中国地面数字电视传输标准介绍

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数字电视为地面电视带来新的生机
业务种类 地面数字电视广播 单频网
标清多节目 固定 覆盖
城市
农村


高 清

√ √ √
移动电视
便携/手机电视
移动电视
车辆,船只,楼宇、 商场,户外等
wenku.baidu.com
大面积固定覆盖 便携电视
个人便携 家庭接收
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数字电视为地面电视带来新的生机
1. 更大的节目传输容量和频谱利用率: • • 每个信道可以传送多达10套的标清节目或2套高清节目 邻频道的启用与规划
中国地面数字电视广播标准的 技术要点、主流应用、产业基础
上海交通大学 上海高清数字科技产业有限公司 2006年12月19日
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报 告 提 纲
• 地面数字电视广播业务与技术需求
• 地面数字电视广播标准介绍
• 国标接收技术介绍及固定覆盖性能
• 国标接收技术实现指南
• 国标接收技术的主流应用
• 国标接收技术产业化进程
2. 更灵活的服务模式: • 包括标清、高清、高速移动、手持接收等
3. 大区单频组网成为可能:
• 支持移动电视或小功率多发射机组网以及填缝发射等
4. 成为建设社会主义新农村:
• 提高农民文化素质的经济可靠有效的手段
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数字化后我国电视业务分布
卫星数字电视
分发为主,覆盖随政策逐步放开
有线数字电视
整体平移,有线电视数字化
• 高效信道编码方案与低阶星座映射的结合 • 基于双导频及已知序列的同步技术 • 改进的均衡接收技术
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已实现的国标参数介绍

• •
帧体数据处理:C=1 或C=3780
典型帧头格式为PN595,该种格式结构简单,更适合快速同步与均衡,并且 保证了低的峰均比 三种信道编码码率(0.4、0.6、0.8)均可支持,同时也提供了仅使用0.8码率 编码就可以支持高、中、低码率传输的可能,大大减少了芯片复杂度,有利 于成本的降低 4QAM-NR调制模式更适合超高速的移动接收 4QAM调制方式提供更高码率(10.396Mbps)的移动接收 16QAM调制模式可以支持更低接收门限的高码率固定接收 32QAM调制模式能提供更高码率(26Mbps)的固定接收 2种交织方式均可支持 双导频插入,更利于同步捕获,同时支持无双导频
-85.91 上海东方明珠单点覆盖 经对比,交大方案用一塔发射就 能超过欧洲标准用四塔组网发射 的覆盖效果!
注:测试值越小,表示接收机的接收灵敏度越高。 以上的测试结果完全可以满足数字电视地面传输的 覆盖范围要求,其性能与目前已有的其它数字电视 地面传输标准相比,在传输相近的数据率时有 3dB 到6dB的优势。
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地面数字电视国标发端系统框图
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
基带后处理(成形滤波)采用平方根升余弦(Square Root Raised Cosine,SRRC)滤波器 进行基带脉冲成形。SRRC滤波器的滚降系数α为0.05。
4QAM
0.8

