中国地面数字电视传输标准介绍-上海交大.ppt

中国地面数字电视广播标准的技术要点、主流应用、产业基础,上海交通大学上海高清数字科技产业有限公司2006年12月19日,报告提纲,地面数字电视广播业务与技术需求地面数字电视广播标准介绍国标接收技术介绍及固定覆盖性能国标接收技术实现指南国标接收技术的主流应用国标接收技术产业化进程国标接收技术专利策略,一、地面数字电视广播业务与技术需求,我国现有电视收视群体分布,模拟有线电视约1.26亿户城市及东部沿海，节目50套，清晰,卫星数字电视少量用户,模拟地面电视约2/3，约2.2亿户城郊及中西部地区，节目250km/h,地面数字电视广播系统关键技术需求,覆盖范围要求：接收系统的灵敏度指标：决定覆盖范围能力的基本指标。灵敏度越小意味着能够有效地覆盖相同的面积的发射功率越小；发射信号峰均比指标：决定对发射机峰值功率的要求。该指标是实现上述用较小功率数字信号发射来简单替换原有模拟覆盖的重要因素，也是用同等发射功率来有效扩大覆盖的有利因素。抗信道衰落能力：在恶劣（频率选择性衰落）、动态（时变）信道情况下，数字电视接收系统的灵敏度指标会有一定的恶化，甚至引起接收无条件失败。特别在单频网环境中，将增加恶劣多径的可能性；在实验室中，常以抗多径的强度和长度能力来检验接收机抗恶劣信道能力；在瑞利信道下，以可承受的最大多普勒速度来评判接收系统动态能力。频率规划要求：抗模拟同/邻频干扰能力、抗数字同/邻频干扰能力高低将决定频谱规划的有效性，以及能否提高频谱的利用率。,二、中国地面数字电视广播标准介绍,地面数字电视系统组成,有线/卫星节目源,数字信号源,编码器复用器,数字发射系统,地面调制,地面发射,数据业务,数字电视接收系统,地面解调,信源解码,数字电视显示,发端调制技术,收端解调技术,独立显示,天馈、发射塔,本地节目,一体显示,调谐器,SFN/MFN地面广播覆盖网,地面数字电视国标技术特点,使用能实现信道估计与均衡的PN序列作为帧头使用先进的信道编码抗衰落的系统信息保护,地面数字电视国标发端系统框图,地面数字电视国标发端系统框图,为了保证传输数据的随机性以便于传输信号处理，输入的数据码流数据需要用扰码进行加扰。,地面数字电视国标发端系统框图,前向纠错编码由外码（BCH码）和内码（LDPC）级联实现，采用了三种不同的码率以满足各种服务需求，并且为了降低实现成本，三种不同码率的前向纠错码使用同样的BCH码，同时LDPC码具有相同的结构，达到了硬件实现的资源共享。,地面数字电视国标发端系统框图,本标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、4QAM-NR。(1)4QAM与4QAM+NR的符号映射对应于高速移动服务业务的需求，可以支持标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和接收质量的服务需求。(2)4QAM、16QAM与32QAM符号映射可对应于中码率服务业务的需求，可以支持多路标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和频率资源利用的服务需求。(3)32QAM和64QAM符号映射对应于高码率服务业务的需求，可以同时支持高清晰度电视和多路标准清晰度电视的广播。,地面数字电视国标发端系统框图,本标准采用了时域符号交织技术以提高抗脉冲噪声干扰能力。时域符号交织编码是在多个信号帧之间进行的。数据信号的数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码。,地面数字电视国标发端系统框图,本标准采用了创新的帧信号结构。该结构是周期性的，以信号帧为基本单位，每个信号帧由训练序列、系统信息、帧体数据三部分组成。,地面数字电视国标发端系统框图,帧体数据块复接系统信息后，用C个子载波调制。有两种工作模式：C=1或C=3780。在载波数C=1模式下，作为可选项，对帧头和帧体经过组帧后形成的基带数据在0.5符号速率位置插入双导频。在载波数C=3780模式下使用频域交织，将调制星座点符号映射到帧体包含的3780个有效载波上。,地面数字电视国标发端系统框图,基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦（SquareRootRaisedCosine，SRRC）滤波器进行基带脉冲成形。SRRC滤波器的滚降系数为0.05。