内大数字电视课件第10章

1、第十章 地面数字电视广播系统,本章主要内容： DVB-T数字电视广播系统 ATSC数字电视广播系统 DTTB数字电视地面广播传输标准,地面数字电视广播标准：,信源编码：MPEG-2 主要差别是：信道编码和数字调制方式,10.1 DVB-T数字电视广播系统,DVB-T信道编码和调制,TS传送流,信道编码：RS编码+数据交织+卷积码+数据交织 数字调制：OFDM,一、COFDM调制,OFDM：正交频分复用 C：基带信号施加了纠错编码 目的：解决高速率数据在通过开路传输时因多径效应引入的码间干扰。 原因： 视频信号的码率很高（几Mbit/s），符号周期很小（约为10-1至10-2微妙）； 开路传输时

2、反射波会比直射波延迟数个符号周期。 解决的办法：增大符号周期（降低码率）,1、COFDM基本原理,串并转换实现码率降低。 高频带宽B内均匀安排N个子载波，各载波信号频谱正交。 N路信号对N个子载波调制。QPSK、16QAM、64QAM N路已调波混合，频分复用总带宽B。,2、实施方法 调制利用IFFT运算， 解调利用FFT运算，由专用集成芯片完成。,同步检波,3、COFDM的应用,非对称数字用户环路（ADSL） 数字视频广播（DVB） 无线局域网（WLAN） 无线广域网（WWAN) 新一代蜂窝移动通信等,2k模式适合高速移动接收 8k模式适合组建单频网SFN,DVB-T系统中的应用： 8MHz

3、高频带宽 模式,交织方法：,二、内交织,目的：提高COFDM信号解调时的纠错能力，在卷积编码后对数据进行内交织。,不同的调制方法有不同的交织模式,比特交织器数据块的大小：126bit 比特交织模式：,交织器的置换函数：,例：,符号交织器的数据块的大小： 实际传输数据的载波数（符号数） 2k模式：1512=12126； 8k模式：6048=48126,比特交织器重复12次,比特交织器重复48次,三、数据映射和星座图,四、保护间隔,减小符号间干扰的方法： 采取OFDM调制降低了符号率，减小了已调波频带内的符号间干扰。 加入保护间隔 ，进一步减小OFDM符号间干扰。,只要本符号的反射波与直射波的延时

4、不超过保护间隔期，就不会干扰次一个符号，而本符号的反射波将增强直达波的接收功率带来增益。,五、帧自适应、导频和TPS信号,1、帧自适应 OFDM符号：在 内，N（1705、6817）个已调载波的综合。 OFDM帧：序号为067的OFDM符号构成。 OFDM超帧：4个OFDM帧构成。,OFDM符号的帧结构,2、导频,连续导频“ ” 作用：向接收机提供同步和相位误差估计信息。,实现： 在OFDM符号内，安排固定数量、位置固定的载波。 2k模式：45个；8k模式：117个 调制方式BPSK 调制信号由PRBS序列确定,载波序号：0，48，54，87，141， ，1704； ，8616,散布导频“ ”

5、,作用：提供关于信道特性（频率选择性衰落、时间选择性衰落和干扰的动态变化等）信息，以便接收机及时实现动态信道均衡。 实现：在OFDM一帧中，每12个载频中第12个为散布载频。散布载频和连续载频可能重叠。,由于设置了导频载波，用于传输数据的载波数目减少，使得载波使用效率下降。 2k模式的有效载波1512 8k模式的有效载波6048 载波使用效率88.7%,TPS信号“ ”,作用：用于给出传输参数，即信道编码和调制有关的信令。,实现：（2k模式） 在一个OFDM符号中，设置17个固定载频。 调制方式DBPSK，传送1bit调制信息。 在一个OFDM帧中同一对应位置上68个bit构成一个TPS块，一

6、帧中有17个相同的TPS块。 每块中的比特序号为S0-S67，其信息内容及格式见书P279。,载波序号： 34，50，209，246，1687,8k模式：在一个OFDM符号内设置68个固定载波。,3、超帧内的TS包,4个OFDM帧组成一个超帧，在超帧内可以传输整数个204字节的RS码TS包。OFDM超帧内TS包数目如表所示：,六、DVB-T不同参数的频谱效率,8MHz带宽内的有效码率（Mbit/s）,七、COFDM射频功率谱,每个载波的频谱：,总的功率谱为各载波功率谱的合成：,8M带宽内功率谱比较均匀，功率效率高，对外造成的干扰小。,10.2 ATSC数字电视广播系统,ATSC：先进电视制式委

7、员会 特点： 1996年批准的地面数字电视标准； 6MHz高频带宽内可传输19.39Mbit/s的码率； 每个频道可传输一套HDTV信号，35套SDTV节目。,一、数据随机化与RS编码,初始化值：F180HEX 初始化在每场中第二段的同步期间实施 MPEG-2的TS流中的SYNC不进行随机化,2、RS编码,RS（207，187，t=10) 码长207字节 信息段187字节，每字节8bit 监督段20字节 纠错能力为207字节中的10字节 同步字节（SYNC）不进行RS编码,二、ATSC帧结构,符号：2bit/符号，4符号/字节。 段：同步+207=208字节，832符号/段。 场：313段/场

