（通信与信息系统专业论文）dmbth系统纠错码应用算法设计仿真与实现研究.pdf

摘要 摘要 1 9 4 8 年香农发表了编码理论的奠基之作am a t h e m a i c a lt h e o r yo f c o m m u n i c a t i o n 。如今，纠错编码已经是现代通信系统中不可或缺的组成部分。 本文基于“数字电视地面传输系统编译码性能仿真与f p g a 实现项目，对 d m b t h 系统中的信道编码进行了深入的研究，主要工作成果如下： 本文重点研究了l d p c 码的编码原理及工程实现中常用的各种软判决译码算 法，其中包括：传统的标准和积译码算法，以及工程上改进的最小和译码算法、 n o r m a l i z e d 最小和译码算法和o 舔e t 最小和译码算法。论文针对d m b t h 标准中 的l d p c 码，分别在a w g n 信道及r a f l e i g h 信道下，采用以上四种不同译码算法 进行了性能仿真。通过仿真比较发现，在各种不同的调制方式下，标准中的l d p c 码都显示出非常好的性能，距离极限性能界仅相差不到1 个d b 。其中，n o r m a l i z e d 最小和译码算法和o f f s e t 最小和译码算法性能最优，但是在r a y l d g h 信道下 n o r m a l i z e d 最小和译码算法相对o 危e t 最小和译码算法具有更好的稳定性。因此， n o r m a l i z e d 最小和译码算法是值得f p g a 实现考虑的算法。同时，本文还对l d p c 译码器硬件实现中的定点量化问题进行了研究，为今后完成l d p c 译码器的设计 奠定了基础。 论文还讨论了b c h 编译码器以及l d p c 码编码器的硬件实现，分析并设计了 三种主要的硬件结构，其中包括：1 0 b i t 并行b c h 编码器，1 0 b i t 并行b c h 译码器， 2 5 4 b i t 并行l d p c 编码器。为了验证设计的正确性，我们在x i l i n x 公司v i r t e x - 4 系 列x c 4 v l x 2 0 0 型号f p g a 上实现了码长为7 4 9 3 、码率为o 4 的d m b t h 系统的 级联码的编码器。全部设计采用v e r i l o gh d l 语言描述，编码器的工作时钟频率为 1 0 0 m h z 。 关键词：纠错编码，b c h 码，l d p c 码，d m b 7 - i ，f p g a a b s t r a c t a b s t r a c t i n19 4 8 ，s h a n n o np u b l i s h e d am a t h e m a t i c a lt h e o r yo fc o m m u n i c a t i o n ”，w h i c h s e tt h ec o r n e r s t o n eo fc o d i n gt h e o r y n o w a d a y s ，e r r o rc o n t r o lc o d i n gt h e o r yh a sb e e na l l i n t e g r a lp a r to fm o d e mc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s t h et h e s i s ，b a s e do nt h ep r o je c to f ”p e r f o r m a n c es i m u l a t i o na n df p g ai m p l e m e n t a t i o no ff e cf o rd 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 lt r a n s m i s s i o ns y s t e m ”m a k e sa ni n - d e p t h s t u d yo fc h a n n e lc o d i n go f d m b t hs y s t e m m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ee n c o d i n ga n dd e c o d i n ga l g o r i t h m so fl d p cc o d e s t h ed e c o d i n ga l g o r i t h m s ，i n c l u d i n g ，b pa l g o r i t h m ，m i l l 一s u mb pa l g o r i t h m ，n o r m a l i z e d b pa l g o r i t h m ，o f f s e tb pa l g o r i t h m ，a r ew i d e l yu s e di ne n g i n e e r i n gp r a c t