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基于d m b t h 接收机的设计与实现 摘要 数字电视发展已经有2 0 多年的历史，我国的数字电视也已经发展了十多年。 在未来的几年里数字电视系统将取代模拟电视系统，在现有信道的基础上收看 到比过去至少多4 倍的电视节目来丰富人们的生活、获取更多的咨询，数字电 视接收机应用而生。数字电视接收机是模拟电视到数字电视过渡时期的产物。 在数字电视一体机还未普及的今天，对数字电视接收机的研究具有实际的意义。 本论文涉及的是数字电视接收机的软硬件开发，采用海尔公司的h i 2 0 1 6 芯 片完成了无线数字电视接收机的开发，遵循m p e g 2 和d m b t h 标准，对接收 机的关键技术进行了全面的分析，提出了接收机系统硬件和软件结构的设计方 案，并通过实践证明了此方案的可行性和先进性。 本论文从数字电视接收机的功能需求的角度出发，制定出接收机的硬件系 统总体结构图。提出采用以h i 2 0 1 6 为核心的解决方案，提高了系统功能扩展性 和系统的集成度。此外还介绍了接收机硬件系统的主要芯片及功能，针对各个 功能模块进行了详细的原理说明，并给出了部分的电路原理图。本文还对硬件 系统的供电结构和电源设计做出了论述。 接收机采用u c o s i i 嵌入式操作系统。介绍了以u c o s i i 嵌入式操作系统 的特点，分析了系统的软件结构。重点进行了1 2 c 总线，信道解调芯片的驱动 程序的设计。 关键词：d m b t ；接收机；海尔2 0 1 6 ；凌汛8 9 1 3 内蒙古人学硕上学位论文 r e c e i v e rf o rd ig i t a lt e l e v i s l 0 n t e r r e s t r l 气lb r o a d c a s t i n g b a s e do nd m b t h a b s t r c t d i g i t a lt vh a sb e e nd e v e l o p i n gf o rm o r et h a n2 0y e a r s c h i n as t a r t si t sd i g i t a l t vs c h e m eo ne a r l y9 0 so f2 0c e n t u r y d i g i t a lt vw i l lr e p l a c ea n a l o gt vi nn e x t s e v e r a l y e a r s p e o p l ec a nw a t c hp r o g r a m s m o r et h a n 4t i m e sa sb e f o r e a sa r e s u l t ，p e o p l e c a ng e tm o r ei n f o r m a t i o na n de n j o yt h e m s e l v e sm o r e d u r i n gt h i s t r a n s i o ns t a g e ，r e c e i v e rh o l d st h eb a l a n c e r e c e i v e ri sn o to n l yas u b s t i t u t eo fd i g i t a l t v ，i ti sa l s ot h ec r e a t i o no fn e wd e v e l o p i n go fd i g i t a lt v s u c ha st h ed e v e l o p d i n go f v o d ( v i d e oo nd e v i c e ) a n dc a ( c o n d i t i o n a la c c e s s ) a n di i ti su s e f u lt os t u d y o nt h ed e s i g no fr e c e i v e rs i n c et h ea n a l o g - d i g i t a lh y b r i d d t vi sn o tc o m ei n t o b e i n g m e a n w h i l e i ts t u d i e so nr e c e i v e rc a na c c e l e r a t et h e d e v e l o p m e n t o f m u l t i m e d i a t h i sd i s s e r t a t i o ni n v o l v e si nt h e d e v e l o p m e n to f r e c e i v e r i nt w o p a r t s ：a p p l i c a t i o ns o f t w a r ed e s i g na n dh a r d w a r dd e s i g n w o r ki sf i n i s h e db a s e so nt h e c h i po f h i 2 0 1 6 1 