由欧洲数位视讯广播技术发展组织（Digital Video Broadcasting Project；DVB）所提出之手持式数位视讯广播（DVB-Handheld；DVB-H）技术规格，已于2004年中迈入验证与标准化程序。以地面数位视讯广播（DVB-Terrestrial；DVB-T）传输技术标准为基础，DVB-H可以满足手持式装置所需之低功耗、高移动性、共通平台与网路切换服务不中断等功能。此外，未来可藉由行动通讯网路与DVB-H广播网路之整合提供使用者更多样化的内容与互动式服务。本文将针对DVB-H的关键技术作一概括性的介绍。

何谓DVB（What is DVB）

欧洲地区的数位广播系统技术架构主要是由欧洲数位视讯广播技术发展组织所制定，而DVB相关的标准（Standards）、建议（Recommendations）和建置指引（Implementation Guideline）是由欧洲广播联盟（European Broadcasting Union；EBU）和欧洲电信标准协会（European Telecommunication Standard Institute；ETSI）在1993年开始制定。 (图一)所示为DVB-T和DVB-H针对不同的应用所做的区隔。

《图一 DVB-T/DVB-H针对不同应用所做的市场区隔》

整个DVB相关的规范可以区分为下列四个主要的群组：

DVB-H要在全球大量推出事实上还有许多困难必须克服，主要是在法规以及频谱的分配上，由于各国政府对于行动电视的应用和运作的想法不尽相同，要取得共识让全球的手机使用相同的规格目前看来还需要一些时间。目前在行动电视上有五个开放式的标准，如(图二)所示：

《图二 全球的行动电视标准》

DVB-H的规格（DVB-H Specifications）

自从ETSI于1997年正式颁布DVB-T为欧洲地面数位视讯广播传输技术标准以来，由于DVB-T采用编码正交分频多工（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing；COFDM）之多载波调变技术对于多重路径反射效应具备有效的处理能力，因此大多数国家已采用DVB-T系统布署其地面数位视讯广播网路。

DVB-T当初的设计主要是针对固定与可携式接收应用，伴随「行动多媒体议题」之兴起，针对行动或手持接收装置应用之数位广播技术亦逐渐成为研究重点。基于DVB-T技术的研究中（例如MOTIVATE Project），早期是为了改善安装于车辆上的DVB-T接收机之行动接收性能，衍生出先进通道估测及利用双天线接收在作分集合并（diversity recombination）等技术，所付出的代价是较高的复杂度、硬体成本与功率消耗。当焦点进一步转向手持接收装置应用时，功率消耗立即成为一个关键问题。

DVB Project于2002年11月成立DVB-X工作小组（于2003年4月更名为DVB-H，其中H即表示手持式），目标是基于DVB-T系统研发适合手持接收装置应用之数位广播技术，其研究重点乃在解决前述的行动接收与接收机耗电两个问题，并且限制解决方案必须尽可能与DVB-T相容。该工作小组于2003年1月向DVB成员提出Call​​ for Technology（CFT），于同年4月将各家公司/研究单位所提出的解决方案组织成三种主要的系统方案，并于同年8月形成最终的DVB-H系统规格提交至DVB Technical Module（DVB-TM）审核。

2004年1月DVB-TM通过该规格并提交DVB Project审核，DVB Project立即于2月接受该规格并对外发布消息。 ETSI在2004年的11月对外正式公布DVB-H的标准。(图三)所示为DVB-H系统架构之概念图，该系统乃基于DVB-T之实体层新增4K mode，于资料链结层新增时间切片（Time-Slicing）与多重协定封装－前向纠错（Multi-Protocol Encapsulation－Forward Error Correction；MPE-FEC）两项技术分别有助于节省功率消耗与提升移动接收性能，且规范其网路层资料必须为网际网路协定（Internet Protocol ；IP）封包，并增修传输参数训令（Transmission Parameter Signaling；TPS）规范以传送DVB-H 服务模式下的相关参数。