i c e f o rt h e l d p cc o d e so fd m b - t hs t a n d a r d ，w es i m u l a t et h ep e r f o r m a n c eo ft h ef o u rd i f f e r e n t a l g o r i t h m su n d e rt h ea w g nc h a n n e la n dt h er a y l e i g hc h a n n e l f o u n db ys i m u l a t i o n a n dc o m p a r i s o n , i nav a r i e t yo fm o d u l a t i o nm o d e s ，t h el d p cc o d e ss h o wv e r yg o o d p e r f o r m a n c en e a rt h eu l t i m a t ep e r f o r m a n c e ，w h i c hi sl e s st h a nld ba w a yf r o mt h e s h a n n o nl i m i t a m o n gt h e m ，n o r m a l i z e db pa l g o r i t h ma n do f f s e tb pa l g o r i t h m p e r f o r mt h eb e s t b u tu n d e rt h er a y l e i 曲c h a n n e l ，t h en o r m a l i z e db pa l g o r i t h ms h o w s b e t t e rs t a b i l i t y , w h i c hi sw o r t hc o n s i d e r i n ga st h ef p g ai m p l e m e n t a t i o n sa l g o r i t h m s i m u l t a n e o u s l y , w ea n a l y z et h ef i x e d - p o i n tq u a n t i z a t i o ni s s u e s f o rt h eh a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o no f t h el d p cd e c o d e r t l l i st h e s i sa l s od i s c u s s e st h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r e so ft h eb c he n c o d e r d e c o d e r a n dt h el d p ce n c o d e r , i n c l u d i n g , 1o - b i tp a r a l l e lb c he n c o d e r , 1o - b i tp a r a l l e lb c h d e c o d e r , a n d2 5 4 - b i tp a r a l l e ll d p ce n c o d e r i no r d e rt ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h e d e s i g n , t h ec o n c a t e n a t e dc o d ee n c o d e rw i t hac o d e1 e n g t ho f7 4 9 3b i t sa n dt h er a t eo f o 4f o rd m b t hs y s t e mi si m p l e m e n t e db yt h ed e v i c eo fx c 4 v l x 2 0 0o fx i l i n x s v l r t e x - - 4f a m i l y t h ed e s i g ni sd e s c r i b e di nt h ev e r i l o gh a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ( h d l ) ，a n dw i t ht h ee n c o d e rc l o c kf r e q u e n c yo fio o m h z k e y w o r d s ：e r r o rc o n t r o lc o d i n g ，b c hc o d e s ，l d p cc o d e s ，d m b t h ，f p g a 图表目录 图表目录 图1 1 数字通信系统的简化模型1 图1 2 数字电视信道编码调制流程图4 图1 3d m b t h 系统信道编码方案6 图1 4c m m b 系统的信道编码方案6 图1 5d v b s 2 