（通信与信息系统专业论文）数字电视地面广播中均衡器的设计和研究.pdf

摘要 f 数字电视广播技术是广播电视技术史上的第三次飞跃。同时，数字电视技 术又结合了当今数字通信的相关先进技术，为今后通信业走向统一提供了方 向。各国对数字电视的研究已有多年，并形成了相应的传输体系。其中以地面 传输因其复杂性而最具代表性。目前已经形成了的传输标准有：基于o f d m 技 术的d v b t ( 欧洲) 和i s d b t ( 日本) ，基于v s b 技术的a t s c ( 美国) 。 标准在技术上各有不同，但均有其自己的优势。其中，对付信道衰落的能力是 目前研究的焦点之一。” 在o f d m 技术中，以多载波传输结合f f t 技术来对付信道衰落，在v s b 技术中以自适应均衡器来对抗信道衰落。本文研究了o f d m 和v s b 对抗信道 衰落技术，并分析其各自的特点和局限性。在此基础上，设计出了新一代用于 v s b 系统的自适应均衡器。采用了新的均衡器思路，算法和结构，使该均衡器 在对抗强多径衰落以及长时延静态和动态的付径上的性能得到很大提高。 i 本文主要内容如下： 第一章概述了数字电视技术的发展历史和目前的状况，给出了目前已经成 型的5 种地面广播标准；对两种比较典型的传输标准：d v b t 和a t s c 作了性 能对比分析，并将比较的焦点集中到对抗强多径衰落和长时延的静态和动态多 径衰落的性能上。 第二章针对o f d m 技术的对抗信道衰落的能力进行了系统的分析和研究， 并结合o f d m 的特点，提出了对v s b 的均衡器进行改进的可能性。给出了一 种新的快速信道估计算法，并对其在o f d m 和v s b 中的应用进行了分析和比 较。 第三章针对v s b 技术的对抗信道衰落的自适应均衡技术进行系统的分析和 研究，并在此基础上给出了改进方案和仿真结果。 第四章结合第二章的思路和算法，第三章的改进方案，提出了一种全新的 均衡思路一自适应间接均衡，并给出了设计方案。系统而全面的性能仿真，征 明了采用该方案对性能的极大提高：降低信噪比门限，提高系数收敛速度。完 全能够对付强多径衰落和长时延的静态和动态多径衰落。弥补了同o f d m 的差 距。 、 第五章为总结。， 人 关键词：数字电视、自适应均衡器、判决反馈_ b 吒为、信道估计 a b s t r a c t t e c h n o l o g yo f d i g i t a lt e l e v i s i o nf d t v lb r o a d c a s t i n gi st h e “r d r e v o l u t i o ni n t h et e c h n i c a lh i s t o r yo ft vb r o a d c a s t i n g i n t e g r a t i n gw i t ht h em o d e mc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ，i ti sa r li m p o r t a n tf l a go f u n i f y i n ga l lk i n d so f c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e s m a n yc o u n t r i e sh a v es t u d i e do ni tf o ral o n gt i m e ，a n dt h e yh a d d e v e l o p e dc o r r e s p o n d i n gt r a n s m i s s i o ns y s t e m sr e s p e c t i v e l y a m o n g t h e s ed e v e l o p e d s y s t e m s ，t e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n gi st h em o s tc l a s s i cr e p r e s e n t a t i o nf o ri t sc o m p l e x i t y p r e s e n t l y t h r e et e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n gs t a n d a r d sh a v eb e e ns e t ，e g d v b t ( e u r o p e ) a n di s d b t ( j a p a n ) b a s e do no f d mt e c h ，a t s c ( u s a ) b a s e do nv s bt e c h i no f d mt e c h m u l t i c a r r i e rt r a n s m i s s i o nw i t hf f ti su s e dt oc o m b a t 谢t 1 1 c h a n n e lf a d i n g i nv s bt e c h ，a na