《图三 DVB-H发射系统架构图》

值得一提的是DVB Project对于DVB-H此一新技术在标准化程序中所采取的策略非常有趣，为了避免与原有的DVB-T标准形成自家相残的局面，DVB Project以cookbook的形式向ETSI提出DVB-H核心规格(图四)，其中所需的各项新技术元件则以新增主文或附件方式并入既有的标准文件中进行改版。除了Implementation Guidelines以外，图四中的各项改版文件皆已于2004年11月通过ETSI审查并公布为正式标准。

《图四 DVB-H标准的关系图》

DVB-H接收系统（DVB-H Receiving System）

DVB-H的接收系统是由三个部份所组成：调谐器（Tuner）、频道解调器（Demodulator）和来源讯号解码器（Source Decoder）。

调谐器

调谐器是将DVB-H的射频讯号降频至基频讯号。这个元件的规格相当具有挑战性，同时他也是影响整体系统效能的关键。虽然截至目前为止还有许多国家尚未解决频谱分配的问题，但可以确认的是目前将至少会使用两个不同的频段；一个用在美国，另一个则是使用在欧洲地区。

频道解调器

频道解码器可以将DVB-H的讯号解调成一个串流讯号（Streaming），此一硬体区块是由几个功能所组成：类比至数位转换器（有些Tuner已经将ADC内建在其中）、频道校正、COFDM解调器与前向错误校正（FEC）等。 Demodulator还处理DVB-H的时间分割与多重协定封装（MPE）等。

来源讯号解码器

来源讯号处理器可以是纯软体或是搭配硬体解码的方式实现，此功能是针对未经处理的频道资料进行解码，取得其中所包含的视讯或音讯串流（Video/Audio Streaming），同时也支援选用的DRM解密功能。 DVB-H极有可能选用两种主要的编码方式：H.264或MPEG-2。一般的DVB-H晶片组并不会包含来源讯号解码器，在手机中主要是透过基频晶片处理器（Baseband）或是应用处理器（Application Processor；AP）来扮演来源讯号解码器的部份功能。大幅度的采用硬体处理的方式可以降低功率消耗并减轻手机内微处理器的计算负担。

(图五)所示为DVB-H接收系统的区块图。在Tuner部分是采用飞斯卡尔（freescale）的Frodo MC44DC02直接转换解调器（Direct-Conversion Tuner）、DiBcom Direfly DiB7700的频道解码器并利用PDA的AP来做来源讯号的解码。

《图五 DVB-H接收系统的功能区块图》

DVB-H传输技术(DVB-T Transmission Technique)

本节将介绍应用在DVB-H中的几项创新技术：

Time-slicing

在数位广播中单一频道内可以包含多个节目内容或服务：在发射端先利用多工器（multiplexer）将多个视讯、音讯与数据资讯流汇集成单一传输流（Transport Stream；TS），再将此TS经调变后发射出去。在DVB-T系统中是在位元传输率（bit rate）的维度上切割，将总系统容量分配给频道内的各个节目使用。在接收端若使用者欲收看某一节目，接收机之前端电路（front-end）必须全时运作以解出完整的TS，再藉由解多工器抽取其中使用者所选定节目之视讯、音讯与数据资讯流，并分别送到视讯解码器、音讯解码器及其它应用程式进行处理。若从功率消耗的角度来看，这样的资料流安排并非一个有效率的方式，典型的DVB-T接收机之前端电路所需之功率消耗平均约为1W。

利用时间切片的技术可以降低接收机的功率消耗，让手机充电一次就能观看8小时以上的节目。在DVB-T中，资料的传输是以固定且较低的资料率来传输资料串流；在DVB-H则是使用高资料率的丛发（Burst）来传输资料串流，如(图六)所示。

《图六 DVB-H时间切片技术的概念》

Service 1,2和3是利用高资料率的丛发来传输，代表DVB-H的服务。在接收机若使用者欲收看某一节目，接收机只在需要的丛发开启时接收讯号，大部分时间则处于off状态，因此达到省电目的。为了能让接收机预测相同节目的下一个丛发的开启时间，在每个丛发所携带的资讯时都会携带下一个丛发的起始时间资讯（以相对时间差delta-t来表示）。 Delta-t并不会受到传播时间延迟（propagation time delay）的影响，因为delta-t是代表相对时间而不是绝对时间。利用delta-t相对时间的观念可以省略调接收机和发射机间同步的需求。 (图七)显示在时间切片的架构下DVB-H接收机的开关状态。

