（通信与信息系统专业论文）数字电视传输系统中ldpc码译码器的研究与fpga实现.pdfVIP

中文摘要 中文摘要 摘要：低密度奇偶校验( l o w d e n s i t yp a r i t y - c h e c k ，l d p c ) 码是一种具有逼 近s h a n n o n 限性能的优秀纠错编码，具有极强的纠错和检错能力；译码复杂度不 高，可实现完全的并行操作，利于硬件实现高速译码；而且具有较大的灵活性和 较低的差错平地效应。 l d p c 码是第四代移动通信的关键技术之一，在移动和固定无线通信、卫星通 信、数字电视和广播、光纤通信以及磁盘存储等诸多领域得到了广泛的应用。 在众多的应用领域中，数字电视是一个广受关注且正处于快速发展阶段的行 业，数字电视的发展将对整个电子信息行业的发展有重大意义。l d p c 码已经被列 为多种数字电视传输系统标准中的信道编码方案，例如我国数字电视地面广播传 输系统标准d m b - t h 、我国移动多媒体广播行业标准c m m b 、欧洲的数字卫星广 播系统标准d v b s 2 等标准，它们所应用的l d p c 码前向纠错编码技术，使系统 能够更加可靠地支持更多的无线多媒体业务。 本论文根据d m b t h 、c m m b 和d v b s 2 三种数字电视传输系统标准，对其 信道编码中的l d p c 码做深入研究，并使用f p g a 对其译码器进行实现。 首先，总结了l d p c 码的译码方法，并对几种典型的译码算法通过仿真做了 性能比较与分析；接着研究数字电视传输标准中给出的l d p c 码的结构特性，并 对其进行译码性能仿真，通过比较和分析得出译码算法中相应参数的选择，供译 码器的硬件设计和实现阶段使用；之后根据标准中l d p c 码的结构特性以及前面 得到的参数最佳值对译码器进行设计，并在f p g a 上实现，调试仿真验证其性能； 最后，应用v b 和m a t l a b 设计并建立了一种适于l d p c 码编译码器的软硬件结 合的测试平台，测试并验证l d p c 码译码器的性能。 关键词：l d p c 码；译码器；数字电视；f p g a ；d m b - t h ；c m m b ；d v b s 2 分类号：t n 9 2 9 5 北京交通大学硕士学位论文 a bs t r a c t a b s t r a c t ：l o w d e n s i t yp a r i t y - c h e c k ( l d p c ) c o d e sa r ee x c e l l e n te r r o r - c o r r e c t i n g c o d e sw i t hp e r f o r m a n c ec l o s et ot h es h a n n o nl i m i t i ti sa d a p t e df o rh a r d w a r e sh i g h t s p e e di m p l e m e n t a t i o nb e c a u s eo fi t s l o wd e c o d i n gc o m p l e x i t y i ta l s oh a sb e t t e r f l e x i b i l i t ya n dl o w e re r r o rf l o o r l d p cc o d e si so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si nt h e4 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o n i ti s w i d e l ya p p l i e di nm a n yf i e l d s ，s u c ha sf i x e da n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，s a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n ，d i g i t a lt e l e v i s i o na n db r o a d c a s t i n g ，o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n ，a n d m a g n e t i cr e c o r d e r s ，e t c a m o n gt h e s ef i e l d s ，d i g i t a lt e l e v i s i o ni sa ni n d u s t r yw h i c hg e t sl o t so fa t t e n t i o na n d i sd e v e l o p i n gi nah i g hs p e e d t h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e l e v i s