內(nèi)大數(shù)字電視課件第10章

1、第十章 地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng),本章主要內(nèi)容： DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng) ATSC數(shù)字電視廣播系統(tǒng) DTTB數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn),地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)：,信源編碼：MPEG-2 主要差別是：信道編碼和數(shù)字調(diào)制方式,10.1 DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng),DVB-T信道編碼和調(diào)制,TS傳送流,信道編碼：RS編碼+數(shù)據(jù)交織+卷積碼+數(shù)據(jù)交織 數(shù)字調(diào)制：OFDM,一、COFDM調(diào)制,OFDM：正交頻分復(fù)用 C：基帶信號施加了糾錯編碼 目的：解決高速率數(shù)據(jù)在通過開路傳輸時因多徑效應(yīng)引入的碼間干擾。 原因： 視頻信號的碼率很高（幾Mbit/s），符號周期很小（約為10-1至10-2微妙）； 開路傳輸時

2、反射波會比直射波延遲數(shù)個符號周期。 解決的辦法：增大符號周期（降低碼率）,1、COFDM基本原理,串并轉(zhuǎn)換實現(xiàn)碼率降低。 高頻帶寬B內(nèi)均勻安排N個子載波，各載波信號頻譜正交。 N路信號對N個子載波調(diào)制。QPSK、16QAM、64QAM N路已調(diào)波混合，頻分復(fù)用總帶寬B。,2、實施方法 調(diào)制利用IFFT運算， 解調(diào)利用FFT運算，由專用集成芯片完成。,同步檢波,3、COFDM的應(yīng)用,非對稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL） 數(shù)字視頻廣播（DVB） 無線局域網(wǎng)（WLAN） 無線廣域網(wǎng)（WWAN) 新一代蜂窩移動通信等,2k模式適合高速移動接收 8k模式適合組建單頻網(wǎng)SFN,DVB-T系統(tǒng)中的應(yīng)用： 8MHz

3、高頻帶寬 模式,交織方法：,二、內(nèi)交織,目的：提高COFDM信號解調(diào)時的糾錯能力，在卷積編碼后對數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)交織。,不同的調(diào)制方法有不同的交織模式,比特交織器數(shù)據(jù)塊的大?。?26bit 比特交織模式：,交織器的置換函數(shù)：,例：,符號交織器的數(shù)據(jù)塊的大?。?實際傳輸數(shù)據(jù)的載波數(shù)（符號數(shù)） 2k模式：1512=12126； 8k模式：6048=48126,比特交織器重復(fù)12次,比特交織器重復(fù)48次,三、數(shù)據(jù)映射和星座圖,四、保護(hù)間隔,減小符號間干擾的方法： 采取OFDM調(diào)制降低了符號率，減小了已調(diào)波頻帶內(nèi)的符號間干擾。 加入保護(hù)間隔 ，進(jìn)一步減小OFDM符號間干擾。,只要本符號的反射波與直射波的延時

4、不超過保護(hù)間隔期，就不會干擾次一個符號，而本符號的反射波將增強(qiáng)直達(dá)波的接收功率帶來增益。,五、幀自適應(yīng)、導(dǎo)頻和TPS信號,1、幀自適應(yīng) OFDM符號：在 內(nèi)，N（1705、6817）個已調(diào)載波的綜合。 OFDM幀：序號為067的OFDM符號構(gòu)成。 OFDM超幀：4個OFDM幀構(gòu)成。,OFDM符號的幀結(jié)構(gòu),2、導(dǎo)頻,連續(xù)導(dǎo)頻“ ” 作用：向接收機(jī)提供同步和相位誤差估計信息。,實現(xiàn)： 在OFDM符號內(nèi)，安排固定數(shù)量、位置固定的載波。 2k模式：45個；8k模式：117個 調(diào)制方式BPSK 調(diào)制信號由PRBS序列確定,載波序號：0，48，54，87，141， ，1704； ，8616,散布導(dǎo)頻“ ”

