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中国数字电视地面传输标准解读 报告提纲 国标地面数字电视广播技术介绍国标地面数字电视现场测试及工程验证 国标地面数字电视广播技术介绍 国家强制性标准颁布 2006年8月 国家强制性标准 数字电视地面广播传输系统帧结构 信道编码和调制 GB20600 2006颁布 将于2007年8月强制执行 标准规定了在UHF和VHF频段中 每8MHz数字电视频带内 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 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 地面数字电视业务采用技术必须符合该标准定义 地面数字电视系统组成 有线 卫星节目源 数字信号源 编码器复用器 数字发射系统 地面调制 地面发射 数据业务 数字电视接收系统 地面解调 信源解码 数字电视显示 发端调制技术 独立显示 天馈 发射塔 本地节目 一体显示 收端解调技术 国标发端系统框图 国标发端系统框图 为保证传输数据的随机性 输入的码流数据需要扰码 扰码本原多项式 X15 X14 1 国标发端系统框图 前向纠错编码由BCH 762 752 和LDPC码组成 LDPC码采用了三种不同的码率 LDPC 7488 3048 LDPC 7488 4572 LDPC 7488 6096 国标发端系统框图 本标准包含以下几种符号映射关系 64QAM 32QAM 16QAM 4QAM 4QAM NR 1 4QAM与4QAM NR的符号映射对应于高速移动服务业务的需求 可以支持标准清晰度电视广播 能够兼顾覆盖范围和接收质量的服务需求 2 4QAM与16QAM符号映射可对应于中码率服务业务的需求 可以支持多路标准清晰度电视广播 能够兼顾覆盖范围和频率资源利用的服务需求 3 32QAM与64QAM符号映射对应于高码率服务业务的需求 可以同时支持高清晰度电视和多路标准清晰度电视的广播 国标发端系统框图 本标准采用了时域符号卷积交织技术以提高抗脉冲噪声干扰能力 国标发端系统框图 本标准采用了WALSH序列扩频保护的系统信息传输方式 用于识别载波模式 LDPC码率 映射方式 交织深度 系统信息 36个符号 数据 3744个符号 国标发端系统框图 帧体数据块复接系统信息后 用C个子载波调制 有两种工作模式 C 1或C 3780 在载波数C 1模式下 作为可选项 对帧头和帧体经过组帧后形成的基带数据在 0 5符号速率位置插入双导频 在载波数C 3780模式下使用频域交织 将调制星座点符号映射到帧体包含的3780个有效载波上 国标发端系统框图 帧头有3种选项 PN420 PN595 PN945 PN595采用10阶最大长度的伪随机二进制序列 m序列 的截短 即长度为1023的m序列的前595个码片 该序列具有平坦的频谱特性 便于高速同步 均衡的充分训练 帧头信号的平均功率与帧体信号的平均功率相同 进一步降低峰均比 国标发端系统框图 本标准采用了创新的帧信号结构 该结构是周期性的 以信号帧为基本单位 每个信号帧由训练序列 系统信息 帧体数据三部分组成 国标发端系统框图 基带后处理 成形滤波 采用平方根升余弦 SquareRootRaisedCosine SRRC 滤波器进行基带脉冲成形 SRRC滤波器的滚降系数 为0 05 国标技术特点 使用能实现信道估计与均衡的PN序列作为帧头3类帧头 PN420 PN595 PN945 全部采用单载波调制使用先进的LDPC码信道编码3种码率 0 4 0 6 0 8 抗衰落的系统信息保护直接序列扩频保护 国标支持的传输数据率 Mbps 国标中其它选项有 交织深度 载波模式 帧头循环 导频插入 我们已实现的国标参数介绍 总体思路 继承单载波系统在固定覆盖上的优势 突破单载波系统支持移动接收 单频网的技术瓶颈 进一步考虑多模一体机的实现完成多载波系统的研发 帧体数据处理 C 1或C 3780典型帧头格式为PN595 该种格式结构简单 更适合快速同步与均衡 并且保证了低的峰均比三种信道编码码率 0 4 0 6 0 8 均可支持 同时也提供了仅使用0 8码率编码就可以支持高 中 低码率传输的可能 大大减少了芯片复杂度 有利于成本的降低4QAM NR调制模式更适合超高速的移动接收4QAM调制方式提供更高码率 10 396Mbps 的移动接收16QAM调制模式可以支持更低接收门限的高码率固定接收32QAM调制模式能提供更高码率 26Mbps 