i o nw i l lb eg r e a t s i g n i f i c a n c ef o rt h ew h o l ee l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ni n d u s t r y l d p cc o d e sh a db e e n c h o s e nt ob eap a r to ft h ec h a n n e lc o d i n gs c h e m ei nm a n yd i 舀t a lt e l e v i s i o n b r o a d c a s t i n gs y s t e ms t a n d a r d s ，s u c ha st h ed 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 g s y s t e ms t a n d a r dd m b - t h ，t h em o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n gi n d u s t r ys t a n d a r d c m m ba n dt h ee u r o p e a ns t a n d a r dd i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gs e c o n dg e n e r a t i o n d v b s 2 ，e t c w i t ht h ef e cc o d i n gt e c h n o l o g yl d p cc o d e s ，t h e s es t a n d a r d sc a nm a k e t h e i rs y s t e m sm o r er e l i a b l ea n dd om o r ew i r e l e s sm u l t i m e d i as e r v i c e s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h es t a n d a r d so ft h et h r e ed i g i t a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n g s y s t e m s ，d m b t h ，c m m ba n dd v b s 2 ，ad e e pr e s e a r c ha b o u tt h ec h a n n e lc o d i n g l d p cc o d e si sf i n i s h e d ，a n dt h ed e c o d e r so fl d p cc o d e sa r ei m p l e m e n t e db yf p g a f i r s t ，t h ed e c o d i n gm e t h o d so fl d p cc o d e sa r es u m m a r i z e d ，a n ds e v e r a lt y p i c a l d e c o d i n ga l g o r i t h m sa r ec o m p a r e da n da n a l y z e d t h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fl d p c c o d e su s e di nt h es t a n d a r d sa r er e s e a r c h e da n dt h ep a r a m e t e r ss e l e c t i o no fd e c o d i n g m e t h o di sd o n eb yt h ep e r f o r m a n c es i m u l a i t i o n n e x t ，w i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e p a r a m e t e r s ，t h ed e c o d e ro ft h el d p c c o d e sa r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e do nt h ef p g a p l a t f o r m a tl a s t ，u s i n gv ba n dm a t l a b ，as p e c i a lk i n do fs o f t w a r e h a r d w a r et e s t i n g p l a t f o r ma p p l i c a b l ef o rl d p cc o d e se n c o d i n ga n dd e c o d i n gt e s ts y s t e mi