,三、国标中接收技术介绍及固定覆盖性能,国标交大接收技术介绍,交大接收技术基础：简洁有效的数据结构：数据结构以“帧”为基本单元，包括帧头（确知信息）、加强保护的系统信息、经高效编码保护的数据信息。帧头应该选择具有伪随机特性的序列（PN），插入的周期应该在500微秒到1毫秒之间，序列长度应大于判决反馈均衡器的级数，这样既保证了传输效率，又能够提高抗信道动态衰落的能力。正交序列联合扩频序列的方式来保护传输中的系统信息高效信道编码方案与低阶星座映射的结合基于双导频及已知序列的同步技术改进的均衡接收技术,已实现的国标参数介绍,帧体数据处理：C=1或C=3780典型帧头格式为PN595，该种格式结构简单，更适合快速同步与均衡，并且保证了低的峰均比三种信道编码码率（0.4、0.6、0.8）均可支持，同时也提供了仅使用0.8码率编码就可以支持高、中、低码率传输的可能，大大减少了芯片复杂度，有利于成本的降低4QAM-NR调制模式更适合超高速的移动接收4QAM调制方式提供更高码率（10.396Mbps）的移动接收16QAM调制模式可以支持更低接收门限的高码率固定接收32QAM调制模式能提供更高码率（26Mbps）的固定接收2种交织方式均可支持正交序列联合扩频序列的方式来保护传输中的系统信息双导频插入，更利于同步捕获，同时支持无双导频,部分适合固定覆盖应用的国标模式,国标系统技术性能,接收灵敏度：,注：测试值越小，表示接收机的接收灵敏度越高。以上的测试结果完全可以满足数字电视地面传输的覆盖范围要求，其性能与目前已有的其它数字电视地面传输标准相比，在传输相近的数据率时有3dB到6dB的优势。,上海东方明珠单点覆盖,经对比，交大方案用一塔发射就能超过欧洲标准用四塔组网发射的覆盖效果！,同频保护率,均衡LMS算法能够驱动均衡器成为窄带凹陷的滤波器，保证均衡输出的信号时“平”的。所以自适应的对付单频干扰。模拟电视信号实际就是3个单频信号。,注：测试值越小，表示系统的抗同频干扰能力越强。,上、下邻频保护率,均衡LMS算法能够驱动均衡器成为窄带凹陷的滤波器，保证均衡输出的信号时“平”的。所以自适应的对付单频干扰。邻频信号实际就是窄带信号。,注1：调制器输出未加滤波器；注2：测试值越小，表示系统的抗邻频干扰能力越强；从测试结果可以看出，国标的这些模式抗邻频性能已经达到启用邻频的要求,峰均比性能,注：测试值越小，表示系统对功率放大器的线性动态范围要求越低。值得注意的是，当采用PN420或者PN945作为帧头模式时，由于帧头功率加倍，单载波调制方式峰均比会有一定的恶化，但同时得到信道估计的3dB增益。,4QAM-NR可以支持高速移动接收,注：测试值越大，表示系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强。在使用UHF频段时，最大多普勒频移649Hz意味着约900公里的移动速度，而其它数字电视地面传输系统已公开的最多也只有150Hz左右。,430km/h,国标系统发端知识产权介绍(部分),共计14项专利覆盖整个发端系统,国标系统收端知识产权状况(部分),共计30项专利覆盖整个收端系统,四、国标接收机技术实现指南,接收机框图,地面数字电视射频信号经天线接收至高频头（Tuner），输出中频信号，该中频信号经AGC做自动增益控制后AD采样，采样率需至少满足2倍的中频带宽，即大于15.12Msample/s。该采样信号经过载波恢复、定时恢复后进入均衡器进行信道补偿和载波相位跟踪。均衡器恢复后的信号同时进行3780FFT。均衡输出和FFT的输出同时进行参考信息的提取和识别，用以判断发送模式，若是多载波信号，则选取FFT的输出进行信息处理；若是单载波的信号，则直接选取均衡和相位跟踪后的信号进行信息处理。信息处理部分包括卷积解交织、LDPC（BCH）解码以及解扰，输出TS流。,载波恢复,载波环路可以捕获的载波频率偏差约为/160khz。,定时恢复,定时同步同样可以用导频信号来实现。当不存在定时频率偏差时，对于2倍符号率（15.12M）的采样信号,其导频信号应准确的落在处，当存在采样频率偏差时，可以通过导频的偏移位置来纠正定时偏差,在导频不存在时，仍可以通过PN相关后，得到相关峰值的索引值得到定时偏差估计,均衡器,抽头更新方程：,LDPC解码与BCH解码,LDPC解码框图,BCH解码框图,五、国标技术的主流应用,广播事业与彩电产业的互动关系,四级办台,有线启动,省台上星,出口带动,广播数字化,美国彩电渗透率与广播业务的关系,电视机价格,时间,家庭渗透率,三大电视网开播NTSC,60年代中期,以上描述的结论是：必须广播先行！