外，地面數位電視廣播的推動也將帶 動週邊產品、應用及服務蓬勃發展，如電漿顯示器、前投式及背投式電視機、網 際網路服務、資訊廣播服務、物流服務及其他相關週邊。台灣可藉由地面數位電 視廣播之推動搶上世界視訊數位化風潮，進軍歐洲、中國大陸並擴大到東南亞其 他國家市場，開創數位視訊產業極大商機。 特別值得一提的是工研院電通所目前已完成 ATSC 地面數位電視接收機 [37]、 DVB-C 與 DVB-S 衛星數位廣播電視接收機 [38] 之開發，並且開放相關 技術轉移給業界公司。 DVB-T 簡介： DVB-T 系統主要是以地面廣播的形式傳送以 MPEG-2 編碼後之電視訊 號，因此必須將數位編碼過之傳輸串流經過一個適當的改編，以適合不同的地面 頻道特性。此需求導致了一個有彈性的傳輸系統，該系統所使用的是多重載波調 變 (Multi-Carrier Modulation) 方式，亦即所謂的 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) 技術，並且結合了相當強大的連鎖錯誤更正 (Concatenated Error Correction)。
為了在 UHF 頻帶上達到最大的頻譜效率，OFDM 技術在載波的數目上有 兩種選擇(MFN、SFN) ，三種調變組合 (scheme) (QPSK、16-QAM、64-QAM) 以 及不同的護衛間隔 (Guard Interval) 使得小型化與大型之單一頻率網路 (Single Frequency Network - SFN) 之運轉可行。在特定的範圍內，接收同一頻率，但來 自不同傳送站所傳輸之同一節目可以因而獲得助益。此外，若以頻寬需求為考 量，則較適合之通道間隔 (Channel Spacing) 為 8 MHz。但若有其它考量，在將 所有系統參數往下調整的前提下，亦可使用 6 或 7 MHz 之通道間隔。{註：台
灣即以 6 MHz 為頻寬}
於至連鎖錯誤更正則可以分成兩個區塊：外部編碼 (Outer Coding) 與外部 插入 (Outer Interleaving) 常見於衛星與纜線規格，而內部編碼 (Inner Coding) 則 常見於衛星規格。而 DVB-T 所用之規格則是內部插入 (Inner Interleaving)。
根據 DVB-T 之規格 [39]、[40]，整個 DVB-T 系統傳輸區塊架構如圖 1.1.1.1 所示，虛線部份為階層模式在 simulcast 模式中所必須用到之區塊 (隨後 將會解釋)。雖然在傳送端必需經由 Splitter 以提供兩組訊號來編碼傳播，但是 在 接 收 器 端 只 需 「 一 組 」 相 反 元 件 來 處 理 接 收 即 可 ， 這 些 元 件 為 ： inner de-interleaver、inner decoder、outer de-interleaver、outer decoder 與 multiplex adaptation。接收器端唯一需要的是在 demodulator/de-mapper 元件能夠有能力從 訊號來源選擇並產生合適的資料串流。以下將針對整個 DVB-T 規格所需之元件 規格作一整體描述： 圖 1.1.1.1: DVB 之訊號傳輸區塊 天線規格： DVB-T 所定義之天線規格分為固定式與可攜式兩種，其定義如下： 固定式：使用安置於屋頂之有向性接收天線 可攜式： Class A (戶外) - 天線之位置不得高於地面 1.5 公尺 Class B (地面、室內) - 1. 房間高度不得高於 1.5 公尺 2. 必須在對外之牆上有一個窗戶