d a p t i v ee q u a l i z e ri su s e dt oc o m b a tw i t hc h a n n e l f a d i n g i nt h i sp a p e r ，t h ea u t h o rs t u d i e st h eo f d m t e c ha n dv s bt e c h ，a n da n a l y z e s t h e i rc h a r a c t e r i s t i c s an e wk i n do fa d a p t i v ee q u a l i z e ru s e di nv s bt e c hi sb r o u g h t o u t n e wa l g o r i t h ma n dn e ws t r u c t u r eh a v eb e e nd e v e l o p e dt om a k et h ee q u a l i z e rt o g e tb e t t e rp e r f o r m a n c eo nc o m b a t i n gw i t hs e r i o u s l yd i s t o r t e dc h a n n e lf a d i n g ：s t r o n g e c h of a d i n g ，l a r g ed e l a ys p r e a ds t a t i ca n dd y n a m i ce c h of a d i n g ， m a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r ea sf o l l o w ： i nt h ef i r s tc h a p t e r ，t h eh i s t o r y 、p r e s e n ts i t u a t i o no f t h ed t v s y s t e mi sp r e s e n t e d f i v ed t vt 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 sa r ei n t r o d u c e da n dt w oo f t h e ma r e c o m p a r e d ，e g d v b - tc o f d ma n da t s c8 v s b i nt h es e c o n dc h a p t e r ，t h ec a p a b i l i t yo fc o m b a t i n gw i t ht h ec h a n n e lf a d i n go f o f d mt e c hi ss t u d i e da n da n a l y z e d c o m b i n i n gw i 血t h ec h a r a c t e r i s t i c so fo f d m t e c h ，p o s s i b l ei m p r o v e m e n t st oe q u a l i z e ri nv s bt e c ha r ep r o p o s e d an e w c h a n n e l e s t i m a t i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e da n dd i s c u s s e di nt h ea p p l i c a t i o no fo f d mt e c ha n d v s bt e c h i nt h et h i r dc h a p t e r ，b a s e do nt h es t u d ya n dr e s e a r c ho f t h ee q u a l i z e ri nv s b t e c h ，m a n yi m p r o v e m e n t sa n dt h e i rs i m u l a t i o n sa r ep r e s e n t e d i nt h ef o r t hc h a p t e r ，c o m b i n i n gw i t ht h et h o u g h t sa n dt h ea l g o r i t h mi nc h a p t e r i i 、i m p r o v e m e n t si nc h a p t e ri l l ，an e wa d a p t i v ei n d i r e c te q u a l i z e ri sp r e s e n t e d t h e s i m u l a t i o n sp r o v e dt h a ti th a sl o w e rs n rt h r e s h o l da n df a s t e rc o n v e r g e n c eo f c o e f f i c i e n t s a l lo ft h e me n a b l ei tt oc o m b a t i n gw i t ht h es e r i o u s l yd i s t o r t e dc h a n n e l k e y w o r d s ：d i g i t a lt e l e v i s i o n 、a d a p t i v ee q u a l i z a t i o n 、d e c i s i o nf e e d b a c k 、 c h a n n e l e s t i m a t i n g 浙江大学博士学位沦，： 第一章综述 1 1 引言 数字电视广播主要通过卫星、有线电视及地面无线等几种方式实现。