（信号与信息处理专业论文）数字电视地面传输系统中关键技术的研究.pdf

摘要 摘要 数字电视地面传输系统中关键技术的研究 硕士研究生仇卉导师赵力教授 东南大学信息科学与工程学院 d t t b ( 数字电视地面广播) 是现有数字电视广播方式中的一种。它的传输是通过地面无线进行 的，其独具的简单接收和移动接收的能力，能够满足现代信息化社会所要求的“信息到人”的基本 需求。并且地面数字r 播可以在原普通模拟电视频道内播出完接的高清晰电视节目，使清晰度和声 音质量得到大幅改善，能最终实现真正的高清晰度电视。数字电视广播发展近十年来，卫星和有线 电缆广播的基本传输体制己确定，而地面广播由于传输环境恶劣，频谱资源有限，应用需求分散， 其标准在各国仍有极大的争议，因为目前没有一套标准能解决实际地面传输中的所有问题，因此数 字电视地面广播在许多方面都育很大的改进潜力。本课题对数字电视地面广播( d i g i t a lt e l e v i s i o n t e r r e s u i a lb r o a d c a s t i n gd t t b ) 系统中的芙键技术进行了研究。重点研究了d v b t 系统、d m b - t 系 统和中国新出台的标准。 d v b t ( d i s t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 是目前国际认可的数字电视地面广播标准之一，也是广播电 视业及多国数字地面电视接收测试中评价最高的地面电视广播标准。本课题基于欧洲d v b - t c o f d m 系统技术，研究了其信道估计和均衡技术，在基丁慑小二二乘( l s ) 信道估计算法的基础上 提出了改进的最小均方误差( m m s e ) 算法。接着提出了晟近插值、线性插值、高斯内插滤波、三 次样条插值咀及时域插值儿种信道插值方法，研究了基丁迫零准则羊晟小均方准则的信道均衡技术。 晟后对完籀的d v b t 系统流程做了一定的研究1 j 作，井根据d v b - t 标准做了系统建模仿真和分 析提出了对d v b t 系统的认识和优化思想。 地面数字多媒体电视广播( t a - r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i a t e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n g d m b - t ) 系统采 用了时域同步正交频分复用( t i m ed o m a i ns y n e h r o n o u s - o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t d s - o f d m ) 调制技术，并通过在帧头插入的p n 序列做系统的信道估计均衡和系统同步，同时也 可以担任保护间隔的作用。本课题分析比较了d m b t 系统跟d v b t 系统之间的差异，研究了p n 序列的特性井用p n 序列来进行信道 卉计和均衡，提出了改进的算法，并分析了他们之间的性能。 中国刚出台的地面数字电视传输标准最人的特点是融合了单载波调制和多载波调制，研制出具 有自己知识产权的核心技术，成功地避免了国外的专利。虽然增加了整机设计的复杂度，但为用户提 供了更多的选择，兼顾了多方面的利益。本课题在研究了单载波调制的特性的基础上提出了在频域 进行信道的与估计均衡，分析比较了它与o f d m 系统以及时域均衡算法的优缺点，仿真结果表明它 不但降低了计算复杂度而且具有较好的性能。 本课题研究了三套数字电视地面广播( d t t b ) 系统：d v b t 、d m b t 以及中国的标准对信 道编解码技术、交织技术、信道调制解调技术等均做了一定的研究，其中重点研究了无线传输中信 道估计与均衡技术。仿真缶| i 果表明，各算法均能达到预期的效果。 关键词l 地面数字电视广播，正交频分复用，p n 码，导频，信道估计，信道均衡，多载波调制， 单载波调制 a b s t r a c t r e s e a r c ho fk e yt e c h n o l o g yo fd i g i t a lt e l e s i o n t e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n gs y s t e m c a n d i d a t e ：q i uh u i ，s u p e r v i s o r ：z h a ol i d e p a r t m e n to f r a d i oe n g i n e e r i n g ，s o u t h e a s tu n i v e r s i t y , c h i n a d t l b ( d i g i 诅lt e l