sd e s i g n e da n d b u i l t a n df i n a l l y , t h ep e r f o r m a n c eo ft h el d p cd e c o d e ri st e s t e da n dv e r i f i e d k e y w o r d s ：l d p cc o d e s ；d e c o d e r ；d i g i t a lt e l e v i s i o n ；f p g a ；d m b - t h ；c m m b ； d v b s 2 c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 图 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 n 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 1 图4 6 图4 7 图4 8 图 ( 1 2 ，3 ，6 ) l d p c 码奇偶校验矩阵t a n n e r 图1 2 ( 2 0 ，3 ，4 ) l d p c 码b p 译码算法t a n n e r 图1 8 b p 译码算法的译码性能2 3 b p 译码算法及其改进算法的译码性能比较2 3 各种译码算法的比较2 4 d m b t h 系统发送端原理框图2 5 c m m b 系统物理层功能框图2 8 c m m b 标准校验矩阵结构( 按行) 2 9 c m m b 标准1 2 码率l d p c 码日矩阵中1 的位置分布3 0 d v b s 2 系统原理框图3 0 d v b s 2 系统比特交织前的数据格式3 l d v b s 2 标准l d p c 码的t a n n e r 图3 3 b p 译码算法仿真流程图3 8 不同口条件下迭代次数分布( 1 ) 一4 0 不同t z 条件下迭代次数分布( 2 ) 4 0 归一化b p 算法和最小信度b p 算法的误比特率曲线4 2 不同信噪比条件下迭代次数分布( 归一化b p 算法) 一4 3 采用固定迭代次数译码前后的性能比较4 5 量化比特数对译码性能的影响4 6 4 比特均匀量化一4 7 4 比特均匀量化前后的译码性能比较一4 8 d m b t h 标准0 4 码率l d p c 码译码器的整体设计框图5 3 c f u 结构框图5 4 求最小值模块结构框图5 5 求符号值模块结构框图5 5 b f u 结构框图5 6 存储器结构框图5 7 译码器时序图5 8 l d p cd e c o d e r 模块图5 9 北京交通大学硕士学位论文 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 图4 1 4 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 1 c f us e v e n 模块图6 0 b f ue l e v e n 模块图6 1 rm e m o r y 模块图一6 2 d m b - t h 标准0 4 码率l d p c 码译码器的资源占用6 7 d m b t h 标准o 4 码率l d p c 码译码器时序仿真波形图6 8 开发板的构成和接口6 9 编码器测试平台界面7 4 译码器测试平台界面7 5 测试平台的参数选择栏7 5 l d p c 码译码器整体资源占用( 包括接口) 7 7 l d p c 码译码器s i g n a l t a p1 1 分析图7 7 输入二进制数据1 15 7 8 十六进制显示输入数据一7 8 编码后的数据一7 8 未加噪时接收到的译码数据7 9 加噪且信噪比为0 d b 时接收到的译码数据7 9 加噪且信噪比为3 5 d b 时接收到的译码数据7 9 表 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表3 6 表3 7 表3 8 表3 9 表3 1 0 表4 1 表4 2 表4 3 表5 1 表 d m b - t h 系统f e c 码参数2 6 c m m b 系统l d p c 码编码配置2 8 d v b s 2 系统编码参数( 标准f e c f r a m e ) 一3 l d v b s 2 系统编码参数( 截短f e c f r a m e ) 。3 l d v b s 2 标准8 9 码率( 截短f e c f r a m e ) 的x 值一3 2 d v b s 2 标准帧长l d p c 码在不同码率下的t a n n e r 图参数3 4 d v b s 2 截断帧长l d p c 码在不同码率下的t a n n e r 图参数3 4 不同口值条件下的平均迭代次数和误比特率3 9 不同信噪比条件下的迭代次数和误比特率( 归一化b p 算法) 4 1 不同信噪比条件下的迭代次数和误比特率( 最小信度b p 算法) 一4 2 日。