《图七 在时间切片的模式下DVB-H接收机的开关状态》

Delta-t的值是配置在丛发内每一节的标头档（Header）内，只要在一个丛发内的任一节的标头档被解出接收机就能知道何时必须开启接收下一个丛发。此技术理论上平均可节省90％功率消耗（实际之省电效率视系统容量、服务所需之位元传输率以及硬体效能而定），在DVB-H核心规格中明言此项技术是必要之技术。

在图六中的Service 4代表DVB-T的服务，它是利用固定且较低的资料率来传输连续的资料串流。此外，节目特定讯息（Program Specific Information；PSI）和服务讯息（Service Information；SI）表也是利用连续的资料串流来传输。

MPE-FEC

严格地说，DVB-T不具备时间交错（Time-interleaving）的能力，无法容忍持续几微秒之连串错误，这使得DVB-T接收机对时变衰减通道与脉冲杂讯（Impulse Noise）的容忍力较差。脉冲杂讯主要是由工业设备、行进车辆、家电和高压电线所产生。

为了提升在移动环境中的接收性能，DVB-H系统在资料链结层上增加一道FEC编码保护机制，对欲传送的IP资料以Reed-Solomon（RS）编码器进行编码，并配合Time-Interleaving将编码后的资料于时域上交错送出。

如(图八)之概念图（确切的讯框架构中，行的个数为固定的191 + 64 = 255，列的个数则是一可变参数）所示，MPE-FEC之技术是将IP资料依序写入记忆装置中，其中每一格的单位为位元组，其编码方式为对每一「列」​​个别执行RS（255,191,64）编码，如此可产生64行的RS位元组，再以「行」为顺序依次输出资料位元组（被包装成MPE section）与RS位元组（被包装成FEC section），使得原本彼此形成codeword的各个位元组分散在时间轴的各处，达到Time-Interleaving的效果。若藉由在编码程序中塞入零位元组及选择欲传送的FEC section多寡，此MPE-FEC编码技术可以弹性地调整编码率及codeword长度。

《图八 MPE-FEC编码的概念图》

此外，配合在MPE/FEC section中使用的循环冗余较验（Cyclic Redundancy Check；CRC）侦错功能所提供的额外资讯，此MPE-FEC对应之解码器最多可更正64个位元组的错误（对每一列而言）。利用MPE-FEC的编码架构提供额外的编码增益（Coding Gain）来提高载波对杂讯的比值（Carrier-to-Noise Ratio；CNR）并对抗因移动所造成的都普勒效应（Doppler Effect）的影响。此技术初步被验证可达到与使用双天线接收技术等效之性能，其缺点在于接收机将增加硬体成本、运算量与功率消耗用于MPE-FEC解码，在DVB-H核心规格中将此项技术列为可选用之技术。

4K Mode & In-Depth Interleaver

DVB-T中规范了2K与8K mode两种传输模式，8K mode相较于2K/4K mode来说具有4/2倍子载波（Sub-Carrier）数，因此它需要较多的记忆体来进行交错。 8K mode处理多重路径反射效应的能力较强（OFDM符码之前辍护卫间隔较长），可提供较广的电波覆盖范围因而降低网路建构成本，但其行动接收性能却较差（子载波在频域之间隔较近）；2K mode的特性则恰好与8K mode相反。在DVB-H 中新增的4K mode提供了兼顾移动性与网路覆盖范围的折衷选择。另一方面，新增的in-depth interleave则善用8K mode interleaver的记忆体，将2K/4K mode符码交错器（Symbol Interleaver）的深度提高为四倍/二倍。在2K mode时，In-Depth Interleaver是使用连续的4个符码；在4K mode时，In-Depth Interleaver是使用连续的两个符码。如此可提供2K/4K mode更强的符码交错能力以抵抗脉冲杂讯并改善在衰落通道（Fading Channel）中的接收。 (图九)所示为如何利用DVB-T 8K mode交错器（Interleaver）的记忆体来操作2K/4K mode的交错。

