DTTB数字电视广播系统设计和分析

1、第I 页课程设计说明书 DTTB数字电视广播系统设计和分析摘 要各种模拟电视系统虽然在个很大成度上满足了人们对视觉信息的基本要求，丰富了文化生活，但是从屏幕的图片质量、人们的主观感受受和服务功能等方面来看，都还不是很理想。也就是说电视图像的视频质量和电视功能等方面还可以进一步提供和改进，数字电视就是在这种背景下产生的1。与传统模拟电视相比，数字电视具有抗干扰能力强、信号易于储存、输出信号稳定可靠、容易与其他信息链接、传输信道大为减少等优点，受到各国欢迎。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息通信领域的其他手段相互融合，从而形成全新的庞大的数字电视产业。数字电视被各

2、国视为新世纪的战略技术。本文主要讲述了目前世界各地的DTTB数字电视广播的发展史及现状，数字电视广播系统基本知识，重点讲述了我国的DTTB数字电视广从无到发展的历程，及我国自己的地面数字电视传输标准的特点。GB20600-2006具有自主创新的特点，提高系统性能的关键技术有：实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列帧头设计和符号保护间隔填充方法、低密度校验纠错码(LDPC)、时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制、与自然时间同步的可寻址的多层信道帧结构、系统信息的扩频传输方法等。本标准支持4.813Mbit/s32.486Mbit/s的系统净荷传输数据率。 数字电视广播是广播电视体系中

3、重要的组成部分。不仅克服了模拟无线电视易受干扰、图像质量差、有重影的缺点，还可以在一个电视频道内传送多达8套电视节目，极大提高了无线频谱的利用率。我国的DTTB地面数字电视广播系统也取得了较大的发展，为中国数字电视的发展提供了坚强的基础，在此基础上我国的数字电视技术正在飞速发展。关键词：模拟电视系统，数字电视，多媒体广播，DTTB数字电视地面广播， 目 录1绪论11.1国外地面数字电视广播系统的发展11.2国内地面数字电视广播系统的发展22 DTTB中国地面数字电视广播传输系统32.1 DTTB系统综述22.2 系统组成32.2.1 数据随机化42.2.2前向纠错42.2.3星座映射与交织52

4、.2.4信号帧结构53我国 GB20600-2006标准的核心技术与特点63.1 核心技术63.2 GB20600-2006 具有多项鲜明特点和优势63.3国标 GB20600-2006 解决方案7总 结8致 谢9参考文献10第9 页课程设计说明书 1绪论 世界各国政府都非常重视地面数字电视广播的发展，目前，国际上形成了四种不同的地面数字电视广播传输标准，即美国的ATSC标准、欧洲的DVB-T标准、日本的ISDB-T标准，2006年8月18日，我国颁布了自己的地面数字电视传输数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制国家标准(标准号为GB20600-2006)，并将从2007年8月1日起正

5、式实施。世界上许多国家都已经开展了地面数字电视广播，美国的地面数字电视广播覆盖率已经达到99%。地面数字电视广播数字传输方式中最复杂的一种传输技术。数字地面发射的传输容量，在理论上大致与有线电视系统相当。由于地面数字广播实际上采用与模拟电视向同的频段来传送数字电视，因此，必须使用调制方式有利于实现频道兼容。现实采用正交频分复用调制方式。地面数字电视广播不仅克服了模拟无线电视易受干扰、图像质量差、有重影的缺点，还可以在一个电视频道内传送多达8套电视节目，极大提高了无线频谱的利用率。 世界各国政府都非常重视地面数字电视广播的发展，目前，国际上形成了四种不同的地面数字电视广播传输标准，即美国的ATS

6、C标准、欧洲的DVB-T标准、日本的ISDB-T标准，2006年8月18日，我国颁布了自己的地面数字电视传输数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制国家标准(标准号为GB20600-2006)，并将从2007年8月1日起正式实施。世界上许多国家都已经开展了地面数字电视广播，美国的地面数字电视广播覆盖率已经达到99%。1.1国外地面数字电视广播系统的发展 1995年12月24日美国联邦通信委员会 批准了以HTDV为基础的ATSC数字电视标准并决定到 2006年停止模拟 NTSC电视广播，全部改为数字电视广播2。按此计划，美国已于1998 年 8月 1日开始了数字电视地面广播。美国地面数字电