长交织
10.396
高码率
C=1
PN595
16QAM
0.8

长交织
20.791
甚高码率
C=1
PN595
32QAM
0.8

长交织
25.989
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国标系统技术性能
• 接收灵敏度:
工作模式 低码率 中码率 最小信号接收电平 (dBm) -99.82 -95.88
高码率
甚高码率
-89.47
• 国标接收技术专利策略
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一、地面数字电视广播业务与技术需求
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我国现有电视收视群体分布
卫星数字电视
少量用户
模拟有线电视
约1.26亿户 城市及东部沿海,节目>50套,清晰
模拟地面电视
约2/3,约2.2亿户 城郊及中西部地区,节目<5套,模糊,不稳定
无线覆盖是最主要的接收方式。我国有约2/3的用户通过模拟无线方式接 收电视号。全国共有3.5亿户家庭,其中有线接收为1.26亿户,无线接收超过 2亿户,他们大多分布在城郊和农村,这些用户迫切需要更多更稳定的电视 节目。
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三、国标中接收技术介绍及固定覆盖性能
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国标交大接收技术介绍
交大接收技术基础:
• 简洁有效的数据结构 :
– 数据结构以“帧”为基本单元,包括帧头(确知信息)、加强保护的系 统信息、经高效编码保护的数据信息。 – 帧头应该选择具有伪随机特性的序列(PN),插入的周期应该在500微秒 到1毫秒之间,序列长度应大于判决反馈均衡器的级数,这样既保证了传 输效率,又能够提高抗信道动态衰落的能力。 – 正交序列联合扩频序列的方式来保护传输中的系统信息
注:测试值越小,表示系统的抗同频干扰能力越强。
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上、下邻频保护率
测试项目名称 上、下邻频保护率 C/I(dB) 干扰模式 模拟干扰数字 数字干扰数字 高码率 PN595多载波 -28.4 -23.6 PN595单载波+双导频 -30.1 -23.6
均衡LMS算法能够驱动 均衡器成为窄带凹陷 的滤波器,保证均衡 输出的信号时“平” 的。所以自适应的对 付单频干扰。 邻频信号实际就是窄 带信号。
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4QAM-NR可以支持高速移动接收
测试项目名称 动态多径信道下的最大频移
多径模型
12径瑞利信道
最大频移
649 Hz
注:测试值越大,表示系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强。 在使用UHF频段时,最大多普勒频移649Hz意味着约900公里的移动速度,而其它数字电视地面 传输系统已公开的最多也只有150Hz左右。
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同频保护率
测试项目名称 干扰模式 模拟干扰数字 数字干扰数字
同频保护率
C/I(dB)
高码率 PN595多载波 -4.6 12.2 PN595单载波+双导频 -7.1 12.9
均衡LMS算法能够驱动均 衡器成为窄带凹陷的滤 波器,保证均衡输出的 信号时“平”的。所以 自适应的对付单频干扰 。 模拟电视信号实际就是3 个单频信号。
• 地面数字电视广播需求二
– 最重要的是频谱规划 – 首要指标是覆盖范围和覆盖效果
• 地面数字电视广播需求三
– 需要支持单频网 – 需要支持高速移动接收>250 km/h
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地面数字电视广播系统关键技术需求
• 覆盖范围要求 :
– 接收系统的灵敏度指标:决定覆盖范围能力的基本指标。灵敏度越小意味着 能够有效地覆盖相同的面积的发射功率越小; – 发射信号峰均比指标:决定对发射机峰值功率的要求。该指标是实现上述用 较小功率数字信号发射来简单替换原有模拟覆盖的重要因素,也是用同等发 射功率来有效扩大覆盖的有利因素。
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
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地面数字电视国标发端系统框图
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
• 频率规划要求 :
– 抗模拟同/邻频干扰能力、抗数字同/邻频干扰能力高低将决定频谱规划的有 效性,以及能否提高频谱的利用率。
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二、中国地面数字电视广播标准介绍
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地面数字电视系统组成
发端调制技术
数字信号源 有线/卫星节目源 本地节目 数字发射系统 天馈、发射塔
编码器 复用器
数据业务
地 面 调 制
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地面数字电视国标发端系统框图
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
本标准采用了时域符号交织技术以提高抗脉冲噪声干扰能力。时域符号交织编码是在多个 信号帧之间进行的。数据信号的数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码。
