第十讲DVB-T数字地面广播系统.ppt [兼容模式]

I
0111 0101 0111 0100
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五、COFDM调制技术
1）、OFDM，正交频分复用，也称MCM。 2）、OFDM原理 3）、OFDM实现方法 4）、OFDM特点 5）、DVB-T的OFDM参数 Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing
取1/4保护间隔，Tg=250us，要求电波延时不超过 250us，则距离300M/us*250us=75000M；
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OFDM特点（续）
2）、可实现SFN
n 2K模式， 8MHz内有2K个4KHz的载波，Ts=250us， 取1/4保护间隔，Tg=62.5us，要求电波延时不超过 62.5us，则距离300M/us*62.5us=18750M；(8K优 于2K模式)
n 比特交织，卷积编码后，根据调制阶数，将输入 串行比流转换为V（2、4、6）个并行比特流，然 后按规则分别对每个比特流进行块交织。
x0,x1, …
b0.0,b0.1, … 比特交织器I0 a0.0,a0.1, … 串并
符号 Y0,Y1, …
映
转换 b0.0,b0.1, … 比特交织器I1 a0.0,a0.1, … 交织
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二、DVB-T系统功能框图
视频编码器 音频编码器 数据编码器
节目
1
复用 传送
器 2 复用 n器
MPEG-2源编码和复用
分离器
复用适配和 外编 外交 内编 能量扩散 码器 织器 码器
内交 织器
映 射
OFDM 帧调整
IFFT (OFDM 保护间
调制器)
隔插入
RF调 去
制器
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解决多径干扰的思路
2)具体措施： 串并转换，变换成几千路并行比特流，几千 路符号对几千个子载波进行调制，并进行混 合。(2K和8K模式) 由于子载波是以频分复用的方式合成在一起， 称为FDM(频分复用调制)； 各子载波的信号频谱是正交的，又称OFDM；
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第十讲 DVB-T数字电视地面广播系统
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地面数字电视广播概况
四种地面数字电视广播
ATSC、DVB-T、ISDB-T、DTTB（中国）
信道编码和数字调制不同；
ATSC在6MHz的频道内采用8VSB单载波调 制
DVB-T在8MHz的频道内采用COFDM多载波 调制
ISDB-T在6MHz频道内的13个子频带内分别 采用COFDM多载波调制
I
1100 1110 0111 0100
非均匀16QAM映射,α=2
Q 1000 1010
0010 0000
1001 1011
0011 0001
1101 1111 1100 1110
I
0111 0101
0111 0100
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非均匀映射的作用
1）星座点在同一象限内发生 错误， 2个MSB不会错误。
n 在每个OFDM信号前插入保护间隔，只要多径时 延不超过保护间隔，子载波的正交性不受破坏。
n 多径的影响可用导频估计和校正，剩余影响在FFT 后由FEC消除。
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原OFDM信号 有延时的信号
FFT窗口
发生信号相互干扰
OFDM信号持续期=Ts+GI
GI 有效信号持续期Ts
4、内码——卷积码
n 卷积码概念、编码器结构、删除型卷积码
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四、DVB-T系统的信道编码（续）
5、内交织 内交织步骤、交织模式 6、星座映射 均匀映射和非均匀影射
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5、DVB-T中的交织
1)、内交织
n 分比特交织和符号交织两层，均基于块交织。
比特流 映 串行符号流 射
(In+jQn)持续 T=N△t
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串 /
I0 Q0
┇
并 转 换
IN-1 QN-1
cosω0t sinω0t cosωN-1t
sinωN-1t
复 OFDM符号 用 s(t)
N −1
∑ s(t) = {In cosωnt + Qn sin ωnt}
n=0
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DVB-T系统
4、两种模式
n 2k模式，用于单个发射机和有限发射机间隔的 小SFN
n 8k模式，用于单个发射机和大、小SFN
5、四种保护间隔：1/4、1/8、1/16、1/32，以 提供不同的抗多径能力。
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DVB-T系统
6、映射数据载波的调制方式：QPSK、均匀 和非均匀的16QAM/64QAM
Re(z) Y0.0
Im(z) Y1.0
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16QAM 15
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5、DVB-T中的交织
2）、外/内交织提高系统抗脉冲噪声的能力。
内交织相应于被调制载波的频率交织。
外交织相应于时间交织。
x0,x1, …
b0.0,b0.1, … b1.0,b1.1, …
比特交织器I0 比特交织器I1
2）星座点错为相邻象限时，2 个MSB才会错误。但非均 匀映射时，错为相邻象限的 概率低。
3）分层传输时，HP数据携带 在符号的2个MSB上。
4）分层传输用非均匀映射， HP数据的错误概率低。
非均匀16QAM映射，α=4
Q
1000 1010
0010 0000
1001 1011
0011 0001
1101 1111 1100 1110
OFDM频域
符号1 符号2
符号N
f1
f2
fN
频分复用频谱
符号1 符号2
符号N
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f1 f2
fN
OFDM频谱
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OFDM时域
在T=N△t内
f0
f1
f2
┇
┇
fN-1
波形类似于白噪声 在T=N△t内
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2、OFDM实现方法
N −1
∑ s (tm ) = {I n cos ω ntm + Q n sin ω ntm } n=0 N −1 ∑ = Re{ ( I n + jQ n )e − jω ntm } n=0 = Re{ IFFT ( I n + jQ n )} , m = 0,1,..., N − 1
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DVB-T OFDM