卫星 广播着重于解决大面积覆盖，有线电视广播着重于解决“信息到户”，而数字 电视地面无线广播作为电视广播的传统方式，由于具有简单接收和移动接收的 能力，能够满足现代信息社会所要求的“信息到人”的基本要求，因此数字电 视地面广播在未来数十年中将具备极大的商业价值。按清晰度分，数字电视分 为标准清晰度电视( s d t v ) 和高清晰度电视( h d t v ) 。标准清晰度电视的图象 分辨率为普通电视机的最大值。而高清晰度电视图像像素为普通电视最大值的5 倍，垂直分辨率可以达到1 0 0 0 线以上。采用数字技术进行编码和传输可以将原 来传送一路模拟电视节目的带宽用来传送一路高清晰度电视节目加一路标准清 晰度电视节目或者4 - 6 路标准清晰度电视节目。这将是解决目前模拟电视频道 拥挤不堪的局面的最好出路。各国对数字电视的研究也是非常重视。作者参与 了中国的数字电视研究和开发工作，工作主要集中在系统对付信道多径衰落部 分，因此本文将从实际应用出发，针对数字电视地面广播中的信道衰落的对抗 措施进行研究和分析。 8 0 年代日本便开始了模拟高清晰度电视的研究，之后欧洲和美国开始进行 数字高清晰度电视的开发，并将日本抛在后面。9 0 年代中期，欧洲和美国相继 制定了各自的数字电视传输标准，分别为d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ， 数字视频广播) 和a t s c ( a d v a n c e dt e e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e ，高级电视 系统委员会) 标准。前者于1 9 9 7 年经欧洲通讯标准组织和 t u ( 国际电信联盟) 通过，后者于1 9 9 5 年经美国联邦通讯委员会正式批准作为美国的高级电视 ( a t v ) 国家标准。日本也重新开始数字高清的研究并最终于9 8 年由日本数字 广播专家组d i b e g ( d i g i t a lb r o a d c a s t i n ge x p e r tg r o u p ) 制定了自己的标准 i s d b ( 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 ，综合业务数字广播) 。 目前，美国、韩国、加拿大和我国台湾少数几个国家和地区采用了a t 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 标准，仅日本采用i s d b 标准。 d v b 是一个系列标准，其中又分为d v b s ，d v b c ，d v b t 三种，分别对应 卫星广播、电缆电视和地面广播。本文将针对地面数字电视标准，因此研究对 象将集中于以上三大数字电视标准的地面传输部分：d v b t ，a t s c “，i s d b t “。 我国自1 9 9 4 年起，也开始了高清晰度电视的研究工作。并于1 9 9 8 年研制 成功了中国第一代高清晰度电视功能样机，从而填补了我国在这个领域的空 白。此后于1 9 9 9 年、2 0 0 0 年先后研制成功性能更优的第二、三代样机系统。目 前地面传输标准的招标工作也已经结束，各方案的测试样机也已经完成，测试 工作正在进行，估计将于2 0 0 3 年初，出台我国自己的数字电视地面传输标准。 本文将介绍其中两种备选方案：a d t b t ( a d v a n c e dd i g i t a t e l e v i s i o n b r o a d c a s t i n gf o rt e r r e s t r i a l ，地面高级数字电视广播) 和d m b t ( d i g it a l m u l t i m e d i e l fb r o a d c a s t i n gf o rt e r r e s t r i a l ，地面数字多媒体广播) 。 a t s c 和a d t b t 均采用格状编码残留边带( t c mv s b ，v e s t i g es i d eb a n d ) 调制技术，而d v b t 和i s d b t 分别采用编码正交频分多路复用( c o f d m ，c o d e d 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 ) 调制技术和频带分割传输正交频 分多路复用( b s t o f d m ，b a n d w i d t hs e g m e n t e dt r a n s m i s s i o no f d m ) 调制技术， 而d m b t 则采用了m q a m q p s k 的时域同步正交频分复用调制技术( t d s o f d m ， t i m ed o m a i ns y n c h r o n o u so f d m ) 。 