数字电视地面传输标准ISDB_T系统传输方案.doc

中国有线电视2004 (02)CHINA CABL E TEL EVISION标准与测量数字电视地面传输标准 ISDB -系统传输方案T彭丹丹 ,邹志永 ,王匡(浙江大学 ,浙江 杭州 310027)摘要 :对日本数字广播专家组制定的数字电视地面传输标准 ISDB - T 系统传输方案进行了描述 ,首先简要介绍了系统的传输方式及系统参数 ,然后给出了信道编码 、调制方式以及接收机部分的具体结构 。 同时 ,由于 ISDB - T 和 DVB - T 系统均采用 OFDM 调制技术 ,所以对两者进行了比较 。关键词 :频带分割传输正交频分多路复用 ;编码正交频分多路复用 ;地面综合业务数字广播 ;地面数字视频广播 ;数字电视地面广播中图分类号 : TN949 . 197文献标识码 :A文章编号 :1007 - 7022 (2004) 02 - 0071 - 04Transmission Scheme f or ISD B - T SystemPENG Dan2dan , ZOU Zhi2yong , WANG Kuang( Zhejiang University , Zhejiang Hangzhou 310027 ,China)Abstract :This paper describes the transmission scheme for the terrestial ISDB system. First , a general system level introduction is presented. It is followed by the detailed description of channel coding , modulation mode and the structure of the receiver . In addition , a brief comparison is also presented for the ISDB - T system and the DVB -T system since they both use OFDM modulation scheme .Key words :BST - OFDM ;COFDM ; ISDB - T ;DVB - T ; DTV terrestrial broadcasting1 引言20 世纪 80 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 。90 年代中期 , 欧洲和美 国相继制定了各自的数字电视地面传输标准 ,为 DVB- T ( Digital Video Broadcasting , 数 字 视 频 广 播 ) 和 ATSC - T(Advanced Television System Committee ,高级电 视系统 委 员 会 ) 标 准 , 分 别 采 用 格 状 编 码 残 留 边 带( TCMVSB , Vestige Side Band) 调制技术和编码正交频 分 多 路 复 用 ( COFDM , Coded Orthogonal FrequencyDivision Multiplex) 调制技术 。日本也开始数字高清晰度电视的研究并最终于 1998 年由日本数字广播专家 组 DB EG(Digital Broadcasting Expert Group ) 制定了自己 的标准 ISDB - T ( Integrated Services Digital Broadcasting , 综合业务数字广播) ,它采用的是频带分割传输正交频分多 路 复 用 (BST - OFDM , Bandwidth Segmented Trans2mission OFDM) 调制技术 。目前 ,对 ATSC - T 及 DVB - T 标准已有很多文章 作了讨论 ,而涉及 ISDB - T 标准的文章很少 ,因此 ,本 文给出了 ISDB - T 系统传输方案 ,同时 ,由于 ISDB - T作者简介 :彭丹丹 (19822 ) ,女 ,硕士研究生 ,主要从事信道编解码 ,多载波调制的研究 ;邹志永 (19742 ) ,男 ,博士研究生 ,主要从事信道编解码 ,多载波调制的研究 。和 DVB - T 均采用 OFDM 调制技术 ,将两者作一比较 。2ISDB - T 系统传输方案2 . 1系统概述OFDM 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 :DVB - T 采用高 、低优先级码流可以做到分级传输 ,但它是通过改 变调制方式 (16/ 64QAM - QPSK) 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 。而 ISDB - T信 号可以在 6 MHz 带宽中传递 HDTV 服务或多节目服务 。 ISDB 信号调制方法的核心虽然也是 OFDM 调制 ,但与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 OFDM 段 ,ISDB - T 的模拟带宽分两种 :5. 6 MHz (宽 带 ISDB - T) 和 430 kHz (3000/ 7 kHz ,窄带 ISDB - T) 。宽 带 ISDB - T 由 13 个 OFDM 段组成 (如图 1 所示) ,窄带 ISDB - T 由 1 个 OFDM 段组成 ,适用于语音和数据广播 。