国标组网方案

PAGEPAGE28国标数字电视系统技术方案 桂林明科通信设备有限公司地址：桂林市空明西路13-1号留学生创业大厦邮编：541004电话：（0773）5820488、5800805桂林明科通信设备有限公司地址：桂林市空明西路13-1号留学生创业大厦邮编：541004电话：（0773）5820488、5800805E-mail：dvb@国标数字电视系统技术方案桂林明科通信设备有限公司2012年2月目录企业简介 2国标方案概述 2当前设计原则 5系统各部分概述 10数字电视地面无线传输系统综述 12发射天线架设高度设计： 16附录 18国标数字电视调制器 18四合一H.264编码器 21系统组成 21工作原理 21技术规格 22视频接口特性 22视频信号 22音频接口特性 22模拟音频信号 22编码压缩 23视频 23音频 23格式 23分辨率 23DVBASI输出接口 23网络管理接口 24MKM-830复用器 24国标宽带发射机 25系统运营模式建议 27企业简介桂林明科通信设备有限公司位于桂林市国家高新技术产业开发区内。本着“善待尊重员工，诚实服务客户”的原则，历经二十余年的稳步积累发展，产品已在国内广播电视系统，军队国防建设，通信行业占有重要的一席之地。市场占有率每年高速递增，欧盟发达国家出口销售额稳步增长。作为技术密集型生产型企业，旗下如数字电视前端设备，数字微波传输覆盖设备，广播电台传输设备，射频模块，多接口一纤通光收发设备，广播电视载波电平监测设备等已形成完整系列，并具备完全自主知识产权。公司愿与每一位员工同步成长，与业界朋友合作互赢，一如既往为客户提供周到、完善的服务。国标方案概述国家有关部门曾多次强调，我国要采用具有自主知识产权的地面数字电视传输标准。006年8月30日，国家标准化管理委员会正式公布于2006年8月18日批准的具有自主知识产权的中国数字电视地面广播标准--GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》（以下简称“国标”）成为强制性的国家标准，国标的公布也标志着中国的广播电视数字化进入了一个崭新的时代。按照数字电视地面多媒体广播DigitalTelevisionTerrestrialMultimediaBroadcast英文名称的缩写正式命名为DTMB.一般对采用单载波模式的国标DTMB系统称为ADTB-T(H)系统。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，标准同样支持数字电视地面广播传输系统固定(含室内、外)接收和移动接收两种模式。DTMB国标方案具有多项基础性技术发明，是一项原创性无线数字电视传输新体制.其采用了频谱效率高、抗多径干扰能力强、适用于宽带信号传输的TDS-OFDM技术，纠错编码采用了最新的低密度校验码（LDPC），信道估计采用了时域的伪随机（PN）序列作为参考信号。与现有的数字电视传输标准（欧洲的DVB-T、日本的ISDB-T、美国的ATSC等）相比，是一种时域信号处理与频域信号处理相结合的创新技术，具有多项基础性技术发明。它有中国完整的自主知识产权，有相关的集成电路芯片技术及设计、开发能力；适合我国国情，与模拟电视广播系统兼容，可充分利用现有无线发射台站，在同一平台上支持固定、便携、移动和手持接收设备，使系统能实现多媒体服务，具有进一步发展的潜力。DTMB与MMDS/MUDS的比较MMDS是一种通过视距传输为基础的电视分配传输技术，按GY/T123-98标准规定，它的正常工作频段为2.5GHz～2.7GHz，即S波段，能容纳23个PAL制频道。（MUDS则是把DVB标准搬到UHF频段，而不是数字MMDS的S频段）。对于广播电视而言，城市可以采用HFC扩大网络覆盖，但对广大农村，尤其是地形复杂的山区及偏远贫困地区，采用HFC是不现实的，MMDS仍然是非常有效的覆盖手段。在农村地区出现了一批MMDS数字电视运营机构，说明MMDS数字电视在农村是有市场的。然而，基于DVB标准数字MMDS系统·只适应于平原环境，不适用于丘陵、湖泊、高楼、森林树木等环境；受温度、雨雪天气影响大，对树木等障碍物的穿透和绕射能力差·由于不能有效抵抗多径干扰，对用户天线的稳定性要求过高，天线摇动时容易误码；·由于不能有效地抵抗多普勒频域，不支持移动和便携接收；·不能构建同频网（SFN），不利于频率规划和提高频率利用率；当前设计原则首先要符合国家即将颁布的地面传输标准，不该应和广电的行业管理相冲突，一句话，避免政策风险。技术的先进性与可扩展性：技术方案应该是目前被证明的、先进的和代表发展的主流，而不是落后的、应急的修补（MMDS/MUDS技术相对落后和应用相对有限，不支持移动电视，手机电视，覆盖范围小，受地理因素影响大）。具备可行的商业模式；