s 1 1 1d 、，b - tc o f d m d v b t 采用分级调制和多级编码来实现高、低优先级数据的分层广播。参见 图1 1 ，在发送端首先根据高低优先级，分离器将复用器输出的码流分为两个独 立的m p e g 传输流。然后通过各自的扰码器、r s 编码器、外交积器、卷积编 码器和比特交积器完成信道编码，再通过映射器将编码后的码流映射到信号的 星座上。最后再经过频域交织、o f d m 频谱形成、i f f t 、保护间隔插入完成正 交频分复用。 为了保证简单的接收机接收到分层发射的信号，分层仅限于信道编码和调 制，不使用分层源编码，因此不同的节目可用具有不同抗扰度的各自码流发射。 无论在那种情况下，接收机仅需组互逆的单元：内解交织器、内解码器、外 解交织器、外解码器、解扰器。唯一对接收机的附加要求是其调制器的逆映射 器具有从发端映射码流中选择产生某一码流的能力。 d v b t 数据流成帧传送，每帧包括6 8 个o f d m 符号，每4 帧组成一个超帧， o f d m 符号内包括有用数据，以及导频、保护间隔等辅助信号。 2 一个o f d m 符号 浙江大掌博士掌位论文 r s _ 一外交 竺悭 i 厩 编码卜叫织器 聂h 翥h 呈h 嚣教 ( a ) c o f d m 发送端 卷积 编码 卷积 编码 o f d m ( i f f t e 特 交织 比特 交织 符 号 交 织 燕h 筹 导频及 t p s 信号 f v 一，甲孓l 壅悟傩卅酬竭墓h 蕃h 篓 解 扰 晶振 v c x 0 r s 解码 t i m i n gs y n c f r e qs y n e 采样钟同步 篓惺 ( b ) c o f d m 接收端 t p s 译码 嚣怫 图1 1d v b t 传输原理框图 o f d m 是一种多载波调制方式，其基本思想是把高速率的信源信息流通过串 并变换，变换成低速率的n 路并行数据流，然后用n 个相互正交的载波进行调 制，将n 路调制后的信号相加即得发射信号。根据载波数目不同分为2 k 模和 8 k 模式。 o f d m 的信号速率为i n ( + 1 ) 】r 一，这里r 为n y q u i s t 速率( 2 波特h z ) ， 惟峨 分裂器 竺 t 兰二! 竺 兰 _ _ - - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ h _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - 一 n 为并行传输的信道数，当n 增加时，o f d m 可以传输的信号速率接近n y q u i s t 速率，0 f d m 的n 值越大，其频谱形状越接近矩形，频带利用率原则上可接近 s h a n n o n 限界。 当调制信号通过地面无线信道到达接收端时，由于信道多径效应带来的码 间串扰的作用，子载波之间不能保持良好的正交状态。因而，发送前就在码元 间插入保护时间。如果保护间隔大于最大时延，则所有时延小于的多径信号将 不会延伸到下一个码元期间，从而有效的消除了码间串扰。 c o f d m 是结合了信道编码的正交频分复用。它用减少和消除码间串扰( i s i ) 的影响来克服信道的频率选择性衰落。由于c o f d m 系统中的载波数目常达几百 或者几千，所以在实际应用中可以利用f f t 快速算法直接对数字符号进行处 理，避免了直接生成n 个载波时由于频率偏移而产生的交调，而且由于可以采 用f f t 技术实现，便于利用d s p 或v l s i 技术。c o f d m 的信道频谱利用率很高， 且可以不使用信道成形滤波器。 c o f d m 有利于克服多径干扰( 可以处理0 d b 的多径以及时变信道) ，实现 支持室内、移动和便携接收。数据载波调制方式采用6 4 q a m 1 6 q a m q p s k ， 固定接收业务采用6 4 q a m l6 q a m ，移动接收业务采用q p s k ，通过分层传输 可以同时实现移动接收和固定接收业务。 前向纠错外码为r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ) ，内码为卷积编码( 码率为1 2 ，2 3 ，3 4 ， 5 6 ，7 8 ) ，外交积器为深度i = 5 1 的5 1 * 5 0 卷积交织，内交织为比特符号交织， 有利于对付加性噪声、脉冲干扰及频率选择性衰落。 采用频谱开槽的办法来消除同频干扰。即通过频谱成形，将信号点在有效 载波频带上进行排列，预留出频谱保护带，即在频谱中开槽。开槽的位置分别 对应于普通电视的亮度载波、色副载波和伴音载波，同时频带边缘还需留有一 定的边缘保护，防止频谱泄漏，对邻频带造成干扰。 