e v i s i o nt e l t e s t r i a lb r o a d o a s t i n 曲i so n eo ft h ep r e s e n td i g i t a lt e l e v i s i o n b r o a d c a s t i n gm o d e s w h i c hi st e r r e s 仃a lw i r e l e s st r a n s m i s s i o n a t i e rad e c a d eo fi n t e u s er e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n t , t h es t a n d a r d so fd i g i t a l r e l e v i s i o ns a t e l l i t eb r o a d c a s t i n ga n dd i g i t a lt e l e v i s i o n c a b l eb r o a d c a s t i n gh a v e b e e nc o n f i r m e d b u tt h es t a n d a r do fd i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a l b r o a d c a s t i n gs t i h a sd i s p u t a t i o n 。f o ri t st r a n s m i s s i o ne n v i r o n m e n ti sr a t h e ra w f u l ，i t ss i x c t r u m r a s o u r e ei sv e r yl i m i t e da n di t ss e r v i c er e q u i r e di sd i s p e r s e ，s oi ti sp o t e n t i a lt ob ei m p r o v e di n m a n y 撼c t s i nt h i sp a p e r , is t u d i e dt h ek e yt e c h n o l o g yo fd i g i t a lt e l e v i s i o n r e r r e s t h a l b r o a d c a s t i n ga n ds i m u l a t et h ed v b ts y s t e m 、d m b - ts y s t e ma n dt h ec h i n e s ed t t b s t a n d a r d d v b - t ( d i g i t a lv i d e nb r o a d c a s t i n g ) s p e c i f i c a t i o ni so n eo f t h ed t t bs t a n d a r d s i th a sb e t e r r e s u i t si nd i g i t a lt e l e v i s i o np r o g r a mt e r r e s t r i a lr e c e p t i o nt e s ta n dh a sg o o da p p r a i s e m e n ti nd i g i t a i t e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n gj n d u s t r y t h i sp a p e rb a s e do nc o f d mt e c h n o l o g yo fd v b ts y s t e m 。 r e s e a r c h e dt h ec h a n n e le s t i m a t i o na n de q u a l i z a t i o nt e c h n o l o g y t h ea d v a n c e dm i n i m u mm e a n s q u a r ee r r o rc h a n n o le s t i m a t i o na l g o r i t h mw a sp u tf o r w a r db a s e do nt h el e a s ts q u a r ec h a r m e l e s t i m 融i o na l g o r i t h m t h e nt h eu e a r e s t 、l i u e a r 、g a u s s 、c u b i c 、a n dt i m e - d o m a i ni n t e r p o l a t i o