第6章數(shù)字電視標準6.1

ATSC標準

6.2

DVB標準

6.3

ISDB-T標準

6.4我國地面數(shù)字電視標準

6.5手機數(shù)字電視標準

6.6直播星標準ABS-S

思考練習題第6章數(shù)字電視標準第6章數(shù)字電視標準 6.1

ATSC標準

6.1.1

ATSC系統(tǒng)

1.系統(tǒng)組成

ATSC標準采用了ITU-RTechGroup11/3(數(shù)字電視地面廣播模式)，由信源編碼和壓縮、業(yè)務(wù)復用和傳送、RF/發(fā)送三個子系統(tǒng)組成，如圖6-1所示。信源編碼與壓縮用來得到視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)流。輔助數(shù)據(jù)(AncillaryData)是指控制數(shù)據(jù)、條件接收控制數(shù)據(jù)和與視頻、音頻節(jié)目有關(guān)的數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)復用和傳送把視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)流打包成統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)包并合成一個數(shù)據(jù)流。RF/發(fā)送也稱為信道編碼和調(diào)制。信道編碼的目的是從受到傳輸損失的信號中恢復出原信號，在地面?zhèn)鬏斨胁捎?-VSB調(diào)制，在有線電視中采用16-VSB調(diào)制。第6章數(shù)字電視標準圖6-1

ITU-R數(shù)字電視地面廣播模式第6章數(shù)字電視標準

2.基準頻率

圖6-2是編碼設(shè)備方框圖，圖中有兩套頻率，信源編碼器部分和信道編碼部分采用不同的基礎(chǔ)頻率。在信源編碼器部分中，以27MHz時鐘為基礎(chǔ)(f27MHz)，用來產(chǎn)生42b的節(jié)目時鐘參考。根據(jù)MPEG-2規(guī)定,這42b分成33b的program-clock-reference-base(節(jié)目時鐘參考基礎(chǔ))和9b的program-clock-reference-extension(節(jié)目時鐘參考擴展)兩部分，用于視頻和音頻編碼中產(chǎn)生時間表示印記PTS(PresentationTimeStamp)和解碼時間印記DTS(DecodeTimeStamp)。圖6-2中，fa和fv分別是音頻和視頻時鐘，必須鎖定在27MHz的頻率上。信道編碼部分傳送比特流頻率ftp和VSB符號頻率fsym必須鎖定，并有如下的關(guān)系:第6章數(shù)字電視標準(6-1)圖6-2編碼設(shè)備方框圖第6章數(shù)字電視標準6.1.2信道編碼

從傳送編碼輸入的TS流信息碼率是19.28Mb/s，每個數(shù)據(jù)包(TS包)為188B，其中包括一個同步字節(jié)和187B數(shù)據(jù)，碼率是19.39Mb/s(19.28×188/187)，先進行數(shù)據(jù)隨機化，其生成多項式為

G(x)＝x16+x13+x12+x11+x7+x6+x3+x+1(6-2)

初始值為0F180H。圖6-3是ATSC隨機化和去隨機化電路。隨機化是將8個輸出端D0～D7與輸入數(shù)據(jù)字節(jié)逐位進行異或運算。同步字節(jié)不進行隨機化和前向糾錯，在復用時轉(zhuǎn)成段同步信號。第6章數(shù)字電視標準圖6-3

ATSC隨機化和去隨機化電路第6章數(shù)字電視標準接著進行外編碼，采用RS(207，187)編碼器，其域生成多項式為

P(x)＝x8+x4+x3+x2+1(6-3)

附加20B糾錯碼后，每個數(shù)據(jù)包變?yōu)?08B。

卷積交織是N=208、M＝4、I＝52的卷積交織器，如圖6-4所示。第6章數(shù)字電視標準圖6-4

ATSC的卷積交織器和去交織器第6章數(shù)字電視標準交織后，再經(jīng)如圖6-5所示的網(wǎng)格編碼器進行編碼，圖中預編碼器的作用是減少與模擬電視之間的同頻干擾，2位符號經(jīng)格柵編碼器后成為3位，用來選擇8-VSB的電平，信息速率不變而載波幅度分級數(shù)加倍，8-VSB的分集方法如圖6-6所示。第6章數(shù)字電視標準圖6-5

ATSC的網(wǎng)格編碼器第6章數(shù)字電視標準圖6-6

8-VSB的分集方法第6章數(shù)字電視標準6.1.3

VSB調(diào)制

圖6-7是VSB信道編碼與調(diào)制方框圖，格柵編碼后信號輸出到復用器，與數(shù)據(jù)段同步和數(shù)據(jù)場同步復用。復用的輸出數(shù)據(jù)插入適當?shù)膶ьl(PilotFrequency)，經(jīng)過均衡濾波器后和調(diào)制載頻相乘，再經(jīng)VSB濾波器輸出一種單載波幅度調(diào)制的、抑制載波的殘留邊帶信號。圖6-7