表1 16 m 带宽的i ) v b tc o f d m 系统参数 信道带宽 6 m h z 各载波调制方案 6 4 q a m 实际使用带宽 5 6 m h z t c m 码率2 3 f f t 总载波数 8 1 9 2 r s 码r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ) 0 f d m 有用信号间隔 11 0 1 6 0 7 m 净数据率1 9 m b p s 保护间隔 6 4 0 0 9 4 频带利用率5 6 7 b s h z 0 f d m 有用载波数 6 1 6 9 每帧数据段数1 0 5 载波间隔 0 9 0 7 8 k h z 每帧参考信号段数 3 浙江大学博士学位论文 8 1 1 2 i s d b tb s t 一0 f d m o f d m 信号传输方式具有频谱共享和移动接收的潜在能力。但欧洲标准仍然 存在一些不足：d v b t 采用了高低优先级码流可以作到分级传输但它是通过改变 调制方式( 1 6 6 4 q a m q p s k ) 进行星座嵌套而获得，并不是真正意义上的独立通 道分层传输；d v b t 提供便携接收，但对移动接收，目前还正处于研究中。为把 握未来世界信息传输的主脉通信移动化，数字电视地面传输移动接收受到了 极大关注，而日本方面也在数字电视研究上转向之后将其作为自己东山再起的 机会5 州 数据复用( n = i3 时的分层结构) f 数据段 卜一i s d b t 信号一 图1 2i s d b t 的o f d m 段结构 i s d b t 信号可以在6 m h z 带宽中传递h d t v 服务或多节目服务。i s d b 信号调 制方法核心虽然也是o f d m 调制，但同欧洲标准不同的是它将整个带宽分割成若 干个频率段称为o f d m 段，i s d b t 的模拟带宽分两种：5 6 m h z ( 宽带i s d b t ) 和 4 3 0 k h z ( 3 0 0 0 7 k h z ，窄带i s d b t ) 。宽带i s d b t 由1 3 个o f d m 段组成( 如图1 2 ) ， 窄带i s d b t 由1 个o f d m 段组成，适用于语音和数据广播。而宽带i s d b t 中， 1 3 个o f d m 段共同构成完整的o f d m 信号( 如图1 2 所示) 。i s d b t 提供了多种 o f d m 传输的调制方式：q p s k ，d q p s k ，1 6 q a m ，6 4 q a m ，以及不同的内码的编码率： 1 2 ，2 3 ，3 4 ，5 6 ，7 8 。这些参数可以对每个o f d m 段独立选择，即每个o f d m 段可以选取相应的调制方式，并配以各自独立可调的时间交织系数以获得强健 的信号传输特点，使之能够适应移动接收的苛刻要求，以满足综合业务接收机 的需要，提供灵活多样的广播服务。频谱分段传输允许在不同的频道段上使用 最多三种不同的调制方案和编码码率( 参见表1 2 ) 。一个o f d m 段由1 0 8 个载 波构成。 第一章 综述 模式1模式2模式3 i 带宽( m h z ) 8 l 有效带宽( m h z ) 7 4 3 3 7 4 3 17 4 2 9 载波间隔( k h z ) 5 2 9 1 2 6 4 51 3 2 2 载波总数 1 4 0 5 ( 1 0 8 * 1 3 + 1 ) 2 8 0 9 ( 2 1 6 1 3 + 1 )5 6 1 7 ( 4 3 2 1 3 + 1 ) 载波调制方式 q p s k ，1 6 q a m ，6 4 q a m ，d q p s k 每帧符号数 2 0 4 有效符号间隔 】8 93 7 87 5 6 ( u s ) l 保护间隔有效符号间隔的l 4 ，l 8 ，1 1 6 ，1 3 2 内编码卷积码( 1 2 ，2 3 ，3 4 ，5 6 ，7 8 ) 外编码 r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) 交织频率是时间交织( 0 3 5 9 1 m s ) 信息比特率 4 8 6 8 3 0 9 7 9 ( m d p s ) i s d b tb s t o f d m 系统采用了与d v b t 一样的调制和信道编码方案，具有与 d v b t 相似的性能优点。它可用于大范围的s f n ，特别是移动接收环境。时间交 织长度是选项，可提高移动接收的质量及抵抗突发噪声。并且相比于d v b t 只 能同时提供两个优先级的地面广播， s d b t 可以同时提供更多优先级数目的地 面广播，且能够方便地实现h d t v 广播、多节目地面广播，在频谱使用上，比d v b t 更加灵活。 总而言之，i s d b t 只是在d v b tc o f d b 基础上针对多媒体广播和移动接收 的需要的种改进。简单的用加长交织深度来解决移动接收的稳定度，会引入 长达数百毫秒的延迟，不但在频道转换时难以接受，且会影响到双向交互业务。 s 1 1 3d 船一tt d s - o f d m 目前我国国内也有单位提出了同样基于o f d m 技术的方案：d m b t “，该方 案的核心采用了m q a m q p s k 的时域同步正交频分复用调制技术。