n m e t h o d sw e r ea p p l i e d ，n e x t ，t h ep a p e rr e s e a r c h e dt h ec h a n n e le q u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do n z e r of o r c ee d t e r i o na n dm m s ee r i t e r i o n a ti a s td i ds o m et e c h n i q u ei n s t r u m e n to fd t t bt ot h e w h o l ed v b - t 趼s t e ms t r u c t u r ea n ds y s t e mf l o wa n dp u tf o r w a r dm yo w ni d e a sa n do p t i m i z i n g a d v i c ea f t e rt h es t i m u l a t i o no f n o r m a id v b ts y s t e m d m b t ( t e r r t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i a r e l e v i s i o nb r o a d c a s t i v i g ) c o m m u n i c a t i o ns y s t e mu s e s t d s o f d m ( t i m e d o m a i n s y n c h r o n o u s - o a h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) m o d u l a t i o nt e c h n i q u e i nt h i ss y s t e mp s e u d o n i s e ( p n ) s e q u e n c e sa r ei n s e r t e da sg u a r di n t e r v a la n d s y n c h r o n i z a t i o ns y m b o l s t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fp ns e q u e n c e u s e di tt od o c h a n n e le s t i m a t i o na n de q u a l i z a t i o n p u tf o r w a r dt h ea d v a n c e dm e t h o da n dg a v et h es i m u l a t i o n r e s u l 乜a n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i s t h ec h i n e s ed ms t a n d a r d 协k e sb o t hm u l t i - c a r r i e r sm o d u l a t i o na n ds i n g l e - c a r r i e r m o d u l a t i o n , d e v e l o p e st h ek e yt e c h n o l o g yw i t hi t so w ni n t e l l e c t u a lp r o p e r t y , a v o i d i n gf o r e i g n p a t e n ts u c c e s s f u l l y i t8 d d st h ec o m p l e x i t yo fo v e r a l ld e s i g n b u tp r o v i d e st h eu s e r sm o r eo p t i o n s a n dm a k e sac o m p r o m i s eo fi o t e r e s t so fa 1 1 t h i sp a p 盯p u tf o r w a r dt h ec h a n n e ie s t i m a r i o na n d e q u a l i z a t i o ni nt h ef r e q u e n c yd o m a i l la c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fs i n g l e c a l t i e rm o d u l a t i o n , w h i c hn o to n l yr e d u c e st