由歐洲數位視訊廣播技術發展組織（Digital Video Broadcasting Project；DVB）所提出之手持式數位視訊廣播（DVB-Handheld；DVB-H）技術規格，已於2004年中邁入驗證與標準化程序。以地面數位視訊廣播（DVB-Terrestrial；DVB-T）傳輸技術標準為基礎，DVB-H可以滿足手持式裝置所需之低功耗、高移動性、共通平台與網路切換服務不中斷等功能。此外，未來可藉由行動通訊網路與DVB-H廣播網路之整合提供使用者更多樣化的內容與互動式服務。本文將針對DVB-H的關鍵技術作一概括性的介紹。

何謂DVB（What is DVB）

歐洲地區的數位廣播系統技術架構主要是由歐洲數位視訊廣播技術發展組織所制定，而DVB相關的標準（Standards）、建議（Recommendations）和建置指引（Implementation Guideline）是由歐洲廣播聯盟（European Broadcasting Union；EBU）和歐洲電信標準協會（European Telecommunication Standard Institute；ETSI）在1993年開始制定。(圖一)所示為DVB-T和DVB-H針對不同的應用所做的區隔。

《圖一　DVB-T/DVB-H針對不同應用所做的市場區隔》

整個DVB相關的規範可以區分為下列四個主要的群組：

DVB-H要在全球大量推出事實上還有許多困難必須克服，主要是在法規以及頻譜的分配上，由於各國政府對於行動電視的應用和運作的想法不盡相同，要取得共識讓全球的手機使用相同的規格目前看來還需要一些時間。目前在行動電視上有五個開放式的標準，如(圖二)所示：

《圖二　全球的行動電視標準》

DVB-H的規格（DVB-H Specifications）

自從ETSI於1997年正式頒佈DVB-T為歐洲地面數位視訊廣播傳輸技術標準以來，由於DVB-T採用編碼正交分頻多工（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing；COFDM）之多載波調變技術對於多重路徑反射效應具備有效的處理能力，因此大多數國家已採用DVB-T系統佈署其地面數位視訊廣播網路。

DVB-T當初的設計主要是針對固定與可攜式接收應用，伴隨「行動多媒體議題」之興起，針對行動或手持接收裝置應用之數位廣播技術亦逐漸成為研究重點。基於DVB-T技術的研究中（例如MOTIVATE Project），早期是為了改善安裝於車輛上的DVB-T接收機之行動接收性能，衍生出先進通道估測及利用雙天線接收在作分集合併（diversity recombination）等技術，所付出的代價是較高的複雜度、硬體成本與功率消耗。當焦點進一步轉向手持接收裝置應用時，功率消耗立即成為一個關鍵問題。

DVB Project於2002年11月成立DVB-X工作小組（於2003年4月更名為DVB-H，其中H即表示手持式），目標是基於DVB-T系統研發適合手持接收裝置應用之數位廣播技術，其研究重點乃在解決前述的行動接收與接收機耗電兩個問題，並且限制解決方案必須盡可能與DVB-T相容。該工作小組於2003年1月向DVB成員提出 Call for Technology（CFT），於同年4月將各家公司/研究單位所提出的解決方案組織成三種主要的系統方案，並於同年8月形成最終的DVB-H系統規格提交至DVB Technical Module（DVB-TM）審核。

2004年1月DVB-TM通過該規格並提交DVB Project審核，DVB Project立即於2月接受該規格並對外發佈消息。ETSI在2004年的11月對外正式公佈DVB-H的標準。(圖三)所示為DVB-H系統架構之概念圖，該系統乃基於DVB-T之實體層新增4K mode，於資料鏈結層新增時間切片（Time-Slicing）與多重協定封裝－前向糾錯（Multi-Protocol Encapsulation－Forward Error Correction；MPE-FEC）兩項技術分別有助於節省功率消耗與提升移動接收性能，且規範其網路層資料必須為網際網路協定（Internet Protocol；IP）封包，並增修傳輸參數訓令（Transmission Parameter Signaling；TPS）規範以傳送 DVB-H 服務模式下的相關參數。