《图九 利用8K mode交错器的内存来执行2K/4K mode的交错》

由于4K mode与in-depth interleaver技术影响实体层规范故与DVB-T系统不相容，仅能使用在专为DVB-H规划的系统中，因此在DVB-H核心规格中将此项技术列为可选用之技术。此外，由于基础建设网路之规划与所采用的传输模式有直接关联性，故若既有的DVB-T网路业者（目前英国以外都采用8K mode）未来欲采用新增的4K mode提供DVB -H服务，除了必须升级其发射端设备，其对应之基础建设网路也必须重新规划。

FFT Size

在OFDM中FFT Size指定了子载波的数目。 DVB-T支援2K和8K mode，分别相对应于2000个和8000个子载波。在2K mode中子载波的间距是8K mode的四倍，因此可以容忍较大的Dppler频率位移，因此2K mode较适合于高速移动的环境中。 8K mode的特色在于其覆盖范围较大，较大的覆盖范围是由于在8K mode时符码的周期是2K mode的四倍，因此8K mode时发生符码间的干扰（Inter-Symbol Interference；ISI ）的机率较低。除了2K和8K mode之外，DVB-H另外提供了4K mode的操作，4K mode的性能主要是介于2K mode和8K mode之间。

Modulation Scheme

DVB-T和DVB-H支援各种不同的调变架构，包含：QPSK、16-QAM和64-QAM。越低阶的调变架构（例如QPSK），提供较低的传输资料率但是却有着较强健的讯号；越高阶的调变架构（例如64-QAM），提供较高的传输资料率但是却有着较弱的讯号。

DVB-T/H标准也支援阶层式（Hierarchical）的调变架构，在此架构之下可以将两个具有不同服务需求的DVB非同步序列介面（DVB-Asynchronous Serial Interface；DVB-ASI）串流传输在相同的RF频道上面。在此一状态之下，调变的格式必须为16-QAM或64-QAM。 16-QAM或64-QAM符码的两个MSB代表着高优先权的服务并映射至QPSK。 16-QAM的两个LSB和64-QAM的四个LSB代表着低优先权的服务，这2/4个位元会分别映射至QPSK和16-QAM。Alpha值代表着星座图原点的位移；当alpha值为1时代表着原点无位移（一般的星座图），alpha值可以是2或4代表着非均匀的星座图。 (图十)(a)为64-QAM的架构其alpha值为1，图十(b)为64-QAM的架构具有alpha值为4。

《图十 DVB-H所支持的阶层式调变架构》

Alpha代表着高优先权串流对低优先权串流保护能力的比值。图九绿色的点代表着来自高优先权服务的两个位元的星座点，这两个位元会决定每一个符码的象限。 Alpha值越高代表着不同象限间符码之间的距离增加，亦即增加高优先权服务的强健度。增加alpha值虽然会增加高优先权服务的强健度，另一方面会降低在相同象限内符码间的距离使得接收机较难区别符码，因此降低了低优先权服务的强健度。

Code Rate

DVB-T/H标准所支援的编码速率（Code Rate）从1/2到7/8，编码速率代表着有效的位元率对整个位元率的比值。越高的编码速率代表着越佳的通道品质，亦即较少的保护位元；越低的编码速率代表着越差的通道品质，较多的保护位元。

Guard Interval

为了提供额外的强健度，DVBT/H标准定义了保护区间（Guard Interval），长度范围从1/4到1/32符码的周期。保护区间是用来对付ISI，而ISI主要是因为多重路径传输对相同讯号造成不同的时间差在抵达接收机时造成ISI的干扰。插入保护区间意味着将符码末端的部份复制并配置在符码的起始，用以增加冗余。保护区间的长度会决定有多少资讯会被复制并配置在符码的开头。较长的保护区间会增加训号对抗ISI的能力，但会占用较大的位元造成有效的资料率降低。(表一)摘要整理各种传输模式下的一些关键参数。 （作者任职于MStar Semiconductor晨星半导体）

下期预告:本期针对DVB-H传输技术金行概略性的介绍，下期将接续以DVB-H调变器（Tuner）为重点，深入介绍其技术重点与内容，敬请期待。