7、视业务始于1998 年 8 月，至今已有 199个城市，981个发射台开播 DVT广播，覆盖比例达 98%，累计销售 644 万台数字电视显示器，其中约 62 万台带数字调谐器接收头。 欧洲采用以编码正交频分复用 COFDM 为核心技术的地面数字电视广播传输标准 DVT-B。到 2000 年底，欧洲的地面数字电视家庭用户已达120万。1998年日本将这一称为 DTS-OFDM的技术体制定为日本地面数字电视广播传输标准ISDB-T。经过艰苦努力，该标准于 2001年正式进入ITU的第三个数字电视传输国际标准。1.2国内地面数字电视广播系统的发展2001 年，国家标准化管理委员会向全社会广泛征集具

8、有我国自主知识产权的地面数字电视标准方案，截止 2001 年 4月 30日，收到包括以上 4个方案和电子科技大学提出的 “同步多载波扩频地面数字电视传输系统（SNCC）”，共 5个传输方案。从2001年 10月到 2002 年 4月底，全国广电标委会对这 5个方案的原理样机进行了统一项目测试、一致性测试和自选项目测试。测试发现了各个方案样机存在的问题，并确认尽管均不够完善，但说明各系统基本实现了地面数字电视传输的基本功能。2002年8月，国家计委委托国家知识产权局对以上 5 个方案进行知识产权评估，评估结果表明，我国已形成了一批用于数字电视地面传输系统的专利技术，为自主制定我国数字电视地面传输

9、标准打下了较好的基础。2002 年 8月，国家广电总局广播科学研究院根据广播应用的不断发展，又提出一套“地面交互多媒体技术框架”（TiMi）传输方案以取代原有广科院方案，并在 2003年 8 月在北京 ISBT.03 研讨会期间，进行了该方案的首次开路广播演示。2003年 2 月至 6 月，中国工程院受国家计委委托对 DMB-T 和ADTB-T 两个方案进行了评估。评估表明：两种方案都具有自己的技术特色，样机较过去有很大改进，经过进一步工作，均有可能达到数字电视地面广播传输标准的基本要求。工程院同时就下一步标准研制工作的开展提出了建议。2006年8月18日，我国颁布了自己的地面数字电视传输数字

10、电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制国家标准(标准号为GB20600-2006)，并将从2007年8月1日起正式实施。2. DTTB中国地面数字电视广播传输系统2.1 DTTB系统综述 我国地面数字电视广播传输标准的特点是：不仅支持固定（含室内和室外）接收，还具有支持移动接收的功能；在业务上不仅支持数字电视标准清晰度电视和数字清晰度电视广播业务，还支持广播电视扩展业务；在传输效率上，支持4.8132.486Mb/s的有效传输码率。GB20600-2006具有自主创新的特点，提高系统性能的关键技术有：实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列帧头设计和符号保护间隔填充方法、低密度校验纠错码

11、(LDPC)、时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制、与自然时间同步的可寻址的多层信道帧结构、系统信息的扩频传输方法等。本标准支持4.813Mbit/s32.486Mbit/s的系统净荷传输数据率。数字电视地面广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分，不但必须具有支持传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应广播电视服务的可扩展功能。数字电视地面广播传输系统支持固定(含室内、外)接收和移动接收两种模式。在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体

12、广播和数据服务业务。数字电视地面广播传输系统支持多频网和单频网两种组网模式，可根据应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式，达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性3。2.2 系统组成 系统配置主要包括：信源编码器(通常为 MPEG-2 编码器、H.264/MPEG4 编码器)、TS码流复用器、加密机、GB20600-2006数字激励器、单频网适配器、GPS 信号接收机、数字电视发射机、天馈系统以及相应的管理软件单元4。实际上根据运营模式不同，系统还可以相应简化，数字电视地面广播还可以借用已有的模拟天馈线系统，节约资源和建设时间。 此外，还有所

13、需要的测试设备，不过这些测试设备无需全天候使用，可考虑在需要的时候借用或租用，主要有包括场强仪、功率计、频谱仪、标准接收天线、GPS 定位仪等。 DTTB系统组成的框图如下： 帧头 正交上变频基带后处理组帧数据输入随机化FEC星座映射与交织复用帧体数据处理系统信息图1 DTTB系统组成数字电视地面广播传输系统发送端完成从输入数据码流到地面电视信道传输信号的转换。输入数据码流经过扰码器(随 机化)、前向纠错编码(FEC)，然后进行比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合(复用)后并经过帧体数据处理形成帧体，帧体与相应的帧头(PN序列)复接为信号帧(组帧)，经