信道编码数据格式7 图2 1 通用b c h 译码算法流程1 4 图2 2 校验矩阵的t a n n e r 图表示1 7 图2 3 高斯消去法1 9 图2 4 近似下三角矩阵1 9 图2 5 生成多项式g ( 工) = l + 9 1 x + 9 2 x 2 + + g n - k - 1 x ”七- 1 + 的循环编码电路2 2 图2 6d m t h 系统发送端原理图3 0 图2 7d m b t h 系统信道编码方案3 0 图2 8 扰码器的结构图31 图2 9f e c 编码器框图31 图2 1 0b c h + l d p c 的级联编码流程3 3 图3 16 4 q a m 映射3 6 图3 23 2 一q a m 映射3 7 图3 31 6 一q a m 映射3 7 图3 44 q a m 映射38 图3 5l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码在和积译码算法( s p a ) 下的性能3 9 图3 - 6l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码各种算法在1 6 q a m 调制下的性能3 9 图3 7l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 1 6 ) 碉j 在和积译码算法( s v a ) 下的性能4 0 图3 8l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 1 6 ) 码各种算法在q p s k 调制下的性能4 0 图3 - 9l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 1 6 ) 码各种算法在3 2 q a m 调制下的性能4 1 图3 1 0l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码在r a y l e i g h 信道下的性能4 2 图3 11l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 16 ) 码在r a y l e i g h 信道下的性能4 2 图3 1 2l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码不同迭代次数下的性能4 4 图3 1 3l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 1 6 ) 码不同迭代次数下的性能4 4 v 图表目录 图3 1 4l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码( 7 ，3 ，o b i t s 量化下4 - q a m 调制的性能4 5 图3 1 5l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码( 7 ，3 ，o b i t s 量化下1 6 q a m 调制的性能4 5 图3 1 6l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 16 ) 码( 7 ，3 ，o b i t s 量化下4 - q a m 调制的性能4 6 图3 1 7l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 1 6 ) 码( 7 ，3 ，o b i t s 量化下1 6 。q a m 调制的性能4 6 图4 1 串行b c h 编码器4 8 图4 21 0 比特并行b c h 编码器结构图5 0 图4 3b c h 并行译硬- 器结构5 2 图4 4b c h 编码模块接口定义5 3 图4 5b c h 并行编码器+ 内外码级联接口电路的r t l 图5 3 图4 6b c h 并行编码器的时序仿真图5 4 图4 7b c h 并行译码模块接口定义5 4 图4 8b c h 并行译码器的r t l 示意图5 5 图4 9b c h 并行译码器的时序仿真图5 5 图4 1 0l d p c 编码器结构图5 8 图4 1 1 编码器核心运算模块5 9 图4 1 2l d p c 编码模块接口定义5 9 图4 13l d p c 编码器模块r t l 示意图6 0 图4 1 4 接口电路的结构6 1 图4 1 5d m b t h 系统前向纠错码编码模块接口定义6 1 图4 1 6 级联后编码器的r t l 示意图6 2 图4 1 7 级联编码器的资源使用报告6 2 表1 1d v b t 、a t s c 、i s d b t 的主要特性4 表1 2c m m b 系统l d p c 码编码参数7 表1 3 编码参数( 标准f e c f r a m e ) 8 表1 4 编码参数( 截短f e c f r a m e ) 8 表2 1 晶的快速计算步骤及计算复杂度2 0 表2 2p ，的快速计算步骤及计算复杂度21 