8、，第一段为场同步，每场的传输时间24.2ms。 帧：2场/帧。 PRBS初始化在每场的第二段的同步字节期进行。 段同步取代SYNC,交织深度B=52数据段，M=4字节 数据块的大小N=B*M=208字节 同步字节不参与交织 段内交织和段间交织,三、数据交织,四、8-VSB调制,VSB滤波保留上边带和部分下边带，部分下边带中传送载波信息（导频信号）形成残留边带信号。,MVSB高频调制效率：,五、格栅编码（TCM）,1、TCM编码概述 TCM是将编码和调制结合在一起的卷积码，以提高系统的抗干扰能力。 可在不增加信道带宽和不降低信息速率下获得3dB-4dB的功率增益。 编码效率n/(n+1) 方法：

9、编码码字和调制信号间映射 原则：已调信号星座图上信号点之间的空间距离（欧氏距离）最大。,2、ATSC中的格栅编码,卷积编码和8-VSB相结合 X1，X2 Z0，Z1，Z2 卷积编码（3，2，3），编码效率2/3,NTSC制的行频：,干扰抑制滤波器（预编码器）,作用：梳状滤波器，避免和NTSC同频道信号干扰。,梳状滤波器： 6M带宽内有7个谷点,格栅编码器,子集的划分原则 为集合中星座点间的最小距离 映射电平,ATSC在6M带宽内可携载信息量的基本参数,有效符号率：,数据段速率：,8-VSB带宽计算：,MPEG-2恒定码率：,帧速率：,格栅编码交织器,交织原理：（段内交织） 交织深度I=12符号

10、 每段832符号分为59组，每组12个符号 （0，12，24，）（1，13，25，）（2，14，26，）,六、段同步场同步的加入（多路复用）,1、段同步,“数据+FEC”是8电平（+/-1, +/- 3, +/- 5, +/- 7） 段同步是二值电平（+5，-5，-5，+5）1001 段同步信号替换了MPEG-2中的SYNC信号 段同步信号不进行TCM编码,2、场同步,给出每个数据场的起始信息 PN511给接收机提供信道特性均衡用的训练序列数据 PN63供接收端实现重影补偿中作测试序列 VSB模式作为VSB调制模式标志 重复代码提供上一场第313端最后12个净荷数据。,每个符号的表示：（+5，

11、-5） 1bit,七、导频的加入,导频的作用：为接收端提供解调用的精确载波。 方法：幅度为1.25信号对载波调制,总频带：6MHz 有效带宽：5.38MHz d=0.31MHz,10.3 我国数字电视地面广播传输标准,一、系统综述,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，于2006年8月18日正式批准成为强制性国家标准，简称为DTTB。 具有多项独立的自主知识产权的技术。 DTTB支持4.81Mbit/s32.486Mbit/s的净荷传输数据率。 支持标准清晰度电视业务和高清晰度电视业务，支持固定接收和移动接收及多频组网和单频组网。,数据接口符合GB/T1

12、7975.1第一部分，即MPEG-2标准的第一部分（系统）。 射频输出接口符合标准SJ/T10351电视发射通用技术标准。,关键技术 低密度校验纠错码 系统信息的扩频传输 帧结构设计 等等,二、扰码与前向纠错码（FEC）,1、扰码（数据随机化）,伪随机序列：,初始状态：100101010000000 复位：信号帧开始时复位到初始状态,2、前向纠错（FEC）,BCH码 BCH码由三位学者相继提出的。 BCH码有严格的代数结构，能够纠正多位错码的循环码，是循环码的重要子类。 标记方法：（n，k，t）,本原多项式 不能再因式分解 可整除 不能整除 最高幂次为m,本原BCH码生成多项式 中含有最高幂次

13、为m的本原多项式 。 能除尽 非本原BCH码 中没有,例1：（7，4，1）本原BCH码,例2：（23，12，3）非本原BCH码,n，(n-k)，t之间的关系： 对于任一正整数m和纠错数tm/2，可构建 ， 的BCH码，可纠错t个误码。 若 能除尽 ，可构成非BCH码。,码生成多项式 的获得： 对 进行因式分解，获得 次多项式作为生成多项式。,n31的BCH码生成多项式,BCH码编码原理：（15，7）,码生成多项式：,BCH码组：,BCH解码原理：（15，7）,若： ，则无误码。 若： ，则有误码。根据 的值确定误码的位置。,由 的余数确定误码的位置,BCH码在DTTB中的应用,BCH码生成多项

14、式为： BCH码（1023，1013，1） 形成：752信息比特前添加261比特0成为1013比特，然后进行（1023，1013）BCH编码，编码结束后去掉前面的261比特0，产生BCH缩短码（762，752），监督码长不变。,LDPC码（低密度奇偶校验码）,LDPC码是（R.Gallager）加拉格于1962、1963年在其两篇论文“基于稀疏矩阵的好码”中提出的。1995年才进入实用阶段。 LDPC码是一种“线性分组码”，性能接近香农理论界限。 应用： 2004年6月，在DVB-S2中应用（BCH+LDPC)； 2006年在DTTB中应用（BCH+LDPC）； 移动通信系统中信道编码的主要备