5、,作用：提供關(guān)于信道特性（頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落和干擾的動態(tài)變化等）信息，以便接收機(jī)及時實現(xiàn)動態(tài)信道均衡。 實現(xiàn)：在OFDM一幀中，每12個載頻中第12個為散布載頻。散布載頻和連續(xù)載頻可能重疊。,由于設(shè)置了導(dǎo)頻載波，用于傳輸數(shù)據(jù)的載波數(shù)目減少，使得載波使用效率下降。 2k模式的有效載波1512 8k模式的有效載波6048 載波使用效率88.7%,TPS信號“ ”,作用：用于給出傳輸參數(shù)，即信道編碼和調(diào)制有關(guān)的信令。,實現(xiàn)：（2k模式） 在一個OFDM符號中，設(shè)置17個固定載頻。 調(diào)制方式DBPSK，傳送1bit調(diào)制信息。 在一個OFDM幀中同一對應(yīng)位置上68個bit構(gòu)成一個TPS塊，一

6、幀中有17個相同的TPS塊。 每塊中的比特序號為S0-S67，其信息內(nèi)容及格式見書P279。,載波序號： 34，50，209，246，1687,8k模式：在一個OFDM符號內(nèi)設(shè)置68個固定載波。,3、超幀內(nèi)的TS包,4個OFDM幀組成一個超幀，在超幀內(nèi)可以傳輸整數(shù)個204字節(jié)的RS碼TS包。OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目如表所示：,六、DVB-T不同參數(shù)的頻譜效率,8MHz帶寬內(nèi)的有效碼率（Mbit/s）,七、COFDM射頻功率譜,每個載波的頻譜：,總的功率譜為各載波功率譜的合成：,8M帶寬內(nèi)功率譜比較均勻，功率效率高，對外造成的干擾小。,10.2 ATSC數(shù)字電視廣播系統(tǒng),ATSC：先進(jìn)電視制式委

7、員會 特點： 1996年批準(zhǔn)的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)； 6MHz高頻帶寬內(nèi)可傳輸19.39Mbit/s的碼率； 每個頻道可傳輸一套HDTV信號，35套SDTV節(jié)目。,一、數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼,初始化值：F180HEX 初始化在每場中第二段的同步期間實施 MPEG-2的TS流中的SYNC不進(jìn)行隨機(jī)化,2、RS編碼,RS（207，187，t=10) 碼長207字節(jié) 信息段187字節(jié)，每字節(jié)8bit 監(jiān)督段20字節(jié) 糾錯能力為207字節(jié)中的10字節(jié) 同步字節(jié)（SYNC）不進(jìn)行RS編碼,二、ATSC幀結(jié)構(gòu),符號：2bit/符號，4符號/字節(jié)。 段：同步+207=208字節(jié)，832符號/段。 場：313段/場

8、，第一段為場同步，每場的傳輸時間24.2ms。 幀：2場/幀。 PRBS初始化在每場的第二段的同步字節(jié)期進(jìn)行。 段同步取代SYNC,交織深度B=52數(shù)據(jù)段，M=4字節(jié) 數(shù)據(jù)塊的大小N=B*M=208字節(jié) 同步字節(jié)不參與交織 段內(nèi)交織和段間交織,三、數(shù)據(jù)交織,四、8-VSB調(diào)制,VSB濾波保留上邊帶和部分下邊帶，部分下邊帶中傳送載波信息（導(dǎo)頻信號）形成殘留邊帶信號。,MVSB高頻調(diào)制效率：,五、格柵編碼（TCM）,1、TCM編碼概述 TCM是將編碼和調(diào)制結(jié)合在一起的卷積碼，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 可在不增加信道帶寬和不降低信息速率下獲得3dB-4dB的功率增益。 編碼效率n/(n+1) 方法：

