05.數(shù)字電視地面廣播技術(shù)方案研究

1、數(shù)字電視地面廣播技術(shù)方案研究國(guó)家廣電總局廣播科學(xué)研究院 973項(xiàng)目信息技術(shù)領(lǐng)域數(shù)字廣播技術(shù)研究組一、開發(fā)背景經(jīng)過(guò)多年的研究和開發(fā)，數(shù)字電視廣播已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。目前，世界上已提出的數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)有：美國(guó)的atsc標(biāo)準(zhǔn)，歐洲的dvb-t標(biāo)準(zhǔn)以及日本的isdb-t系統(tǒng)。中國(guó)從許多年前就開始跟蹤國(guó)際地面數(shù)字電視系統(tǒng)的發(fā)展，并積極研究和開發(fā)自己的數(shù)字電視系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)專家組的論證，對(duì)于開發(fā)適合中國(guó)具體國(guó)情，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)地面數(shù)字電視廣播（chinese terrestrial digital television broadcasting，cdtbt）系統(tǒng)達(dá)成了共識(shí)。二、中國(guó)地面數(shù)字廣播（

2、cdtb-t）系統(tǒng)特性及其技術(shù)要求 cdtb-t系統(tǒng)應(yīng)該支持的重要特性有：l 高信息容量：在一路模擬電視信道中支持高質(zhì)量的hdtv電視節(jié)目；l 支持多種不同業(yè)務(wù)：除了支持hdtv、sdtv外，還可以支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸、internet以接入和短消息等業(yè)務(wù)；l 靈活的接收方式：可以支持固定、便攜和移動(dòng)接收方式，在不同接收條件下可以相應(yīng)提供不同質(zhì)量的服務(wù)；l 與現(xiàn)有模擬電視系統(tǒng)的良好共存：盡量減小數(shù)字電視系統(tǒng)與模擬電視間的相互干擾，以滿足它們?cè)谙喈?dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)共存、同播的需要；l 兼容性：與有線電視和衛(wèi)星電視具有良好的兼容性；l 交互性：需要提供對(duì)多用戶的多址能力，以滿足交互性業(yè)務(wù)的需要。為了滿足上述系統(tǒng)特

3、性，cdtb-t系統(tǒng)需要達(dá)到以下技術(shù)要求： 采用高效的調(diào)制技術(shù)及編碼方案，以提高頻帶利用率和系統(tǒng)的傳輸效率； 提供靈活的調(diào)制，編碼選擇和資源分配，以滿足不同信道條件下的不同業(yè)務(wù)需求； 接收靈敏度高，可以采用簡(jiǎn)單拉桿天線進(jìn)行可靠接收； 采用良好的信道估計(jì)和均衡算法，以對(duì)抗靜態(tài)多徑與動(dòng)態(tài)多徑干擾； 采用抗突發(fā)錯(cuò)誤性能強(qiáng)的信道編碼方案，以保證系統(tǒng)在無(wú)線惡劣信道條件下的可靠接收； 承受脈沖噪聲干擾和相位噪聲干擾； 采用先進(jìn)、高性能的信源容錯(cuò)技術(shù)，降低信源對(duì)誤碼的敏感性，從而提高系統(tǒng)的魯棒性； 采用分級(jí)調(diào)制方式，支持hdtv和sdtv信號(hào)的混合傳輸； 采用適當(dāng)?shù)男诺罏V波，以減小與模擬電視之間的相互干擾；

4、 采用必要的頻帶保護(hù)間隔和頻率分配，以減小數(shù)字電視間的同道干擾和鄰道干擾。三、系統(tǒng)框架 cdtb-t系統(tǒng)的基本框架如圖一所示。此系統(tǒng)綜合考慮了信源編碼、信道編碼以及調(diào)制傳輸技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高效、可靠的無(wú)線地面廣播。碼流 復(fù)接視頻業(yè)務(wù) 視頻編碼其他業(yè)務(wù) 信道編碼 調(diào)制傳輸音頻業(yè)務(wù) 音頻編碼 廣播信道 容錯(cuò)指示信息碼流 解 復(fù)接視頻業(yè)務(wù) 視頻容錯(cuò)解碼其他業(yè)務(wù) 信道解碼 解調(diào)傳輸音頻業(yè)務(wù) 音頻容錯(cuò)解碼 容錯(cuò)指示信息 圖一、cdtb-t 系統(tǒng)的基本框圖1、信源編碼與復(fù)接：為了實(shí)現(xiàn)與有線廣播系統(tǒng)及衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的良好兼容，cdtb-t系統(tǒng)中的信源編碼、復(fù)接方案采用mpeg-2視頻、音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和mpeg2傳