在8MHz的频带内,采用编码正交频分复用技 术,COFDM作为核心技术; 抗宽带多径衰落和多普勒衰落较强; 具备支持移动接收和单频组网能力; 白噪声接收灵敏度和频谱利用率低; 存在对发射机线性要求高,对相位噪声敏感等 问题;
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有保护间隔的 原OFDM信号 有延时的 OFDM信号
FFT窗口
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GI GI
原始 GI GI
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DVB-T的保护间隔
保护间隔Tg可取1/4、1/8、1/16或1/32的Ts； 总的符号持续期： Tu=Tg+Ts 8K模式下的符号有效持续期8192T，T=7/64us； 2K模式下的符号有效持续期2048T，T=7/64us； 可参看教材表10-1的8K/2K模式参数
射
QPSK
Re(z) Y0.0
Im(z) Y1.0
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5、DVB-T中的交织
1)、内交织
n 分比特交织和符号交织两层，均基于块交织。
n 符号交织，将V比特字“随机地”映射到OFDM符
号的1512（2k）或6048（8k）个有效载波上。作用
于1512或6048个数据符号块。
举例：8MHz、2/3卷积码、1/8保护间隔、 64QAM映射时，有效数据率22.12Mbps。
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四、DVB-T系统的信道编码
1、传送复用适配和随机化处理
n 定义、作用和工作原理
2、外码——RS码
n 线性分组码概念、RS码参数、截短RS码
3、外交织
n 交织概念、作用、方法
多径干扰
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ຫໍສະໝຸດ Baidu频网
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多普勒效应
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一、数字地面电视广播设计目标
除具备一般电视和数字通信系统的必备功能外， 主要解决以下问题: 1、抗加性噪声，包括AWGN和脉冲噪声 2、抗多径干扰 3、抗模拟同频、邻频干扰（模拟电视与数字电 视有同播过渡期） 4、有最大的频谱利用率
x0,x1, …
b0.0,b0.1, … 比特交织器I0 a0.0,a0.1, …
b1.0,b1.1, … 比特交织器I1 a1.0,a1.1, … 串并
符号 Y0,Y1, …
映
转换 b2.0,b2.1, … 比特交织器I2 a2.0,a2.1, … 交织
射
b3.0,b3.1, … 比特交织器I3 a3.0,a3.1, …
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多径衰落
Ricean 模型
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解决多径干扰的思路
1)扩大符号周期: 直达波与一次\二次反射波的延时时间只占符 号周期的很小一部分，减轻符号间干扰；
干扰1~2us
信号的一个符号周期1ms
邻近符号的反射信号
反射信号的一个符号周期1ms
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地面广播遇到的问题
1)高频已调波数据信号的符号周期短 例如10Ms/s, 符号周期为0.1us
2)地面数字电视广播的信道模型复杂 高斯信道\Ricean信道\瑞利信道\ 多径干扰,无线电空气传播300m/us，300米的 高楼的一次反射波比直达波迟1us，会影响多 个符号周期，引起多个符号间的码间干扰。
COFDM原由
OFDM无法克服： 1)多径效应引起的频率选择性衰落 2)多普勒效应破坏载波间的正交性 需要借助与信道纠错编码措施解决这类问题. C是在信道编解码中起作用 OFDM在调制解调中起作用
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1、OFDM原理
Zn=In+jQn，n=0,1,…,N-1， 符号间隔△t，N个符号为一个 OFDM符号持续期，T=N △t
{Zn=In+jQn} OFDM s(t) 调制器
{Zn=In+jQn} IFFT s(tm)
N个频域样点
N个时域样点
解调
{Zn=In+jQn} FFT s(tm)
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3、OFDM特点
1）、插入保护间隔可抗多径衰落
n 出现多径干扰时，接收端子载波间的正交性被破 坏，载波之间发生相互干扰。
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OFDM特点（续）
3）、可移动接收的最高速度
n OFDM可抗动态回波和静态回波 n 移动或便携接收时，是强动态回波情况，这时可
选用长保护间隔、抗噪声能力强的调制方式。 n 考虑多普勒频移fDm n fDm =±(Vmax/C) ×fc
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DVB-T符号持续期
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OFDM特点（续）
2）、可实现SFN
n 对SFN，来自不同发射台的同频信号（同节目） 相当于来自不同方向的多径回波。
n SFN的发射机间的距离估算 n 8K模式，8MHz内有8K个1KHz的载波，Ts=1ms，
天 线
复用适配和 外编 外交 内编 能量扩散 码器 织器 码器
导频和 TPS插入
地面频道适配器
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三、DVB-T系统
1、多载波调制系统 2、支持HP、LP码流在信道编码和映射上分层
（不支持信源分层） 3、信道编码
n RS(204,188)+卷积码 n 外交织+内交织，以提高抗脉冲能力。 n 内交织包括比特交织和符号交织基于块交织。
OFDM频域
1）、每子载波功率谱均为sinf/f型。
2）、为提高频谱利用率，N个子载波频谱相互重叠， 但相互正交。子载波间信号互不干扰。
3）、子载波正交条件：△f=1/T
f0 f1 f2 f3
fN-2 fN-1
……
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△f=1/T=1/(N△t) 26 B=fN-1－f0=(N-1)△f 中国传媒大学
a0.0,a0.1, … a1.0,a1.1, …
串并
b2.0,b2.1, … 比特交织器I2 a2.0,a2.1, …
符号 Y0,Y1, …
映
转换 b3.0,b3.1, … 比特交织器I3 a3.0,a3.1, … 交织
射
b4.0,b4.1, … b5.0,b5.1, …
比特交织器I4 比特交织器I5
a4.0,a4.1, … a5.0,a5.1, …
64QAM
Re(z) Y0.0
Im(z) Y1.0
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6、DVB-T中的均匀和非均匀映射
以16QAM映射为例
均匀16QAM映射
Q
1000 1010 0010 0000
1001 1011 0011 0001
1101 1111 0111 0101