的固定接收2种交织方式均可支持正交序列联合扩频序列的方式来保护传输中的系统信息双导频插入 更利于同步捕获 同时支持无双导频 一套可满足各类需求的国标模式 国标技术优势 数据结构 国标数据结构比ATSC更规整 插入了更多的已知信号 有利于对信道估计 同步的支持 相对于DVB T 数据效率更高 帧头对应DVB T的CP的开销 系统信息开销只相当于DVB T的TPS 国标技术优势 单载波接收 ATSC 单导频同步 不鲁棒 传统均衡器 无法对付强多径信道和动态信道DVB T 循环段前缀 导频同步 频谱效率低 频域信道估计 难以支持高速移动接收 国标技术优势 高斯门限 高斯门限反映了系统的综合性能 特别是信道编解码的性能 注 上表中DVB T的性能是仿真理论结果 实际性能还有恶化 国标性能结果是实验室硬件测试结果 国标系统技术性能 接收灵敏度 注 测试值越小 接收机的接收灵敏度越高 以上的测试结果完全可以满足数字电视地面传输的覆盖范围要求 其性能与目前已有的其它数字电视地面传输标准相比 在传输相近的数据率时有3dB到6dB的优势 上海东方明珠单点覆盖 经对比 交大方案用一塔发射就能超过欧洲标准用四塔组网发射的覆盖效果 国标系统技术性能 同频保护率 均衡LMS算法能够驱动均衡器成为窄带凹陷的滤波器 保证均衡输出的信号时 平 的 所以自适应的对付单频干扰 模拟电视信号实际就是3个单频信号 注 测试值越小 表示系统的抗同频干扰能力越强 国标系统技术性能 上 下邻频保护率 均衡LMS算法能够驱动均衡器成为窄带凹陷的滤波器 保证均衡输出的信号是 平 的 所以自适应的对付窄带干扰 邻频信号实际就是窄带信号 注1 调制器输出未加滤波器 注2 测试值越小 表示系统的抗邻频干扰能力越强 从测试结果可以看出 国标的这些模式抗邻频性能已经达到启用邻频的要求 国标系统技术性能 峰均比性能 注 测试值越小 表示系统对功率放大器的线性动态范围要求越低 值得注意的是 当采用PN420或者PN945作为帧头模式时 由于帧头功率加倍 单载波调制方式峰均比会有一定的恶化 国标系统技术性能 抗静态信道能力 国标系统技术性能 4QAM NR高速移动接收 注 测试值越大 表示系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强 在使用UHF频段时 最大多普勒频移649Hz意味着约900公里的移动速度 而其它数字电视地面传输系统已公开的最多也只有150Hz左右 430km h 国标系统技术性能 单频网 针对国标单载波的单频网方案则向各个发射点传送信道编码后的数据 并在数据中间加入系统同步信息 然后再通过光纤传送到各个发射点 从发射点接收到数据后 只需要经过一定的延时后再进行调制即可进行发射 这样做的优点在于 可有效地降低从发射点处的设备成本 实现方案1 无需GPS 国标系统技术性能 单频网 实现方案2 用GPS 单频网适配器 是将时间信息包 TIP 和组帧所需的空包插入到输入的TS流中 根据不同的模式将每秒所需传输的MPEG包组好 同时在一秒中插入N个 N为可选参数 如1 2 4 8 16 32 64 带有时间信息和系统信息的TIP包 用于调制器端的比特同步和系统信息检测 调制器 根据接收到的TS流中的TIP包所指示的系统信息和时间信息 将对应的MPEG包放置到秒帧对应的位置 实现了比特同步 同时 根据全球定位系统 GPS 的秒脉冲 PPS 和10M时钟 实现了各台调制器之间信号时间的同步 国标交大技术发端知识产权介绍 主要 共计16项专利覆盖整个发端系统 国标交大技术收端知识产权状况 主要 共计36项专利覆盖整个收端系统 国标交大技术优势 大范围单频组网 利用均衡技术 突破保护间隔长度的限制 设台距离可达500公里 对抗200us的0dB多径 高速移动接收 支持超过430km 小时 UHF频段 的移动接收技术成熟可靠 对抗信号失真能力强 便于快速 低成本工程建设与制造便于频谱规划 显著的抗邻频 同频干扰能力 便于模数同播阶段的频谱规划自主知识产权 拥有完整的系统与实现专利 国标地面数字电视现场测试及工程验证 地面数字电视传输标准北京测试 国标室内 室外固定接收性能 根据广电总局科技司技科字 2006 271号 广电总局科技司关于下达国家数字电视地面传输标准大功率测试工作的通知 的要求 广电标委会测试组在多次会议和多方协调的基础上 形成了大功率测试工作方案 2006年10月10日至2006年10月20日 测试组开展了地面数字电视传输标准大功率发射条件下 2kW 室外和室内固定接收性能测试 测试模式 地面数字电视传输标准湖南长沙测试 复杂邻频环境下的国标性能 本次测试组织单位为湖南省广电网络传输中心 