此外，DVB-T 之規格中所詳述之頻率共有四個： Band I 65 MHz Band III 200 MHz Band IV 500 MHz Band V 800 MHz 因此主要目標將針對此四種頻率來設計固定式與可攜式天線，可攜式天線在 實際應用上有許多情況如戶外、室內、地下室、一樓、樓層等，甚至是一邊移動 一邊接收訊號皆有不同規格及實現方式。 射頻規格： DVB-T 系統依不同接收模態而對接收機設計要求從 2 dB 至 26 dB 之載波雜 訊比值(C/I)。根據[40]之規畫建議，在所有操作頻帶上，取五個不同 C/I 值，分 別為 2 dB, 8 dB, 14 dB, 20 dB 及 26 dB，在建議接收機雜訊指數為 5 dB 的條件 下，接收機最小輸入訊號功率(即俗稱之靈敏度)以及在 75 歐姆阻抗系統下所對 應之最小輸入訊號電壓如下表所示。由表 1.1.1.8 可知，5 dB 之雜訊指數建議值 以及相對於 C/I 值從 2 dB 至 26 dB 條件下所要求-128.2 dBW 至-104.2 dBW 之最 小輸入訊號功率，對接收機而言是相當嚴苛的設計條件，需嚴格管制接收機各級 射頻元件之雜訊始能達成。 表 1.1.1.8：接收機最小等效輸入訊號準位之規畫 [40] Frequency Band I, III, IV, V
Equivalent noise band width B[Hz] 7.6*1067.6*1067.6*106 7.6*106 7.6*106 Receiver noise figure F[dB] 5 5 5 5 5 Receiver noise input power Pn [dBW] -130.2 -130.2 -130.2 -130.2 -130.2
RF signal/noise ratio C/N [dB] 2 8 14 20 26 Min. receiver signal input power Ps min [dBW] -128.2 -122.2 -116.2 -110.2 -104.2
Min equivalent receiver input voltage, 75 Ω Us min [dBμV]
11 17 23 29 35
另外，由於 DVB-T 數位電視系統與傳統之類比電視系統 (PAL-I) 將共度 一段時期，接收機在設計上必須有抵抗 PAL-I 訊號干擾之能力，故 [40] 中有 保護比例 (Protection ratio) 之規畫。所謂保護比例即 DVB-T 訊號準位與 PAL-I 干擾訊號準位之比值，[40] 所列之建議值如表 1.1.1.9 所示。由表可知 DVB-T 接 收 機 必 須 承 受 來 自 鄰 近 通 道 之 PAL-I 干 擾 訊 號 準 位 大 於 自 身 通 道 所 接 收 DVB-T 訊號準位 30 dB 以上之能力，以及同樣落於自身通道上之 PAL-I 干擾 訊號準位比 DVB-T 接收訊號準位大 10 dB 再減去所對應 C/I 之 dB 值。規範 亦有針對 DVB-T 接收訊號受同樣是 DVB-T 訊號干擾，以及 PAL-I 接收訊號 受 DVB-T 訊號干擾等情形建議適當保護比例。由這些保護比例建議值可知 DVB-T 系統要求接收機設計時需具備極優異之選擇度，同時也需嚴格管制接收
機各級射頻元件之交互調變失真始能達成。
表 1.1.1.9：針對 DVB-T 接收訊號受 PAL-I 訊號干擾情形所規畫之保護比例 [40] Wanted digital signal in channel N; Interfering digital signal in
channel
N-1 N N+1 Other
Minimum C/N Requireme
nt (dB)
C & T* C & T C & T C & T