矩阵中非零子矩阵a ，所在的位置5 0 非零子矩阵4 ，第一行中1 的位置5 l s t r a t i xi ie p 2 s 6 0 f 1 0 2 0 e p 2 s 1 8 0 f 1 0 2 0 芯片参数6 9 m a t l a b 仿真结果与f p g a 测试结果的比较8 0 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：璐磊 签字日期：如孑年z 月p 日 新虢廊 签字日期：列年月乙 北京交通大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或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了谢意。 学位论文作者签名：i 基多参强签字日期：扣驴 年6 月日 致谢 在硕士学位论文即将完成之际，我要在此对所有给予我指导、支持、鼓励和 帮助的人表示感谢。 本论文的工作是在我的导师姚冬苹副教授的亲切关怀和悉心指导下完成的， 姚冬苹副教授渊博的知识、严谨的治学态度、科学的工作方法和对研究工作的高 度责任感和热情都给了我极大的帮助和影响，将使我受益终生。姚冬苹副教授严 以律己、宽以待人的生活态度，和善亲切、平易近人的待人风格，更是我永远学 习的榜样。 姚冬苹副教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，为我提供了良好的科研 环境，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，对于我的科研工作和论 文都提出了许多宝贵且专业的意见和建议，在此衷心感谢两年来姚冬苹老师对我 的关心和指导。 在实验室工作及撰写论文期间，熊磊师兄对我论文中的理论研究、m a t l a b 仿真分析以及f p g a 实现等方面的研究工作给予了热情帮助，每当遇到瓶颈的时 候师兄都给了我很大的启发，使我获益匪浅，在此表示忠心的感谢。实验室的李 文亮师兄、张博、张杨军等同学在专业知识的学习、理论研究与探讨、软硬件设 计与实现等方面给予了支持和帮助，在此向他们表达我的感激之情。 最后，还要特别感谢我的家人，他们的理解、支持和信任使我能够在学校专 心完成我的学业，他们是我动力的源泉。 综述 1 综述 1 1课题研究的背景与意义 在整个通信系统中，信道编码是非常重要的一部分，它保证了通信系统的可 靠性。现今移动通信越来越趋向高速，这种情况下用户对可靠性的关注更加密切， 因此，对具有优秀性能的信道编码的研究和实现尤为重要。 低密度奇偶校验( l o wd e n s i t yp a r i t yc h e c k ，l d p c ) 码是第四代移动通信的 关键技术之一，它优异的性能及其在信道可靠传输中的良好应用前景，已经引起 了世界各国学术界和i t 业界的高度重视，成为当今信道编码领域最瞩目的研究热 点。l d p c 码在许多情况下将取代t u r b o 码的趋势已经很明显，它将在深空通信、 光纤通信、卫星数字视频和声频广播、磁光全息存储、移动和固定无线通信、电 缆调n 解调器和数字用户线( d s l ) 中得到广泛应用。 很多下一代的移动通信系统中都将考虑将l d p c 码作为信道编码方案，l d p c 码已经被列为多种数字电视传输系统标准中的信道编码方案，例如我国数字电视 地面广播传输系统标准d m b t h 1 1 、我国广播信道行业标准c m m b 【2 】、欧洲的数 字卫星广播系统标准d v b s 2 【3 j 等标准，它们都应用了最新的l d p c 前向纠错编 码技术，可以更加可靠地支持更多的无线多媒体业务。 电视产业和事业的发展一直以收视质量与服务能力的提高为中心而进行，数 字电视作为新代的电视技术，其收视质量大幅度提高；同时，数字化技术的采 用为更多的其它服务创造了发展空间。数字电视的发展将对整个电子信息行业的 发展有重大意义。 数字电视按传输方式分为地面、卫星和有线三种。数字电视地面广播系统、 卫星数字电视广播系统和有线数字电视广播系统是广播电视体系中的重要组成部 分，它们与其它辅助系统一起相互协同提供全面的受众覆盖，是我国广播电视综 合覆盖网中重要的部分。 数字电视是电视产业的必然发展方向。近两年以北美欧洲为代表的发达国家 在由模拟电视向数字电视的过渡中已经积累了一些经验并取得了初步成效，未来 1o 年全世界将围绕着数字电视形成一轮新的产业热点。 可见，对数字电视传输技术的研究和对信道编码l d p c 码的实现都是具有相 当重大意义的工作，尤其是对l d p c 码译码器的硬件实现。在我国，虽然数字电 视的需求和发展前景已经很明显，国家也陆续推出各种相关政策和标准，但还没 北京交通大学硕士学位论文 有进入大范围应用的阶段；这些标准中都将l d p c 码列为信道编码方案，而且数 字电视传输系统对接收端的要求更高，需求量更大。因此迫切需要在l d p c 码译 码器硬件实现方面的研究和设计，这对数字电视的发展和应用是具有相当重大的 意义的。 