VSB信道編碼與調(diào)制方框圖第6章數(shù)字電視標準

1.VSB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

VSB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。數(shù)據(jù)幀(DataFrame)分成兩個數(shù)據(jù)場(DataField),每場又有313個數(shù)據(jù)段(DataSegments)。每場第一個數(shù)據(jù)段是數(shù)據(jù)場同步(DataFieldSync)，其中包括用于接收機均衡的訓練序列，如圖6-9所示，它是固定的±5的2電平偽隨機序列，PN511為511位的PN碼，生成多項式是x9+x7+x6+x4+x3+x+1，初始值是010000000，是向接收機提供均衡用的訓練序列。后面緊跟三組63個符號的偽隨機序列，稱為PN63，生成多項式是x6+x+1，初始值是100111，是向接收機提供重影補償用的測試序列，也可以用作均衡。在場同步2中3個PN63的中間那個是其“反碼”。因為場周期是24.2ms，只依靠第6章數(shù)字電視標準這些訓練序列來完成自適應(yīng)過程的均衡器，跟蹤信道動態(tài)的能力受到限制。ATSC系統(tǒng)地面廣播中采用精心設(shè)計的自適應(yīng)判決反饋均衡器來消除多徑衰落引起的回波干擾，判決反饋均衡器FIR濾波器長度為64級，IIR濾波器長度為256級，利用訓練序列來加速收斂。當信道損傷比訓練序列的發(fā)送快得多時，可以采用盲均衡技術(shù)。第6章數(shù)字電視標準圖6-8

VSB數(shù)據(jù)幀第6章數(shù)字電視標準圖6-9

VSB數(shù)據(jù)場同步第6章數(shù)字電視標準

2.VSB頻譜

VSB在6MHz帶寬內(nèi)的頻譜安排如圖6-10所示，在兩側(cè)各安排了形狀為均方根升余弦響應(yīng)的過渡段各310kHz，3dB帶寬為6－0.62=5.38MHz，可以支持的符號率為Sr=2×5.38=10.76MS/s。這樣，段速率為fseg=Sr/832=12.93kseg/s，幀速率為fframe=fseg/626=20.67frame/s。第6章數(shù)字電視標準圖6-10

VSB頻譜圖第6章數(shù)字電視標準6.1.4

18種掃描格式

ATSC標準規(guī)定了18種掃描格式，如表6-1所示。表6-1

ATSC標準的18種掃描格式第6章數(shù)字電視標準第6章數(shù)字電視標準 6.2

DVB標準

DVB是以歐洲為主，世界上有200多個組織參加開發(fā)的項目。它以發(fā)展標準電視SDTV為主，是一套完整的數(shù)字電視解決方案，得到了廣泛的應(yīng)用。DVB系統(tǒng)的主要標準有：

(1)DVB-S：用于11／12GHz頻段的數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)，適用于多種轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬與功率，傳輸層的數(shù)碼率最大為38.1Mb/s。DVB-S2是對DVB-S的改進。

(2)DVB-C：用于8MHz數(shù)字有線電視系統(tǒng)，與DVB-S兼容，傳輸層的數(shù)碼率最大為38.1Mb/s。DVB-C2是對DVB-C的改進。第6章數(shù)字電視標準

(3)DVB-T：用于6MHz、7MHz、8MHz地面數(shù)字電視系統(tǒng)，傳輸層的數(shù)碼率最大為24Mb/s。DVB-T2是對DVB-T的改進。

(4)DVB-CS:用于數(shù)字衛(wèi)星共用天線電視系統(tǒng)(SMATV),由DVB-C和DVB-S改變得出，用于共用天線電視系統(tǒng)安裝。

(5)DVB-SI：服務(wù)信息系統(tǒng)。

(6)DVB-TXT：固定格式圖文廣播傳送規(guī)范。

(7)DVB-CI：用于條件接收及其它應(yīng)用的DVB公共接口。

(8)DVB-DATA：用于數(shù)據(jù)廣播的技術(shù)規(guī)范。

(9)DVB-RCC/RCT／NIP：用于交互電視回傳信道。第6章數(shù)字電視標準

(10)DVB-H(Handheld，早期為DVB-X)：是DVB組織為通過地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向便攜或手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所制定的傳輸標準。

(11)DVB-DSNG：用于衛(wèi)星新聞采集和節(jié)目傳送業(yè)務(wù)。

DVB還有多種網(wǎng)絡(luò)接口標準。

DVB基帶處理部分主要包括視頻信號、音頻信號的壓縮處理方法以及數(shù)碼流的組成等。DVB直接采用了MPEG-2標準中的系統(tǒng)、視頻、音頻部分，用于形成DVB的基本流(ElementaryStream，ES)和傳送流(TransportStream，TS)。MPEG-2為覆蓋很大的應(yīng)用范圍，規(guī)定了不同應(yīng)用可以采用相應(yīng)的參數(shù)集和參數(shù)第6章數(shù)字電視標準取值范圍，為此在DVB中有專門的標準介紹使用MPEG-2的指南，定義了MPEG-2可以使用的語法子集和參數(shù)等。DVB還在TS流中定義了許多輔助信息，稱為服務(wù)信息(ServiceInformation，SI)，以便于選擇節(jié)目，了解與節(jié)目相關(guān)的一些信息，提供節(jié)目之間的相互關(guān)系以及攜帶特定的數(shù)據(jù)。DVB在MPEG-2的節(jié)目特定信息(ProgramSpecificInformation，PSI)基礎(chǔ)上，補充規(guī)定了一系列SI表格，并規(guī)定了一些表格的PID值。詳見第3章。第6章數(shù)字電視標準6.2.1