9、編碼碼字和調(diào)制信號間映射 原則：已調(diào)信號星座圖上信號點之間的空間距離（歐氏距離）最大。,2、ATSC中的格柵編碼,卷積編碼和8-VSB相結(jié)合 X1，X2 Z0，Z1，Z2 卷積編碼（3，2，3），編碼效率2/3,NTSC制的行頻：,干擾抑制濾波器（預(yù)編碼器）,作用：梳狀濾波器，避免和NTSC同頻道信號干擾。,梳狀濾波器： 6M帶寬內(nèi)有7個谷點,格柵編碼器,子集的劃分原則 為集合中星座點間的最小距離 映射電平,ATSC在6M帶寬內(nèi)可攜載信息量的基本參數(shù),有效符號率：,數(shù)據(jù)段速率：,8-VSB帶寬計算：,MPEG-2恒定碼率：,幀速率：,格柵編碼交織器,交織原理：（段內(nèi)交織） 交織深度I=12符號

10、 每段832符號分為59組，每組12個符號 （0，12，24，）（1，13，25，）（2，14，26，）,六、段同步場同步的加入（多路復(fù)用）,1、段同步,“數(shù)據(jù)+FEC”是8電平（+/-1, +/- 3, +/- 5, +/- 7） 段同步是二值電平（+5，-5，-5，+5）1001 段同步信號替換了MPEG-2中的SYNC信號 段同步信號不進(jìn)行TCM編碼,2、場同步,給出每個數(shù)據(jù)場的起始信息 PN511給接收機(jī)提供信道特性均衡用的訓(xùn)練序列數(shù)據(jù) PN63供接收端實現(xiàn)重影補(bǔ)償中作測試序列 VSB模式作為VSB調(diào)制模式標(biāo)志 重復(fù)代碼提供上一場第313端最后12個凈荷數(shù)據(jù)。,每個符號的表示：（+5，

11、-5） 1bit,七、導(dǎo)頻的加入,導(dǎo)頻的作用：為接收端提供解調(diào)用的精確載波。 方法：幅度為1.25信號對載波調(diào)制,總頻帶：6MHz 有效帶寬：5.38MHz d=0.31MHz,10.3 我國數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn),一、系統(tǒng)綜述,標(biāo)準(zhǔn)：GB20600-2006數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制，于2006年8月18日正式批準(zhǔn)成為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，簡稱為DTTB。 具有多項獨立的自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。 DTTB支持4.81Mbit/s32.486Mbit/s的凈荷傳輸數(shù)據(jù)率。 支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視業(yè)務(wù)和高清晰度電視業(yè)務(wù)，支持固定接收和移動接收及多頻組網(wǎng)和單頻組網(wǎng)。,數(shù)據(jù)接口符合GB/T1

12、7975.1第一部分，即MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的第一部分（系統(tǒng)）。 射頻輸出接口符合標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10351電視發(fā)射通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。,關(guān)鍵技術(shù) 低密度校驗糾錯碼 系統(tǒng)信息的擴(kuò)頻傳輸 幀結(jié)構(gòu)設(shè)計 等等,二、擾碼與前向糾錯碼（FEC）,1、擾碼（數(shù)據(jù)隨機(jī)化）,偽隨機(jī)序列：,初始狀態(tài)：100101010000000 復(fù)位：信號幀開始時復(fù)位到初始狀態(tài),2、前向糾錯（FEC）,BCH碼 BCH碼由三位學(xué)者相繼提出的。 BCH碼有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，能夠糾正多位錯碼的循環(huán)碼，是循環(huán)碼的重要子類。 標(biāo)記方法：（n，k，t）,本原多項式 不能再因式分解 可整除 不能整除 最高冪次為m,本原BCH碼生成多項式 中含有最高冪次