表2 3d m b t h 中l d p c 码的参数3 3 v i 缩略语 a w g n 3 g p p c d m a f e c b e r b f b p b p s k b s c c b p l d p c l f s r l l r m p a s n r s p a m i m o p s k q p s k q a m o f d m 缩略语 a d d i t i v ew m t eg a u s s i a nn o i s e 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o je c t c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n b i te r r o rr a t e b i tf l i p p i n g b e l i e fp r o p a g a t i o n b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g b i n a r ys y m m e t r i cc h a n n e l c y c l i cc o d e sb e l i e fp r o p a g a t i o n l o w - d e n s i t yp a r i t yc h e c k l i n e a rf e e d b a c ks h i f tr e g i s t e r l o g a r i t h ml i k e l i h o o dr a t i o m e s s a g ep a s s i n ga l g o r i t h m s i g n a l t o - n o i s er a t i o s u mp r o d u c ta l g o r i t h m m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t p h a s es h i f tk e y i n g q u a t e r n a r yp h a s es h i nk e y i n g q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 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 v 加性高斯白噪声 第三代合作计划 码分多址 前向纠错 误码率 比特翻转 置信传播 二进制相移键控 二进制对称信道 循环码的置信传播 低密度奇偶校验 线性反馈移位寄存器 对数似然比 消息传递算法 信噪比 和积算法 多输入多输出 相移键控 四相相移键控 正交幅度调制 正交频分分复用 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 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得电子科技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 确的说明并表示谢意。 硌玻 日期纱o 年月纠日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技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，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：粒导师签名：j 虹 日期：p 年歹月乃1 日 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀t 匕 本章首先回顾了信道编码理论6 0 年来的发展历程及研究现状，然后介绍了数 字电视的国际标准，其中包括d v b t 标准，a t s c 标准和i s d b t 标准。第二节还 重点介绍了我国目前所采用的数字电视标准，包括d m b t h 标准、c m m b 标准以 及d v b s 2 标准。最后详细阐述了论文完成的主要工作及文章结构。 1 1 信道编码理论的发展历程及研究现状 通信的主要目的就是保障消息传输的可靠性、有效性和安全性。但是在数字 通信系统中，可靠性与有效性却是相互矛盾的，两者不可兼得。为了提高通信的 有效性，往往需要提高系统的码率，减少冗余信息的发送，这就降低了通信的可 靠性；相反的，增加更多发送信息的冗余度可以使通信的抗干扰能力更强，但同 时也浪费了系统带宽，降低了传输的有效性。信道编码理论就是在解决这对矛盾 的过程中而不断发展的。实际上，信道编码的本质就是通过有效的增加传输信息 的冗余度以提高通信系统的抗干扰能力，从而使接收信息即使在受到一定噪声干 扰的条件下依然能够可靠的传送初始信息，一个基本的数字通信系统【lj 如图1 1 所 示。 