1 内蒙古人学硕l ：学位论文 s y s t e mr e q u i r e m e n to fr e c e i v e rf u n c t i o n si sa n a l y z e d ，a n dt h eh a r d w a r es y s t e m f r a m ei sw o r k e do u t t h e p a p e rp u t f o r w a r dt h eh i 2 0 1 6 ss o l u t i o n p r o j e c t ，h a s i m p r o v e dt h es y s t e m si n t e g r a t i o n a n df u n c t i o n e x p a n s i o n f u r t h e m r o r e ，t h em a i n c h i p so fr e c e i v e r sh a r d w a r es y s t e ma r ei n t r o d u c e di n t h i sp a p e r ，a n dt h ep a p e rn o t o n l yp r o v i d e sd e t a i l e di n t r o d u c t i o n sf o re a c hm o d u l eb u ta l s od i s p l a ys o m ec i r c u i t d e s i g n s t h ep o w e s u p p l ys t r u c t u r eo fh a r d w a r es y s t e ma n dp o w e ra d a p t e r sd e s i g n a r es t u d i e da sw e l l r e c e i v e ri sb a s e do l lu c o s i io p e r a t i o n - s y s t e m s o m ei m p o r t a n tc h a r a c t e r so f u c o s i ia r es t u d i e di n c l u d i n gr u n n i n gc o n d i t i o n ，r e p l a n t a t i o nm e a s u r e t h ep a p e r a n a l y s e s t h e s y s t e m s s o f t w a r e s t r u c t u r e ，a n d f o c u s e so nt h e d r i v e rd e s i g no f d e m o d u l a r i z a t i o nc h i pa n d1 2 c sb u s k e y w o r d s ：d m b t ；r e c e i v e r ；2 0 1 6o fh a i e r ；8 9 1 3o fl i n x u n 1 1 1 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得内墓直太堂及其他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谢意。 学位论文作者签名：袁盔 指导教师签 1 3 期：趟：垒：五 日 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后 使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名：维 日 期：趔5 ：五 指导教师签名 日 期：型z 笠：涩 内蒙古大学硕上学位论文 第一章数字电视地面传输的相关知识 1 1 数字电视地面广播 1 1 1 数字电视地面广播的发展动力 在经历了机械电视、黑白电子电视和彩色电视时代以后，从上世纪九十年代始，电视开 始面临它问世以来最根本的革命：数字电视时代。数字电视( d ，) 是指全部采用数字方式 来制作、传输和接收电视节目。d t v 广播主要通过卫星、有线及地面无线三种传输方式实现。 卫星广播着重解决大面积覆盖。有线电视广播提供“信息到户”，特别是在城镇等人口居住稠 密地区。而地面无线广播作为电视广播的传统手段，由于其独具的简单接收和移动接收能力， 能够满足现代信息化社会“信息到人”的基本需求。 在数字通信技术高速发展的今天，在各个通信系统中，恐怕只有电视广播还依旧大量使 用着模拟技术。但随着近十几年数字电视技术的飞速发展，这一情况已经并且正在继续发生 深刻的改变。电视节目的制作已经大量使用了数字采编和制作技术，在传输环节，电视信号 的卫星传输早已经实现了数字化，在我国，有线电视也已经开始了大面积推广数字化的进程。 相比较而言，地面广播是发展相对较慢的一个部分。但随着用户对更清晰画面、更多样服务 和互动性的要求，特别是移动接收的要求，地面广播的数字化越来越受到重视。 