h ee o m p l e x i t yo f c o m p u t eb u ta l s oh a st h e 舟a o dp e r f o r m a n c e t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h ms e to f d i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n gs y s t e m s ：d v b - t 、 d m b ta n dc h i n e s ed t t bs t a n d a r d t h er e s e a r c hc o n t e n t s i n c l u d i n g ： c h a n u e l e n c o d i n g d e e o d i n g 、i n t e r l e a v e 、c h a n n e lm o d u l a t i o n d e m o d u l a t i o na n ds oo n b e s i d e s t h i sp a p e r f o c u s e do nc h a n u e le s t i m a t i o na n de q u a l i z a t i o nt e e h n o l o g y , w h i c ha r et h ek e yt e c h n o l o g yi nt h e w i r e l e s st r a n s m i s s i o n t h es i m u l a t i o nr e s u l 拓s h o w e dt h a te a c ha l g n r i t h mc a na c h i e v et h ed e s i r e d r e s u l t s k e yw o r d s ：d t t b ，o f d m ，p ns e q u e n e y , p i l o t 矗e q u e n c y , c h a n n e le s t i m a t i o n ， c h a n n e l e q u a l i z a t i o n ，m u l t i - c a r r i e r m o d u l a t i o n ，s i n g l e c a r r i e r m o d u l a t i o n i l 目录 附图目录 图表3 1 外交绞器及去交织器原理图1 0 图表3 - 21 2 码率的主卷积码。l o 图表3 3 三种导频形式。l l 图表3 - 4d v b t 系统的导频位置1 2 图表3 - 5d v b - t 系统的基带模型1 2 图表3 6l s 算法跟m m s e 算法比较1 4 图表3 - 7 二维线性内插滤波示意图1 5 图表3 - 8 实际信道响府与估计信道响应的比较。1 7 图表3 - 9 瑞利信道f 各种内插技术的比较1 7 图表3 1 0l s 算法跟l m m s e 算法在一维二维线性内插下的性能1 3 图表3 - 1 l ( a ) 均衡前旱库图，( b ) l s 信道估计迫零均衡的星座图，( c ) l s 信道估计 m m s e 均衡的星_ 唪i ! | ，( d ) m m s e 信道估计迫零均衡星庵图1 9 图表3 1 22 k 模式fd v b - t 系统仿真框幽2 0 图表3 j 3 瑞利信道f4 q a m 调制r 备码率的s n r 跟b e r 的芙系。2 i 图表3 1 4 瑞利信道- 卜1 6 q a m 调制 卜各码率的s n r 跟b e r 的芙系2 l 酎表3 1 5 瑞利信道下6 4 q a m 调制f 各码率的s n r 跟b e l l 的关系2 l 图表4 1d m b - t 基带传输模型2 5 图表4 2d m b t 的信号帧结构。2 5 图表4 3d m b t 信道估计挺图2 6 图表4 4 瑞利信道的估计与理想冲击响应函数2 7 图表4 5 改进前侨的信道估计比较2 7 l 堇l 表4 6 ( a ) 均衡之前( b ) 术改进均衡之后( c ) 改进均衡之后的星座图2 8 图表4 7d m b - t 系统帧结构。2 8 图表4 - 8 帧同步结构2 9 图表4 9 发射端信号3 0 图表4 1 0 接收端信号3 0 图表4 - l lt c c r 的处理过程3 l 图表4 1 2 理想和实际估计的信道冲激响应泊数3 2 图表4 1 3 改进的跟初始的信道估计性能比较3 2 图表4 1 4 各信道估计算法的均方误差比较3 3 图表4 1 5 备算法均衡的效果。