5、送碼流（transport stream，ts）方案。同時(shí)采用了高效的信源差錯(cuò)隱藏技術(shù)（error concealment），進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。2、信道編碼 系統(tǒng)采用級(jí)聯(lián)碼的方式（如圖二所示）。內(nèi)碼采用tcm、外碼采用rs碼，并采用了內(nèi)碼交織、外碼交織和偽隨機(jī)化比特序列（pseudo random bit sequence）技術(shù)，以對(duì)抗惡劣無(wú)線信道中的低信噪比條件和突發(fā)錯(cuò)誤。同時(shí)，系統(tǒng)提供多種級(jí)聯(lián)編碼參數(shù)，以滿足不同業(yè)務(wù)對(duì)傳輸效率和服務(wù)質(zhì)量的不同要求。 圖二、cdtb-t系統(tǒng)的信道編碼方案外碼偽隨機(jī)化內(nèi)碼交織內(nèi)碼外碼交織3、調(diào)制傳輸方案 采用雙載波正交幅度調(diào)制（double carri

6、er on quadrature amplitude modulation，dcqam），將單個(gè)電視頻道劃分為基本頻帶和增強(qiáng)頻帶，從而提供高度靈活的操作模式。同時(shí)，在子頻帶內(nèi)采用適當(dāng)長(zhǎng)度的正交訓(xùn)練序列進(jìn)行有效的信道估計(jì)及符號(hào)同步，以實(shí)現(xiàn)具有高魯棒性的傳輸。對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用，采用變長(zhǎng)度訓(xùn)練序列和opsk調(diào)制方式。同時(shí)還采用時(shí)間分層調(diào)制技術(shù)。通過(guò)這種技術(shù)的組合，可以充分滿足移動(dòng)應(yīng)用的需求。四、系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)如上表所示帶寬8mhz有效帶寬7.42mhz調(diào)制方案雙載波調(diào)制 基本頻帶基本頻帶的星座圖 增強(qiáng)頻帶增強(qiáng)頻帶的星座圖1.86mhzqpsk,8psk和16qam5.56mhz16qam,32qam和

7、64qam 載波間隔4mhz 保護(hù)間隔0.292mhz信道估計(jì)與均衡正交訓(xùn)練序列及時(shí)域內(nèi)插信道編碼內(nèi)碼外碼網(wǎng)絡(luò)編碼調(diào)制或卷積碼，碼率1/2，2/3，3/4，5/6里德-所羅門碼：（204，188）凈負(fù)荷數(shù)據(jù)碼率 基本頻帶凈負(fù)荷 qpsk 8psk 16qam 增強(qiáng)頻帶凈負(fù)荷 16qam 32qam 64qam1.492.48mbps2.233.71mbps2.974.95mbps8.8818.81mbps11.1018.51mbps13.3222.2mbps信源編碼與復(fù)接 視頻編碼 音頻編碼 容錯(cuò)機(jī)制 傳送協(xié)議mpeg-2視頻編碼mpeg-2音頻編碼視頻、音頻容錯(cuò)算法mpeg-2傳送碼流 五、

8、系統(tǒng)特點(diǎn)1、此系統(tǒng)與中國(guó)目前已采納的有線數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)具有良好的兼容性，將大大降低接收機(jī)的成本，有利于數(shù)字電視市場(chǎng)的形成與推廣；2、系統(tǒng)提供了不同的編碼、調(diào)制方案，可以針對(duì)不同業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量的服務(wù)，具有高度靈活性；3、在頻帶劃分的基礎(chǔ)上，此系統(tǒng)在每個(gè)子頻帶內(nèi)采用了單載波調(diào)制方式。與多載波調(diào)制相比，峰均功率比得到了顯著降低，有利于增大覆蓋面積、降低運(yùn)營(yíng)成本；4、系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗相位噪聲和頻率偏移的能力；5、在未知載波相位和存在頻率偏差的條件下進(jìn)行高速突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)采用結(jié)合viterbi算法的qam序列檢測(cè)算法（已申請(qǐng)專利），無(wú)需顯示估計(jì)載波頻偏和相差即可以進(jìn)行序列檢測(cè)，使算法的ber趨近于同步解調(diào)的性能；6、系統(tǒng)采用正交訓(xùn)練序列及高效時(shí)域內(nèi)插算法進(jìn)行信道估計(jì)與均衡，可以迅速、準(zhǔn)確地跟蹤信道特性的變化，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信號(hào)接收；7、系統(tǒng)采用了新的級(jí)聯(lián)碼突發(fā)解碼技術(shù)（已申請(qǐng)專利）。在相同編碼效率下，此算法獲得了比常規(guī)算法高一倍的突發(fā)糾錯(cuò)能力；8、在信源解碼端，系統(tǒng)采用了先進(jìn)的差錯(cuò)隱藏技術(shù)（已申請(qǐng)專利），在保證主觀視覺、聽覺質(zhì)量的前提下，顯著降低了系統(tǒng)的接收信噪比門限，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的魯棒性；9、在單頻網(wǎng)的條件下，可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)odb信號(hào)的正常接收；10、系統(tǒng)采用了諸多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與算法，非常有利于形成我國(guó)獨(dú)立的民族數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)。六、結(jié)論 經(jīng)過(guò)近十年的系統(tǒng)