相比较于模拟广播而言，数字技术能够使得接收更可靠，频谱效率更高，使用高效的源 压缩技术和信道编码纠错技术，在原先传输一路模拟电视的带宽内，能够传送多路数字电视 信号，这就使得频谱的利用效率大大提高了，无线频谱可以看作是一种不可再生的资源，数 字技术大大提高了频谱的利用率，就这一点就使得数字电视地面广播具有相当的吸引力。此 外，传统的模拟电视广播接收性能不佳，用户往往不能得到满意的图像效果，这也是有线电 视得到大面积使用的重要原因，一旦采用数字技术，利用强有力的信道编码纠错技术，地面 广播也可以提供与有线相同的收视效果，这大大增强了地面广播的竞争力。相比于有线电视， 地面广播还可以实现移动接收，在交通工具上提供实时的电视广播服务，或者用户随身就可 以收看清晰稳定的电视节目，无疑具有很大的商业潜力。 内蒙古大学硕上学位论文 1 2 国外数字电视地面传输标准 目前国际上共有三套成熟的数子电视地面传输标准，即：美国的a t s c ，欧洲的d v b t 和 日本的i s d b t 。三种标准的视频编码和码流复接基本均采用了m p e g 2 标准，最大的差别是调 制方式的不同，a t s c 采用格形编码8 电平残留边带调制，是单载波方式，而其它两种标准采 用了多载波调制技术，欧洲标准为编码正交频分复用( c o f d m ) 调制，日本标准采用了频带 分段传输正交频分复用( b s t o f d m ) 调制。 1 2 1 美国的a t s c 标准 a t s c 数字电视标准是美国高级电视系统委员会( a t s c ) 开发的，早在1 9 9 5 年便已正式 确定。其传输层基本功能框图如图1 1 所示。 缝 + l 塑h 鲨h 堡塑卜 瑟 +强 氍 扩 接 入 敬诤 扰 段目步一 器 频 娼 场埘疹 图1 1a t s c 系统框图 f i g 1 1t h ed i a g r a mo f a t s cs y s t e m a t s c 系统的信源层传输流( t s ) 由符合m p e g 2 标准的复用包组成，包的长度为1 8 8 字 节，其中包括一个包头同步字字节( 4 7 h e x ) 。为了确保传输数据有足够多的二进制变化，输 入的t s 码流首先要经过能量扩散扰码( 数据随机化) 模块，该模块如图1 2 所示。在伪随机二 进制序列产生器中有8 个抽头对输入字节进行异或运算，扰码器在每一数据场( 3 1 2 个包) 开 始时初始化值为f 1 8 0 脏x ，t s 流的同步字字节不参加随机化。 d od l拶黟d d 6 d 7 图1 2a t s c g 统的能量扩散扰码器 f i g 1 2t h ee n e r g ys p r e a do fs c r a m b l e r a t s c 系统的外码r s ( 2 0 7 ，1 8 7 ) 是由原始的里德- 所罗门系统码r s ( 2 5 5 ，2 3 5 ) 缩短得到的。在 输x r s ( 2 5 5 ，2 3 5 ) 编码器的信息字节前力1 4 8 个全零字节，经过r s 编码处理后再丢弃这些无用字 节，就可获得2 0 7 字节的缩短r s 码字。同步字字节同样不参加编码。 2 内蒙古大学硕士学位论文 a t s c 系统的内码方案是格型编码调制( t c m ) 。如图1 3 所示，这种2 3 码率的格型编码 器是将一个输入比特用1 2 码率的4 状态递归系统卷积编码器编为两个输出比特，另一个非编 码比特则进行干扰滤波预编码。这个预编码过程使得接收机可以采用一个1 2 符号前向反馈梳 状滤波器，以抑制同播的模拟n t s c 信号的视频载波、音频载波和色载波干扰。t c m 的特性 就是编码和调制作为一个整体，因此该编码器的3 个输出比特直接完成了映射，映射波形为一 维八电平星座。 l ：旎滤波豫 鲛穿 编码器 裕醚编筠器 砬 乙 缮。乙 s 、厂r 、： 7 划 r ooo- 7 o ol 一 一。 olo一3 x 1 乙 ol l一l ： l0ol ( d e l 2 个掰 施。 r 乏 l0l+ 3 l lo 一 卡0 蛩延时) l l l7 图1 3a t s c 的格型编码调制 f i g 1 3l a t t i c ec o d em o d u l a t i o no fa t s c a t s c 系统采用了一种特殊的内交织方案，与格型编码器相连为一体，称为格型编码交织。 如图1 4 ，使用1 2 个相同的格型编码器，作用于经过外交织器的数据，分为1 2 个组进行编码。 同一字节由一个编码器生成4 个符号。内交织输出开关在每一数据场的第一段中( 一段即为一 个r s 码字长度) 按照正常顺序从编码器1 n 编码器1 2 依次输出。但在随后的段中这个顺序要 发生变化：第二段的顺序是从编码器5 n 编码器1 2 依次输出，然后再从编码器1 到编码器4 依次 输出：第三段从编码器9 到编码器1 2 ，然后再从编码器1 到编码器8 。这种三段模式将在一场的 3 1 2 个数据段中重复出现。在加入段同步之后，从每一个编码器输出的符号间有1 2 个符号的间 隔。因此图1 3 中的延时单元大小为1 2 个符号。 