数字电视地面广播系统介绍讲解

1、 数字电视地面广播 系统介绍 几种数字电视传输方式比较 有线有线 传输质量高传输质量高 本地节目多本地节目多 建设成本高建设成本高 维护成本高维护成本高 建设周期长建设周期长 地面地面 建设成本低建设成本低 维护成本低维护成本低 建设周期短建设周期短 本地节目多本地节目多 技术难度高技术难度高 频率资源紧频率资源紧 卫星卫星 覆盖面积大覆盖面积大 本地节目少本地节目少 政策需突破政策需突破 宽带宽带 双向功能强双向功能强 政策需突破政策需突破 改造成本高改造成本高 地面数字电视组网应用 数字电面电视组网系统图 国家强制性标准 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

2、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。 国标发端系统框图 首先对外部输入的首先对外部输入的MPEG-2 TS包（包（188字节）码流进行扰码（随机化）字节）码流进行扰码（随机化） 和前向纠错编码（和前向纠错编码（FEC）。）。 前向纠错编码前向纠错编码（FEC）由由BCH（762，752）和）和

3、LDPC码组成码组成. LDPC码采用了三种不同的码率：码采用了三种不同的码率： LDPC（7488，3048）; LDPC（7488，4572）;LDPC（7488，6096） 扰码 为了保证传输数据的随机性以便于传输信 号处理，输入的数据码流数据需要用扰码 进行加扰。（能量扩散） 扰码是一个最大长度二进制伪随机序列。 该序列由下图所示的线性反馈移位寄存器 生成。其生成多项式定义为：G(x)= 1+ x14+x15 前向纠错编码 前向纠错编码由外码（BCH）和内码 （LDPC）级联实现。编码效率共三种， FEC码的具体参数见下表。 系统外码采用BCH（762，752）码，固定编码效 率。内码

4、采用LDPC码，其输出码长固定，根据 编码效率的不同，LDPC输入信息比特各不相同。 星座映射与交织 本标准包含以下几种符号映射关系：本标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、16QAM、 4QAM、4QAM-NR。 映射与映射与LDPC码的组合码的组合决定了系统的基本性能和传输效率。决定了系统的基本性能和传输效率。 星座映射 前向纠错编码产生的比特流要转换成均匀的nQAM（n： 星座点数）符号流。 我公司使用的是16QAM。每4比特对 应于1个星座符号。FEC编码输出的比特数据被拆分成4比 特为一组的符号（b3b2b1b0），该符号的星座映射是同 相分量I = b1b0；正交分

5、量Q = b3b2，星座点坐标对应的I 和Q的取值为-6，-2，2，6。其星座映射见下图。 符号交织符号交织 时域交织 完成了星座映射的数据符号接着要进行交织处理，根据载波数量的不同，系 统采用的交织方式也不同。载波数量为C=3780时，系统同时采用符号交织和 频域交织；当单载波工作模式时，系统仅采用符号交织。 时域符号交织编码是在多个信号帧的基本数据块之间进行的。数据信号（即星座映射 输出的符号）的基本数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码，如下图所示， 其中变量B表示交织宽度（支路数目），变量M表示交织深度（延迟缓存器中缓存单 元）。进行符号交织的基本数据块的第一个符号与支路0同步。基

6、本数据块间交织的编 码器有2种工作模式： 模式1：B=52，M=240 符号，交织/解交织总延迟为170个信号帧，总时延为100ms； 模式2：B=52，M=720 符号，交织/解交织总延迟为510个信号帧, 总时延为300ms。 符号交织-频域交织 频域交织仅适用于C=3780模式，目的是将 调制星座点符号映射到帧体包含的3780个 有效子载波上。频域交织为帧体内的符号 块交织，交织大小等于子载波数3780。 系统信息 系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括 符号星座映射模式、符号星座映射模式、LDPC编码的码率、交织模式信息、帧