DVB-S的信道編碼與調(diào)制

DVB-S是1994年12月由ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，歐洲電信標準學會)制定的，標準編號為ETS300421。ITU(國際電信聯(lián)盟)的相應(yīng)標準號是ITU-RB0.1211。我國相應(yīng)的國家標準號是GB/T17700—1999。我國國家標準與上述兩個國際標準的差異是：①我國將使用范圍擴展到了C波段(4／6GHz)固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)中的相應(yīng)業(yè)務(wù)；②增加了在特定的條件下系統(tǒng)可使用BPSK調(diào)制方式。DVB-S系統(tǒng)定義了從MPEG-2復用器輸出到衛(wèi)星傳輸通道的特性，總體上分成信道編碼和高頻調(diào)制兩大部分。DVB-S系統(tǒng)功能方框圖如圖6-11所示，左邊部分為MPEG-2信源編碼和復用，右邊部分為衛(wèi)星信道適配器，即信道編碼和高頻調(diào)制部分。第6章數(shù)字電視標準圖6-11

DVB-S系統(tǒng)功能方框圖第6章數(shù)字電視標準

1.復用適配和能量擴散

MPEG-2傳送復用器輸出的TS流是固定長度(188B)的數(shù)據(jù)包，其中第一個字節(jié)是同步字節(jié)Sync(47H)，如圖6-12(a)所示。在DVB-S中，將8個TS包組成一個包組，每個包組中第一個TS包的同步字節(jié)取47H的反碼B8H，其余7個同步字

節(jié)仍為47H。在數(shù)據(jù)隨機化時，以包組作為PRBS加擾的循環(huán)周期。

PRBS發(fā)生器如圖4-4所示，PRBS生成多項式為式(4-4)。第6章數(shù)字電視標準在每個包組的Sync1期間，PRBS發(fā)生器實現(xiàn)初始化，初始化值為100101010000000B，經(jīng)過1503B后又重新初始化。每個包組內(nèi)其余7個Sync期間PRBS發(fā)生器繼續(xù)工作，但使能信號無效，與門輸出為0，這些同步字節(jié)不被加擾。

當無輸入比特流或者比特流不符合TS流格式時，擾碼處理仍然進行，以避免調(diào)制器發(fā)射未經(jīng)調(diào)制的單載波信號。

2.外碼編碼、交織和成幀

外碼編碼是RS編碼。已隨機化的(用R表示)傳送包如圖6-12(b)所示，用截短的RS(204，188，t＝8)生成一個誤碼保護數(shù)據(jù)包，如圖6-12(c)所示，是在每188B后加入16B的RS碼。數(shù)據(jù)包同步字節(jié)，不論是未取反的47H還是取反后的B8H都要進行RS編碼處理。第6章數(shù)字電視標準

RS(204，188，t＝8)是由原始的RS(255，239，t＝8)截短得到的，其生成多項式g(x)=(x+a)(x+a2)…(x+a16)(a=02H),域生成多項式P(x)=x8+x4+x3+x2+1。編碼時在數(shù)據(jù)包204B前添加51個全“0”字節(jié)，產(chǎn)生RS碼后丟棄前面51個空字節(jié)，形成截短的RS(204，188)碼。

為提供抗突發(fā)干擾的能力，對RS編碼后的每個誤碼保護數(shù)據(jù)包進行深度I＝12的卷積交織處理，生成一個交織幀，如圖6-12(d)所示。交織器如圖4-6所示。由于同步字節(jié)通過交織器0支路，因此交織后位置不變。第6章數(shù)字電視標準圖6-12幀結(jié)構(gòu)(a)MPEG-2傳送復用包；(b)隨機化后的傳送包：同步字節(jié)和隨機化序列R；(c)RS(204，188，8)誤碼保護數(shù)據(jù)包；(d)交織幀N=IM=12×17=204第6章數(shù)字電視標準

3.內(nèi)編碼、基帶成形和調(diào)制

圖6-13是DVB-S的內(nèi)編碼和調(diào)制方框圖。DVB-S的內(nèi)編碼采用(2，1，7)的收縮卷積碼(詳見4.5.3節(jié)中介紹的收縮卷積碼)。進行調(diào)制之前，I支路、Q支路信號要進行基帶成形(BasebandShaping)。為了避免相鄰傳輸信號之間的串擾,多進制符號需要有合適的信號波形。數(shù)字信號處理時的波形是方波，但在傳輸時這種方波并不合適。根據(jù)奈奎斯特第一準則，實際通信系統(tǒng)中一般均使接收波形為升余弦滾降信號(RolloffRaisedCosine，RRC)。這一過程由發(fā)送端的基帶成形濾波器和接收端的匹配濾波器(MatchedFilter)兩個環(huán)節(jié)共同實現(xiàn)，因此每個環(huán)節(jié)均為平方根升余弦(SquareRootRaisedCosine，SRRC)滾降濾波，兩個環(huán)節(jié)第6章數(shù)字電視標準合成就實現(xiàn)了一個升余弦滾降濾波。實現(xiàn)平方根升余弦滾降信號的過程稱為波形成形，由于生成的是基帶信號，因此這一過程又稱為基帶成形濾波。接收端的匹配濾波是針對發(fā)射端的成形濾波而言，與成形濾波相匹配實現(xiàn)了數(shù)字通信系統(tǒng)的最佳接收。這里基帶成形濾波器為升余弦平方根濾波器，濾波器具有以理想截止頻率wC為中心、奇對稱升余弦滾降邊沿的低通特性,滾降系數(shù)a＝0～1。a＝0，是通頻帶為wC的理想低通濾波器；a＝1，通頻帶為2wC。a越大，通頻帶越寬，碼間干擾越小。衛(wèi)星信道干擾較多，取滾降系數(shù)a為0.35。DVB-S采用常規(guī)的格雷碼編碼的QPSK調(diào)制，采用不進行差分編碼的絕對映射。信號空間的位映射圖如圖5-3所示。第6章數(shù)字電視標準圖6-13