3 4 图表4 1 6d m b t 系统基带f 的仿真框图3 4 图表4 1 7u l 信道fq p s k 调制- 卜备码率的s n r 跟b e r 的关系3 5 图表4 1 8 u l 信道下1 6 q a m 调制下各码率的s n r 跟b e r 的关系。3 5 图表4 1 9u 1 信道f6 4 q a m 调制f 备码率的s n r 跟b e r 的关系3 6 图表5 - 1 发送端原理图4 0 图表5 - 2 卷积式数据块间交织4 l 图表5 3 信号帧结构4 1 图表5 4p n 4 2 0 结构4 1 图表5 - 5p n 9 4 5 结构4 l 图表5 - 6 帧体信息结构4 2 图表5 7 帧头模式1 下的不同释数的信道估计均方筹4 3 图表5 - 8 帧头模式3 下的不同径数的信道估计均方差4 3 图表5 - 9s c f d e ，o f d m 系统的发射机和接收机前端框图。4 5 图表5 1 0 单载波频域均衡系统框图4 6 图表5 1 1 多载波调制v s 单载波调制的信道估计均方误差4 7 图表5 - 1 2 均衡前后的效果图。4 8 图表5 一1 3 融合标准的系统基带仿真框图4 8 v 且录 附表目录 表格1 1 数字电视地面标准二大系统的参数特点2 表格3 - l 三种信道f 系统的信噪比跟误码率2 0 表格4 1d m b t 和d v b - t 系统的主要性能比较2 3 表格4 - 2d m b - t 系统在三种信道下内解码的误码率和信噪比3 6 表格5 - lf e c 码参数3 9 表格5 - 2 多载波调制三种信道下内解码的误码率和信噪比4 9 表格5 3 单载波调制三种信道f 内解码的误码率和信噪比4 9 独创忡声叫 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所星交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：挫盎导师签名：塑!日期： 第t 章绪论 第1 章绪论 电视技术经历了从黑白电视到彩色电视的发展过程，现在正处丁向革命性的第三代电视 一数字电视过渡的关键阶段。所谓数字电视，其实是指一种新的数字电视系统( 我们现在所 用的是模拟电视系统) 。是拍摄、编辑、制作、传输、插山、接收电视信号的全过程都使用 数字技术的电视系统。其电视接收器按清晰度笛级从上至f 可分为h d t v ( 数字高清l 乜视) 、 e d t v ( 增强型数字电视) 、s d t v ( 标准清晰数字电视) 和p d t v ( 普及型数字电视) 四种， 它们之问的区别主要在于图像质量和信道传输所- t i 带宽的不同。采用数字技术不仅使各种电 视设备获得比原有模拟设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新性能，使电 视技术进入崭新的时代“1 4 1 0 1 1 数字电视技术的优越性 对于地面数字电视r 播来讲，首先要求有足够高的传输码率，其次要实现和模拟电视节 目的同播更重要的是能够支持移动接收和便携接收，还有多业务扩展功能。与模拟电视相 比。数字电视技术有以卜r 特点和优势： ( 1 ) 更有效地利片；i 备类频道资源，如在有线，“橘传输一套模拟电视的8 m h z 频道内可 以传输6 套数字标准清晰度电视节目( 其关键技术是信源压缩和高效信道编码调制技术) ( 2 ) 采用数字录像机和非线性编辑制作节目，使得数字电视节目质颦明显提高。节目 易于存贮处理。 ( 3 ) 视觉清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强。数字电视信号的传输不象模拟信号 在传输过程中受噪声积累的影响，在接收端收看到的电视图像非常接近演播宝水平。此外， 数字电视的音频效果很好，可支持杜比数码( a c 一3 ) 5 1 环绕立体卢家庭影院服务。 ( 4 ) 可开展多功能业务。随着电视传输和用户接收的数字化，以往用模拟方式无法提 供的服务将成为可能，电视网站、交互电视、股票行情与分析、视频点播等新业务的开展将 变得更加容易，用户将从单纯的收视者变为积极的参加者。 ( 5 ) 数字电视网币i 因特网是相辅相成的，数字电视接收机完全可以作为因特网的终端 显示器，将各家各户与网特网连接在一起，加快了社会信息化的进程数字电视网络还是相 对低廉的宽带资源，在有线“播8 m h z 带宽上可传送3 8 m b s 数据 1 2 地面数字电视广播的基本需求 数字电视广播主要通过屎、有线屯视及地面无线三种传输方式实现。一般认为，卫 星广播着重解决人面积覆盖：有线电视j h 播着重解决“信息到户”，特别是在城镇等人口居 住稠密地区的电视接收问题；而地面无线广橘作为电视广播的传统手段，首先要求有足够好 的接收性能，在室内采用简单、小型和低增益天线实现稳定接收。