7、编码的码率、交织模式信息、帧 体信息模式等。体信息模式等。 进行频域交织的帧体数据前36个元素为系统信息符号，后3744个元素为数据符号。 复用 对交织后的数据符号进行组帧。 本系统的数据帧结构如下图所示，是一种四层结构。其中，数据帧结构的基 本单元为信号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成。超帧定义为一组信号帧。 分帧定义为一组超帧。帧结构的顶层称为日帧（Calendar Day Frame, CDF）。信号结构是周期的，并与自然时间保持同步。 日帧 （24小时） 01439 00:00:00 am 24:00:00 am 分帧 （1分钟） 0 479 超帧 （125毫秒） 首帧 信号帧 （55

8、5.56s/578.703s/625s） 帧头帧体 PN序列数据块 基带后处理 基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦 （Square Root Raised Cosine，SRRC）滤波）滤波 器进行基带脉冲成形。器进行基带脉冲成形。SRRC滤波器的滚降滤波器的滚降 系数系数为为0.05。 -8-6-4-202468 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 相 对 于 中 心 频 率 fc的 频 率 值 （ MHz） 功率谱密度（dB） 射频信号 基带信号经过上变频后形成最终发射的射 频信号，信号-3dB带宽为7.56MHz。考虑 到滤

9、波器的滚降因素，系统最终占用的带 宽为7.938MHz。 地面数字电视广播发射机构成地面数字电视广播发射机构成 。 国标支持的传输数据率（Mbps） 内码码率内码码率0.40.60.8 PN4204QAM-NR -5.414 4QAM 5.4148.12210.829 16QAM 10.82916.24321.658 32QAM -27.072 64QAM 16.24324.36532.486 PN5954QAM-NR -5.198 4QAM 5.1987.79710.396 16QAM 10.39615.59320.791 32QAM -25.989 64QAM 15.59323.3931.

10、187 PN9454QAM-NR -4.813 4QAM 4.8137.2199.626 16QAM 9.62614.43819.251 32QAM -24.064 64QAM 14.43821.65828.877 n2007年12月，广电总局确定了中国开展地面数字电视广播的7种推荐 模式 模式模式载波数载波数映射方式映射方式内码码率内码码率帧头帧头交织交织净码率净码率 1C=378016QAM0.4PN=9457209.626Mbps 2C=14QAM0.8PN=59572010.396Mbps 3C=378016QAM0.6PN=94572014.438Mbps 4C=116QAM0.8P

11、N=59572020.791Mbps 5C=378016QAM0.8PN=42072021.656Mbps 6C=378064QAM0.6PN=42072024.365Mbps 7C=132QAM0.8PN=59572025.989Mbps 无线电波的无线电波的波段波段分布（根据：波长分布（根据：波长/频率）频率） 无线电波的传播方式：无线电波的传播方式： 长波长波 短波短波 微波微波微波微波 无线电波的无线电波的发射发射与与接收接收: 发发 射射 端端 接接 收收 端端 电视信号的无线传输电视信号的无线传输 电视信号的传播特性电视信号的传播特性 (1) 视距传播。电视信号属于超短波波段，频率

12、高，视距传播。电视信号属于超短波波段，频率高， 波长短，沿直线方向传播到直接可见的地方，即视距传波长短，沿直线方向传播到直接可见的地方，即视距传 播。视距播。视距(最大直视距离最大直视距离)与发射天线相接收天线的高度与发射天线相接收天线的高度 有关。有关。 (2) 多径传播。电视信号经地面或遇到障碍物多径传播。电视信号经地面或遇到障碍物(如大如大 建筑物等建筑物等)会产生反射，直射信号和反射信号在接收天会产生反射，直射信号和反射信号在接收天 线上相互干扰，形成多径传播。严重的多径传播对数字线上相互干扰，形成多径传播。严重的多径传播对数字 电视接收结果表现为马赛克或黑屏无信号。电视接收结果表现为