13、為m的本原多項式 。 能除盡 非本原BCH碼 中沒有,例1：（7，4，1）本原BCH碼,例2：（23，12，3）非本原BCH碼,n，(n-k)，t之間的關(guān)系： 對于任一正整數(shù)m和糾錯數(shù)tm/2，可構(gòu)建 ， 的BCH碼，可糾錯t個誤碼。 若 能除盡 ，可構(gòu)成非BCH碼。,碼生成多項式 的獲得： 對 進(jìn)行因式分解，獲得 次多項式作為生成多項式。,n31的BCH碼生成多項式,BCH碼編碼原理：（15，7）,碼生成多項式：,BCH碼組：,BCH解碼原理：（15，7）,若： ，則無誤碼。 若： ，則有誤碼。根據(jù) 的值確定誤碼的位置。,由 的余數(shù)確定誤碼的位置,BCH碼在DTTB中的應(yīng)用,BCH碼生成多項

14、式為： BCH碼（1023，1013，1） 形成：752信息比特前添加261比特0成為1013比特，然后進(jìn)行（1023，1013）BCH編碼，編碼結(jié)束后去掉前面的261比特0，產(chǎn)生BCH縮短碼（762，752），監(jiān)督碼長不變。,LDPC碼（低密度奇偶校驗碼）,LDPC碼是（R.Gallager）加拉格于1962、1963年在其兩篇論文“基于稀疏矩陣的好碼”中提出的。1995年才進(jìn)入實用階段。 LDPC碼是一種“線性分組碼”，性能接近香農(nóng)理論界限。 應(yīng)用： 2004年6月，在DVB-S2中應(yīng)用（BCH+LDPC)； 2006年在DTTB中應(yīng)用（BCH+LDPC）； 移動通信系統(tǒng)中信道編碼的主要備

15、選方案之一； 當(dāng)前編、解碼領(lǐng)域的一個新的研究熱點。,監(jiān)督矩陣與生成矩陣,例：（7，4）漢明碼,監(jiān)督矩陣可以計算在給定信息碼元時計算監(jiān)督碼元，完成編碼。,監(jiān)督方程式,生成矩陣,G：生成矩陣，kn PT：信息矩陣轉(zhuǎn)置，kr Ik：單位方陣，kk,在已知碼生成矩陣時，可根據(jù)上式得到編碼輸出，完成編碼。,LDPC的H矩陣,（n，k）（12，6），編碼效率0.5。 H矩陣中每行“1”的個數(shù)相同-6，每列“1”的個數(shù)相同-3，由此構(gòu)成的LDPC碼為規(guī)則LDPC碼。 否則為不規(guī)則LDPC碼。 LDPC編碼關(guān)鍵是H或G矩陣的確定。,DTTB中的LDPC的生成矩陣,. . .,. . .,. . .,. . .

16、,. . .,. . .,I：bb階單位矩陣 O： bb階零矩陣 ：bb階循環(huán)矩陣,可編碼得到（7493，3048）LDPC碼,P26 P80,的特點： 每一行是上一行向右循環(huán)移位一位。 第一行是最后一行向右循環(huán)移位一位。,Gqc、Hqc矩陣見國標(biāo) GB20600-2006,DTTB中的LDPC編碼,碼率1：4個BCH碼和LDPC級聯(lián)，762*4=3048bit 碼率2：6個BCH碼和LDPC級聯(lián)，762*6=4572bit 碼率3：8個BCH碼和LDPC級聯(lián)，762*8=6096bit,三、符號星座映射與符號交織,64QAM、32QAM支持高清晰度電視和多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播等高碼率服務(wù)業(yè)務(wù)

17、的需求。,1、符號星座映射 糾錯編碼比特流 MQAM符號, 16QAM映射,I、Q的取值-6，-2，2，6,4QAM 、16QAM與32QAM符號映射可對應(yīng)于中碼率服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和頻率資源利用的服務(wù)需求。,4QAM-NR映射,4QAM與4QAM-NR的符號映射對應(yīng)于高速移動服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和接收質(zhì)量的服務(wù)需求。,X：信息比特 Y：衍生比特,2、符號交織,時域交織 目的：抵御時域中可能出現(xiàn)較長時間的深度衰落。 交織方法：卷積交織 交織對象：星座映射后的多個信號幀間的符號塊。 卷積交織的實現(xiàn)：,交織/解交