甚至在较强静态和动 态多径的环境中，系统仍能够稳定l j ：作，能够满足现代信息化社会所要求的“信息到人”的 基本需求，其次，有足够高传输的码率，作为一种不同于m 星和有线电视的覆盖方式，可以 发挥其独有的优势，将服务于未来宽带无线接入市场支持移动接收业务，支持无线双向传 输的双向业务 其他的要求包括：需要先进的信道编码和信道估计方案，以便降低系统c n 门限，以 此降低发射功率。井减少了对现有模拟电视1 y 目的干扰，降低各种干扰，火襄。高度灵活的 频率规划和覆盖区域。能够使用单频网和同频道覆盖扩展，缝隙填充。而且系统应允许多种 东南人学硕j ：学位论文 成本价格的接收机实现，包括低成本实现等。 1 3 国外地面数字电视传输现状和技术特点 迄今为j t 全球共有二套己成为国际标准的地面传输系统。分挣由美国( a t s c 。1 9 9 5 ) 、 欧洲( d v b - t ，1 9 9 7 ) 和日本( i s d b - t ，1 9 9 9 ) 研制开发而成。从技术上而言，限于当时 的设计方向、使用环境、技术水平和硬件支持能力，这些系统没有发挥出其应有的潜力表 格卜i 简要地介绍这三个系统的有关参数 5 1 1 6 1 $ | 9 1 。 表格1 - 1 数字电视地面标准三大系统的参数特点 a t s c ( 美禺，d v b t ( 欧洲 s d b t ( f 本) 频道宽度 6 m h z 6 m h z 、7 m h z 、8 m h z 6 m h z 、7 m h z 、8 m h z 视频缩m p e g 2 视频编码m p e g 2 视频编码 m p e o 2 视频编码 m p h lh d t vm p h lh d t vm p h lh d t v m p m ls d t vm p m ls d t vm p m ls d l 、， 图像格式 h d t v1 9 2 0 1 0 8 01 6 ：9 h d t v1 9 2 0 1 0 8 01 6 ：9h d t v1 9 2 0 x1 0 8 01 6 ：9 s d l v7 0 4 4 8 04 ：3s d t v7 0 4 x 5 7 64 ：3s d t v7 0 4 4 8 04 ：3 膏颇压缩 d o ! b y a c - 3 音频编码 m p e g 2 层l im u s i c a mm p e g - 2 屉i l l a a c 音频编码奇频编码 复用方式m p e g 2 系统t c 码流 m p e g 2 系统t c 码流m p e g 2 系统1 玛流 数据随机化1 6 位p r b sl5 位p r b s1 5 位p r b s 依道外码 r s 码( 2 0 7 1 8 7 ，t - i o )r s 玛( 2 0 4 ，1 8 8 弘3 )r s 码( 2 0 4 ，1 8 8 1 = 8 ) 外码交织 5 2 r s 块交织 1 2 r s 块交织1 2 r s 块交织 信道内码 t c m 伊5 率2 3 )卷积码( 码牢i 2 ，2 1 3 ，3 4 卷积码( 码率i 2 2 3 ，3 4 ， 5 6 ，7 8 ) 5 6 ，7 8 ) 内码交织阙格交织( 1 2 个嗍格交织)卷积交织( 比特交织、频率卷积交织( 比特交织、频串 交织)交织、时间交织) 调制技术8 v s b 调制 1 6 q a m 3 2 q a m 6 4 q a m 中 16 q a m 3 2 q a m 6 4 q a m 中 选择选择 总码率1 9 2 8 m b i t s ( 6 m h z ) 49 8 3 1 6 7m b i f f s ( 8 m h z )3 6 8 - 2 34 2m b i l s ( 5 6 m h z ) 载波数单载波2 k 、8 k2 k 、4 k 、8 k 接收门硪( c 刑) ：l5 d b( c ，n ) ：1 9 d 8 f c n ) ：1 9 d b 传输方案8 v s b 传输方案 o f d m 传输方案分段o f d m 传输方案 特征抵御电气十扰能力强克服多托十扰能力强 克j 撖多径干扰能力强 有效的覆盖区域可做荦频州 町做牛频两 不考虑移动接收可用十移动接收可用于移动接收 辐射功率峰值平均功率辐射功率峰值平均功率 f p a 弘7 0 d b ) ( p a r = 9 5 d b ) 1 4 国内地面数字电视传输的状况 中国作为一个电视生产和消费大国。一个正在融入全球经济一体化并面i 临全球性技术竞 争的发展中国家已认识到掌握和拥有关键技术、自土研制的数字电视系统标准能够为国家 经济带来巨大发展空阅和机遇。一个国家若要凝聚自己的技术实力，保护和扩大本国企业的 市场分额。必须在标准问题上采取“以我为主，借鉴先进”的策略，另外，中国拥有巨大的 数字电视潜在市场，不同丁那些本国市场狭小的出口型国家，关丁这一点，就连国外公司的 专家也承认：中国的市场规模足以支撑形成一个新的数字也视标准。