2 -30 2 -30 -30 8 -30 8 -30 -30 14 -30 14 -30 -30 20 -30 20 -30 -30 26 -30 26 -30 -30 多重頻率網路： 當 DVB-T 傳播網路在架設時，每一個傳播站台使用不同的頻率來傳播 DVB-T 訊號，此即為多重頻率網路 (Multifrequency Network - MFN)。此種方式 在管理部門想要重複使用部份或是全部類比頻譜時常被考慮到。 單一頻率網路： 在類比電視傳播中，若有信號延遲則會造成鬼影現像。但是在 COFDM 接 收器的幫忙下，數位電視將不會有此情況發生。當有適當的頻率、足夠長的護衛 間隔 (Guard Interval) 的話，在某個區域，甚至是整個國家裡面，使用單一頻率 來傳播數位電視是可能的。此種方式稱為單一頻率網路 (Single Frequency Network – SFN)，單一頻率網路技術可以被用來小規模的傳播，或者甚至在房子 裡使用以提供可攜式的接收。 護衛間隔： 傳統類比電視中最常見的問題即是因電視訊號反射之干擾而產生的鬼影 (Ghost) 現象，又稱為回音現象 (Echo)。為了解決這個問題，數位電視以插入護 衛間隔 (Guard Interval) 的方式，將鬼影現象消除。護衛間隔的長度並不固定， 主要取決於其應用上。以單一頻率網路來說，護衛間隔的長度是由兩個相鄰傳送 站 (transmitter station) 之距離所決定。經由模擬顯示，至少 200 us 長度的護衛 間隔可以滿足大面積之單一頻率網路。 愈長的護衛間隔可以補償愈長的回音現象，然而，愈長的護衛間隔其資料重 複性亦愈高，隨之而來的缺點是可傳遞的資料量 (bit-rate) 變少。由於護衛間隔 在 OFDM 訊號中並未傳送有用的資訊，因此，為了讓資料重複性降低，護衛間 隔必須較有用的資料間隔短。總之：較長的護衛間隔適用於特定遠距離傳送站之
網路中，舉例而言：以國家為單位之單一頻率網路。而較短的護衛間隔適用於地 域性或本地廣播傳輸。 編碼率： 為了調節不同的傳輸率，DVB-T 有五個編碼率 (Code Rate)，分別為： 1/2、2/3、3/4、5/6、7/8。 1/2 的編碼率有最高的資料重複性，具有最高的資料安全性。此種模式使用 在受到強烈干擾的頻道上。而 7/8 的資料重複性最低，因此用於低干擾之頻道 上。 2K/8K 模式： 在 DVB-T 的傳輸裡又分為 2 種模式：2K 模式與 8K 模式。2K 模式適 用在單一廣播站操作並且在有限廣播站間距之小型 SFN 網路中，而 8K 模式則 以下兩種情況均適用：單一廣播站與小型或大型之 SFN 網路。 調變組合：
OFDM 使用三種非差動調變 (Non-differential Modulation)，分別是 QPSK (Quaternary Phase Shift Keying)、16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation)、 64-QAM。16 與 64-QAM 又可以單一 (uniform) 或是非單一 (non-uniform) 之 對應規格，如此一來輸入資料串流可以被分割成使用低與高優先性資料串流，這 些 資 料 串 流 有 著 不 同 的 錯 誤 保 護 ， 其 目 的 是 階 層 傳 輸 (Hierarchical Transmission)，這種特性使得以不同錯誤保護的不同節目可以同時廣播。
所有在 OFDM 頁框 (Frame) 中的資料均是以 QPSK、16-QAM、64-QAM、 non-uniform 16-QAM、non-uniform 64-QAM 其中一種之星座圖 (Constellation) 調變的。這些星座圖與其格雷對應 (Gray Mapping) 方式如圖 1.1.1.2、圖 1.1.1.3、 圖 1.1.1.4 所示。此外星座圖的精確比例取決於參數α，其值為 1、2、4 其中之 一，其意義為星座圖中相鄰兩點之最短距離，如圖 1.1.1.2、圖 1.1.1.3、圖 1.1.1.4 中之α值所示。
圖 1.1.1.2：QPSK、16-QAM 與 64-QAM 對應與相對應之位元圖樣 (α=1 之階層式)
圖 1.1.1.3：QPSK、16-QAM 與 64-QAM 對應與相對應之位元圖樣 (α=2 之階層式)
圖 1.1.1.4: QPSK、16-QAM 與 64-QAM 對應與相對應之位元圖樣 (α=4 之階層式)