在宽 带 ISDB - T 中 , 13 个 OFDM 段 共 同 构 成 完 整 的OFDM 信号 (如图 1 所示) 。2 . 2 ISDB - T 传输系统的结构2 . 2 . 1 发送端(1) 信道编码信道编码部分的方框图如图 2 所示 ,外码为缩短 的 RS 码 ( 204 ,188) ,划分层时以 TSP ( 传送流包) 为单位进行划分 ,每一个层有相同的编码参数 。关于延时 补偿 ,当各个层的码率不一样时 ,用来对字节交织引起 的延时差进行补偿 ,它们以 TSP 为单位调整延时 。关 于能量扩散 ,用 PRBS (伪随机二进制序列) 在层基础上以比特为单位与同步字节除外的数据流进行模 2 和 。内码采用卷积码 。图 1ISDB - T 的 OFDM 段结构ISDB - T 提供了多种 OFDM 传输的调制方式 :QP2SK ,DQPSK ,16 QAM ,64 QAM ,以及不同内码的编码率 :1/ 2 ,2/ 3 , 3/ 4 , 5/ 6 , 7/ 8 。这 些 参 数 可 以 对 每 个 OFDM段独立选择 ,即每个 OFDM 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要求 ,以满足综合业务接收机的需要 。频谱分段传输允 许在不同的频道段上使用最多 3 种不同的调制方 案和编码码率 。参见表 1 。一个 OFDM 段由 108个载波构成 。表 18 M 带宽的宽带 ISDB - T BST - OFDM 的系统参数图 2信道编码部分框图(2) 调制方式由卷积编码缩短码形成的 X , Y 并行输出经串并 变 换 后 成 为 传 送 信 号 串 行 序 列 , 对 高 频 载 波 实 施 OFDM 调制 。调制部分框图如图 3 所示 。图 3调制部分框图其中 ,载波调制部分按照不同的调制方式分成支 路 ,然后进行块层合成 ,合成时 ,将各层的数据按顺序 写入相应的 RAM 缓存器 , 然后顺序地读出所有数据 段 。为了适应移动接收 ,还将每个数据段内对载波进 行调制的符号 (一对 I ,Q 路数据) 作时间交织 ,交织深 度可选择 ,接着是频率交织 。频率交织后调制符号组 成帧结构 ,它分为两步 ,第一步先形成数据段配置 ,第 二步再在其配置中附加上 SP ,CP 和 TMCC 导频信号 ,模式 1模式 2模式 3带宽 (MHz)8有效带宽 (MHz)7. 4337. 4317. 429载波间隔 ( kHz)5. 2912. 6451. 322载波总数1405108 13 + 12809216 13 + 15617432 13 + 1载波调制方式QPSK ,16 QAM ,64 QAM ,DQPSK每帧符号数204有效符号间隔 (s)189378756保护间隔有效符号间隔的 1/ 4 ,1/ 8 ,1/ 16 ,1/ 32内编码卷积码 (1/ 2 ,2/ 3 ,3/ 4 ,5/ 6 ,7/ 8)外编码RS(204 ,188)交织频率是时间交织 (0359. 1 ms)信息比特率 (Mbps)4. 86830. 979中国有线电视2004 年第 02 期彭丹丹等 :数字电视地面传输标准 ISDB - T 系统传输方案构成 OFDM 段 。然后进行 IFFT ,最后插入保护间隔 。2 . 2 . 2 接收端ISDB - T 接收端系统框图如图 4 所示 。接收到的高 频调制信号经放大和检波后得到的信号进行 FFT 变换 , 从时域信号变换到频域信号 ,再送至 OFDM 帧解码部分读出各 OFDM 段 。根据原来的调制方式进行相应地解 调 。然后 ,进行去频率交织和去时间交织的处理 。接着 , 进行与发送端信道编码相逆的信道解码处理 ,处理中应 用了从 TMCC 译码中得到的有关信息 ,进入 TS 流再生部 分 ,最后的 TS 流输出作为信源解码部分的输入 。1/ 2 ,2/ 3 ,3/ 4 ,5 ,6 ,7/ 8 五种不同的取值) ,且内 、外码均在内译码器输出端的误比特率为 2 10 - 4 处衔接以达 到 QEF 传输的要求 。3 . 2 帧结构和调制方式DVB - T 系统 ( 以 8 MHz 信道带宽为例 ,信号带宽 为 7 . 61 MHz) 中 ,信号带宽作为一个整体来进行设计 ,传输信号由帧组成 ,每个帧由 68 个 OFDM 符号组成 ,每 4 帧组成一个超帧 。而对于宽带 ISDB - T ( 信道带 宽为 6 MHz ,信号带宽为 5 . 6 MHz) 系统 ,整个信号频带 分为 13 个 OFDM 分段 ,每个 OFDM 分段有相干调制和差分调制两种类型 ,每个 OFDM 帧由 204 个OFDM 分段组成 。由此可以看出宽带 ISDB- T 和 DVB - T 的帧结构是相似的 ,只是具 体实现方案不同 。ISDB - T 在 整 个 信 号 频 带 内 能 够 与DVB - T 一样使用不同的内码率和不同的 调制方式来实现不同码率与抗扰能力间的 折衷 ,DVB - T 提供的调制方式为 QPSK ,均 匀星座和非均匀星座 16 QAM ,64 QAM ; IS2DB - T 提供的调制方式有 DQPSK ,QPSK ,均匀星座 16 QAM 和 64 QAM 。ISDB - T 通过 在不同的段中使用不同的调制方式以及内 码码率来达到分层传输的目的 。每一个数据段具有自 己的错误保护机制 ( 内码码率 、时域交织深度等) 和调 制方式 (QPSK ,DQPSK ,16 QAM 或 64 QAM) ,能够适合不同的业务需要 ,同时 ,这些数据又可以灵活地结合在 一起以提高宽带业务 。