d m b t 传输协议 中的每个频道的有效净荷的信息传输码率在8 m h z 的带宽下可高达3 3 m b s ( 2 5 6 q a m 调制时) 其频谱效率可以高达4 b p s h z ；系统使用更加先进的前向纠 错编码( f e c ) 来抵抗突发误码和各种干扰，例如t u r b o 码等( 参见表1 3 ) ： 实现分级调制和编码，可以提供分级服务；同时可以实现快速同步，适用于数 浙江大学博士学位论文 据业务。( 参见图1 3 ) 图1 3d m b t 的传输系统原理框图 d m b t 系统以o f d m 信号帧为基本信息单元，信号帧的同步头采用1 6 阶沃尔 斯( w a l s h ) 编码的伪随机p n 序列，数据体采用多载波调制o f d m 信号，由保护 间隔和d f t 模块构成，载波数为3 7 8 0 ，即 其d m b t 信号形成参见图1 4 ，系统参数参见表1 3 。 信号调制 数划q p s 1 6 q a m 码流l 6 4 q d i 到：9i_，104,专2)rs 2 0 8 1 8 8 ) ( 5 2 r s2 0 82 0 0 扰码h ( ， h ，4 ) j (，) r 1 ，1r 、 内码 格型码 t u r b o 码 保护间隔 叶午鼍 图1 4d m b t 信号形成图 第一章 综 述 表1 3 d m b tb s t - o f d m 系统参数 带宽 8 m h z 有效带宽 7 5 6 m h z 调制方案 t d 8 一o f d m 子载波调制： t d 8 一o f d m 均匀星座图q p s k ，1 6 q a m 和6 4 q a m 非均匀星座图6 4 q a m 和2 5 6 q a m 载波数目 3 7 8 0 保护间隔o f d m 符号的1 6 ，1 9 ，l 1 2 ，1 2 0 ，1 3 0 ( 1 6 - 8 0 u s ) 子载波间隔 2 k k l z 信道编码级联编码 内码 卷积码、网格码、t u r b o 码 内码交织时间交织和频域交织 外码r s ( 2 0 8 ，1 8 8 ) 和r s ( 2 0 8 ，2 0 0 ) 码 外码交织3 0 9 r $ 块交织、5 1 r s 块交织、1 5 r s 块交织 数据随机化 1 6 bp r b s 净荷数据码率 q p s k5 4 6 5 m b s 1 6 q a m ( 只有均匀星座图)1 0 7 1 2 3 m b s 6 4 q a m ( 均匀非均匀星座图) 16 - 2 6 m b s 2 5 6 q a l ( 均匀非均匀星座图)2 8 3 2 m b s 信道估计 时域帧同步序列 在调制和编码过程中提供了若干种可选的模式，以对不同的数据提供不同 的优先级和保护级别，达到分层传输的目的。并且，系统支持连续数据流和突 发数据流的传输，对于连续数据流数据交织方案为信号帧间交织，对于突发数 据流的交织方案为信号帧内的交织。以标准清晰度电视和高清晰度电视节目在 d m b t 中的分级传输为例，h d t v 和8 d t v 信号以复合信号的形式传输，该复合信 号由基本信号和增强信号两部分组成，两者一起可以产生h d t v 信号，仅用基本 信号可以产生s d t v 信号。对基本信号采用高保护级，而对增强信号采用一般保 护级，以实现h d t v 和s d t v 的分级传输。非常适用于移动环境。 d m b t 采用了同d v b t 类似的信道编码方案，并也采用了o f d m 传输。但欧 浙江大学博士掌位论文 洲的d v b t 中采用的信道估计方式为频域插入导频，相应的信道估计算法是频 域插值。而在d m b - t 中则采用的是在时域插入序列( 帧同步) ，利用信道的冲 击响应来进行信道估计。 但是相比于d v b t 以及i s d b t ，甚至下一节要讨论的a t s c ，d m b t 方案存 在很多问题和缺陷。 数字电视地面传输虽然追求高数据率，但目前为止，2 5 6 q a m 是一种极不实 用的方式，而未被用于即使是有线电缆的传输中，因此d m b t 的高码率亦实用 性不高。 对于处理突发数据和短信息，d m b t 系统在移动模式下采用了快内交织的方 式，其交织深度仅有数块。众所周知，目本的i s d b t 在巴西的现场测试中体现 出来的优于d v b t 和a t s c 的移动接收性能主要来源于其极大的交织器( 最长达 5 0 0 m s ) 。而d m b t 系统的移动模式下几个m s 的交织深度无法提供可靠的移动 数据服务，抵抗脉冲干扰的能力也下降。而且由于d m b - t 采用了频域的块信号 处理，无法将系统均衡和信道解码结合，因此t u r b o 编码的益处也大大限制， 从而影响移动接收的性能。 如前所述，d m b t 在系统抛弃了d v b t 的频域导频方案，而采用了在多载波 信号前导的时域信号，因此相位噪声特性比d v b t 更劣。而且它即不能象d v b t 那样用频域导频来跟踪信道变化，也无法象a t s c 那样用自适应均衡器来跟踪 信道( d m b t 是块处理，块内信道变化不但无法被检测，也无法象d v b - t 那样取 平均) 。