DVB-S的內(nèi)編碼和調(diào)制方框圖第6章數(shù)字電視標準衛(wèi)星信號的頻帶寬(>24MHz),衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輻射功率不高(十幾瓦至一百多瓦),衛(wèi)星信道路徑遠,易于受雨衰影響,傳輸質(zhì)量不夠高。為保證可靠接收,DVBS采用了調(diào)制效率較低、抗干擾能力強的QPSK調(diào)制。根據(jù)具體的轉(zhuǎn)發(fā)器功率、覆蓋要求和信道質(zhì)量,可以利用不同的內(nèi)碼編碼率來適應(yīng)特定的需要。例如,為確保良好的傳輸和接收,編碼率可以是1/2或2/3;而若希望可用比特率高,則編碼率可以是3/4或更大?？傊?DVBS系統(tǒng)的參數(shù)選擇在內(nèi)碼編碼率上有較大的靈活性,以適用于不同的衛(wèi)星系統(tǒng)和業(yè)務(wù)要求。第6章數(shù)字電視標準6.2.2

DVB-S2標準簡介

1.輸入碼流適配器

DVB-S只能處理MPEG-2傳送流，DVB-S2設(shè)有靈活的輸入碼流適配器，在不顯著增加復雜性的情況下能處理其它數(shù)據(jù)格式，如打包的或連續(xù)的單節(jié)目或多節(jié)目流。當有多個輸入流時，可以把這些輸入流合并為一個輸入流信號并切割為FEC碼段和數(shù)據(jù)場。DVB-S2中的數(shù)據(jù)處理可能會產(chǎn)生不同的傳輸延遲。適配器保證被打包的輸入流有恒定的比特率

和恒定的端到端傳輸延遲。第6章數(shù)字電視標準

2.FEC系統(tǒng)

采用外碼為BCH碼、內(nèi)碼為LDPC碼的FEC系統(tǒng)，級聯(lián)碼輸出的長度是固定的，可以是64800的長幀或16200的短幀，長幀能提高載噪比，但會增加等待時間。對延遲要求不高的應(yīng)用來說，長幀是最好的解決辦法；而對交互應(yīng)用來說，如果需要把短信息包立即發(fā)送出去，短幀效率就高多了。

信道編碼的解碼算法是決定編碼性能和應(yīng)用前景的一個重要因素。LDPC碼由于其奇偶校驗矩陣的稀疏性，使它存在高效的譯碼算法，其譯碼復雜度與碼長成線性關(guān)系，克服了分組碼在長碼長時所面臨的巨大譯碼計算復雜度問題，使長編碼分組的應(yīng)用成為可能。而且由于校驗矩陣的稀疏特性，在長的編碼第6章數(shù)字電視標準分組時，相距很遠的信息比特參與統(tǒng)一校驗，這使得連續(xù)的突發(fā)差錯對譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發(fā)差錯的特性，不需要交織器的引入，進而消除了因交織器的存在而可能帶來的時延。

3.編碼率

DVB-S2有1／4、1／3、2／5、1／2、3／5、2／3、3／4、4／5、5／6、8／9、9／10共11種格式編碼率供選擇，在信號電平低于噪聲電平的惡劣條件下，推薦使用QPSK，采用1／4、1／3和2／5的編碼率。8PSK調(diào)制與1／2、2／3和4／5的編碼率相結(jié)合有很大優(yōu)勢。第6章數(shù)字電視標準

4.調(diào)制

DVB-S2有QPSK、8PSK、16APSK、32APSK共四種調(diào)制方案供選擇，構(gòu)成比DVB-S更好的編碼調(diào)制方案。在轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和發(fā)射機EIRP(EffectiveIsotropicRadiatedPower，等效全向輻射功率)相同的情況下，通過改變調(diào)制類型與編碼率，傳送容量可增加30％。QPSK和8PSK一般用于廣播應(yīng)用，16APSK(AmplitudePhaseShiftKeying，振幅相移鍵控)用于一些特定的廣播應(yīng)用和使用多波束衛(wèi)星的交互應(yīng)用，可以提供較高的頻譜效率。32APSK模式主要面向?qū)I(yè)應(yīng)用。對于一般的廣播電視業(yè)務(wù)，QPSK和8PSK為標準配置，16APSK和32APSK為可選配置。對于交互式服務(wù)、數(shù)字新聞采集和其它專業(yè)服務(wù)，這四種方式都為標準配置?；鶐У?章數(shù)字電視標準成形濾波有0.35、0.25、0.20共三種滾降系數(shù)供選擇，以滿足不同業(yè)務(wù)的需要。

5.可變編碼調(diào)制技術(shù)

應(yīng)用可變編碼調(diào)制(VariableCodingandModulation，VCM)技術(shù)，對不同業(yè)務(wù)(如SDTV、HDTV、音頻和多媒體)可以使用不同的調(diào)制方式與編碼速率，也就是可以在同一個載波上對每個數(shù)據(jù)流施加不同的調(diào)制方式和糾錯級別，因而傳輸效率得以大大提高。VCM最強的優(yōu)勢在于不同的服務(wù)不需要相同的保護條件的情形，提供不同的服務(wù)給處于不同的平均接收條件的不同的遠端站。應(yīng)用VCM，就需針對每個服務(wù)端站不同的Es／No而在QPSK4／5與16APSK2／3之間選擇相應(yīng)的編碼與調(diào)制。第6章數(shù)字電視標準