孙 器 图1 4a t s c 的格形编码交织 f i g 1 4i n t e r t w i n e dt r e l l i s - c o d e do fa t s c 3 ；托 器 盈 内蒙古人学硕士学位论文 随后8 电平符号经过复接器，加入各种同步信号构成信号帧，如图1 5 。图中每一个信号 场由一个场同步信号段和3 1 2 个数据信号段构成。每一数据段有8 2 8 个数据符号，相当于一个 r s 码块的大小：t s 包的同步字节被4 个符号的段同步信号取代。段同步( 1 0 0 1 ) 和场同步( 伪 随机码) 信号均采用二进制调制，可以作为接收机的同步信号和均衡器训练码。在复接过程 结束后，对所有的信号幅度加上1 2 5 ，这样就增加了直流分量，在信号频谱的抑制载波频率 上产生了一个同相导频用于接收机载波同步。 4 卜一8 2 8 个德蟹， 乒i 数攒场嗣步# 王 t ；缀 编彩；数据 釜1 3 数 挺 r 黢 r 数据场；司步# 2 l 澜 个 步 ；教 编码数撰 2 3 。 【 、r _ 一一个数姑段o 7 7 3 a t 图1 5a 粥c 信号的帧结构 f i g 1 5f r a m es t r u c t u r eo fs i g n a l s 预均衡滤波器是可选模块，可对非理想射频器件( 如高功放) 的非线性进行校正，保证 带内频谱的平坦性。考虑到与模拟电视制式n t s c 的兼容性，a t s c 系统也采用6 m h z 频道带 宽。v s b 调制模块将信号用平方根升余弦滚降滤波器滤去大部分的低边带部分，因止l a t s c 系统的调制方案称为8 电平残留边带调制( 8 v s b ) 。a t s c 系统只有单一运行模式，在6 m h z 带宽下可以提供1 9 4 m b s 的净荷速率。 1 2 2d v b t 传输标准 d v b ( 数字视频广播) 系列标准由欧洲电信标准化组织( e t s i ) 于1 9 9 3 年开始规划，目 前有几十个国家的二百多个组织参加。d v b 家族中包括d v b c ( 有线广播) 、d v b s ( 卫星 广播) 和d v b t ( 地面广播) 等，在信道编码方面也充分照顾到了标准间的兼容性和内部互 联的便利性( 如图1 6 ) 。这里我们主要介绍d v b t 的传输层标准。 4 内蒙古人学硕：学位论文 图1 6 d v b t 系统框图 f i g 1 6t h ed i a g r a mo fa t s cs y s t e m d v b t 信源层同样采用m p e g 2 标准的t s 流。与a ，r s c 一样，t s 流在信道编码前也首先经 过一个1 6 比特伪随机二进制序列( p r b s ) 产生器作能量扩散扰码。外码r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) 是由原始 的r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ) 系统码缩短得到的，t s 的同步字字节也参加编码。紧随r s 编码器的外交织器也 是基于字节的卷积交织器，结构与a t s c 系统的外交织器完全相同。其交织系数为b = 1 2 ，m = 1 7 字节。 d v b t 系统的内码采用多码率删余卷积码( r a t e c o m p a t i b l ep u n c t u r e dc o n v o l u t i o n a l c o d e s ，r c p cc o d e s ) ，这些删余码基于一个1 2 码率的6 4 状态母码( 见图1 7 ) 。除了1 2 码率 的母码，系统也允许2 3 ，3 4 ，5 6 和7 8 的删余码率。这种r c p c 码允许运营者针对一个给定 的服务，在可靠性和效率之间权衡选择最适当的信息传输速率和差错保护水平。同时，针对 同一个母码的删余也简化了接收端的设计，但删余码的性能比原码会有所下降。如果d v b - t 系统采用两级分级传输，那么两个并行内码编码器可以有各自不同的码率。 x 输嘲 一f、(gi171o c t a l ) 。 猁磊= 卜 嚣 书i j 二 y：多乡多一。 输蹦 j 蚴粥 7 图1 7d v b - t 卷积码母码 f i g 1 7c o n v o l u t i o n a lc o d eo fd v b - t d v b - t 的内交织过程包括比特交织和随后的符号交织。比特交织过程首先将内编码器的 串行输出比特流解复用成v 个子流，对于q p s k 调制有v = 2 ，1 6 c ) a m 和6 4 q a m 分别对应v = 4 和 v = 6 。随后，从解复用器输出的每一路子流分别经过一个独立的比特交织器。每个交织器的交 5 内蒙古大学硕l ：学位论文 织块大小都是1 2 6 l 卜, 特，但各自的交织序列不同。也就是说，比特交织器组是v 个并行的模1 2 6 的不等长延时线。他们的输出组合将用来构成星座点符号，这样每个v 比特符号将恰好包含来 自v 个交织器的一个比特。 与单载波的a t s c 不同，d v b t 系统采用了多载波的c o f d m ( 编码的正交频分复用) 传 输方案。