14、过基带后处理转换为输出信号(8MHz 带宽内)。该信号经变频转换为射频信号(UHF 和 VHF 频段范围内)。 2.2.1 数据随机化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。扰码是一个最大长度的二进制伪随机序列，该序列生成多项式定义为G(X)=X15+X14+1移位寄存器初始相位100101010000000输入的数据流与PN序列进行逐位模二甲实现数据扰乱。2.2.2前向纠错 前向纠错编码由外码（BCH 码）和内码（LDPC）级联实现，采用了三种不同的码率以满足各种服务需求，并且为了降低实现成本，三种不同码率的前向纠错码使用同样的BCH码，同时LDPC

15、码具有相同的结构，达到了硬件实现的资源共享。FEC码由外码（BCH）和内码（LDPC）两部分级联实现。DTTB设置了3种码率的前向纠错编码，如表1所示。 信息比特 块长比特编码效率码率1300874880.4码率2451274880.6码率3601674880.8表1 3种码率的前向纠错编码纠错码针对不同的信道编码，所对应的载噪比门限也个不相同，具体情况如下表信道编码ATSC TCM+RS编码DVT-B 卷积+RS编码国际BCH+LDPC编码5Mbps3.1dB1.9dB10Mbps15dB7.7dB5.8dB20Mbps15dB13.5dB12.4dB25Mbps15dB18dB15.5dB

16、表2 纠错码针对不同的信道编码，所对应的载噪比门限2.2.3星座映射与交织星座映射与交织DTTB系统支持多种调制方式，64QAM、32QAM、4QAM-RN,映射加入相应的功率归一化因子5，使各种符号映射的平均功率趋同。映射与LDPC码的组合决定了系统的基本性能和传输效率。 DTTB系统采用了与时域符号交织技术以提高抗脉冲噪音干扰和对抗时间选择性衰罗信道的能力。时域交织编码是在多个信号帧之间进行的。 国际支持两种交织模式见下表交织模式交织参数交织/解交织总延迟符号ms模式1B=52,M=240个符号170100模式2B=52,M=720个符号510300 表3 国际支持两种交织模式其中，B表示

17、交织宽度，M表示交织深度。2.2.4信号帧结构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。 帧头为PN序列，主要用于信道估计与均衡。帧头分为三种：（1） 帧头模式1：采用循环扩展的8阶M序列，有一个前同步、一个PN255序列和一个后同步构成。（2） 帧头模式1：10阶循环开展的伪随机序列截断而成，是长度1023的M序列的为前595个码片。（3） 帧头模

18、式1：采用循环扩展的9阶M序列，有一个前同步、一个PN255序列和一个后同步构成。不同的帧头模式基于现实技术所构建的后天的距离不同，功率也不同。3我国 GB20600-2006标准的核心技术与特点3.1 核心技术TDS-OFDM(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)调制方式频谱效率高、抗多径干扰能力强、适用于宽带信号传输 LDPC(Low Density Parity Check)低密度校验码逼近仙农极限的信道纠错编码 Legend Silicon Corp. PN序列信道估计采用时域伪随机(PN

19、)序列作为参考信号 3.2 GB20600-2006 具有多项鲜明特点和优势高可靠传输质量好，很好地解决了各种干扰和高速接收问题，可达到与有线电视同样的收视效果。 兼容性强适合我国国情，与现有模拟电视广播系统兼容，建网成本低、组网快，可以利用现有的微波链路、高山发射站、模拟发射机和闲置的频率(邻频)。 一发三收在同一平台上支持固定、便携、移动和手持接收设备。 高安全性不受非法信号干扰，具有移动性、抗毁坏性的特点，保障安全播出。 高覆盖性能够实现更大的服务覆盖范围。 可扩展性融合无线通信技术，使系统能实现双向多媒体服务，具有进一步发展的潜力。 成熟性从发射设备、接收设备、测试设备到集成电路芯片等

20、产业链成熟。 3.3国标 GB20600-2006 解决方案 对于已经建成的 MMDS/MUDS 的系统可以通过更换国标 GB-20600-2006 调制器和终端STB，实现国标信号播出。既可以保护原有发端的投资，又可以为今后更换大功率国标数字电视发端设备提前储备国标用户资源。 MB-T/ADTB-T/DVB-T 系统可以通过发端激励器升级，更换国标终端 STB 的方法实现国标转换。 总 结我国的电视发展较晚，电视正在以蓬勃的发展趋势高速的发展。我国的DTTB地面数字电视广播系统也取得了较大的发展，为中国数字电视的发展提供了坚强的基础，在此基础上我国的数字电视技术正在飞速发展。 中国数字电视地面广播（DTTB）已经进入了实施阶段，同时开创了传统无线电视的一种全新应用：移动接收。随着该业务被大众接受，又逐步扩大到移动载体。随着电池容量和视频压缩技术的发展，从车载发展到个人手持终端。随着终端产品的发展，其他业务又