图1 1 数字通信系统的简化模型 1 9 4 8 年，香农( s h a n n o n ) 发表了具有里程碑意义的t l l em a t h e m a t i c a lt h e o r yo f c o m m u n c a t i o n ) ) 2 】一文，首次提出了信道编码理论和信源编码理论。香农信道编 码理论可简要表述为如下两点： ( 1 ) 加性高斯白噪声信道的信道容量c 为： 厂p 。刖0 9 2 i1 + 蒜l l 1 ) 电子科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 存在码率为r 的码字和相应的译码算法使得在r c ( 信道容量) 时，误码 率趋于0 。 其中矽是信道带宽，只是信号功率，0 是高斯白噪声的单边功率谱密， 只w n 0 是信噪比( s n r ) 。信道容量c 确定时对应的信噪比值称为香农限【3 】 ( s h a n n o nl i m i to 它是实现无差错传输所需的最低门限信噪比。根据香农的信道编 码定理，减小误码率的主要途径有： ( 1 ) 增加信道容量，比如加大系统带宽和增加信噪比； ( 2 ) 降低码率尺，这意味着要增加信息的冗余度； ( 3 ) 增加码长，这意味着要增加编译码器的运算复杂度； 香农信道编码定理保证了无误码传输的数字通信的存在性。但是对于如何构 造满足香农限的好码，香农并没有给出具体的构造方法。随后的几十年间，科学 家们一直在研究如何构造满足香农限的好码。 第一个线性分组码由h a m m i n g 在19 5 0 年提出，h a m m i n g 码【3 】是一类能纠单 个错误的分组码。随后在1 9 6 0 年，b o s e ，r a y - c h a u d h u r i 和h o c q u e n g h e m 三人同时 发现了一大类可纠正多个错误的循环码一b c h 码【4 】【5 1 ，同年，r e e d 和s o l o m o n 发 现了一类非二进制的r s 码，并且认识到r s 码是b c h 码的特例。 这一期间，信道编码的研究主要集中在b c h 码的译码算法上。1 9 6 0 年， p e t e r s o n 从理论上解决了b c h 的译码问题，提出了p e t e r s o n 译码算法，奠定了b c h 码译码的理论基础。之后，c l l i e l l 、f o m e y 、m a s s e y 和b e r l e k a m p 相继提出了更高 效的b c h 译码算法。1 9 7 5 年，s u g i y a m a 、k a s a h a r a 和n a m e k a w a 发现也可以采 用欧几里德( e u c l i d ) 算法对b c h 码r s 码进行译码。1 9 7 0 年，g o p p a 发现了新一 类的线性循环码一g o p p a 码。它是b c h 码的一种自然推广，研究发现码长较长的 g o p p a 码比b c h 码更有效。 1 9 5 5 年e l i a s 提出了卷积码。与线性分组码不同，卷积码具有动态格图结构， 可用有限状态机来描述。1 9 6 1 年，r e i f e n 针对卷积码提出了序列译码算法，f a n o 在1 9 6 3 年完善了这一算法。1 9 6 7 年，v i t e r b i 提出了著名的维特比算法，由于其先 进的译码思想、适中的译码复杂度以及优秀的译码性能，被作为目前卷积码最常 用的译码算法而广泛应用。 1 9 6 6 年，f o m e y 将分组码和卷积码结合起来，首先提出了级联码 p 1 ( c o n c a t e n a t e dc o d e s ) 。研究表明，级联码可以在译码复杂度没有明显的增加的 情况下，大大改善级联码的译码性能。级联码的外码多采用硬判决译码，内码多 采用软判决译码。随后，级联码由于其优秀的译码性能被广泛的应用到工程实践 2 第一章绪论 中。在t u r b o 码出现之前，它是加性高斯白噪声信道下性能最好的编码方式。 1 9 9 3 年，c b e r r o u 等人提出了一种新型的纠错码一t u r b o 码 6 】【7 】。它利用多个 短码的并行级联的方法来实现长码的编码，同时还设计相应的译码器来完成t u r b o 码的译码，而且它的性能非常接近香农的性能界。研究显示，在a w g n 信道下， 当信噪比大于等于o 7 d b 时，一个码率为1 2 的t u r b o 码经过多次迭代译码后其误 码率小于或等于1 0 。( 1 2 码率下的香农限为0 d b ) 。由于t u r b o 码在信噪比很低的情 况下仍能保持很好的性能，所以在移动通信中得到了广泛的应用。目前，我国的 3 g p p 标准已经将t u r b o 码作为其第三代移动通信系统i m t - 2 0 0 0 中的候选信道编 码方案之一。 1 9 6 2 年，g a l l a g e r 博士首次提出了低密度奇偶校验码 8 】 ”1 ( l d p cc o d e ， l o wd e n s i t yp a r i t y - c h e c kc o d e ) 。