国标方案基于先进的数字电视技术和强大的多业务平台功能，可以真正实现城市-郊区-农村全覆盖和固定-便携-移动多业务应用，在解决我国的农村数字电视发展方面将发挥重要的作用。DTMB已具有成熟的产业链，国内外厂商现在已经可以提供适合不同需求的各类发射机；接收端现有数十厂家国内家电和机顶盒巨头推出出的高、中、低档不同的适合固定、移动接收的机顶盒及便携接收设备。地面数字电视国标DMB-TH技术正是这种高科技、低成本大众媒体的技术平台。2.设计案例本例设计采用国标GB20600－2006标准。系统使用6个UHF频点共传输65套节目。其中固定接收数字电视节目60套，占用5个频点。移动接收数字电视节目5套，占用一个频点。每个频点占用8MHz带宽，覆盖35公里半径内大部分地方。现在全国的地面数字电视频率规划还未正式出台，总局还在规划中，国标系统发射频率一般选择在470～862MHz频带内。最终选择发射频率时，尽量选择靠近的频率，尽可能选在一个波段内（Ⅳ或Ⅴ波段），让发射的总频带宽度更窄，这样发射天线和接收天线指标可以做得更好，更有利于用户接收信号源提取视音频信号通过压缩编码器编码输入复用器，所有节目全部或部分加密，用户经运营商授权后通过数字机顶盒解密收看电视；复用器输出TS流到独立加扰机，加扰机在CA系统控制下对节目流加扰，并将ECM、EMM信息混入TS流形成加扰的TS流。加扰的TS流通过国标调制器进行数字化调制后，送入数字宽频发射机，发射机回退功率后工作在线性工作区，可满足地面数字电视信号传输技术要求；用户购买嵌入CA模块的国标机顶盒，经智能卡授权解扰数字电视信号，解压缩后形成模拟的音视频信号（AV信号）输出到电视机。节目及带宽规划具体的节目应用、信源压缩技术等因素决定了码流的高低。目前可供选择的信源编码方式主要有以下几种：1、MPEG2编码效率低，每频点（8MHz）可发射6～8套节目，若要达10套节目则需进口超级编码器，前端设备成本高昂，但是用户接收端机顶盒比较普及；2、MPEG4编码效率较高，每套节目码流压缩在2Mbps也可达到标清水平,在8MHz带宽内可以满足在帧头595、编码效率0.8、调制方式16QAM、总码率20.791296Mbps的条件下传输10套标清节目,用户接收端机顶盒可以MPEG2/MPEG4兼容，解码芯片己经非当常成熟，成本与MPEG2机顶盒相当3、H.264编码方式是MPEG4的升级版，编码效率更高，在计算机和IPTV和CMMB中应用广泛，但在地面数字电视中刚起步，芯片技术和机顶盒技术有待进一步发展，成本偏高；4、AVS编码效率高，在直播卫星上得到应用，是中国制订的标准，但目前价格居高不，产业化程度不高，测试仪器还不配套，需进一步完善和推广。以AVS/H.264压缩方式为例，传送一套快速运动的体育节目大概要求2Mbps的码流，传送一套新闻、访谈节目大概需要1.8Mbps的码流，传送一套图文信息只需1.5Mbps的码流，而传送高清电视节目需要6Mbps左右的码流。因此，需要运营单位根据节目内容合理地安排每个频点节目数量系统各部分概述数字电视前端信号处理，采用全编码方式对节目源进行处理，其优点在于方便插入广告或滚动字幕，及时传递本地政府的重要通知及相关信息，同时扩大广告的覆盖面，为投资运营商获取投资回报。从卫星机上取得码流，视每省上星节目的不同，其速率基本上在6-9M之间，若将其直接复用后送发射机，大大占用了宝贵的频率资源，用户节目扩容升级将无资源可用。在国标系统中为了传输较多的电视节目，多采用较高效率的编码器，将每路节目的码流压缩在1.8-2Mbps左右。支持的用户终端的不同，其处理流程也有所区别。移动用户要求能够有较强的抵抗多径干扰、抵抗多普勒频移、抵抗汽车自身发动机电火花电磁干扰的能力，应以抗干扰能力为第一选择，灵敏度为第二位；固定用户的固定接收特性，使得无线传播信道环境较好，因此参数的选择应适当降低信号的抗干扰能力，以便增加信道的有效带宽，保证节目套数。