测试目的是在实际广播环境下 进行国标技术应用性能测试 本次测试 国标单载波技术所采用的发射及接收设备由上海高清提供 国标多载波技术所采用的发射及接收设备由凌讯公司提供 本次测试采用了相同的天馈系统 相同的实际发射功率 相同的传输码率 相同的接收地点和接收天线 上海高清使用了国产的200瓦数字发射机 凌讯公司使用了日本东芝公司生产的300瓦数字发射机 国标湖南长沙测试 测试环境 本次测试完全针对实际应用环境 测试地点选择丰富 覆盖了山区和城市等复杂地理环境 测试频道选择在17频道 发射功率200瓦 该频道在长沙受到16频道和18频道的强邻频干扰 16频道模拟发射功率2万瓦 距离16频道发射点仅8公里 这样的接收环境在我国具有代表性 既有相对简单的测试点 用于验证系统的基本能力 也有复杂信道环境下的测试点 用于验证系统的普适性 大多数测试点有不同强度的邻频干扰 用于验证系统在我国地面数字电视应用上的可靠性 典型频谱 国标湖南长沙测试 固定接收测试结果 单载波固定模式1 传输速率20Mbps 定向天线接收 单载波20个测试点均能正常工作 平均灵敏度 85 53dBm 而欧洲标准即使在完全理想的实验室环境中 灵敏度要求是 82 6dBm 18 1Mbps 这意味着国标单载波系统在达到同样接收效果的情况下 发射功率只需要欧洲标准的1 2 单载波固定模式2 传输速率26Mbps 定向天线接收 单载波20个测试点均能正常工作 平均灵敏度 82 14dBm 而欧洲标准即使在完全理想的实验室环境中 灵敏度要求是 78 5dBm 24 13Mbps 这意味着国标单载波系统在达到同样接收效果的情况下 发射功率只需要欧洲标准的1 2 单载波固定模式3 传输速率20Mbps 全向天线接收 单载波18个测试点能正常工作 平均灵敏度 83 67dBm 未能正常接收的2个点中 有一个点接收功率已经小于了理论值 不可能接收成功 另一个点接收信干比已经小于了理论值 不可能接收成功 国标湖南长沙测试 移动接收测试结果 传输速率为5Mbps和10Mbps 交大总体测试效果完全达到预期水平 基本不受邻频和信道的影响 仅和接收功率有关 交大出错路段全部是场强过低 同频干扰严重 典型频谱如下 红色 接收功率小于 80dBm黄色 接收功率大于 80dBm 小于 70dBm绿色 接收功率大于 70dBm 上海崇明固定覆盖测试 上海崇明固定覆盖测试 覆盖测试将以向化广播站为半径往东至团结沙 东滩湿地 往南北分别至长江边 往西至竖新镇 临近南门 共28个测试点 测试点的接收功率覆盖强信号 60dBm以上 中等强度信号 60dBm至 70dBm之间 以及弱信号 70dBm以下 测试点包含各种地形 包括湿地 村庄 公路等 上海崇明固定覆盖测试结论 通过崇明向化发射站45 46频道发射端的测试 证明 神州家家通 系统已实现单个频道23Mbps的传输容量下可传输10套SDTV 表明该系统具有高效的传输能力 45 46数字频道和47模拟频道连续三个频道采用多工器共用一套天馈系统 证明该系统具有优越的抗数字 模拟邻频的性能 提高了频谱的利用率 在45 46频道各200W的发射功率和120米发射天线的条件下 实现了半径达28公里的有效覆盖 充分证明了 神州家家通 系统可实现大范围可靠覆盖及弱信号的接收 即在相同的覆盖范围条件下 所需的发射功率较小 在相同的发射功率条件下 覆盖范围较大 ADTB T与DVB T上海现场对比试验 虹桥广播大厦单点覆盖场强分布 黄 55dBm 52dBuv 蓝 75dBm 32 52dBuv 红 75dBm 32dBuv ADTB T与DVB T上海现场对比试验 虹桥广播大厦单点覆盖接收成功率 ADTB T95 13 DVB T61 17 绿 100 蓝 95 黄 90 紫 85 红 85 ADTB T与DVB T上海现场对比试验 东方电视台单点覆盖场强分布 黄 55dBm 52dBuv 蓝 75dBm 32 52dBuv 红 75dBm 32dBuv ADTB T与DVB T上海现场对比试验 东方电视台单点覆盖接收成功率 ADTB T83 62 DVB T63 73 绿 100 蓝 95 黄 90 紫 85 红 85 ADTB T与DVB T上海现场对比试验 单频网两点覆盖场强分布 黄 55dBm 52dBuv 蓝 75dBm 32 52dBuv 红 75dBm 32dBuv 移动电视 上海单频网测试 ADTB T接收机与DVB T接收机在上海单频网下的测试情况 ADTB T99 6 DVB T95 0 ADTB T系统在单发射机 同等发射功率下覆盖范围明显大于DV