《圖三　DVB-H發射系統架構圖》

值得一提的是DVB Project對於DVB-H此一新技術在標準化程序中所採取的策略非常有趣，為了避免與原有的DVB-T標準形成自家相殘的局面，DVB Project以cookbook的形式向ETSI提出DVB-H核心規格(圖四)，其中所需的各項新技術元件則以新增主文或附件方式併入既有的標準文件中進行改版。除了Implementation Guidelines以外，圖四中的各項改版文件皆已於2004年11月通過ETSI審查並公佈為正式標準。

《圖四　DVB-H標準的關係圖》

DVB-H接收系統（DVB-H Receiving System）

DVB-H的接收系統是由三個部份所組成：調諧器（Tuner）、頻道解調器（Demodulator）和來源訊號解碼器（Source Decoder）。

調諧器

調諧器是將DVB-H的射頻訊號降頻至基頻訊號。這個元件的規格相當具有挑戰性，同時他也是影響整體系統效能的關鍵。雖然截至目前為止還有許多國家尚未解決頻譜分配的問題，但可以確認的是目前將至少會使用兩個不同的頻段；一個用在美國，另一個則是使用在歐洲地區。

頻道解調器

頻道解碼器可以將DVB-H的訊號解調成一個串流訊號（Streaming），此一硬體區塊是由幾個功能所組成：類比至數位轉換器（有些Tuner已經將ADC內建在其中）、頻道校正、COFDM解調器與前向錯誤校正（FEC）等。Demodulator還處理DVB-H的時間分割與多重協定封裝（MPE）等。

來源訊號解碼器

來源訊號處理器可以是純軟體或是搭配硬體解碼的方式實現，此功能是針對未經處理的頻道資料進行解碼，取得其中所包含的視訊或音訊串流（Video/Audio Streaming），同時也支援選用的DRM解密功能。DVB-H極有可能選用兩種主要的編碼方式：H.264或MPEG-2。一般的DVB-H晶片組並不會包含來源訊號解碼器，在手機中主要是透過基頻晶片處理器（Baseband）或是應用處理器（Application Processor；AP）來扮演來源訊號解碼器的部份功能。大幅度的採用硬體處理的方式可以降低功率消耗並減輕手機內微處理器的計算負擔。

(圖五)所示為DVB-H接收系統的區塊圖。在Tuner部分是採用飛斯卡爾（freescale）的Frodo MC44DC02直接轉換解調器（Direct-Conversion Tuner）、DiBcom Direfly DiB7700的頻道解碼器並利用PDA的AP來做來源訊號的解碼。

《圖五　DVB-H接收系統的功能區塊圖》

DVB-H傳輸技術（DVB-H Transmission Technique）

本節將介紹應用在DVB-H中的幾項創新技術：

Time-slicing

在數位廣播中單一頻道內可以包含多個節目內容或服務：在發射端先利用多工器（multiplexer）將多個視訊、音訊與數據資訊流匯集成單一傳輸流（Transport Stream；TS），再將此TS經調變後發射出去。在DVB-T系統中是在位元傳輸率（bit rate）的維度上切割，將總系統容量分配給頻道內的各個節目使用。在接收端若使用者欲收看某一節目，接收機之前端電路（front-end）必須全時運作以解出完整的TS，再藉由解多工器抽取其中使用者所選定節目之視訊、音訊與數據資訊流，並分別送到視訊解碼器、音訊解碼器及其它應用程式進行處理。若從功率消耗的角度來看，這樣的資料流安排並非一個有效率的方式，典型的DVB-T接收機之前端電路所需之功率消耗平均約為1W。

利用時間切片的技術可以降低接收機的功率消耗，讓手機充電一次就能觀看8小時以上的節目。在DVB-T中，資料的傳輸是以固定且較低的資料率來傳輸資料串流；在DVB-H則是使用高資料率的叢發（Burst）來傳輸資料串流，如(圖六)所示。

《圖六　DVB-H時間切片技術的概念》

Service 1,2和3是利用高資料率的叢發來傳輸，代表DVB-H的服務。在接收機若使用者欲收看某一節目，接收機只在需要的叢發開啟時接收訊號，大部分時間則處於off狀態，因此達到省電目的。為了能讓接收機預測相同節目的下一個叢發的開啟時間，在每個叢發所攜帶的資訊時都會攜帶下一個叢發的起始時間資訊（以相對時間差delta-t來表示）。Delta-t並不會受到傳播時間延遲（propagation time delay）的影響，因為delta-t是代表相對時間而不是絕對時間。利用delta-t相對時間的觀念可以省略掉接收機和發射機間同步的需求。(圖七)顯示在時間切片的架構下DVB-H接收機的開關狀態。