o f d m 技术的实质是将串行高速( 宽带) 数据分成若干组低速的数据流，用多个载 波( 称为子载波) 并行传输，这样就能将宽带频率选择性衰落转化成多个窄带衰落，从而有 效降低频率选择性造成的符号间干扰( i s i ) 。由于子载波间的频率分布满足正交性，o f d m 调制可以很方便地借助d f t ( 离散傅氏变换) 实现。 d v b - t 中符号交织的目的就是将v l t 特的码字对应到每个o f d m 符号的有效子载波上，因 此又称为频域交织。d v b t 规定了两种o f d m 载波工作模式，其有效子载波数分别为1 5 1 2 ( 2 k 模式) 和6 0 4 8 ( 8 k 模式) 。因此，符号交织器就是以v 比特符号为单位在一个大小为1 5 1 2 或 6 0 4 8 的数据符号块内以预先定义的顺序进行扰序。扰序后的符号按格雷码映射为复数基带信 号，d v b t 的星座图有q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m 以及非均匀的1 6 q a m 和6 4 q a m ( 用于分级 传输) 。 d v b - t 的设计带宽为8 m h z ，它的发送信号是按帧组织的，每一个帧由6 8 个o f d m 符号组 成，四个信号帧组成超帧。在8 k 模式下，每个o f d m 符号由k = 6 8 1 7 个子载波组成，在2 k 模式 下k = 1 7 0 5 。除了承载数据的有效子载波外，其他子载波用来承载连续导频、离散导频和传输 参数信令( 口s ) 等开销信息。这些开销信息用于帮助收端完成帧同步、频率同步、时间同 步、信道估计及发送模式识别，还可跟踪相位噪声。所有开销信息都采用b p s k 调制，其中导 频为加强调制，其功率比有效信号平均功率高2 5 d b 。 为了抵抗多径，通常要在每个o f d m 符号前增加一段保护间隔时间( g u a r di n t e r v a l ，g i ) 。 如果保护间隔大于信道冲激响应的持续时间( 即多径回波的最大延时) ，那么根据循环卷积 的性质可知，前一符号的多径延时完全被保护间隔吸收，不会波及到当前符号的有用信号周 期内。在接收端只需仍在有用信号周期内进行d f t i 可。在d v b t 中o f d m 符号的保护间隔 有四种取值，即为有效数据帧体长度的1 4 、1 8 、1 1 6 和1 3 2 。选用长保护间隔可使信号能够 抵抗较长的信道多径延时，但却牺牲了传输效率。在实际系统配置中，运营者可以根据实际 信道的情况进行折中选择。 1 2 3 日本i s d b - - t 传输标准 i s d b t 系统是日本无线电工商业协会( a r l b ) 于上世纪九十年代末开发的。其技术特色 6 内蒙古入学硕士学位论文 是强调了面向未来的多业务承载能力，将系统定位于满足各种传输需求的新型多媒体综合业 务平台。为了满足不同服务要求，系统采用了称为频带分段传输( b s t ) o f d m 的多载波方 案。整个频带由1 3 个相同的基本频率段组成，每段的带宽为b 1 4 m h z ，这里b 指的是地面电 视信道带宽( 6 、7 或8 m h z ，依赖于所处地区) 。这些频率段可以根据不同业务的需要灵活地 组合成多达三个业务层( l a y e r ) ，在每一层中可以采用不同的内码码率，交织方案和调制星 座类型。这样，不同的业务层可以用来支持不同的传输需求，实现了分级传输。 i s d b t 系统的传输层方案如图1 8 所示。在进入传输层之前，属于多个业务层的数据首先 需要构造成单一的复用m p e g 2 t s 流，这个复用码流经过一个统一的外码编码器。i s d b 系统 的外码即r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) 码与d v b t 系统的外码完全一样。经过外编码后，解复用器根据分层控 制信息将编码数据以2 0 4 字节为界分到预先定义的业务层( 图1 8 中a 、b 、c 三层) ，在这个 过程中将去除空包。 d c 1 l v l 乙t - i 学诵 l t s 涡流i 外码：r s ( ! o 三1 8 8 )i 、一v 1 - u u ， 盥糯疆| 硝卦筐 v 曜 | 吲鐾震h 黧 ；u 型 图1 8 i s d b 系统框图 瓣h 鎏蓑惰 劂余卷h 凳爱h 嚣 积瞄il 凡轨l 巴 飘 鳖h 奎鍪h 鳖 棼h 萎篓幡 蔹妈ii ”、ll 竺 突 笈 漉 a l l 成 f i g 1 8t h ed i a g r a mo fi s d bs y s t e m 随后，各业务层的数据分别经过能量扩散，外交织和内码编码模块。这三个模块与d v b t 系统的相应模块也是完全相同的。需要强调的是，各业务层可以根据本业务对效率和可靠性 的不同要求采用不同的内码码率。i s d b t 的比特交织器与d v b t 也很类似。内码编码器的串 行输出流首先根据映射星座图完成串并变换，例如映射星座点为6 4 0 a m ，则串并变换将一路 码流分为6 个子流。然后用一族并行非等长延时线完成交织，交织深度为1 2 0 个符号。