无论前导的时域信号长度是2 5 5 还是5 1 1 ，单次信道估计的精度不够， 且既未加保护间隔，也不受系统频域均衡器的保护，用于信道估计很不可靠， 对付多径尤其是在移动接收条件下劣于d v b - t 。 d v b t 在8 k 模式下，1 4 保护间隔情况下，能对付的最大多径时延为2 2 4 u s 左右，可用于单频网。而d m b t 能对付的最大多径长度仅有8 0 u s ，这对今后的 组网非常不利，发射机密度至少增加3 倍以上。 d m b t 需要完成3 7 8 0 点的离散傅立叶变换( d f t ) ，相对于d v b t 中的2 k 模式，d m b t 系统不但计算的点数多于d v b t ，该系统的数据结构无法利用快 速、简化的快速傅立叶( f f t ) 算法，而必须使用复杂的d f t 算法，计算量比d v b - t 复杂，对实现以及功耗考虑不利。 苎二! 竺兰 s 1 1 4a t s c8 v s b a t s c 采用8 v s b 作为h d t v 地面广播的传输方案，其传输部分的发射过程和 接收过程参见图1 5 。系统参数见表1 4 。8 v s b 是单载波调制方式。图象、伴音、 附加数据等组成的有效数据率为1 9 3 9 m d p s ，经过r s ( 2 0 8 ，2 8 8 ) 编码后增加到 2 1 3 5 m d p s ，采用2 3 速率的格状编码并插入同步码后，总数据率变为 3 2 2 8 m d p s ，映射成8 电平的信号波形，符号率1 0 7 6 m s p s ，相当于5 3 8 m h z 基 带宽度，最后对单个载波进行v s b 调制，输出信号带宽为6 m h z 。在一个6 m h z 的信道中支持一路h d t v 信号或者几路s d t v ( 这有别于前面三中制式的分层传输 的，a t s c 是针对固定接收，不支持移动接收业务) 。 发送数 接收数 v s b 发射端 v h f l r h f 信号 v h f u h f 信号 v s b 接收端 图1 5a t s c 传输系统原理框图 表1 4 a t s c8 - v s b 系统参数 信道带宽 6 m h z 帧同步l 段 滚降系数 0 1 1 5 2 每段时间 7 7 7 f l s 符号速率1 0 7 6 m b p s每帧时间 4 8 6 m s 每符号比特数 3 净数据率1 9 3 m b p s t c m 编码率2 3导频附加功率 0 3 d b r s 码 r s ( 2 0 8 ，1 8 8 )c n 门限 1 4 9 d b 段长8 3 6 符号 抗n t s c 同频于扰梳状滤波器 段同步4 符号 抗多径干扰均衡器 帧长3 1 3 段 浙江大掌博士学位论文 传输信号采用段、场结构，成帧发送，有利于接收机中的同步、时钟的恢 场同步段( 训练段) 段 同 步 有用数据段( 3 1 2 ) 复。场同步段常被用作训练。如上图的帧结构图。 8 - v s b 系统采用精心设计的自适应判决反馈均衡器来消除多径衰落引起的 回波干扰，判决反馈均衡器f i r 滤波器长度6 4 级，i i r 滤波器长度2 5 6 级，利 用训练序列或盲均衡来加速收敛。 为抗n t s c 同频干扰，采用在接收机中加干扰抑制滤波器，也称梳状滤波器 ( 因其幅频特性呈梳状) 来消除，如图1 6 所示。但因此却牺牲了约3 5 d b 载 噪比性能，且结构复杂。 图1 6n t s c 同频干扰抑制滤波器 采用内外级联码对付加性噪声干扰和脉冲噪声。内码为t c m ，外码为r s 码，辅以充分的交织。为了确保突发错误不超过r s 码的纠错能力，采用内、外 双重交织措施，外交织采用r s 码和t c m 之间的数据分段的字节交织器，内交 织为t c m 发送采用1 2 组数据轮流发送，在接收端v i t e n i 译码也使用1 2 组数 据交替译码。 8 v s b 方案有较低的c n 阈值，可传送较高的码率，对于相同覆盖区域需要 的发射功率较小，且对脉冲和相位噪声抵抗能力较小。但是a s t c 不支持分层 传输，一次同时只能传输一路i - i d t v 或几路s d t v ，因此不能提供移动接收业 务。且抵抗强多径和动态多径的能力不如o f d m 。 第一章 综述 1 1 3a d t b - t8 2 v s b 该方案是由浙江大学信电系h d t v 研究组提出的。该传输方案核心也采用 了v s b 调制技术。数据结构采用同a t s c 类似的段场结构。与a t s c 不同的在 于，该方案即支持固定接收，也支持移动固定接收业务采用8 v s b ( 8 电平残留 边带) 调制( 含t c m ：格状编码调制) ，移动接收业务采用2 v s b ( 不含t c m ) 。 固定接收业务和移动接收业务分别从复用器得到，在发送端信道编码前的 段、场结构形成时采用时域分割方法插入，在调制时自动形成8 v s b 和2 v s b 信号。这种传输方案可以充分利用信道带宽，并且与复用器配合可以灵活地调 整两种业务的带宽。参见传输系统原理框图，图17 和图1 _ 8 ，和系统参数表1 5 。 