本论文就是根据几种国内外优秀的数字电视传输系统标准，包括：我国数字 电视地面广播传输系统标准d m b t h 、欧洲的数字卫星广播系统标准d v b s 2 和 我国广播信道行业标准c m m b ，对其信道编码中的l d p c 码做深入研究，并使用 f p g a 对其译码器进行实现。 1 2信道编码技术的发展与现状 在通信过程中，由于信道不可避免地存在各种噪声和干扰，接收的信息可能 发生错误，降低了传输的可靠性。1 9 4 8 年，信息论的奠基人c e s h a n n o n 发表了 一篇在通信界具有里程碑意义的论文通信的数学理论( am a t h e m a t i c a lt h e o r yo f c o m m u n i c a t i o n ) 【4 】，文中指出，采用信道编码可以实现信息有效且可靠地传输， 并提出了著名的信道编码定理【5 】：对于一个有扰信道，如果信息传输速率r 不大 于信道容量c ，就必然存在某种信道编码方法，使得译码差错概率随码长增加趋近 于任意小。 信道编码定理只给出了好码存在性的证明，并没有给出如何构造好码的具体 方法。因此，寻找逼近s h a n n o n 容量限的好码一直是信道编码研究的目标。 1 2 1信道编码的发展 1 9 5 0 年，h a m m i n g 提出了一种以奇偶校验为基础的线性分组码汉明码嘲。 汉明码及其类码( 扩展汉明码和缩短汉明码等) 的编译码电路简单，易于实现， 与当时的技术条件相适合，因此应用十分广泛。随着技术的进步，较低的纠错能 力成为了制约汉明码发展的关键因素。为了解决这个问题，m i c h e l s o n 和f r e e m a n 提出了采用v i t e t b i 算法【7 1 ，a s h i k h m i n 和l i t s y n 提出采用最大后验概率( m a x i m u m ap o s t e r i o r i ，m a p ) 算法【8 j 进行汉明码的译码，以取代传统的硬判决译码，提高了 纠错性能。在此之后，研究人员又相继提出了系列信道编码，如m j e g o l a y 于 1 9 5 4 年发现了格雷( g o l a y ) 码【9 】，同年i s r e e d 和o e m u l l e r 发现了r e e d m u l l e r 码( 简称r m 码) 。 1 9 5 4 年e l i a s 提出乘积码【0 1 1 】，并被认为是最早的级联码。乘积码具有良好 2 综述 的抗突发错误的能力，而且可以进行并行译码，译码时延较小，差错平底较低。 1 9 6 6 年f o m e y 提出了级联码【1 2 】，通过将长码字的译码分解为若干个短码字的译码， 从而以较低的译码复杂度获得了较好的纠错性能。 循环码作为线性分组码的一个重要子类，具有严密的代数学理论，研究也最 为成熟1 1 3 j 【l 引，除具有线性码的一般性质( 即封闭性) 外，还具有循环性。循环码 可以按照要求的纠错能力进行构造，而且译码算法简单，编译码器硬件实现难度 低。h h o c q u e n g h e n l 于1 9 5 9 年，r c b o s e 和d k r a y - c h a u d h u r i 于1 9 6 0 年分别提 出了一种可以纠正多个错误的循环码，即b c h ( b o s e c h a u d h u r i h o c q u e n g h e m ) 码【l 5 j i l6 1 。b c h 码是循环码的一个大类，具有结构简单、纠错能力强、编译码复杂 度低、理论分析容易等特点，无论是在理论研究还是实际应用中都有着十分重要 的地位。i s r e e d 和g s o l o m o n 构造了一类具有较强纠错能力的多迸制b c h 码， 即罗德所罗门码( r e e d s o l o m o nc o d e s ) ，简称为r s 码【1 7 】。r s 码不仅可以纠正随 机错误，而且可以纠正突发错误。 卷积码最早由e l i a s 提出【l 引。卷积编码器的输出序列不仅取决于当前的输入比 特，而且与之前若干个输入比特有关。卷积码的译码算法主要有序列译码算法【1 9 】、 f a n o 译码算法【2 0 】和v i t e r b i 译码算澍2 1 1 。其中v i t e r b i 译码算法是序列整体似然度 最大意义上的最佳译码算法，得到了最为广泛的采用。 自1 9 4 8 年s h a n n o n 信道编码定理提出以来，经过几十年的努力，研究人员取 得了上述一系列的成果，但距s h a n n o n 限始终有相当的距离。直到1 9 9 3 年，b e r r o u 等人将卷积码与并行级联码相结合，提出了并行级联卷积码( p a r a l l e lc o n c a t e n a t e d c o n v o l u t i o n a lc o d e s ，p c c c ) 2 2 1 1 2 3 1 ，即t u r b o 码。t u r b o 码以可接受的译码复杂度 实现了逼近s h a n n o n 限的译码性能，距s h a n n o n 限仅0 7 d b 。t u r b o 码的发现是信 道编码领域最重大的研究进展之一，立即轰动了整个编码界，并在3 g 等系统中得 到了应用。 