经过不 同延时的并行子流一起完成星座图映射。i s d b t 系统提供的星座图包括差分调制的州4 _ q p s k 和相干调制的q p s k 、1 6 c l a m 和6 4 q a m ，映射方式均为格雷码映射。对于r 4 4 q p s k ，其差分 7 内蒙古大学颂士学位论文 编码是基于同一个o f d m 子载波上的相邻符号。 突发流合成模块的作用是将复数数据信号依次放置在预先定义的业务层频率段的子载波 上。在图1 9 所示的三个业务层中，a 层是位于频谱中心标号为“0 ”的一个频率段，用于数字声 音和数据广播，允许使用窄带接收机进行部分接收( p a r t i a lr e c e p t i o n ) ，这是i s d b 系统的一 个特色。b 层为差分调制层，由若干个频率段构成，其频率段按“左奇右偶”规则向频谱两端排 列，主要应用于s d t v 和多媒体业务的移动接收。c 层为相干调制层，也由若干频率段构成， 排在b 层的两侧，主要用于h d t v 、s d t v 和多媒体业务的固定接收。i s d b t 的业务分层如图 1 9 所示，其o f d m 方案有三种工作模式，i l p 2 k 模式、4 k 模式和8 k 模式。相应于每个频率段的 子载波数分别为1 0 8 ，2 1 6 和4 3 2 ，其中承载净荷数据的有效子载波数分别为9 6 、1 9 2 和3 8 4 。其 余子载波用来加载连续导频( c p ，仅限于差分调制) 、离散导频( s p ，仅限于相干调制) 、 传输复用配置控制( t m c c ，类似于d v b 中的t p s ) 信息和留作辅助信道( a c ) 。 复硐数镶 9 ol2 3 456 7 8 9i ol 王 王2 ：； i l ： 、 一一一、v d 7 ab c 层壤层 颧游 5 1 5 ；| 1 1975 3lo ， 4 68l o互2 ：， _ ；：| ； j 警l 宽带接收 图1 9i s d b - t 务分层 f i g 1 9b u s i n e s ss t r a t i f i e do fi s d b - t 表1 1 为三种国际标准的区别。 表1 1 三种国际标准的区别 t a b l e l 1t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h et h r e ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s 系统d v b - t ( 欧洲)a t s c ( 美国) i s d b - t ( 日本) 频道 6 m h z6 ，7 ，8 m z6 ，7 ，8 z 宽度 视频m p e g 2 视频m p e g 2 视频m p e g 2 视频 音频 m p e g 2 及d o l b y a c - 3d o l b y a c 一3 m p e g 2 音频( a a c ) 传输流m p e g 2 传输流 m p e g 2 传输流m p e g 2 传输流 外码 r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 )r s ( 2 0 7 ，1 8 7 ，i - - 1 0 ) r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t 三8 ) 8 内蒙古人学硕上学位论文 外码 1 2 r s 块交织5 2 r s 块交织 1 2 r s 块交织 交织 穿孔卷积码，码率穿孔卷积码，码率 内码 2 3 码率格形码 1 2 ，2 3 ，3 4 ，5 6 ，7 81 2 ，2 3 ，3 4 ，5 6 ，7 8 内码 比特、频率交织和可选的频 比特交织和频率交织1 2 比1 格形码交织 交织率交织 数据1 6 比特伪随机二进制 1 5 比特伪随机二进制序列1 5 比特伪随机二进制序列 随机化 序列 1 3 个频率段的 c o f d m ，q p s k ，1 6 q a m ， b s t - 0 f d m ，q p s k ， 调 6 4 0 a md o p s k ，1 6 q a m ，6 4 q a m ， 制 8 - v s b ，1 6 _ v s b 分级调制：多分辨率；星座 分级调制：在每一频率段上 方 图：( 1 6 洲和6 4 q a m )可以有3 种不同调制方式 式 供选择 总码率4 9 8 - 3 1 6 7 m b s ( 8 m h z )1 9 - 2 8 m b s ( 6 m h z )3 6 8 - 2 3 4 2 m b s ( 5 6 m z ) 载波数 2 k ，8 k 单载波 2 k ，4 k ，8 k 接收 1 9 d b 1 5 d b1 9 d b 门限 传输 o f d m8 v s b分频段o f d m 方案 抵御电器干扰能力 克服多径干扰能力强，可做 克服多径干扰能力强，可用 特征强，有效的覆盖区域， 单频网，可用于移动接收 于移动接收 不可用于移动接收 1 3 国内地面数字电视标准的发展 自上述三个标准问世以来，许多国家和地区都在其中选择了自己的d t r b 系统。