其用户接收终端应以接受灵敏度为第一考虑，抗干扰能力次之。移动数字电视的信号处理移动电视是指通过无线数字信号发射、地面数字接收的方式播放和接收电视节目，它最大的特点是在处于移动状态、时速120公里以上的交通工具上。移动终端在使用中，使用环境是在不断地变化的，由此带来电磁干扰和多径干扰等一系列的问题，因此要求信号具备很强的抗干扰能力，使之完全能够在复杂、恶劣的地面无线信道中可靠的传输系统通过对信道编码参数的选择（调制方式、内卷积码率、保护间隔、2K/4K模式），提升信号的抗干扰能力，其本质是增加信道编码的冗余，增加信道编码的纠错性，相应的导致了信道有效带宽的降低，提升信道传输的可靠性。本系统每信道参数列表说明如下：信道载波数编码码率PN序列信号调制信道带宽传输净码率节目分配1C=10.85954QAM7.56MHz10.3962～5C=10.859532QAM7.56MHz25.989表中1信道5套节目支持移动（室外）接收，2～5信道60套节目支持固定（室外）接收数字电视前端信号处理设备配置设备名称主要功能卫星接收机接收来自卫星的数字电视节目低码率编码器将节目信源压缩成低码率的数字TS流多路再复用器将多套节目的TS流复合为1路高码流的TS流同密加扰机在CA系统控制下对节目流加扰，并将ECM、EMM信息混入TS流形成加扰的TS流数字电视CAS&SMS系统对节目进行加密、解密管理，对用户信息及相关设备进行设置管理DTMB国标调制器对前端TS流按DTMB标准调制为所需的RF信号邻频频道混合器对前端信号进行频道合成

数字电视地面无线传输系统综述前端处理好的数字化信号通过邻频频率混合器输入数字UHF宽频带发射机，由天馈系统将信号发射到覆盖区。A、系统传输质量标准系统设计衡量数字电视地面传输系统传输质量的主要指标是接收灵敏度和接收载噪比C/N。国标系统常用模式的相关传输指标如下：工作模式调制方式传输速率(Mbps)最小信号接收电平(dBm)接收载噪比(C/N)低码率4QAM-NR5.198-99.821.7中码率4QAM10.396-95.885.7高码率16QAM20.791-89.4712.7甚高码率32QAM25.989-85.9115.6接收载噪比C/N的计算： 接收电平与C/N的关系如下： PR=C/N+N+Pn 式中，Pn为热噪声功率电平 Pn=10lgK+10lgBW+10lgT 式中， （1）K为波耳兹曼常数1.38×10-23J/K； （2）T为绝对温度，在20C时T＝293K （3）BW为等效噪声带宽，以7.61MHz（8MHz信道带宽）代入公式得：Pn=-135.2dBW=-105.2dBm信号传输系统C/N计算公式为： C/N=PT-LT+GT-L0+GR–LR-N-Pn-n-Fm 式中： （1）PT为发射机每频道的输出功率； （2）LT为发射机至发射天线的传输损耗，含频道合成器的损耗、传输波导的损耗、连接跳线的损耗以及多发射天线方案中功率分配器的损耗等； （3）GT为发射天线增益； （4）L0为微波自由空间传输损耗，其计算公式为： L0＝32.44+20lgd+20lgf(dB) 式中，d为接收点与发射天线间的距离（km），f为传输的微波频率（MHz）。 （5）GR为接收天线增益； （6）LR为接收天线至机顶盒的传输损耗；（7）NR为接收机的噪声系数； （8）Pn为热噪声功率电平； （9）由于收发设备、连接器、天线和馈线等标称精度和调整误差影响，在设计中要预留的通道损耗裕量，称为现场系数，一般选取n＝2dB； （10）Fm为衰落储备。衰落储备(Fm)=接收电平(Pr)–门限电平(PL)实践证明，在传输距离小于10km时，一般可不考虑衰落储备（水面、稻田除外）；传输距离在10km～60km范围内，衰落储备可取1~6dB（漫反射地形除外）。 机顶盒对应的电平(75输出阻抗)： P0=PR+GD-LD+108.75（dBV） 其中，GD为机顶盒的变频增益； LD为机顶盒输出连接缆线和注电器的损耗。