《圖七　在時間切片的模式下DVB-H接收機的開關狀態》

Delta-t的值是配置在叢發內每一節的標頭檔（Header）內，只要在一個叢發內的任一節的標頭檔被解出接收機就能知道何時必須開啟接收下一個叢發。此技術理論上平均可節省90％功率消耗（實際之省電效率視系統容量、服務所需之位元傳輸率以及硬體效能而定），在DVB-H核心規格中明言此項技術是必要之技術。

在圖六中的Service 4代表DVB-T的服務，它是利用固定且較低的資料率來傳輸連續的資料串流。此外，節目特定訊息（Program Specific Information；PSI）和服務訊息（Service Information；SI）表也是利用連續的資料串流來傳輸。

MPE-FEC

嚴格地說，DVB-T不具備時間交錯（Time-interleaving）的能力，無法容忍持續幾微秒之連串錯誤，這使得DVB-T接收機對時變衰減通道與脈衝雜訊（Impulse Noise）的容忍力較差。脈衝雜訊主要是由工業設備、行進車輛、家電和高壓電線所產生。

為了提升在移動環境中的接收性能，DVB-H系統在資料鏈結層上增加一道FEC編碼保護機制，對欲傳送的IP資料以Reed-Solomon（RS）編碼器進行編碼，並配合Time-Interleaving將編碼後的資料於時域上交錯送出。

如(圖八)之概念圖（確切的訊框架構中，行的個數為固定的191 + 64 = 255，列的個數則是一可變參數）所示，MPE-FEC之技術是將IP資料依序寫入記憶裝置中，其中每一格的單位為位元組，其編碼方式為對每一「列」個別執行RS（255,191,64）編碼，如此可產生64行的RS位元組，再以「行」為順序依次輸出資料位元組（被包裝成MPE section）與RS位元組（被包裝成FEC section），使得原本彼此形成codeword的各個位元組分散在時間軸的各處，達到Time-Interleaving的效果。若藉由在編碼程序中塞入零位元組及選擇欲傳送的FEC section多寡，此MPE-FEC編碼技術可以彈性地調整編碼率及codeword長度。

《圖八　MPE-FEC編碼的概念圖》

此外，配合在MPE/FEC section中使用的循環冗餘較驗（Cyclic Redundancy Check；CRC）偵錯功能所提供的額外資訊，此MPE-FEC對應之解碼器最多可更正64個位元組的錯誤（對每一列而言）。利用MPE-FEC的編碼架構提供額外的編碼增益（Coding Gain）來提高載波對雜訊的比值（Carrier-to-Noise Ratio；CNR）並對抗因移動所造成的都普勒效應（Doppler Effect）的影響。此技術初步被驗證可達到與使用雙天線接收技術等效之性能，其缺點在於接收機將增加硬體成本、運算量與功率消耗用於MPE-FEC解碼，在DVB-H核心規格中將此項技術列為可選用之技術。

4K Mode & In-Depth Interleaver

DVB-T中規範了2K與8K mode兩種傳輸模式，8K mode相較於2K/4K mode來說具有4/2倍子載波（Sub-Carrier）數，因此它需要較多的記憶體來進行交錯。8K mode處理多重路徑反射效應的能力較強（OFDM符碼之前輟護衛間隔較長），可提供較廣的電波覆蓋範圍因而降低網路建構成本，但其行動接收性能卻較差（子載波在頻域之間隔較近）；2K mode的特性則恰好與8K mode相反。在DVB-H 中新增的4K mode提供了兼顧移動性與網路覆蓋範圍的折衷選擇。另一方面，新增的in-depth interleave則善用8K mode interleaver的記憶體，將2K/4K mode符碼交錯器（Symbol Interleaver）的深度提高為四倍/二倍。在2K mode時，In-Depth Interleaver是使用連續的4個符碼；在4K mode時，In-Depth Interleaver是使用連續的兩個符碼。如此可提供2K/4K mode更強的符碼交錯能力以抵抗脈衝雜訊並改善在衰落通道（Fading Channel）中的接收。(圖九)所示為如何利用DVB-T 8K mode交錯器（Interleaver）的記憶體來操作2K/4K mode的交錯。