目前，美 国、韩国、加拿大和我国台湾等少数几个国家和地区采用了a ，r s c 标准，欧洲大部分国家如英 国、德国、西班牙等，以及澳大利亚、巴西、墨西哥、新加坡、我国香港等较多数国家和地 区采用了d v b t 标准，仅日本采用i s d b t 标准。总的来说，d v b t 标准目前在全球占据主导 9 内蒙古大学硕士学位论文 地位。但随着技术的发展和研究的深入，人们逐渐认识到上述三个系统其实各有其优缺点， 每个国家都需要根据本国的国情选择或制定自己的数字电视制式。 我国目前拥有3 7 亿台电视机，具有年产电视机4 千万台的能力，作为电视生产和消费第 一大国，中国的市场规模足以支撑形成一个新的数字电视体制，掌握和拥有自主知识产权的 关键技术更是能为数字电视产业乃至整个经济带来巨大的发展空间和机遇。因此无论从技术 角度，还是从政治、经济等方面考虑，我国都没有必要照搬任何一种国外标准，而应该借鉴 吸收它们的技术优点，制定具有我国自主知识产权的数字电视标准。目前我国卫星广播标准 已采用d v b s ，有线广播已经事实上采用d v b c ，d t f b 标准是仅存的对抗国外标准入侵的 阵地。同时，在中国这种地域广大、广播网较复杂的国家，d t t b 是使用最广泛的电视广播方 式，据估计我国有6 0 以上的电视机接收地面广播信号。因此，制定中国自己的d t y b 标准就 更显得意义重大。终于，在2 0 0 6 年8 月3 0 b ，国家标准化管理委员会正式发布了于2 0 0 6 年8 月 1 8 日批准的，具有自主知识产权的中国地面数字电视广播标准一g b 2 0 6 0 0 2 0 0 6 数字电视地 面广播传输系统帧结构、信道编码和调制( d t m b ) 成为强制性的国家标准。 在国标制定的过程中，清华大学提出了一种新颖的、适合我国国情的地面数字电视技术 方案，称为地面数字多媒体电视广播协议- d m b t ，其核心采用了时域同步正交频分复用 ( a d s o f d m ) 调制技术和独具特色的与自然时间同步的可寻址多层帧结构。此后，d m b - t 成 为了中国地面数字电视广播传输系统标准- - g b 2 0 6 0 0 - 2 0 0 6 数字电视地面广播传输系统帧结 构、信道编码和调制的基础框架。 有关d m b t 系统的详细内容见第二章。 1 0 内蒙古人学硕上学位论文 第二章地面数字电视广播标准技术方案( d m b t h ) 概要 d m b t h 标准是在清华大学数字电视传输技术研发中心在1 9 9 9 年7 月完成第一代d m b t 方案的基础上，吸取了广科院的低密度奇偶校验码l d p c 坌q 错编码方案，并补充了上海交大单 载波概念的区域性方案，同时融人手持( h a n d h e l d ) 系统的内容而形成的。该传输系统方案采用 了时域同步正交频分复$ ( t d s o f d m ) 调制技术和u ) p c 前向纠错编码技术，使系统稳定可 靠，接收性能好，抗干扰能力强，传输效率高，信息容量大，更可靠地支持更多的无线多媒 体业务，提供了包括h d t v 在内的多媒体广播和综合数据业务，支持固定、便携、移动等接 收设备，支持蜂窝、单频、多频网，具有高度灵活的频率规划和广播覆盖区域等特点。 2 1d m b t 系统结构 2 1 1d m b t 系统结构组成 d m b - t 传输方案由信道编解码和信道调制等功能模块组成。其中信道编解码模块主要完 成多载波调制方式的时域同步正交频分复用调制技术、纠错编码技术、分级复接编码调制技 术、扩频同步技术等功能；信道调制模块主要完成信道发射机的数字复接、调制、上变频、 功率放大及接收机的高频头、数字解调和编码等功能。d m b t 传输系统的信道调制部分可分 为多载波调制模式和单载波调制模式。d m b t 传输方案的系统发送端完成从输入数据码流到 地面数字电视信道传输信号的转换，输入数据码流经过扰码器( 随机化) 、前向纠错编码 ( f e c ) ，然后进行从比特流到符号流的星座映射，再进行交织，形成基本数据块。基本数 据块与系统信息组合( 复用) 后，经过帧体数据处理形成帧体。而帧体与相应的帧头( p n 序 列) 复接为信号帧( 组帧) ，然后根据帧地址组帧单元构建与绝对时间日、时、分、秒同步 的复帧结构，经过基带后处理转换为基带输出信号( 8 m h z 带宽内) 。该信号经正交上变频转 换为射频信号( u h f 和v h f 频段范围内) 。其原理如图2 1 所示。 1 1 一- 一 i l 叫加抗 数据输入 内蒙古人学硕士学位论文 图2 1 发送端原理框图 f i g 2 1t h ed i a g r a mo ft r a n s m i t t e rs c h e m a t i c 2 1 2 加扰 为了保证传输数据的随机性以便于传输信号处理，输入的码流数据需要用扰码进行加扰。 扰码是一个最大长度二进制伪随机序列。该序列由图2 2 所示的线性反馈移位寄存器生成。