广播先行，先上什么业务呢？固定高清？移动高清？移动标清？固定标清？,数字电视新型业务模式的探索,数字电视新型业务模式,车载,便携,火车磁浮,手机,站牌楼宇,一、从1984年起的中央、省、市、县四级办格局；二、与国外电视相比，同时占用三种物理信道；三、同时具有喉舌功能和产业功能两个属性；因此：在设计地面广播业务模式时必须考虑：政治属性公益性特点和普遍服务原则产业属性可持续发展机制中国城乡二元结构决定了地面电视技术必须采用多种模式，要考虑中国大多数城乡居民的消费需求和能力（人均年可支配收入和文化消费比例）,中国广播电视的三个基本特点,2005年上半年全国广电收入分级构成,单位：亿元,中国农村电视基本状况,4.55万个5.85万部26亿元27.36万人4.84万个6.44万部414亿元58.18万人94916.2%47%,地面数字电视的主流应用,以上描述的结论是：根据对国家战略、国外经验、市场需求、广电现状、商业模式、技术特点的综合分析，地面数字电视的主流应用应该是解决我国大多数城乡居民的无线固定覆盖问题。,聚焦：,神州家家通是利用国标技术解决我国有线网没有能力覆盖的用户收看电视节目的新系统,中国地面数字电视广播市场增长预测,单位:百万用户,0.5,15.3,49.3,奥运拉动,全面应用,模拟关闭,国标地面数字电视市场规模,利用国标技术开展“神州家家通”业务的边界条件：1、系统可以支持邻频工作，对发射机不能提出极高要求；2、前期的产品是机顶盒，必须完全符合国标，但可以单模；3、运营商对接收机价格要求非常严格；4、终端产品由地方运营商选择制造企业。我们就是以上要求完成产业化准备工作的,六、国标技术产业化进程,交大地面数字电视产业化准备(芯片),ADTB-T数字电视地面广播接收解调芯片HD2802AHD2805A,VTP-I高清视频格式转换处理器HD1801A,VDP-II高清视频解码芯片HD2201A,国内领先,国际领先,国内先进,国家科技进步二等奖上海市科技进步一等奖上海市发明一等奖,完整的地面数字电视接收机芯片设计能力，包括信道接收机解调芯片、高清信源解码芯片、高清格式转换芯片、信源SOC芯片,交大地面数字电视产业化准备(芯片),数字电视地面广播接收解调芯片HD2802A,数字电视地面广播接收解调芯片HD2805A,数字电视地面广播接收解调芯片HD2805AQFP160,2004.50.11um半导体工艺传输效率高覆盖范围大大容量高速移动接收,2005.100.18um半导体工艺上海设计流片传输效率高覆盖范围大低成本解决方案,2005.80.18um半导体工艺上海设计流片传输效率高覆盖范围大低成本解决方案,国标接收解调芯片HD2806A,预计：2006.120.13um半导体工艺上海设计流片符合国标低功耗600mW覆盖范围大低成本解决方案,HD2806A（2006年Q4）：采用国标C=1/595模式，低码率模式5Mbps（4QAM-NR），中码率固定/移动模式10Mbps（4QAM），高码率固定模式20Mbps（16QAM）/25Mbps(32QAM),具备自动切换模式功能，A/D、PLL、PWM/PDM集成进芯片，外围主器件为Turner+16MBitSDRAM+VCXO。该芯片采用0.13um工艺（SMIC），功耗600毫瓦以内。HD2807A（2007年7月）在以上性能基础上，形成具备MEPG-2标清解码能力的SoC。HD2808A（2007年12月）实现最优的C1和最优的C3780的融合。,芯片开发计划,交大地面数字电视产业化准备(发射机),交大地面数字电视产业化准备(接收机),便携、家用、车载、标清、高清,交大地面数字电视产业化准备(系统方案),主要设备供应商及产业联盟：,信源：科学亚特兰大，汤姆逊等,发射机：上海明珠科技、意大利泰克诺、北广科技、日本莹电、德国罗德斯瓦茨、美国哈里斯、清华吉兆等,机顶盒：银河电子、天柏宽网、同洲电子、创维电子、海信电子、上广电、湘计算机、湖南德通等,CA：永新同方、中视联、算通、三洲迅驰、Irdedo等,系统的产业应用试验示范工程,移动,高清,固定,崇明岛：东西长80公里，南北宽13至18公里,“神州家家通”-上海崇明三岛覆盖,上海崇明无线数字电视用户,“神州家家通”-上海崇明三岛覆盖,“神州家家通”-上海崇明三岛覆盖,2005年3月19日，崇明农民向媒体反映，盼望看到更多电视节目,2005年10月，崇明完成技术试验，信号播出,“神州家家