整个传输系统的载噪比（C/N）为： C/N=-10lg[i=1,n10-(C/Ni/10)] 本例覆盖接收点C/N值等指标：传输系统已知条件（设备参数）接收距离(公里)传输损耗（dB）接收电平(dBm)接收信噪比（C/N）地面数字电视系统发射功率（PT）48dBm188.91-44.9162.29发射天线增益（GT）10dBi5102.89-58.8948.31接收天线增益（GR）7/3dBi10108.91-64.9142.29热噪声功率电平（Pn）-105.2dBm20114.93-70.9336.27固定衰落储备（Fm）5dB30118.45-74.4532.75噪声系数（N）6+3dB35119.79-75.7931.413dB40120.95-76.9530.25现场系数（n）2dB50122.89-78.8928.31移动数字电视系统基准发射频率666MHz5130.95-91.9521.2510130.71-91.7121.4915135.94-96.9416.2620139.66-100.6612.54依据发射天线标称增益计算，计算中未考虑天线水平方向图和垂直波束图以及传输路由等因素引起的增益变化。计算数据仅供参考，固定接收50公里时的C/N值为28.31dB，大于系统要求值15.6dB，即可保证接收图像质量达到4级以上、发射机功率确定：（1）单频道发射系统发射机功率确定：视距内自由空间场强的估算:考虑地面反射波的影响,视距内自由空间场强按如下公式计算E=【2.18】.J/λd2P—发射机有效功率（KW）G—发射天线增益（倍）Ht—发射天线有效高度（m）Hr—接收天线有效高度（m）λ—自由空间波长（m）d—传输距离（km）J—地面修正系数(J=0-1)（2）宽带发射机功率确定：以宽频道MUDS发射功率为500W,拟传输6个频点的数字节目，发射天线架设有效高度为65米,发射机工作频率为634、642、658、690、706、738MHz，中心频率为686MHz（波长λ＝0.437m）,接收天线高度为4米,发射天线采用垂直极化天线,增益7dB,求距发射台20km处自由空间场强.解：单频道发射机有效功率＝宽带MUDS发射功率(Kw)/10/CH＝0.5/10/6＝0.000833Kw其中，CH为传输频道数目；10为AB类宽带发射机换算为单频道发射机时候的一个系数值。E=【2.18】.J/λd2=【2.18×65×4】.J/0.437x202=0.193J(mv/m)取地面修正系数J=0.5,则E=0.0966(mv/m)20LgE=20Lg3.94+60=39dBμv/m在以此例为参考进行规划时,可根据各台具体情况,按场强计算公式进行计算,计算场强应大于国标规定的最低可用场强6B以上。进行场强计算时需要注意的是,收发天线的高度是有效高度,而非海拔高度,为此,很多情况下需要进行传输路径设计(画剖面图)。发射天线架设高度设计：D=3.56(ht1/2+hr31/2)kmht：发射天线高度,hr：接收天线高度发射天线高度ht接收天线高度hr3m24m60m34km45km100m42km53km130m48km59km200m57km67km500m86km97km1000m119km130km多频网与单频网选择由于我国幅员辽阔，有高山、河流、湖泊、平原、丘陵等自然环境，各地电磁环境千差万别，至于建多频网还是单频网更好呢？各地应因地制宜，视情况而定。1、多频网，一般适用于受外界空间信号影响小，本地频率资源丰富的地区。它具有投资小、组网快、可交叉覆盖、各站间相互不干扰等优点。2、单频网，适用于频率资源紧缺的地区。因为组建单频网必须满足同频率、同时间、同比特率三大要素，所以建设成本和技术难度均大大提高了，特别是多频道发射时，技术和调试难度都会有所加大。一般要资金实力雄厚的单位才能考虑附录国标数字电视调制器1.1系统组成DTMB数字调制器组成框图如下。ASIIN1ASIIN1RF处理IF处RF处理IF处理DTMB处理ASI接口输入数据处理RF输出110～870MHZRF输出110～870MHZASIIN2ASIIN2控制处理器LEDLCD控制处理器LEDLCD键盘网络接口DTMB数字调制器主要由以下模块组成。●数据处理单元将各种接口输入的信号转换为标准信号并进行必要的数据处理，以实现DTMB调制的预处理。●DTMB调制单元将数据流调制为频谱信号。●RF处理单元将中频上变频到110至870MHz电视频道上。●CPU/LCD/LED/键盘单元完成键盘输入，LED显示和智能控制等作用。1.2工作原理DTMB调制器符合国标地面调制标准，电视信号通过MPEG-II压缩编码和其他数据流进行复接处理，再送入DTMB调制器，DTMB编码是按DVB技术规范进行的，如交织、LDPC错编码等。