若简单选用国外某一标 准，不仅会扼杀代表未来高技术竞争力的相关关键技术研究的源动力，而且会被迫过早启动 市场，帮助先进国家的市场培育肢解本国现有彩电i ：业体系，使得企业的主要利润都_ j 下 支付国外的专利费和授权费。遗患无穷。中国在政府组织f ，对数字高清晰电视系统技术已 开展了近十年的研发工作，依据现有研究基础和推进速度。中国完全有可能在各级政府部门 的全力支持下，在较短的时间内，经过测试、分析和改进，集众家所长，制定出具有自己特 色和自主知识产权的中国数字电视地面，“播传输标准。 2 第1 章绪论 2 0 世纪9 0 年代初，中国的一些科研院校便开始了数字电视的跟踪研究。1 9 9 5 年国家批 准组建了：h i ) t v 总体组，实施国家重人科技产业研究开发项目一“h d t v 功能样机系统研究 开发f 程”，参与数字电视广播传输系统方案研究的主要单位有上海交通人学、浙江大学、 西安电子科技大学等单位。 1 9 9 8 年5 月开始由总体组承担。跟踪和研究国外l - t i y r y 的发展情况，并自主研制l t f f l v 传输系统，提出并研制了基丁i 单载波技术的a d t b t 传输方案”1 和基丁多载波技术的b d b - t 传输方案。j 播科学研究院在“八五”期间国家攻关项目“高清晰度电视的研究”工作的基 础上，于1 9 9 9 年提出了单载波和多载波混合调制方式的地面数字也视传输方案。 2 0 0 0 年初，清华大学提山了“时域同步正交频分复_ h ；i ”t d s o f d i d 传输方案和d w b - t 传 输协议，随后基于该方案开发了传输系统原理样机和专用a s i c 收发芯片组 2 0 0 1 年。国家标准化管理委员会向全社会r 泛征集具有中国自主知识产权的地面数字 电视标准方案，截止2 0 0 1 年4 月3 0 目，收到包括以上4 个方案和电子科技大学提出的“同 步多载波扩频地面数字电视传输系统( s m c c ) ”共5 个传输方案。 国家质鹭监督检验检疫总局予2 0 0 6 年4 月发布了数字电视地面j 橘传输系统帧结构、 信道编码和调制方案的征求意见稿并t2 0 0 6 年8 月1 8 号正式山台了国家标准，该方案包含 时域数据模式，也包含频域数据模式，即有单载波和多载波两种f ：作模式的融合方案。 1 5 选题背景和意义 中国有3 2 亿多电视_ l 户，其中有线电视用户近l 亿，而7 0 的刚户家庭依靠无线方式 接收，“播电视宵目，1 j 星直播仅在“村村通j “播电视”范周内试点。网此。地面j 播拥有人 多数用户，是中国r 播影视数字化的重点和难点。这儿年。中国数字电视地面传输标准的制 定正在紧锣密鼓地进行，但由丁地面传输受众多冈素的影响。如多径衰落、接收方式问题 接收区域闽题、频率规划问题等，还存在一些问题。今年国家地面数字电视传输标注正式出 台，并丁明年八月开始强制执行。数字电视地面j 1 橘标准的制定将给移个丰十会带来深刻的变 化，为今后的商清电视的发展提供了r 阔的空间，所以对数字电视地面j “播传输标准以及其 中信道估计均衡等爻键技术的研究具有极人的意义 1 6 论文章节安排和重点 第二章介绍了地面无线传输信道、多径信道的特点及其模弛，给出了本论文仿真所使用 的多径信道模型； 第三章介绍了d v b - t 系统的信道编码和调制技术并重点讨论了基。频域导频的信道估 计方法、内插技术以及均衡方法的改进并给出相麻的结果图和分析 第四章首先分析比较了d m b t 系统跟d v b - t 系统，接着介绍了d m b t 系统的信道编 码调制技术。重点讨论了基于时域训练数据的信道估计均衡算法并提出改进的算法，并就 d m b - t 系统给出仿真结果图。 第五章首先介绍了我国数字电视地面传输标准的出台背景及技术特点，接着介绍了融合 标准的信道编码、调制以及帧结构，最后重点讨论了单载波调制f 的信道估计与均衡技术。 并与o f d m 系统做了比较，给出了相戍的仿真结果 最后总结本文工作提出今后进一步改进的方向和进一步研究的技术问题。 本文的重点是讨论研究了地面数字电视传输中信道估计和均衡技术。 3 东南人学坝上二学位论文 1 7 本章小结 作为全文的绪论，本章由什么是数字电视、数字电视相对丁模拟电视的优点，过渡到地 面数字电视传输的需求，比较了国外数字电视地面传输标准的技术特点，进而介绍了我国地 面数字电视传输标准的需求和发展状况。最后介绍了全文的结构安排。 1 8 参考文献 【l 】黎洪松编著数字视频技术及其庶用清华人学山版社，北京，1 9 9 7 年5 月； 1 2 1余兆明编著t 数字电视和高清晰度电视。人民邮电出版社北京，1 9 9 7 年5 月； 【3 】清华人学，地面数字电视传输技术向皮书，2 0 0 4 ； 【4 】郑志航编著全数字高清晰度电视和d v b ，中国，“播电视出版社，北京。 