研究人员在对t u r b o 原理的研究过程中，又相继取得了一系列成果，其中最为 重大的成果当属l d p c 码。 19 6 2 年g a l l a g e r 在其博士论文：( ( l o w d e n s i t yp a r i t y - c h e c kc o d e s ) ) 1 2 4 】中首次 提出了低密度奇偶校验( 1 0 w d e n s i t yp a r i t y - c h e c k ，l d p c ) 码的概念，并且提出了 两种相应的译码方法，因此l d p c 码又被称为g a l l a g e r 码。虽然g a l l a g e r 已经证 明l d p c 码是一种具有渐进特性的好码，但受当时技术水平的制约( 包括计算机 硬件和软件水平，以及无法达到存储空间要求等) ，理论研究和实际应用都难以进 行，在之后的三十多年问未能得到足够的重视。直至发现了t u r b o 码之后，人们才 从中得到启发，1 9 9 6 年m a c k a y t 2 5 1 、n e a l 和s p i e l m a n 等人【2 6 l 发现g a l l a g e r 于1 9 6 2 提出的l d p c 码同样具有逼近s h a n n o n 限的性能。 3 北京交通大学硕士学位论文 随着l d p c 码的重新提出和研究的深入，研究人员发现l d p c 码在二进制对 称信道( b i n a r ys y m m e t r i cc h a n n e l ，b s c ) 、加性高斯白噪声( a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a n n o i s e ，a w g n ) 信道、删除信道( e r a s u r ec h a n n d ) 、衰落信道等各种信道下均具有 优异的性能。s a e y o u n gc h u n g 等人对1 2 码率，码长为l o7 比特的l d p c 码进行 了仿真，实现了距s h a n n o n 限0 0 0 4 5 d b 的优异性制2 7 j 。 近年来，l d p c 码一直是编码理论界和工业界的研究重点，取得了一系列进展。 直到今天，每年在i e e e 上发表的与l d p c 相关的文章就达到了数百篇。由此可以 看出，l d p c 码作为一种逼近s h a n n o n 限的信道编码已经成为了现今编码理论界的 研究热点之一，并且被写入很多新的通信标准中，逐步进入实际应用的阶段。 1 2 2l d p c 码的特点 l d p c 码是继t u r b o 码之后信道编码领域取得的又一重大成果，在很多方面甚 至要超过了t u 曲o 码，其主要优点有： 1 l d p c 码具有能够逼近s h a n n o n 极限的性能特性，同时由于校验矩阵的稀 疏性，这样优秀性能的译码复杂度却不高，译码算法本质上是并行算法，可以进 行并行处理，利于硬件实现高速译码，译码实时性较好【2 引。 2 l d p c 码具有更低的差错平底【2 9 】【3 0 1 ，译码后的误码率可以随信噪比的增加 而任意减小，不会象t u r b o 码那样存在误码率下降减速的地板效应( e r r o rf l o o r ) 现象，适用于对误码率要求苛刻的应用。 3 l d p c 码不仅具有较强的纠错能力，同时还具有极强的检错能力，对于中 等以上长度的l d p c 码，可认为发生不可检测错误的概率为零【3 。因此，在混合 纠错( h e c ) 系统中，无需要附加检错编码( 如c r c ) 。 4 l d p c 码架构中占主导地位的是存储器而非算术处理，而且具有良好的内 交织特性，系统的实现复杂度低，抗衰落能力较好1 3 引。 5 l d p c 码的码长、码率和节点度分布等参数可以根据实际情况灵活设置。 6 l d p c 码具有自己简单的数学模型：二分图( t a n n e r 图) ，描述和实现简单， 对严格的理论分析具有可验证性。 然而l d p c 码也存在不足： 1 编码复杂度较高，虽然可以通过对校验矩阵进行一定的处理后可以实现近 似的线性译码复杂度，但仍明显大于t u r b o 码等可以即时编码的码。 2 l d p c 码性能的优越性通常要在码长较长的时候才能够体现出来，当码长 为中短长度时，会在某种程度上降低编码的性能。 3 编译码器存储校验矩阵( 或其相关矩阵) 将占用较大的存储空间。 4 综述 4 当采用并行译码结构时，虽然可以获得极高的译码速度，但译码器的硬件 复杂度也相当大。 1 3数字电视行业的发展与现状 随着电子信息和计算机等现代技术的不断进步，电视行业的发展在经历了机 械电视时代、黑白电子电视和彩色电视时代以后，正在向着数字化和高清晰度向 前迈进，模拟电视在全世界范围内j 下在逐步引退。数字电视将带来一场深刻的革 命，这不仅仅是技术革命，还将带来广播电视运营体制、管理方式以及用户收听 收看方式的根本性变革，甚至对整个信息产业的发展产生深远影响。 