经中频处理后再上变频到电视频道上，以便网络上传播，可用于数字电视、数据广播、视频点播、因特网、会议电视等多种数字宽带应用系统。2、主要特点●内部超大缓存，抗突发码率。●可工作在QPSK、16QAM、32QAM、64QAM方式。●输入接口：ASI。●输入数据的比特率范围:1.5～108Mbps。●输出数据的比特率范围:2～31Mbps。●输出信号的带宽（BW）范围：8MHz(滚降系数为0.05)。●输出数据符号率范围：7.56Mbaud/s。●射频频率范围：110～860MHz。●输出电平范围：105dBuV～115dBuV(可步进)。●具有PCR校准功能。●含有RF输出监测口。●自动识别输入TS流的包格式（188包和204包）。●具有故障报警显示。●采用LCD液晶显示器，可本地实时监控系统状态和设置系统参数。●具有掉电记忆功能。●具有以太网接口，可通过网络管理器远程控制DTMB调制器的参数配置，实时监测运行状态。3、技术规格3.1数据接口3.1.1ASI输入接口：2路DVB标准ASI接口连接器：BNC阻抗：75传输流标准：ISO13818-1输入有效码率：最大214Mbps（每路）TS包格式：188/204bytes（自动识别）TS输入模式：均匀/包突发/不规则3.2射频接口3.2.连接器：BNC阻抗：75Ω输出频率：110MHz～860MHz反射损耗：≥15dB输出电平：93dBuV～113BuV(可调)载波抑制：>55dBSNR（带外）：≥50dB3.2.连接器：BNC阻抗：75Ω输出电平：73dBuV～93dBuV(可调)3.3网管接口以太网接口：IEEE802.3以太网，RJ45接口软件协议：采用SNMP协议四合一H.264编码器系统组成四合一H.264编码器组成框图如下。音频编码视频编码音频编码视频编码音频编码视频编码音频编码视频编码视音频码流处理视频A/D音频A/D视频A/D音频A/D视频A/D音频A/D视频A/D音频A/DASIASI接口输出视频输入视频输入视频输入左声道输入左声道输入左声道输入右声道输入右声道输入右声道输入右声道输入左声道输入视频输入音频编码视频编码音频编码视频编码音频编码视频编码音频编码视频编码视音频码流处理视频A/D音频A/D视频A/D音频A/D视频A/D音频A/D视频A/D音频A/DASIASI接口输出视频输入视频输入视频输入左声道输入左声道输入左声道输入右声道输入右声道输入右声道输入右声道输入左声道输入视频输入控制处理器控制处理器LED键盘网络接口LCD工作原理四合一H.264压缩编码器构成如上图所示，它由视音频A/D处理、视音频编码、视音频码流处理、数据输出和控制处理器等模块组成。技术规格视频接口特性视频信号视频格式：NTSC(525/60)，PAL(625/50)可选择连接器：BNC阻抗：75，不平衡频率：25Hz～5.75MHz电平：1.0Vp-p量化：8bits，符合CCIR-601采样频率：27MHz音频接口特性模拟音频信号连接器：BNC（非平衡）阻抗：600，输入：一路立体声或两路独立单声道音频信号输出码率：32kbps～384kbps量化：16bits采样频率：32kHz，44.1kHz，48kHz编码压缩视频H.264输出码率1-10Mbps音频MPEG1&II层，CD质量格式DVB标准传输流（TS）分辨率符合CCIR601标准PAL： 720×576NTSC：720×480数据接口可通过DVBASI输出接口DVBASI输出接口接口特性:符合DVBASI标准插座：BNC阻抗：75Ω包格式：188字节数据速率：1.5-15Mbps网络管理接口以太网接口：IEEE802.3以太网，RJ45接口软件协议：UDP/IPMKM-830复用器MKM-830复用器是符合DVB标准的复用器，它基于高速TSBus，可将不同来源如MPEG-2编码器和TS码流输入的多路单节目TS(SPTS)或多节目TS(MPTS)数据复接成一路多节目TS(MPTS)。MPEG-2复用器采用模块化设计，可扩展为多入多出的交换复用系统，基于PID包交换技术，可实现输入输出的任意交换。支持2～8路输入多节目传送流的复用，可级联支持均匀/包突发（PacketBurstMode）/不规则模式输出数据速率1500K