6.自適應(yīng)編碼調(diào)制

在交互和點對點應(yīng)用的情況下，VCM和回傳信道結(jié)合，實現(xiàn)自適應(yīng)編碼調(diào)制(AdaptiveCodingandModulation，ACM)，這是通過衛(wèi)星或地面回傳信道把每個接收終端的信道條件通知衛(wèi)星上行站，實現(xiàn)自適應(yīng)編碼和調(diào)制。ACM系統(tǒng)允許衛(wèi)星容量增加到100％～200％。與DVB-S的恒定編碼調(diào)制(ConstantCodingandModulation，CCM)相比，業(yè)務(wù)的可用度得到了擴展。

針對每個接收數(shù)據(jù)幀信道的實測情況，ACM可動態(tài)調(diào)整每個數(shù)據(jù)幀編碼速率與調(diào)制方式，這種編碼調(diào)制方式可以達到幀級(Frame-by-Frame)。也就是說，在傳輸序列里，每個單幀的編碼碼率和調(diào)制方式都可以不同。這種方式的靈活性表現(xiàn)在不同第6章數(shù)字電視標準的接收環(huán)境(晴天、陰天和雷雨天氣)可提供不同的編碼碼率和調(diào)制方式，以讓接收終端接收到該環(huán)境下最理想、最可靠的信號，這對移動接收顯得尤為可貴。當然增加了每個終端的復雜度，它要充分利用可能的回傳通道實時反饋當前接收環(huán)境狀況參數(shù)；同時由于幀與幀的碼率和調(diào)制方式有不同的可能，DVB-S2提供了快速幀同步和高效載波恢復技術(shù)來實現(xiàn)終端平穩(wěn)接收。發(fā)送端根據(jù)回傳信道隨時報告各接收站的收信狀況采用ACM，針對每個接收站不同的Es/No而選擇相應(yīng)的編碼與調(diào)制，這些調(diào)制的范圍在8PSK3／4與16APSK5／6之間。第6章數(shù)字電視標準

7.導頻

DVB-S2提供可選的導頻，幫助接收機載波恢復。

我國處于衛(wèi)星廣播發(fā)展的初期，現(xiàn)有的衛(wèi)星接收終端數(shù)量不多，應(yīng)該盡早向DVB-S2新標準過渡，直接采用新技術(shù)，實現(xiàn)衛(wèi)星廣播的跨越式發(fā)展。

6.2.3

DVB-C的信道編碼與調(diào)制

DVB-C標準規(guī)定了有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中傳送數(shù)字電視的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制方式。DVB-C的歐洲標準是由ETSI(歐洲電信標準學會)于1994年12月制定的，標準編號為ETS300429。ITU(國際電信聯(lián)盟)的相應(yīng)標準為ITU-TJ.83建議書。我國制定的相應(yīng)標準為《有線數(shù)字電視廣播信道編碼和調(diào)制規(guī)范》，編號為GY／T170—2001。第6章數(shù)字電視標準

DVB-C信道編碼層盡量與DVB-S的編碼相協(xié)調(diào)，這樣衛(wèi)星傳送的多節(jié)目數(shù)字電視便于進入DVB-C饋送網(wǎng)絡(luò)向用戶分配。有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的特點包括：①傳輸信道的帶寬窄(8MHz)；②信號電平高，接收端最小輸入信號在100mVp-p以上；③傳輸信道質(zhì)量好，光纜和電纜內(nèi)的信號不易受到外來干擾。因此，DVB-C系統(tǒng)對FEC處理的要求可降低，其高頻調(diào)制效率(b／(s·Hz))可提高。

DVB-C有線前端與接收的原理框圖如圖6-14所示。第6章數(shù)字電視標準圖6-14

DVB-C有線前端與接收的原理框圖第6章數(shù)字電視標準

1.字節(jié)到符號的映射

不同M值的QAM調(diào)制，映射成的符號數(shù)不相同，在任何情況下，符號Z的MSB應(yīng)取字節(jié)V的MSB，該符號的下一個有效位應(yīng)取字節(jié)的下一個有效位。2mQAM調(diào)制的情況下，將k字節(jié)映射到n個符號，8k=nm。圖6-15是64QAM情況下字節(jié)到符號變換的示意圖，這時m＝6，k＝3，n＝4。

64QAM調(diào)制時，每個符號為6b，分成兩路，每路3b。I軸和Q軸各自為3b，構(gòu)成±1、±3、±5、±7的8電平，符號映射時將3B變換成4符號。圖中，b0為每個字節(jié)或每個符號的最低有效位(LSB)，符號Z在符號Z+1之前傳輸。第6章數(shù)字電視標準圖6-15