1 3 1数字电视 相对模拟电视而言，数字电视的优势和特点主要表现在清晰度高、音频效果 好、频带利用率高、接收频道多、抗干扰性能好、可用于移动终端接收、节目的 加密处理性能好、便于开展各种综合业务和交互业务，有利于构建“三网合一” 的信息基础设施等方面。数字电视在图像和声音质量两方面都有重大改进。其根 据清晰度可分为：标准清晰度数字电视( s d t v ：s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 和 高清晰度数字电视( h d t v - h i 曲d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) ，码率分别约为1 0 m b p s 和2 0 m b p s 左右。数字电视的传输存在三种传输的通道：地面、卫星和有线传输。 在我国，2 0 0 3 年就已经被国家广电总局确定为中国数字电视元年，2 0 0 4 年主 推付费电视业务，2 0 0 5 年3 月提出了具有自己知识产权的地面数字电视标准 中国数字电视地面广播融合方案( 建议稿) 。我国的数字电视普及计划是2 0 0 5 年 全国四分之一的电视台将发射和传输数字电视信号；2 0 1 0 年全国将全面实现数字 广播电视，东部相对发达地区将普及数字电视；2 0 1 5 年全国将停止模拟广播电视 的播出。 1 3 2数字电视地面广播 经过多年的深入研究和发展，数字电视地面广播( d t t b ：d i g i t a lt e l e v i 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 g ) 取得了很多的成果，世界上已经提出了三个地面数字电视 标准，分别为：欧洲的d v b t 、美国的a t s c 和同本的i s d b t ，都达到实用阶段。 但是由于这三种地面数字电视广播传输标准均提出较早，从现在应用的角度来看 5 北京交通大学硕士学位论文 都存在一定的缺点，比如信道估计、均衡、移动接收以及同步等方面。 数字电视地面广播系统是广播电视体系中的重要组成部分。2 0 0 1 年我国正式 在全国范围内广泛征集地面数字电视传输标准，提出了5 套地面数字电视广播传 输方案，最终将清华大学的“地面数字多媒体与电视广播系统”( d m b t ) 和上海 交大为主组成的国家h d t v 总体组的高级数字电视广播系统( a d t b t ) 两种标 准方案融合制定出数字电视地面广播系统国家标准( d m b t h ) 。这个标准采用了 我国的自主发明专利和技术创新点，并在充分分析国外现有数字电视传输标准的 基础上，吸收了近年信息传输领域的新技术，实现了较国外已有标准更佳的性能。 d m b t h ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i at v h a n d l eb r o a d c a s t i n g ) 已经被定为 国家标准数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制( g b2 0 6 0 0 2 0 0 6 ) j 。该标准适用于地面传输的数字多路电视高清晰度电视固定和移动广播业务的 帧结构、信道编码和调制系统，规定了数字电视地面广播传输系统信号的帧结构、 信道编码和调制方式。体现该标准具有自主创新特点、并能提高系统性能的主要 关键技术有：能实现快速同步和高效信道估计与均衡的p n 序列帧头设计和符号保 护间隔填充方法、低密度校验纠错码( l d p c ) 、系统信息的扩频传输方法等。支 持4 8 1 3 m b p s - 3 2 4 8 6 m b p s 的系统净荷传输数据率，支持标准清晰度电视业务和高 清晰度电视业务，支持固定接收和移动接收，支持多频组网和单频组网。 数字电视地面广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分，不但必须具有 支持传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应广播电视服务的可扩展功 能。数字电视地面广播传输系统支持固定( 含室内、外) 接收和移动接收两种模 式。在固定和移动接收模式下，都可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度 电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务。 数字电视地面广播传输系统支持多频网和单频网两种组网模式，可根据应用 业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式， 以达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。 1 3 3 移动多媒体广播 移动多媒体广播目前已经成为数字电视相关的令一个炙手可热的发展热点。 