18、織的總延時： 交織模式： 模式1（短交織）：B=52，M=240符號 交織/解交織的總延時： 模式2（長交織）：B=52，M=720符號 交織/解交織的總延時：510個信號幀,3744：一個信號幀中的數(shù)據(jù)量（符號）,頻域交織 目的：抵御頻域中可能出現(xiàn)較寬頻率范圍的深度衰落，將相鄰的符號數(shù)據(jù)分散到盡量遠(yuǎn)的載波上。 適用于多載波（C=3780）模式 交織范圍：信號幀體內(nèi)的符號交織（36+3744） 36個系統(tǒng)信息的插入位置 0，140，279，3639，3779 目的是使交織后的系統(tǒng)信息在每個信號幀的前面集中放置。,四、復(fù)幀,數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)分為信號幀、超幀、分幀、日幀。,信號幀是系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的基本單元；

19、 225/216/200個信號幀組成超幀； 480個超幀組成分幀； 1440個分幀組成日幀。,五、信號幀,信號幀結(jié)構(gòu),（幀頭、幀體）基帶信號符號率： 7.56Msps,調(diào)制方式： 幀頭、系統(tǒng)信息：I、Q相同的4QAM 數(shù)據(jù)體：64QAM, 32QAM, 16QAM, 4QAM, 4QAM- NR,1、系統(tǒng)信息,作用：為每個信號幀提供必要的解調(diào)和解碼信息，包括符號星座模式、LDPC編碼的碼率、交織模式、幀體信息模式等。 信息比特的定義：（s5s4s3s2s1s0）,和DVB-T中的傳輸參數(shù)信令TPS的作用相同，但處理方法不同。,64種不同的信息模式,4QAM映射 I、Q相同,采用擴(kuò)頻技術(shù)保證系統(tǒng)

20、信息的可靠傳輸,6bit 系統(tǒng)信息,32bit 系統(tǒng)矢量,擴(kuò)頻,32個 復(fù)符號,系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu),2、幀體信號處理,映射后的3744個數(shù)據(jù)符號復(fù)接36個系統(tǒng)信息符號后，形成幀體，用C個子載波調(diào)制。,C=1單載波模式，時域信號為： C=3780多載波方式，時域信號為：,X(n)為幀體信息符號X(k)頻域交織后得到,3、幀頭,幀頭模式1（PN420）,由PN序列組成，I、Q相同的4QAM調(diào)制，用于信號幀的識別、同步等。,作用相當(dāng)于DVB-T中的連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻。,PN255定義為8階m序列,PN255序列： 序列周期 初始狀態(tài)255個 可以產(chǎn)生255個不同相位的序列,前同步和后同步為PN255序列的循環(huán)擴(kuò)展。 每個超幀中的225個信號幀的幀頭選用不同相位的PN420序列。 每個超幀開始時復(fù)位。 幀頭信號的平均功率是幀體信號功率的2倍。 適用于多載波模式，幀頭相當(dāng)于保護(hù)間隔：,例：,P88,幀頭模式2（PN595）,采用10階最大長度的m序列的截短，是長度為1023的m序列的前595個碼片。 初始相位為0000000001，在每個信號幀開始時復(fù)位。 每個超幀中各信號幀的幀頭采用相同的PN 序列。 幀頭信號的平均功率與幀體信號的平均功率相同。 適用于單載波模式。,幀頭模式3（PN945）,PN511定義為9階m序列， 前同步和后同步為PN511序列的循環(huán)擴(kuò)展。 每個超幀中的20