64QAM時字節(jié)到m比特符號變換示意圖第6章數(shù)字電視標準

2.調(diào)制

DVB-C采用QAM調(diào)制方式。若多元調(diào)制為2mQAM，則需把k字節(jié)映射成n個符號，即8k=n×m，映射后的符號的最高兩比特要進行差分編碼(DifferentialCode)。圖6-16是字節(jié)到m比特符號變換、兩位MSB差分編碼示意圖，編碼后形成IK和QK分量。差分由下面的布爾表達式給出：(6-4)(6-5)第6章數(shù)字電視標準圖6-16字節(jié)到m比特符號變換、兩位MSB差分編碼第6章數(shù)字電視標準接著進入具有均方根升余弦滾降特性(滾降系數(shù)a=0.15)的濾波器進行基帶整形，然后與其它符號位一起進入QAM調(diào)制器完成信號調(diào)制。因此，DVB-C的調(diào)制實際上是采用格雷碼在星座圖上的差分編碼映射，隨著IK和QK分量從星座圖第1象限的00依次變換到第2象限的10、第3象限的11、第4象限的01，符號的較低位從第1象限旋轉(zhuǎn)p/2到第2象限、從第2象限旋轉(zhuǎn)p/2到第3象限、從第3象限旋轉(zhuǎn)p/2到第4象限，完成整個星座的映射。圖6-17是16QAM星座圖。第6章數(shù)字電視標準圖6-17

16QAM星座圖第6章數(shù)字電視標準6.2.4

DVB-C2標準簡介

第二代有線數(shù)字電視標準DVB-C2于2009年7月發(fā)布，標準號是ETS1EN30276913。

圖6-18是DVB-C2信道編碼和調(diào)制方框圖。系統(tǒng)由多通道輸入處理模塊、多通道編碼調(diào)制模塊、數(shù)據(jù)分片及幀形成模塊、OFDM信號生成模塊組成。第6章數(shù)字電視標準圖6-18

DVB-C2信道編碼和調(diào)制方框圖第6章數(shù)字電視標準為了使透明傳輸可行，DVB-C2定義了物理層管道(PhysicalLayerPipe，PLP)，它是一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪m配器，1個PLP適配器可以包含多個節(jié)目TS流或單個節(jié)目、單個應(yīng)用以及任何基于IP的數(shù)據(jù)輸入，PLP適配器的數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)處理單元轉(zhuǎn)換為DVB-C2所需要的內(nèi)部幀結(jié)構(gòu)。

DVB-C2采用BCH外編碼與LDPC內(nèi)編碼相級聯(lián)的糾錯碼技術(shù)，抗誤碼能力增強了很多。BCH編碼增加的冗余度小于1％，LDPC碼率有2/3、3／4、5／6、9/10幾種。經(jīng)過前向糾錯編碼的數(shù)據(jù)進行位交織，然后進行星座映射。DVB-C2提供了QPSK、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM、4096QAM等六種星座模式。第6章數(shù)字電視標準多個物理層管道的數(shù)據(jù)可以組成1個數(shù)據(jù)分片，數(shù)據(jù)分片的作用是把由物理層管道組成的數(shù)據(jù)流分配到發(fā)送的OFDM符號特定的子載波組上，這些子載波組對應(yīng)頻譜上相應(yīng)的子頻帶每一個數(shù)據(jù)分片進行時域和頻域的二維交織，目的是使接收機能夠消除傳輸信道帶來的脈沖干擾及頻率選擇性衰落等干擾。

幀形成模塊把多個數(shù)據(jù)分片和輔助信息及導頻信號組合在一起，形成OFDM符號。導頻包括連續(xù)導頻和離散導頻，連續(xù)導頻在每個OFDM符號里分配給固定位置的子載波，并且在不同符號中的位置都相同。1個DVB-C2接收機使用6MHz帶寬中的30個連續(xù)導頻就可以很好地完成信號時域和頻域同步。利用連續(xù)導頻，還可以檢測和補償由于接收機射頻前端本振相位噪第6章數(shù)字電視標準聲引起的公共相位誤差。離散導頻用來進行信道均衡，根據(jù)接收離散導頻與理論離散導頻的差值，可以很容易地得到傳輸信道的反向信道響應(yīng)。離散導頻的數(shù)量與所選的保護間隔長度有關(guān)。輔助信息主要包括被稱作L1(Layer1)的信令信息，它被放在每一個OFDM幀的最前邊。L1使用1個OFDM符號所有的子載波來進行傳輸，給接收機提供對PLP進行處理所需的

相關(guān)信息。OFDM符號的生成是通過反傅里葉變換(IFFT)來實現(xiàn)的，使用4k-IFFT算法產(chǎn)生4096個子載波，其中3409個子載波用來傳輸數(shù)據(jù)和導頻信息。對6MHz帶寬頻道，約占5.7MHz的帶寬，子載波間隔為1672Hz，對應(yīng)OFDM符號間隔為598μs。對第6章數(shù)字電視標準于歐洲市場應(yīng)用的8MHz帶寬頻道，子載波間隔將變?yōu)樵瓉淼?/3倍，即2232Hz，對應(yīng)符號間隔為448μs。這種情況下，OFDM信號將占據(jù)7.6MHz帶寬。

DVB-C2支持在單個8MHz的有線電視信道帶寬內(nèi)傳輸10路以上的MPEG-4高清電視業(yè)務(wù)。由于引入了回傳通道，DVB-C2可以支持互動電視、電子商務(wù)等雙向業(yè)務(wù)。

DVB-C2使用了最新的調(diào)制編碼技術(shù)，實現(xiàn)了有線網(wǎng)絡(luò)的高效利用。針對不同的網(wǎng)絡(luò)特性，該標準還提供了經(jīng)過優(yōu)化的多種模式和選項，可以滿足有線電視用戶的不同服務(wù)要求。根據(jù)來自DVB項目組辦公室的信息，在相同條件下，該標準將比傳統(tǒng)DVB-C的頻譜效率高30%以上。