l d p c 码是由校验矩阵定义的一种码字，其校验 矩阵具有以下特点：每列包含很小固定数目j 3 的l ；每行包含很小固定数目k j 的1 。g a l l a g e r 还证明： ( 1 ) l d p c 码字的典型最小距离随码长增加线性增加； ( 2 ) 在b s c 信道下译码的误码率随码长增加指数减小； 在g a l l a g e r 的博士论文中还给出了l d p c 码的构造方法，迭代译码算法以及性 能在理论上的证明。但由于当时计算与实现技术比较困难，l d p c 码被长期遗忘， 直到1 9 9 5 年，m a c k e y 和n e a l 重新发现l d p c 码有着与t u r b o 码相似甚至更加优秀 的性能，随后l d p c 码得到了大家的广泛关注，成为信道编码新的理论研究热点。 1 2 数字电视传输系统中的信道编码技术 数字电视系统对信道编码技术有以下要求 1 2 ： ( 1 ) 编码效率高，抗干扰能力强； ( 2 ) 传输信号应有良好的透明性，即传输通道对于传输信号的内容不加限制； ( 3 ) 传输信号的频谱特性应与传输信道的通频带有最佳的匹配性； ( 4 ) 编码信号应包含数据定时信息与帧同步信息，以便接收端能准确译码； ( 5 ) 编码的数字信号应具有适当的电平范围； ( 6 ) 发生误码时，误码的扩散蔓延小； 一个基本的数字电视系统的信道编码调制流程如图1 2 所示，输入数据首先经 过扰码器扰码，以保持数据的最大随机性；经过扰码后的数据再送入编码器编码， 数字电视系统的编码器由外码编码器，交织器，内码编码器，交织器构成；最后 电子科技大学硕士学位论文 编码信息经过调制以后送入信道进行传输。 图1 - 2 数字电视信道编码调制流程图 数字电视系统根据传输方式的不同目前主要有如下的三大标准：地面数字电 视、卫星数字电视以及有线数字电视，其中地面传输标准是最基本的标准。 国际上主要的地面数字电视的标准有：欧盟的d v b t ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t t e r r e s t r i a l ) 标准、美国的a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e ) 标 准和日本的i s d b - t ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 标准。这三种地面数字 电视广播系统的主要特性如表1 1 所示。 表1 - 1d v b t 、a t s c 、i s d b - t 的主要特性 系统标准 d v b t a t s ci s d b t 频带宽度 866 视频编码【p e g 2m p e g 一2n 口e g 2 音频编码 m p e g 一2 层2 a c 3 m p e g - 2 ( a c c ) 外纠错码 r s ( 2 0 4 ，18 8 )r s ( 2 0 7 ，18 7 )r s ( 2 0 4 。18 8 ) 内纠错码 卷积 格栅编码( 2 3 ) 卷积 ( 1 2 ，2 3 ，3 4 ，5 6 ，7 8 ) ( 1 2 ，2 3 ，3 4 ，5 6 ，7 8 ) 调制方式 q p s k , q a m 8 v s b d q p s i t , q p s k q a m 载波数1 7 0 5 6 8 1 7114 0 5 2 8 0 9 4 9 9 2 总码率( m b i t s 14 9 8 ( q p s i q 1 9 3 9 3 6 5 i ( d q p s k l 31 6 7 ( 6 4 q a m l 2 3 2 3 4 ( 6 4 q a m ) 抗干扰能力 抗静态和多径多态抗静态多径脉冲干抗静态和多径多态 扰 移动接收较好不能好 s d t v h d t v 兼容 能能能 性 硬件实现复杂容易复杂 系统接收门限1 9 d b1 5 d b1 9 d b 由上表可以总结出三种数字电视系统的主要区别： 4 第一章绪论 ( 1 ) 在频带宽度方面，d v b t 的宽度为8 ，而a t s c 和i s d b t 都为6 ，d v b t 拥有更高的带宽资源。 ( 2 ) 三个系统的视频编码都采用m p e g 2 的编码方式；而在音频编码方面， d v b t 采用m p e g 2 层2 ，a t s c 采用a c 3 ，而i s d b t 则采用m p e g 一2 ( a c c ) 。 ( 3 ) 在信道编码方面，d v b t 与i s d b t 完全相同，都采用r s 码+ 卷积码的级 联编码，其中卷积码都有5 种动态码率；而a t s c 则采用外码r s 码，内码栅格编 码的编码方案，仅有一种固定码率。 ( 4 ) 由于三个系统采用调制方式也各不相同，d v b t 系统支持q p s k 和q w ： i s d b t 支持q p s k 、q a m 以及d p s k ；而a t s c 由于调制方式最简单，仅仅支持 8 - v s b 的单一性调制方式。 ( 5 ) 在系统的移动接收方面，d v b t 系统的设计目的是支持室内和室外的固定 接收，同时能够提供便携接收而非移动接收，因此它的移动接收效果不好；a t s c 的 最初设计目标仅限于室外固定接受的地面广播，所以不支持移动接收。i s d b t 系 统的设计目标是提供综合业务的室内和室外固定、便携和移动广播接收，所以其 移动接收性能最好。 随着数字电视在全世界的逐步发展和普及，我国也根据自己的国情，先后制 定了d m b t h 标准( 数字电视地面广播标准) ，c m m b 标准( 中国移动多媒体广播系 统广播信道行业标准) ，它们与d v b s 2 标准( 数字卫星电视广播标准) ，一起组成我 国的数字电视系统网络。 ( 1 ) d m b t h 标准 2 0 0 6 年8 月3 0 日，国家标准化管理委员正式公布由清华大学、上海交通大学、 浙江大学、电子科技大学等十余家国内单位起草的数字电视地面广播传输系统 帧结构、信道编码和调制标准，简称d m b t h 标准【l 3 1 。 d m b t h 系统采用了先进的时域同步正交频分复用( t d s o f d m ) 数字信息传 输的调制技术，创造性地提出了无线宽带时变信道中时域和频域结合的多维信号 处理方法，具有快速系统同步、精确信道估计、高效频谱利用和单频网性能优越 等显着优势。系统极大地提高了传统的数字电视地面广播及移动服务传输在各种 环境下的性能，如户内、固定、手持和移动等不同条件下的信号传输及接收。 d m b t h 系统在一个8 m h z 的广播频道中，可传输高达3 2 4 8 m b p s 的数据，在传输 数字电视信号的同时，还提供多样的数据业务。d m b t h 系统采用了b c h + l d p c 级联码的信道编码方式，其结构如图1 3 所示。 电子科技大学硕士学位论文 以b c h 码作为系统外码的目的是为了降低系统的误码平台。经验证，当组成b c h 码与l d p c 码的级联码后译码的误码平台可以降低到b e r 1 0 q 2 。d m b t h 系统 三种不同码率的f e c 码如下： ( 1 ) 码率为0 4 的f e c ( 7 4 8 8 ，3 0 4 8 ) 码 由4 个b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) 码作为输入信息经过l d p c 编码器编码为 l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) ，然后将l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码前面的5 个校验位删除，其中参数 k = 2 4 ，c = 3 5 ，b = 1 2 7 。 ( 2 ) 码率为0 6 的f e c ( 7 4 8 8 ，4 5 1 2 ) 码 由6 个b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) 码作为输入信息经过l d p c 编码器编码为 l d p c ( 7 4 9 3 ，4 5 1 2 ) ，然后将l d p c ( 7 4 9 3 ，4 5 1 2 ) 码前面的5 个校验位删除，其中参 数k = 3 6 ，c = 2 3 ，b = 1 2 7 。 ( 3 ) 码率为0 8 的f e c ( 7 4 8 8 ，6 0 1 6 ) 码 由8 个b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) 码作为输入信息经过l d p c 编码器编码为 l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 1 6 ) ，然后将l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 1 6 ) 码前面的5 个校验位删除，其中参 数k = 4 8 ，c = 1 1 ，b = 1 2 7 。 ( 2 ) c m m b 标准 国家广电总局在2 0 0 6 年1 0 月2 4 日颁布了我国移动多媒体广播的行业标准， 称为中国移动多媒体广播系统广播信道行业标准g y t 2 0 1 。1 2 0 0 6 移动多媒体广 播第1 部分：广播信道帧结构、信道编码和调制，简称c m m b 标准 1 4 】。 它采用的前向纠错码是r s + l d p c 的级联码。c m m b 系统的信道编码方案如 图1 _ 4 所示。 掣编码h撇织h功码pcrs编h 嫩织h 髓删i 叫编码卜叫字节交织卜叫“。r 玎”卜叫比特交织卜叫星座映射i 图1 - 4c m m b 系统的信道编码方案 其中，r s 码采用码长为2 4 0 比特的r s ( 2 4 0 ，k ) 缩短码。该码由原始的r s ( 2 5 5 , m ) 系统码通过截短产生，其中m = k + 1 5 。