其 生成多项式定义为：g ( x ) = 1 + x 1 4 + x 1 5 ，其初始相位定义为1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 。输入的比特码流 ( 数据字节的m s b 在前) 与p n 序列进行逐位模- - a n 后产生数据扰乱码。扰码器的移位寄存器 在信号帧开始时复位到初始相位。 图2 2 扰码器组成框图 f i g 2 2t h ed i a g r a mo fs c r a m b l e r 2 1 j 量e c 考虑到提高数据传输效率，并尽量降低信道的误码率，我国数字电视地面广播系统的前 向纠错( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ，f e c ) 编码由外码( b c h 码) 和内码( l d p c 码) 级联而成。其中， b c h 码是循环码的一种，它能纠正随机产生的多个错误，因为b c h 码有着严密的代数结构， 因此目前对其研究得比较透彻；低密度校验( l o wd e n s i t yp a r i t yc h e c k ，l d p c ) 码是目前通信 界研究的热点，它因为自身的结构特点，具有良好的误码性能，可在一定程度上逼近信道容 量，是一种性能优异的编码方式，在无线通信等领域得到广泛应用。 f e c 编码器结构如图2 3 所示。 了 孙r区几懈堍幽mf=i“翌塑善 扰 内蒙古人学硕：l 学位论文 i 一i 图2 3f e c 编码器结构 f i g 2 3e n c o d e rs t r u c t u r eo ff e c 出 1 b c h 码 b c h 码是一种循环码，属于线性分组码。循环码具有循环移位的特性，t i p ：如果某码字 c = l c 1 , c n - 2 , c z , c d 是一个循环码的码字，那么由码字经过循环移位得到的所有码字，如 如刍c l , c t b c n ，c n 刍c b c o , c n j ，岛彳等，都是这个循环码的码字。每个循环码组都可由码组 长度n 和一个生成多项式g ( x ) 唯一确定。对于一个长度为n ，信息码元为k 位的循环码【记为( n ， k ) 码】，生成多项式g ( x ) 是一个能除尽x n + 1 的n k 阶多项式，阶数低于n 并且能被g ( x ) 整除的一 组多项式就构成一个( n ，k ) 循环码。对于每一个( n ，k ) 循环码有2 k 个码组。假设n = 7 ，可 得到g ( x ) - x 3 + x 2 + 1 能除尽x 7 + 1 ，因此g ( x ) 是一个生成多项式，且k = 4 ，它可构成一个( 7 ，4 ) 循 环码，它有2 k = 1 6 个可用码组。 d m b t 传输方案中，b c h 码为b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) ，是由b c h ( 1 0 2 3 ，1 0 1 3 ) 系统码缩短而成 的。它在7 5 2 b i t 的数据码前加入2 6 1 b i t 的o 补足1 0 1 3 b i t ，然后进行b c h ( 1 0 2 3 ，1 0 1 3 ) 编码，生成 多项式为g a t m ( x ) = l + x 3 + x l o 。编码后得至l j l 0 2 3 b i t 码字，然后删除前2 6 1 b i t 的0 ，得到了码长 为7 5 2 b i t 的b c h 码。根据线性分组码的原理，b c h ( 1 0 2 3 ，1 0 1 3 ) 码可以坌q l b i t 的突发错误。 2 l d p c 码 l d p c 码是一种特殊的线性分组码，其校验矩阵具有稀疏性质。它最早是1 扫g a l a g e r 于1 9 6 2 年提出，在上世纪末被重新发现，并因为其良好的性能和广阔的发展潜力在通信领域得到了 特别关注和广泛应用。 l d p c 码通常由其校验矩阵h 进行描述，校验矩阵h 的化零空间即l d p c 码的码字。校验矩 阵h 是一类特殊的稀疏矩阵，它的每一行中1 的个数称为行重、每一列中1 的个数称为列重。 一般将校验矩阵列重和行重都唯一的l d p c 码称为规贝j j l d p c 码，而将列重或行重不唯一的码 称为非规则u ) p c 码。因为l d p c 码的校验矩阵具有稀疏的性质，因此在进行长的l d p c 编码 时，参与校验的信息比特相距比较远，因此可在一定程度上抑制连续突发错误对于码性能的 影响。也就是说，在l d p c 编解码过程中，并不需要引入交织器来对突发错误进行处理。 1 3 内蒙古大学硕上学位论文 若l d p c 码的校验矩阵h 大小为m x n ，则称之为( n ，k ) l d p c 码( 其d ? k = n m ) ，( n ，k ) l d p c 码的码率为r = k n 。在数字电视地面传输方案中，可以选择使用3 种不同码率的l d p c 编码方 式，它们分别是： 1 ) 码率为r = 0 4 的l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 8 4 ) 码； 2 )