第6章數(shù)字電視標準6.2.5

DVB-T的信道編碼與調(diào)制

DVB-T是1997年8月由ETSI(歐洲電信標準學會)制定的，標準編號為ETS300744。DVB-T的信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)方框圖如圖6-19所示。圖中前4個方框與DVB-S是相同的，信道編碼也采用RS(204，188，t＝8)外編碼和刪余卷積內(nèi)編碼，內(nèi)編碼可根據(jù)需要采用不同的編碼率(R＝1／2～7／8)。第6章數(shù)字電視標準圖6-19

DVB-T信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)方框圖第6章數(shù)字電視標準

1.內(nèi)交織

DVB-T中高頻載波采用COFDM調(diào)制方式，在8MHz射頻帶寬內(nèi)設(shè)置1705(2k模式)或6817(8k模式)個載波，將高數(shù)碼率的數(shù)據(jù)流分解成2k路(或8k路)低數(shù)碼率的數(shù)據(jù)流，分別對每個載波進行QPSK、16QAM或64QAM調(diào)制。為提高COFDM信號接收解調(diào)時維特比(Viterbi)解碼器對突發(fā)誤碼的糾錯能力，DVB-T對卷積編碼后的數(shù)據(jù)流進行內(nèi)交織，包括比特交織和符號交織兩個步驟，不同的調(diào)制方式(QPSK、16QAM、64QAM等)有不同的交織模式。第6章數(shù)字電視標準圖6-20是在QPSK、16QAM和64QAM三種調(diào)制模式下，收縮卷積碼經(jīng)過并／串轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)據(jù)流輸入x0，x1…處理成輸出調(diào)制符號的映射過程。圖中的串／并轉(zhuǎn)換器在QPSK、16QAM和64QAM三種模式中數(shù)據(jù)流分別變成并行的2、4、6路比特流。在16QAM時，輸入x0，x1…變換成b00、b01…，b10、b11…，b20、b21…和b30、b31…四路并行比特流。然后，進入四個比特交織器I0、I1、I2和I3，各自交織成a00、a01…、a10、a11…，a20、a21…和a30、a31…四路并行比特流。第6章數(shù)字電視標準這里，對不同的交織器I0，I1，…定義了不同的交織模式，DVB-T中對交織規(guī)律作了較詳細的規(guī)定。比特交織后的符號串在符號交織器中進一步實現(xiàn)符號交織。根據(jù)2k模式(除導頻信號外有效載波數(shù)1512=12×126)或8k模式(有效載波數(shù)6048＝48×126個)的COFDM調(diào)制，將12個或48個符號組(每組126符號)順序進行交織。第6章數(shù)字電視標準圖6-20在QPSK、16QAM和64QAM時內(nèi)交織示意(a)QPSK;(b)16QAM;(c)64QAM第6章數(shù)字電視標準

2.映射和星座圖

COFDM調(diào)制中，由每個符號對各個載波進行調(diào)制，QPSK調(diào)制時符號為2b，16QAM調(diào)制時符號為4b，64QAM調(diào)制時符號為6b。

圖6-21(a)所示的是QPSK調(diào)制時，2b的符號y0，A，y1，A應(yīng)用格雷碼映射成的4點星座圖，圖(b)和圖(c)的16QAM和64QAM星座圖可以類推。第6章數(shù)字電視標準

3.插入保護間隙和導頻

地面數(shù)字電視的傳輸頻譜很寬，而實際OFDM的載波數(shù)目N是有限的，不能保證每路載波的帶寬總是小于Δf，會產(chǎn)生碼間干擾，影響正交條件。多徑反射的結(jié)果是前一個符號的尾部拖延到后一個符號的前部，解決的辦法是在每個符號之前設(shè)置保護間隙Tg，在接收機中對每個符號開始的Tg時間內(nèi)的信號不予考慮，以此來消除多徑延時小于Tg的碼間干擾。保護間隙的插入使頻譜利用率略有下降。第6章數(shù)字電視標準

OFDM是由N個頻率的已調(diào)制載波綜合成的信號。在2k模式中N＝1705，在8k模式中N＝6817。68個OFDM符號構(gòu)成一個OFDM幀，它們分別受到2b、4b或6b符號進行的QPSK、16QAM或64QAM調(diào)制。由序列號為0～67的OFDM符號構(gòu)成一個OFDM幀，由4個OFDM幀構(gòu)成一個超幀。每個OFDM符號中有一些載波不用于數(shù)據(jù)傳輸而用于CP(ContinualPilot，連續(xù)導頻)、SP(ScatteredPilot，散布導頻)和TPS(TransmissionParameterSignaling，傳輸參數(shù)信令)信號的傳輸，它們是接收端獲取解調(diào)和編碼有關(guān)信息所必需的。第6章數(shù)字電視標準圖6-21

QPSK、16QAM、64QAM星座(a)QPSK;(b)16QAM;(c)64QAM第6章數(shù)字電視標準

DVB-T系統(tǒng)中的導頻是訓練數(shù)據(jù)，是在規(guī)定的子載波上發(fā)送的特定參考信號，通過比較特定參考信號和接收端收到的經(jīng)過信道傳輸?shù)膶ьl，可以得到該子載波的信道傳輸函數(shù)，再通過插值等方法得到其它子載波上的信道傳輸函數(shù)。在接收端的FFT之后，在每個子載波上用一個抽頭的均衡器便可從接收數(shù)據(jù)準確地恢復出原始數(shù)據(jù)。均衡器抽頭系數(shù)為子載波信道傳輸函數(shù)的倒數(shù)。