移动多媒体广播业务是指通过卫星和地面无线广播方式，在手机、p d a 、m p 3 、 m p 4 、数码相机、笔记本电脑等七寸以下的小屏幕、移动便携手持式终端上，实 现随时随地接收广播电视节目收视与信息服务。 2 0 0 6 年1 0 月2 4 同，国家广播电影电视总局颁布了自主研发的移动多媒体广 播( 也称手机电视) 行业标准移动多媒体广播第l 部分：广播信道帧结构、 6 综述 信道编码和调制( g y t2 2 0 1 2 0 0 6 ) 【2 j 。该标准( 简称c m m b ，c h i n am o b i l e m u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，中国移动多媒体广播) 用于开展移动多媒体广播业务， 面向各类移动便携式终端，提供广播电视节目和信息服务。该标准的实施将会填 补广播电视在移动接收方面的服务空白。该标准是我国“产、学、研等部门多 年联合开发研究的结果，具有完全自主知识产权，对我国移动多媒体广播和民族 工业的发展具有重要意义。目前国际上还没有形成统一的移动多媒体广播技术标 准，尚处于大规模应用的前期，因此该标准的及时出台，对我国移动多媒体广播 和相关民族工业的发展具有重要的促进作用。 c m m b 标准适用于在3 0 m h z - - - 3 0 0 0 m h z 的频率范围内，通过卫星和或地面 无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统，可以实现全国漫游。 利用s 波段卫星信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持2 5 套电视节目和3 0 套广播节目。其传输技术采用我国自主研发的移动多媒体广播传输技术标准( 简 称s t i m i ，s a t e l l i t e t e r r e s t r i a li n t e r a c t i v em u l t i s e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) 。 s t i m i 技术是面向移动多媒体广播的业务需求而专门设计的无线信道传输技 术，构成了中国自主研发的c m m b 体系架构中的核心技术。s t i m i 技术充分考虑 到移动多媒体广播业务的特点，针对手持设备接收灵敏度要求高，移动性和电池 供电的特点，采用了最先进的信道纠错编码( l d p c 码) 技术和o f d m 调制技术， 提高了系统的抗干扰能力，支持高移动性，并且采用了时隙( t i m es l o t ) 节能技术 来降低终端功耗，提高终端续航能力。 c m m b 标准定义了规定频率范围内移动多媒体广播系统广播信道物理层各功 能模块，给出了移动多媒体广播信道物理层传输信号的帧结构、信道编码、调制 技术以及传输指示信息。标准定义了8 m h z 和2 m h z 两种广播信道物理层带宽， 物理层逻辑信道支持多种编码和调制方式用以满足不同业务、不同传输环境对信 号质量的不同要求。广播信道物理层支持单频网和多频网两种组网模式，可根据 应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数；支持多业务的混合模式， 达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。 1 3 4数字卫星广播 在卫星传输方面，数字电视的发展始于卫星通信的应用。由于卫星通信具有 覆盖面广，适合中继等特点，卫星通信系统已经成为世界电信结构中的重要部分， 并一直在为全球几十亿人提供着电话、数据和视频服务。 d v b ( d i s t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 项目组是由3 5 个国家的2 5 0 多家广播电台、 制造商、网络运营商、软件开发商、管理机构和其他单位组成的行业协会组织， 7 北京交通人学硕士学位论文 其宗旨是为提供数字电视和数据服务设计制订全球标准。d v b 系统的主要功能是 对视频数据进行数字化编码并传播，然后在接收终端进行接收解码的工作。d v b 系统的传输方式有如下几种：卫星( d v b s 及d v b s 2 ) 、有线( d v b c ) 、地面 无线( d v b t ) 、手持地面无线( d v b h ) 。 d v b s 是d v b 项目组发布的第一个标准，自1 9 9 3 年底公布以来已广泛的应 用于全世界的广播电视业务中。近几年，伴随着数字通信领域中纠错编码技术的 突破性进展，同时由于服务商和用户对卫星通信提供更大容量和更多新业务的需 求不断增长，d v b 项目组于2 0 0 3 年公布了针对卫星宽带业务的第二代标准 d v b s 2 ( d i 百t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ( d v b ) ；s e c o n dg e n e r a t i o nf l a m i n gs t r u