15、选方案之一； 当前编、解码领域的一个新的研究热点。,监督矩阵与生成矩阵,例：（7，4）汉明码,监督矩阵可以计算在给定信息码元时计算监督码元，完成编码。,监督方程式,生成矩阵,G：生成矩阵，kn PT：信息矩阵转置，kr Ik：单位方阵，kk,在已知码生成矩阵时，可根据上式得到编码输出，完成编码。,LDPC的H矩阵,（n，k）（12，6），编码效率0.5。 H矩阵中每行“1”的个数相同-6，每列“1”的个数相同-3，由此构成的LDPC码为规则LDPC码。 否则为不规则LDPC码。 LDPC编码关键是H或G矩阵的确定。,DTTB中的LDPC的生成矩阵,. . .,. . .,. . .,. . .

16、,. . .,. . .,I：bb阶单位矩阵 O： bb阶零矩阵 ：bb阶循环矩阵,可编码得到（7493，3048）LDPC码,P26 P80,的特点： 每一行是上一行向右循环移位一位。 第一行是最后一行向右循环移位一位。,Gqc、Hqc矩阵见国标 GB20600-2006,DTTB中的LDPC编码,码率1：4个BCH码和LDPC级联，762*4=3048bit 码率2：6个BCH码和LDPC级联，762*6=4572bit 码率3：8个BCH码和LDPC级联，762*8=6096bit,三、符号星座映射与符号交织,64QAM、32QAM支持高清晰度电视和多路标准清晰度电视广播等高码率服务业务

17、的需求。,1、符号星座映射 纠错编码比特流 MQAM符号, 16QAM映射,I、Q的取值-6，-2，2，6,4QAM 、16QAM与32QAM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。,4QAM-NR映射,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。,X：信息比特 Y：衍生比特,2、符号交织,时域交织 目的：抵御时域中可能出现较长时间的深度衰落。 交织方法：卷积交织 交织对象：星座映射后的多个信号帧间的符号块。 卷积交织的实现：,交织/解交

18、织的总延时： 交织模式： 模式1（短交织）：B=52，M=240符号 交织/解交织的总延时： 模式2（长交织）：B=52，M=720符号 交织/解交织的总延时：510个信号帧,3744：一个信号帧中的数据量（符号）,频域交织 目的：抵御频域中可能出现较宽频率范围的深度衰落，将相邻的符号数据分散到尽量远的载波上。 适用于多载波（C=3780）模式 交织范围：信号帧体内的符号交织（36+3744） 36个系统信息的插入位置 0，140，279，3639，3779 目的是使交织后的系统信息在每个信号帧的前面集中放置。,四、复帧,数据帧结构分为信号帧、超帧、分帧、日帧。,信号帧是系统帧结构的基本单元；

19、 225/216/200个信号帧组成超帧； 480个超帧组成分帧； 1440个分帧组成日帧。,五、信号帧,信号帧结构,（帧头、帧体）基带信号符号率： 7.56Msps,调制方式： 帧头、系统信息：I、Q相同的4QAM 数据体：64QAM, 32QAM, 16QAM, 4QAM, 4QAM- NR,1、系统信息,作用：为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括符号星座模式、LDPC编码的码率、交织模式、帧体信息模式等。 信息比特的定义：（s5s4s3s2s1s0）,和DVB-T中的传输参数信令TPS的作用相同，但处理方法不同。,64种不同的信息模式,4QAM映射 I、Q相同,采用扩频技术保证系统

20、信息的可靠传输,6bit 系统信息,32bit 系统矢量,扩频,32个 复符号,系统信息结构,2、帧体信号处理,映射后的3744个数据符号复接36个系统信息符号后，形成帧体，用C个子载波调制。,C=1单载波模式，时域信号为： C=3780多载波方式，时域信号为：,X(n)为帧体信息符号X(k)频域交织后得到,3、帧头,帧头模式1（PN420）,由PN序列组成，I、Q相同的4QAM调制，用于信号帧的识别、同步等。,作用相当于DVB-T中的连续导频和散布导频。,PN255定义为8阶m序列,PN255序列： 序列周期 初始状态255个 可以产生255个不同相位的序列,前同步和后同步为PN255序列的循环扩展。 每个超帧中的225个信号帧的帧头选用不同相位的PN420序列。 每个超帧开始时复位。 帧头信号的平均功率是帧体信号功率的2倍。 适用于多载波模式，帧头相当于保护间隔：,例：,P88,帧头模式2（PN595）,采用10阶最大长度的m序列的截短，是长度为1023的m序列的前595个码片。 初始相位为0000000001，在每个信号帧开始时复位。 每个超帧中各信号帧的帧头采用相同的PN 序列。 帧头信号的平均功率与帧体信号的平均功率相同。 适用于单载波模式。,帧头模式3（PN945）,PN511定义为9阶m序列， 前同步和后同步为PN511序列的循环扩展。 每个超帧中的20