数字电视接收系统
地 面 发 射
数字电视显示 独立显示 一体显示
信源 解码
地 面 解 调
调谐器
SFN/MFN地面 广播覆盖网
收端解调技术
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地面数字电视国标技术特点
• 使用能实现信道估计与均衡的PN序列作为帧头
• 使用先进的信道编码
• 抗衰落的系统信息保护
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12
地面数字电视国标发端系统框图
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地面数字电视国标发端系统框图
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
本标准包含以下几种符号映射关系:64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、4QAM-NR。 (1) 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。 (2) 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。 (3) 32QAM 和64QAM符号映射对应于高码率服务业务的需求,可以同时支持高清晰度电视 和多路标准清晰度电视的广播。
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地面数字电视国标发端系统框图
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
本标准采用了创新的帧信号结构。该结构是周期性的,以信号帧为基本单位,每个信号帧 由训练序列、系统信息、帧体数据三部分组成。
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• 抗信道衰落能力 :
– 在恶劣(频率选择性衰落)、动态(时变)信道情况下,数字电视接收系统 的灵敏度指标会有一定的恶化,甚至引起接收无条件失败。特别在单频网环 境中,将增加恶劣多径的可能性; – 在实验室中,常以抗多径的强度和长度能力来检验接收机抗恶劣信道能力; – 在瑞利信道下,以可承受的最大多普勒速度来评判接收系统动态能力。
注1:调制器输出未加滤波器; 注2:测试值越小,表示系统的抗邻频干扰能力越强 ; 从测试结果可以看出,国标的这些模式抗邻频性能已 经达到启用邻频的要求
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峰均比性能
测试项目名称 峰值平均功率比 峰值功率与平均功率比(dB) 百分数 99% 高码率
PN595多载波 PN595单载波+双导频
低码率
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。
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地面数字电视国标发端系统框图
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
前向纠错编码由外码(BCH 码)和内码(LDPC)级联实现,采 用了三种不同的码率以满足各种服务需求,并且为了降低实现成 本,三种不同码率的前向纠错码使用同样的BCH码,同时LDPC码 具有相同的结构,达到了硬件实现的资源共享。
PN595多载波 PN595单载波+双导频
6.44
5.09
6.50
4.55
99.9%
99.99%
8.20
9.72
6.22
7.01
8.29
9.58
5.85
6.56
注:测试值越小,表示系统对功率放大器的线性动态范围要求越低。
值得注意的是,当采用PN420或者PN945作为帧头模式时,由于帧头功率 加倍,单载波调制方式峰均比会有一定的恶化,但同时得到信道估计的 3dB增益。
地面数字电视国标发端系统框图
帧头
数据输入
随机化
前向纠错 编码
星座映射 与交织
复 用
系统信息
帧 体 数 据 处 理
组 帧
基 带 后 处 理
正 交 上 变 频
射频输出
帧体数据块复接系统信息后,用C个子载波调制。有两种工作模式:C=1或C=3780。 在载波数C=1模式下,作为可选项,对帧头和帧体经过组帧后形成的基带数据在±0.5符号 速率位置插入双导频。在载波数C=3780模式下使用频域交织,将调制星座点符号映射到帧 体包含的3780个有效载波上。
车载电视
大中型城市
便携电视
大中型城市
地面数字电视
首要解决城郊和农村固定覆盖
手机电视
标准制定
解决广大中西部用户看电视难的首要问题。同时也需要满足新媒体业 务需要,车载、楼宇、便携的商业模式正在形成,手机电视标准另定。
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地面数字电视广播的基本需求
• 地面数字电视广播需求一
– 是大功率,大面积,点到多点,连续播出的应用 – 是在必须考虑邻频道/同频道,数字/模拟干扰存在情况下的应用 – 是基于现有模拟电视发射点位置,发射设备,发射条件(功率,塔高,覆盖)的应用
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• • • • • •
• 正交序列联合扩频序列的方式来保护传输中的系统信息
部分适合固定覆盖应用的国标模式
模式 帧体 数据 模式
C=1
帧头 格式
星座 映射方式
LDPC编 码效率
双导频
交织方 式
传输速率 (Mbps)
低码率
PN595
4QAM-NR
0.8

长交织
5.198
中码率
C=1
PN595
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