它可以通过以下 3 种方式来实 现分级传输 : ( 1) 各 OFDM 分段帧采用相同的调制方 式 、不同的内码率 ; (2) 各 OFDM 帧采用不同的调制方 式 、相同的内码率 ; (3) 各 OFDM 分段采用不同的调制方式和不同的内码率 。而 DVB - T 则采用分级调制和 多级编码来实现高 、低优先级数据的分级传输 。我们 可以看出 :DVB - T 只能同时提供两个优先级的地面 广播 ,而 ISDB - T 同时可以提供更多优先级数目的地 面广播 ,且能够非常方便地实现 HDTV 广播 、多节目地面广播等 ;此外 ,由于 ISDB - T的每个 OFDM 分段都可 以灵活地选择调制方式和内码率 ,因此 ,与 DVB - T 相 比 , ISDB - T 的数据速率有更多的取值 。3 . 3 频谱效率OFDM 作为一种调制方式 , 具有比单载波调制系 统更高的频谱效率 。对于 6 MHz 信道 ,DVB - T 系统的有用带宽为 5 . 7 MHz , ISDB - T 系统的有用带宽为5 . 6 MHz 。尽管在 MFN 中 ,由于帧结构中保护间隔和图 4接收端框图3 ISDB - T 系统与 DVB - T 系统的比较ISDB - T 系统与 DVB - T 系统采用同样的调制和 信道编码方法 ,所以 ,它们在性能上的优点是大致相同的 ,主要表现在抗大幅度 、长延迟的多径干扰能力较 强 。ISDB - T 系统可用于大范围的 SFN , 特别是移动接收环境 ,其时间交织深度可以自由选择以提高移动 接收质量以及对脉冲干扰的抵抗能力 。同时 ,频带分割传输允许在不同的频道段上使用最多 3 种不同的调制方案和编码码率 ,配以各自独立可调的时间交织系 数 ,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 。3 . 1 信道编码设计DVB - T 和 ISDB - T 的信源编码均采用错误回复 ( Resilience) 能力较差的 MPEG - 2 ,因此 , 要求 DTV 传 输系统能在准无误码 (QEF) 的条件下工作 。同时 , 为 了增加 DTV 的覆盖面积 ,降低 DTV 信号的中断概率 , 要求 DTV 传输系统具有较低的阈值信噪比 。为满足 上述要求 ,DVB - T 和 ISDB - T 采用了相同的信道编码设计思想 ,即采用了包含内 、外交织器的级联编码方 案 ,外码 均 为 ( 204 , 188) RS 码 , 内 码 均 为 删 除 卷 积 码 (其母 码 的 生 成 多 项 式 为 ( 171 , 133) , 内 码 的 码 率 有导频数据的插入 ,DVB - T 和 ISDB - T 系统的数据传输率有所降低 ,从而导致了频谱利用率的降低 。然而 在 SFN 环 境 中 , 由 于 可 以 对 同 一 频 率 ( 信 道) 进 行 复 用 ,所以从总体上来说 ,节约了 DVB - T 和 ISDB - T 系 统的频谱资源和传输功率 。另外 ,DVB - T 以整个信号带宽作为整体来设计 , 显得不够灵活 ,相比之下 ISDB - T 的频谱使用更为灵 活 ,支持的业务也更为多样 。综上 所 述 , ISDB - T BS - OFDM 系 统 采 用 了 与DVB - T 一样的调制和信道编码方案 ,具有与 DVB - T相似的性能优点 。它可用于大范围的 SFN ,特别是移 动接收环境 ,并且相比于 DVB - T 只能同时提供两个 优先级的地面广播 , ISDB - T 可以同时提供更多优先 级数目的地面广播 ,在频谱使用上比 DVB - T 更加灵 活 。换言之 , ISDB - T 是在 DVB - T COFDM 基础上针 对多媒体广播和移动接收需要的一种改进 。参考文献 :1Syunji Nakahara , Masahiro Okano . Digital Transmis2sion Scheme for ISDB - T and Reception Characteris2 tics of Digital Terrestrial Television Broadcasting Sys2 tem in J apan J . IEEE Trans , 1999 ,45 (3) .M Uehara , M Takada . Transmission Scheme for the Terrestrial ISDB System J . IEEE Trans , 1999 , 45 (1) .Wu Yiyan , Ewa Plizka . Comparison of Terrestrial DTV Transmission System : The ATSC 8 - VSB , the DVB - T COFDM , and the ISDB - T BST - OFDM J . IEEE Trans , 2000 ,46 (2) .Stephen G Wilson. Digital Modulation and CodingM . Publishing house of Electronics Industry ,1998 . 584 - 610 . 收稿日期 :2003204214234有线电视系统夜间强电混入故障及排除方法于家广 (乳山市广播电视局 ,山东 乳山 264500)夜间发生的 CATV 系统强电混入故障给维修工作带来困难 。下面结合两例夜间强电混入故障 ,分析其 排除方法 。故障 1 :城区东部有线电视图像白天正常 ,而夜间 出现滚动横条 。故障分析 :交流声干扰 ,线路混入 50 Hz 的