13、马赛克或黑屏无信号。 (3) 绕射传播。电视信号的绕射能力很弱，特别是绕射传播。电视信号的绕射能力很弱，特别是 UHF频段，几乎没有绕射能力。因此，在高大障碍物后频段，几乎没有绕射能力。因此，在高大障碍物后 面常常会形成面常常会形成“阴影区阴影区”。在。在“阴影区阴影区”，电视信号的，电视信号的 接收质量较差。接收质量较差。 电波的多径传播 电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如， 山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还 会产生反射。因此，到达接收天线的超短波会产生反射。因此，到达接收天线的超短波 不仅有直射波，还有反射

14、波，这种现象就叫不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫 多径传输。多径传输。 由于多途径传播使得信号场强分布相当由于多途径传播使得信号场强分布相当 复杂，波动很大；也由于多径传输的影响，复杂，波动很大；也由于多径传输的影响， 有的地方信号场强增强，有的地方信号场强有的地方信号场强增强，有的地方信号场强 减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能 力也不同。力也不同。 八木接收天线 由一受激单元，反射单元和一个或多个引向单元构成的端射阵。实际上 反射单元可以由一些单元或一反射面组成。 它有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。 与馈线相连的称有源振子，或主振子。比

15、有 源振子稍长一点的称反射器，起着削弱从这个方 向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用； 比有源振子略短的称引向器，它能增强从这一侧 方向传来的或向这个方向发射出去的电波。引向 器可以有许多个。引向器越多，方向越尖锐、增 益越高。 天线结构 工作原理 八木天线的工作原理（以三单元天线接收为例）：引向 器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反 射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。 此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压 90；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号 经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主 振子的信号90，恰好抵消了前面引起的“超前”，两

16、 者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于 二分之一波长，呈感性，电流滞后90，再加上辐射到 主振子过程中又滞后90，与从反射器方向直接加到主 振子上的信号正好相差了180，起到了抵消作用。一 个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。有 源振子是关键的一个单元。有两种常见形态：折合振子 与直振子。直振子其实就是二分之一波长偶极振子，折 合振子是其变形。有源振子与馈线相接的地方必需与主 梁保持良好的绝缘，而折合振子中点仍与大梁相通。 天线架设 1、架设八木时天线的振子是和大地平行好还是垂直 与大地好？ 收、发天线保持相同“姿势”:振子水平时，发射的 电波其电场与大地平行，称“水平极化波

17、”，振子与地 垂直时发射的电波属“垂直极化波”。可视情况下，收 发双方要保持相同的极化方式 。但如果天线接收的是 反射信号，有时需要改变接收天线的极化。 2、随着天线高度的增加，信号强度的变化是很弱-强 -弱-较强变化的。大部份情况下越高越容易收到强信号， 但不一定越高越强。 3、整个线路还要注意接头的连接、防水、防扯、固 定等问题 。 单频网单频网 单频网是由处于多个不同地点、处于同步运行状态的发射 台组成，它们在同一时间以相同的频率发射相同的节目， 以实现对一定服务区的可靠覆盖。 优点优点 利于频率规划，节约频率资源，提高频谱利用率； 多点同频发射，可使覆盖盲区获得较好覆盖； 降低发射成本

18、，节约功率，降低高频辐射影响，改善环保； 在覆盖区中移动接收不需要换频。 实现条件实现条件 节目由广播中心馈送到同步网中的各个发射台； （2）有统一的同步参考时钟进行同频。 技术原理技术原理 由于采用了TDS-OFDM技术，系统信号帧与绝对时间同 步以及采用了OFDM调制方式，DTMB有实现单频网的先 天优势。 单频网示意图 单频网系统设备组成框图单频网系统设备组成框图 单频网单频网(SFN)建设的条件及对设备的要求建设的条件及对设备的要求 1.单频网建设需具备条件单频网建设需具备条件: 同步频率：各发射台发射信号的频率相同； 同步时间：各发射台发射信号的时间相同； 同步信号：各发射台发射的信号相同； 同步调制：各发射台发射信号调制模式(调制方式, 内码率 等)相同。 2. 2. 单频网建设对设备的要求单频网建设对设备的要求 高可靠性：高可靠性：不间断广播要求设备要有高的可靠性， 高可靠性是对设备的最