《圖九　利用8K mode交錯器的記憶體來執行2K/4K mode的交錯》

由於4K mode與in-depth interleaver技術影響實體層規範故與DVB-T系統不相容，僅能使用在專為DVB-H規劃的系統中，因此在DVB-H核心規格中將此項技術列為可選用之技術。此外，由於基礎建設網路之規劃與所採用的傳輸模式有直接關聯性，故若既有的DVB-T網路業者（目前英國以外都採用8K mode）未來欲採用新增的4K mode提供DVB-H服務，除了必須升級其發射端設備，其對應之基礎建設網路也必須重新規劃。

FFT Size

在OFDM中FFT Size指定了子載波的數目。DVB-T支援2K和8K mode，分別相對應於2000個和8000個子載波。在2K mode中子載波的間距是8K mode的四倍，因此可以容忍較大的Dppler頻率位移，因此2K mode較適合於高速移動的環境中。8K mode的特色在於其覆蓋範圍較大，較大的覆蓋範圍是由於在8K mode時符碼的週期是2K mode的四倍，因此8K mode時發生符碼間的干擾（Inter-Symbol Interference；ISI）的機率較低。除了2K和8K mode之外，DVB-H另外提供了4K mode的操作，4K mode的性能主要是介於2K mode和8K mode之間。

Modulation Scheme

DVB-T和DVB-H支援各種不同的調變架構，包含：QPSK、16-QAM和64-QAM。越低階的調變架構（例如QPSK），提供較低的傳輸資料率但是卻有著較強健的訊號；越高階的調變架構（例如64-QAM），提供較高的傳輸資料率但是卻有著較弱的訊號。

DVB-T/H標準也支援階層式（Hierarchical）的調變架構，在此架構之下可以將兩個具有不同服務需求的DVB非同步序列介面（DVB-Asynchronous Serial Interface；DVB-ASI）串流傳輸在相同的RF頻道上面。在此一狀態之下，調變的格式必須為16-QAM或64-QAM。16-QAM或64-QAM符碼的兩個MSB代表著高優先權的服務並映射至QPSK。16-QAM的兩個LSB和64-QAM的四個LSB代表著低優先權的服務，這2/4個位元會分別映射至QPSK和16-QAM。Alpha值代表著星座圖原點的位移；當alpha值為1時代表著原點無位移（一般的星座圖），alpha值可以是2或4代表著非均勻的星座圖。(圖十)(a)為64-QAM的架構其alpha值為1，圖十(b)為64-QAM的架構具有alpha值為4。

《圖十　DVB-H所支援的階層式調變架構》

Alpha代表著高優先權串流對低優先權串流保護能力的比值。圖九綠色的點代表著來自高優先權服務的兩個位元的星座點，這兩個位元會決定每一個符碼的象限。Alpha值越高代表著不同象限間符碼之間的距離增加，亦即增加高優先權服務的強健度。增加alpha值雖然會增加高優先權服務的強健度，另一方面會降低在相同象限內符碼間的距離使得接收機較難區別符碼，因此降低了低優先權服務的強健度。

Code Rate

DVB-T/H標準所支援的編碼速率（Code Rate）從1/2到7/8，編碼速率代表著有效的位元率對整個位元率的比值。越高的編碼速率代表著越佳的通道品質，亦即較少的保護位元；越低的編碼速率代表著越差的通道品質，較多的保護位元。

Guard Interval

為了提供額外的強健度，DVBT/H標準定義了保護區間（Guard Interval），長度範圍從1/4到1/32符碼的週期。保護區間是用來對付ISI，而ISI主要是因為多重路徑傳輸對相同訊號造成不同的時間差在抵達接收機時造成ISI的干擾。插入保護區間意味著將符碼末端的部份複製並配置在符碼的起始，用以增加冗餘。保護區間的長度會決定有多少資訊會被複製並配置在符碼的開頭。較長的保護區間會增加訓號對抗ISI的能力，但會佔用較大的位元造成有效的資料率降低。(表一)摘要整理各種傳輸模式下的一些關鍵參數。（作者任職於MStar Semiconductor晨星半導體）

下期預告:本期針對DVB-H傳輸技術金行概略性的介紹，下期將接續以DVB-H調變器（Tuner）為重點，深入介紹其技術重點與內容，敬請期待。