图i 7a d t b t 的传输系统原理框图发送端 本系统与复用器密切相关，固定业务的码率与移动业务的码率存在着一定 的相互关系，其码率由控制信息通知传输系统，并由控制单元控制传输系统各 个单元电路的协调工作。 帧形成电路根据控制单元的控制信息将固定业务码流和移动业务码流按一 定的顺序和间隔交叉形成段、场的结构。 固定业务数据和移动业务数据共用扰码电路和r s 编码电路。 由于移动业务数据不进行t c m 编码，所以交织电路用两套，分别对移动业 务数据和固定业务数据进行交织。 当传输系统同时传输移动和固定业务时，t c m 编码使用单路，接收端不使 用梳状滤波器；当传输系统只传输固定业务时，可以考虑使用1 6 路t c m 编码 浙江大掌障士掌位论文 器，在接收端使用梳状滤波器( 存在p a l d 同频干扰时) 。 图1 8a d t b y 的传输系统原理框图一接收端 数字解调和同步定时电路从场同步信号中取出接收到信号的数据定义，并 交由控制单元处理，由控制单元去控制其余电路。 p a l d 同频信号干扰抑制单元根据信号内容决定是否起用，只有传输信号 仅含有固定业务且发送端采用了1 6 路t c m 编码器，若存在同频p a l d 信号干 扰时才起用。 2 v s b 信号和8 v s b 信号共用均衡器和相位跟踪器，根据当前信号的不同采 用不同的判决方法。 t c m 译码单元根据发送端的编码方案的不同以及是否起用p a l d 抑制滤 波器采用不同的方法：单路4 状态、1 6 路4 状态或1 6 路8 状态。 去交织电路采用两套，分别对应移动接收业务和固定接收业务，与发送端 对应。 移动接收业务和固定接收业务共用r s 译码电路和去扰码电路。 数据还原电路将移动接收业务和固定接收业务的数据重新组合成连续的码 流输出给后面的解复用以及信源解码电路( 根据信源解码电路的不同，这部分电 路还可输出不连续码流以节省资源) 。 接收单元可根据不同的应用省掉相应的单元电路，如只用于固定接收的接 收机可省掉硬判决及后面的去交织电路，只用于移动接收的接收机可省掉t c m 译码及后面的去交织电路。 表1 5a d t b t 的系统参数表 名称内容 信道带宽 8m h z 有效带宽 7 1 4 m h z 2 5 7m b p s ( 最大) 净数据率 1 2 8m b p s ( 最小) 符号率 1 4 3m 符号秒 每符号比特数 3 或1 t c m 编码速率2 3 或无 r e e d s o l o m o n 码t 21 0 ，r s ( 2 0 7 ，1 8 7 1 段长度8 3 2 个符号 段同步4 个符号段 场同步1 段2 0 9 段 抑制p a l 干扰 g ( d ) = 1 d 1 6 或无 导频功率分配o 3d b s n 阈值1 4 9d b ( 8 v s b ) ， 1 0d b ( 2 v s b ) 1 2 d v b tc 0 f d m 和a t s c8 - v s b 的性能比较 在已成标准的三个制式中，总的来说“0 1 ，a t s c8 - v s b 系统对于加性高斯 白噪声( a w g n ) 信道具有更强的抵抗能力、更高的频谱效率、更低的峰值一均 值比和对脉冲噪声的更高可靠性。与d v b t 和i s d b - t 相比，在小的重影和模拟 电视对数字电视干扰方面，它也具有可比性。所以，a t s c8 - v s b 系统对于多频 网( m f n ) 和在一个6 m h z 频道内提供h d t v 节目具有较好的实用性。 d v b tc o f d m 系统在抵抗强幅度( 0 d g ) 、长时延静态和动态多径失真方面 具有优势，有利于大范围s f n ( 8 k 模式) 和移动接收( 2 k 模式) 。在0 f d m 子载 波上是使用了非均匀星座( 1 6 或6 4 q a m ) ，采用分级信道编码，可在一个频道 内提供两层业务。 i s d b tb s t 一0 f d m 是在d v b tc o f d m 基础上的改进，频谱分段传输允许在不 同的频段上使用不同的调制和编码，从而可以提供更多的业务选择。针对移动 接收的设计，使它同现代移动通信技术结合紧密。 i s d b t 衍生于d v b t ，具有同d v b t 相似的性能优点，因此我们将d v b t c o f d m 和a t s c8 - v s b 作为典型来考虑。文献 1 7 中给出了d v b tc o f d m 和a t s c 8 - v s b 的性能比较以做参考。参见表6 。 浙江大学博士学位论文 表6a t s c8v s b 与d v b tc o f d m 性能比较 a t s c8 v s bd v b tc o f d m 备注 信号峰值一平均功率比 7 d b9 5 d b a w g n 信道下的载噪比 理论值 1 0 6 d b1 1 9 d b 实测值 1 1 o d 8 1 4 6 d b 多径干扰 静态多径： 小于4 d b好差 大于4 d b差好 动态多径差很好 移动接收不支持 2 k 模式支持 频谱效率 高更高一些 h d t v 传输能力 根据编码方式不同