数字电视地面广播系统介绍

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、信道编码和调制”GB20600-2006颁布，将于2

2、007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

3、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

4、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

5、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1

6、00ms；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

7、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）0143900:00:00 am24:00:00 am分帧（1分钟）0479超帧（125毫秒）首帧信号帧（555.56s/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 R

8、aised 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。-8-6-4-202468-60-50-40-30-20-10010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0.40.60.8PN4204QAM-NR-5.4144QA

9、M5.4148.12210.82916QAM10.82916.24321.65832QAM-27.07264QAM16.24324.36532.486PN5954QAM-NR-5.1984QAM5.1987.79710.39616QAM10.39615.59320.79132QAM-25.98964QAM15.59323.3931.187PN9454QAM-NR-4.8134QAM4.8137.2199.62616QAM9.62614.43819.25132QAM-24.06464QAM14.43821.65828.877n2007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

10、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=9457209.626Mbps2C=14QAM0.8PN=59572010.396Mbps3C=378016QAM0.6PN=94572014.438Mbps4C=116QAM0.8PN=59572020.791Mbps5C=378016QAM0.8PN=42072021.656Mbps6C=378064QAM0.6PN=42072024.365Mbps7C=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

11、）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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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”，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

17、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，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

18、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基本要求。高稳定性：高稳定性：系统设备的性能变化会引起时延和覆盖范围的变化。单频网设置图示单频网的设台距离 发射波的迟延设计在保护间隔内。 在国标中规定的保护间隔有945符号和420、595符号两种，设定符号不同， 需设置发射台的间距就不同。 945符号125S时 37.5km 595符号78.7S 时 23.6km 420符号符号 55 56S 时时 16.5km 任意站点距离在以上规定距离内，单频网成立。设台距离过远后产生的问题示例信号重叠区的相互干扰直放站 直接对主发射站信号进行放大后再放射的站点。 应用中要注意直放站的覆盖区不得和主站覆盖区相重叠，否则可能出现