数字电视地面广播系统介绍

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。
0.6 -
8.122 16.243
24.365
7.797 15.593
23.39
7.219 14.438
21.658
0.8 5.414 10.829 21.658 27.072 32.486 5.198 10.396 20.791 25.989 31.187 4.813 9.626 19.251 24.064 28.877
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 2007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。
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。
•
(3) 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
面常常会形成“阴影区”。在“阴影区”，电视信号的
接收质量较差。
电波的多径传播
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，这种现象就叫多径传 输。
2007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
模式 载波数 映射方式 内码码率 帧头
交织
净码率
1 C=3780 16QAM
0.4
PN=945 720 9.626Mbps
2 C=1
4QAM
0.8
PN=595 720 10.396Mbps
3 C=3780 16QAM
0.6
PN=945 720 14.438Mbps
(B-1)×M
0
…………………………………………
B-4
B-4
3×M
B-3
2×M B-3
B-2
B-2
1×M
B-1
B-1
解交织
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。
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。
• 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
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
帧 体 数 据 处
组 帧
基 带 后 处
理
正 交 上 变
频
射频输出
系统信息
理
首先对外部输入的MPEG-2 TS包（188字节）码流进行扰码（随机化） 和前向纠错编码（FEC）。 前向纠错编码（FEC）由BCH（762，752）和LDPC码组成. LDPC码采用了三种不同的码率： LDPC（7488，3048）; LDPC（7488，4572）;LDPC（7488，6096）
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。
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。
正，它是电视发射机的核心部分。发射机的 绝大部分技术指标由激励器决定 。
（2 功放模块内包括输入电平监测、前置级、推动
级和放大输出级。末级放大器中主要采用感应输 出管IOT、四极管包括双向四极管的单电子管以 及全固态功率放大器。
（3
冷系统，降低了发射机的运行噪声；改善了发射 机机房的环境；冷却液无论是采用乙二醇加水还 是采用防冻液，其传导效率都远大于风，冷却系 统的进水温度与出水温度仅相差几度左右，发射 机产生的热量被及时吸收释放；降低了日常维护 量。
国标支持的传输数据率（Mbps）
PN420 PN595 PN945
内码码率 4QAM-NR 4QAM 16QAM 32QAM 64QAM 4QAM-NR 4QAM 16QAM 32QAM 64QAM 4QAM-NR 4QAM 16QAM 32QAM 64QAM
0.4 5.414 10.829 16.243 5.198 10.396 15.593 4.813 9.626 14.438
-30
-40
-50
-60
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
相 对 于 中 心 频 率 fc的 频 率 值 （ MHz）
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
（1）激励器 激励器主要用于音、视频编码和数字预校
日帧
0
（24小时）
1439
…………
…………
00:00:00 am
分帧 （1分钟）
24:00:00 am
0 …………
479 …………
超帧 （125毫秒）
…………
…………
首帧
信号帧
（555.56µs/578.703µs/625µs）
帧头 PN序列
帧体 数据块
基带后处理
帧头
基正
数据输入
随机化
前向纠错 编码
• 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：
• 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 梁保持良好的绝缘，而折合振子中点仍与大梁相通。
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，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。
无线电波的传播方式：
长波
短波
微波Байду номын сангаас
微波
无线电波的发射与接收:
发射端
接收端
电视信号的无线传输
• 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，
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(最大直视距离)与发射天线相接收天线的高度 有关。
• (2) 多径传播。电视信号经地面或遇到障碍物(如大 建筑物等)会产生反射，直射信号和反射信号在接收天
系统信息
•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。
帧头
基正
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
系统信息
复 用
帧 体 数 据 处
理
组 帧
带 后 处
理
交 上 变
频
射频输出
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、LDPC编码的码率、交织模式信息、 帧体信息模式等。
Q
1000 ●
1100 ●
1001
1011
● 6●
1101 ●
1111 2●
1010 ● BIT顺序 （b3b2b1b0）
1110 ●
-6
0100 ●
-2
0101 ●
2
0111 -2 ●
6I 0110
●
0000 ●
0001
0011
● -6 ●
0010 ●
符号交织 –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。
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
传输质量高 本地节目多 建设成本高 维护成本高 建设周期长
地面
建设成本低 维护成本低 建设周期短 本地节目多 技术难度高 频率资源紧
卫星
覆盖面积大 本地节目少 政策需突破
宽带
双向功能强 政策需突破 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
星座映射 与交织
复
基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦
（Square Root Raised Cosine，SRRC）滤波 用
器进行基带脉冲成形。SRRC滤波系器统的信滚息降系
帧 体 数 据 处
理
组 帧
带 后 处
理
交 上 变
频
射频输出
数α为0.05。
功 率 谱 密 度 （ dB）
10
0
-10
-20
4 C=1
16QAM
0.8
PN=595 720 20.791Mbps
5 C=3780 16QAM
0.8
PN=420 720 21.656Mbps
6 C=3780 64QAM
0.6
PN=420 720 24.365Mbps
7 C=1
32QAM
0.8
PN=595 720 25.989Mbps
无线电波的波段分布（根据：波长/频率）
• 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。
星座映射与交织
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
帧 体 数 据 处
组 帧
基 带 后 处
理
正 交 上 变
频
射频输出
系统信息
理
本标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、16QAM、 4QAM、4QAM-NR。 映射与LDPC码的组合决定了系统的基本性能和传输效率。
复用
• 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。
• 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100ms；
• 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。
0
1 1×M
2
2×M
3
3×M
0 1 2 3
…………………………………………
B-1
(B-1)×M
B-1
交织
0