r s ( 2 4 0 ，k ) 码提供4 种模式，分别 6 第一章绪论 为k = 2 4 0 ，k = 2 2 4 ，k = 1 9 2 ，k = 17 6 。r s 码的每个码元都取自g f ( 2 8 ) 域，g f ( 2 8 ) 域 的生成多项式为p ( x ) = 工8 + x 4 + x 3 + z 2 + 1 。r s ( 2 4 0 ，k ) 的生成多项式见附录a 。经 过r s 编码和字节交织的传输数据按照低比特位优先发送的原则将每字节映射为 8 b i t 数据流，然后再送入l d p c 编码器。l d p c 编码参数如表1 2 所示。 表1 2c m m b 系统l d p c 码编码参数 码率信息比特长度k码字长度n 1 2 4 6 0 8 比特9 2 1 6 比特 3 4 6 9 1 2 比特9 2 1 6 比特 ( 3 ) d v b s 2 标准 e t s i ( 欧洲电信标准协会) 在2 0 0 4 年颁布了新的卫星数字电视广播传输标准一 d v b s 2 ，以取代1 9 9 4 年制定的d v b s 。d v b s 2 是服务于宽带卫星应用的新一 代d v b 系统，服务范围包括广播业务，数字新闻采集，以及i n t e m e t 接入等交互 式业务。与d v b s 相比，在相同地传输条件下，d v b s 2 能提高传输容量约3 0 以上，同样的频谱效率下可得到更强的接收效果。 d v b s 2 中的前向纠错编码同样使用b c h + l d p c 码级联实现，从而有效的降 低了系统的解调门限，距离香农极限也仅有0 7 1d b 的差距。在d v b s 2 编码系 统中，输入序列称为基本比特帧( b b f r a m e s ) ，输出序列称为前向纠错帧 ( f e c f r a m e s ) ，每个b b f r a m e ( ) 经过f e c 编码子系统生成f e c f r a m e ( 挖妊) 。外码b c h 编码输出的校验位( b c hf e c ) 在输入序列b b f r a m e 的后面， 内码l d p c 码编码输出的校验位( l d p cf e c ) 在b c h f e c 的后面。其f e c f r a m e 结构如图1 5 所示。 b c h 码字= l d p c 信7 - 息位 基本信息序列 b c h 编码l d p c 编码 校验位校验位 l d p c 码字 图1 5d v b s 2 系统信道编码数据格式 d v b s 2 系统充分考虑了业务多样性的需求，提供了1 4 ，1 3 ，2 5 ，1 2 ，3 5 ， 7 电子科技大学硕士学位论文 2 3 ，3 4 ，4 5 ，5 6 ，8 9 和9 1 0 等多种纠错编码速率以适应不同的调制方式和系统 需求。同时还引入1 6 2 0 0 和6 4 8 0 0 两种l d p c 码长，分别对应短帧和长帧。表1 3 和表1 4 示出了短帧和长帧的具体编码参数。 表1 - 3 编码参数( 标准f e c f r a m e ) l d p c 码率 b c h 信息长b c h 码字长度咒6 c j ， b c h 纠错个数l d p c 码字长度 l d p c 信息长度k l a p cc 1 41 6 0 0 81 6 2 0 01 2 6 4 8 0 0 1 32 1 4 0 82 1 6 0 0 1 26 4 8 0 0 2 52 5 7 2 82 5 9 2 01 26 4 8 0 0 1 2 3 2 2 0 8 3 2 4 0 01 2 6 4 8 0 0 3 53 8 6 8 83 8 8 8 01 26 4 8 0 0 2 3 4 3 0 4 04 3 2 0 01 06 4 8 0 0 3 44 8 4 0 84 8 6 0 01 26 4 8 0 0 4 5 5 1 6 4 85 1 8 4 01 26 4 8 0 0 5 65 3 8 4 05 4 0 0 01 06 4 8 0 0 8 95 7 4 7 25 7 6 0 086 4 8 0 0 9 1 05 8 1 9 25 8 3 2 086 4 8 0 0 表1 4 编码参数( 截短f e c f r a m e ) l d p c 码率 b c h 信息长b c h 码长，k 有效l d p c 码率l d p c 码字长 l d p c 信息长度k l d d ck l d l g c 16 2 0 0度n l 如c 1 4 3 0 7 23 2 4 01 21 6 2 0 0 1 35 2 3 25 4 0 01 21 6 2 0 0 2 56 3 1 26 4 8 01 21 6 2 0 0 l 2 7 0 3 27 2 0 01 21 6 2 0 0 3 59 5 5 29 7 2 01 21 6 2 0 0 2 31 0 6 3 21 0 8 0 01 21 6 2 0 0 3 4 1 1 7 1 21 1 8 8 0 1 21 6 2 0 0 4 51 2 4 3 21 2 6 0 01 21 6 2 0 0 5 61 3 1 5 21 3 3 2 01 21 6 2 0 0 8