1 9 9 7 年2 月： 1 5 1李日勤，地面数字电视j “播标准的原理分析与思考，两部r 播电视，2 0 0 4 ，n o 6 ： 1 6 杜百川，数字电视。北京：r 插电视科技快报特辑，1 9 9 8 ： 7 1r 州电子技术网，上海数字电视与无线多媒体通讯国际论坛的情况； 【s l e t s ie n 3 0 07 4 4v i 4 1 2 0 0 1 - - 0 1 ，d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ( d v b ) ：f r a m i n g s t r u c t u r e ，c h a n n e lc o d i n ga n dm o d u l a t i o nf o rd i g i t a lt e r r e s t r i a lt e l e v i s i o n 1 9 a d v a n c e d t e l e v i s i o n s y s t e m c o m m i t t e e ，a t s c d i g i t a l t e l e v i s i o ns t a n d a r d ( a 5 3 ) r e v i s i o ne ： 4 第2 章无线通信信道特性和模型 第2 章无线通信信道特性和模型 理想信道情况下，接收机收到的应该只是一个真射路径的信号，但在实际的信道中，接 收机收到的信道是由衰落信号、反射信号、折射信号以及绕射信号所组成，信道同时还带来 噪声，如果接收机或发送机移动的话，还会带来载波频率的偏移，所以信道特性至关重要 2 1 无线通信信道的主要特点 大尺度衰落与小尺度衰落 电磁波传播的机理从总体上可以归结为反射、折射和衍射。从宏观上描述接收信号的场 强变化的数字电视地面广播信道模型，称为人尺度传播模形。而小尺度传播则从微观上描述 短距离或短时间的接收信号场强的快速波动。住接收机设计中，总是更多地关注小尺度衰落 模型。本文所说的衰落，主要指小尺度衰落。小尺度衰落表现为，无线信号在经过短时间或 短距离传播后幅度快速衰落，以致人尺度路径损耗的影响可以忽略不计。衰落是由于同 一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差达到接收机的信号相互干涉所引起的 这些波称为多径波。 多往效应 在无线链路中，射频( r f ) 信号会冈山j 经不同路径剑达接收机的信号相位相互影响， 信号频谱的深度衰落( 频率选择性衰落) 。 、建筑物、移动物体的影响产生反射。这样， 从而导致瑞利衰落( 快衰落) ；同时也会引起 延迟扩展 接收到的无线信号除了由一条直接路径到达的信号外还有许多经发射路径到达的信 号，显然后者到达时间相对晚一些。这种时间上的差异会引起已接收信号的能营扩展。延时 扩展就是第一条和最后一条到达接收机信号时间上的筹值。 多酱勒频移 接收机与发射台之间的相对运动会产生d o p p l e r 频移。多背勒频移大小取决于发射与接 收机的相对运动情况及无线信道的传输速度，假设接收机以恒定速率v 运动，其运动方向与 ， 信号入射方向之间的夹角为日，发射信号波艮为名，则多将勒频移为正= c o s # 。可见。 若接收机朝向入射波方向运动，则d o p p l e r 频移为正；否则为负。d o p p l e r 频移造成的直接 后果是，接收信号的载波频率和符号时钟发生漂移，给符号采样时钟的同步带来凼难。 由于无线通信中，无线电信号从发射端到达接收端的传播方式较为复杂，所以，信道特 性随着空间和时间不同都会发生变化。冈此。无线通信信道从总体上来说是一个以空间和时 间为变最的二维随机过程，应该对其进行统计描述“”。但是，在某一个较小的时间和空 问范围内，无线通信系统所对应的信道可以看作_ 二维随机过程的一个实现，此时，信道又可 以认为是确定的 2 - 4 1 9 1 。信道估计的目标是以尽可能高的精度估计出该实现为系统均衡信道 的衰落提供基础 39 1 ；所以在研究信道估计1 ：作中通常可以将信道看作一个确定的线性时 不变系统，也就是_ j 信道的确定描述 6 , 1 0 1 3 。综上所述，信道的统计描述和确定描述是针对 不同的应用目标提出来的，统计描述对于研究系统的总体性能1 | 常适用；而确定描述对丁信 道估计、跟踪和均衡更适合一f 面介耋6 i 两种描述方法。 东南人学硕1 ：学位论文 2 2 无线信道的统计描述 时变时延扩展的无线信道趋一个- 二维的随机过程，应当_ 1 1 j 二维概率密度幽数表示其统计 特性 3 ” 1 2 1 。 t 时刻，一个发射天线与一个接收天线之间的无线信道时变时延扩展复基带冲激响应可 以用下式进行描述 3 , 9 , 1 11 4 1 ： h ( t ，r ) = z y q ( t ) e j 2 。噍“岛万( f l ) ( 2