在發(fā)送端，一般在頻域(IFFT之前，F(xiàn)FT之后)上插入導頻，DVB-T系統(tǒng)中的導頻分為連續(xù)導頻和散布導頻。連續(xù)導頻向接收機提供同步和相位誤差估值信息。因為OFDM中對每個載波都是抑制載波調(diào)制，接收機解調(diào)時需要具有已知幅度和相位的第6章數(shù)字電視標準基準導頻信號。連續(xù)導頻以恒定數(shù)量分布于OFDM符號內(nèi)，在2k模式的1705個載波中有45個連續(xù)導頻載波，載波序號為0、48、54、87、141、156、192、201、255、279、282、333、432、450、483、525、531、618、636、714、759、765、780、804、873、888、918、939、942、969、984、1050、1101、1107、1110、1137、1140、1146、1206、1269、1323、1377、1491、1683、1704。8k模式的6817個載波中有177個連續(xù)導頻載波，接收端已知其規(guī)律，可以作為同步和相位誤差估值信息。第6章數(shù)字電視標準散布導頻分布在每12個載波中的第12個，逐個OFDM符號依次類推下去，直至一幀結(jié)束。散布導頻的作用是提供頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落和干擾的變化動態(tài)等信道特性信息，便于接收機迅速進行動態(tài)信道均衡。在一些載波位置上散布導頻與連續(xù)導頻是重合的，圖6-22是DVB-T系統(tǒng)2k模式的導頻分布示意圖。第6章數(shù)字電視標準圖6-22

DVB-T系統(tǒng)2k模式的導頻分布示意圖第6章數(shù)字電視標準特殊導頻TPS用于傳輸保護間隔長度、調(diào)制方式等的系統(tǒng)參數(shù)。2k模式TPS載波序號為34、50、209、346、413、569、595、688、790、901、1073、1219、1262、1286、1469、1594、1687。

連續(xù)導頻和散布導頻都可以用來進行信道估計,對靜態(tài)信道來說,利用散布導頻和利用連續(xù)導頻的估計性能幾乎是一樣的;在時變信道中,散布導頻有助于更好地跟蹤信道變化。

進行IFFT和FFT運算要求數(shù)據(jù)數(shù)為2N，而1705不是2N，所以虛擬載波被插在有效載波的前后兩頭。這樣安排頻譜可以選擇合適的模擬傳輸成形濾波器，來限制IFFT輸出的離散信號的頻譜，使頻譜兩端迅速滾降，趨于理想的矩形濾波器。虛擬載波不傳送能量，幅值為0。第6章數(shù)字電視標準在DVB-T中，2k模式的OFDM符號周期為224μs，8k模式的OFDM符號周期為896μs(不包括保護間隔)，信道中時域上出現(xiàn)的一些突發(fā)干擾和小的衰落在接收端被FFT平均到整個OFDM符號周期內(nèi)，這樣整個符號受到了輕微的影響，還是可以被解碼器解碼。在單載波系統(tǒng)中，同樣的突發(fā)干擾和衰落會完全破壞符號，無法被解碼器解碼。

在DVB-T系統(tǒng)中，利用散布導頻進行信道估計可分為兩步。第一步是將接收的導頻符號除以本地的導頻符號，獲得導頻符號位置處的信道傳輸函數(shù)的估計。第二步是通過插值獲得數(shù)據(jù)符號處的信道的傳輸函數(shù)的估計。因此，信道的估計性能主要依賴于第二步的插值技術(shù)的應(yīng)用。常用的插值技術(shù)有線性插值、第6章數(shù)字電視標準二階插值、三次樣條(Cubic-Spline)插值、低通插值、時域插值、變換域濾波插值等，各種插值方法實現(xiàn)復雜度和適用的信道條件都不相同，產(chǎn)生的插值誤差也不同，應(yīng)該根據(jù)實際情況來選取。導頻用于跟蹤信道變化，導頻的間隔也就決定了可以跟蹤的信道變化的最大速率。在DVB-T系統(tǒng)中，導頻時域間隔Nk=4，頻域間隔Ni=12。假設(shè)系統(tǒng)完全同步，且多徑時延小于保護間隔，在FFT的運算后，每個子載波經(jīng)過一個單抽頭的均衡器，便可以將多徑

干擾消除。

DVB-T系統(tǒng)接收機利用連續(xù)導頻和散布導頻能快速同步和正確解調(diào)，但減少了傳輸數(shù)據(jù)的載波數(shù)目。2k模式中實際有用第6章數(shù)字電視標準載波為1512個，8k模式中有用載波為6048個，載波使用效率均為88.7%。表6-2是兩種模式的OFDM參數(shù)。表6-2

2k和8k兩種模式的OFDM參數(shù)第6章數(shù)字電視標準

4.COFDM信號的形成

N路信號組成的N維復矢量進行IFFT，對IFFT輸出的復矢量的實部和虛部分別進行并／串變換、D／A轉(zhuǎn)換和低通濾波。隨后對虛部信號和實部信號進行正交調(diào)制，即分別乘以coswt和－sinwt后再相加，在w所規(guī)定的中頻頻帶上形成COFDM信號。這里的COFDM信號是以復信號的形式傳輸?shù)?。正交調(diào)制后的信號最后經(jīng)頻率變換搬移到射頻，饋送至天線發(fā)射出去。在接收機中對COFDM信號的解調(diào)按與上述調(diào)制過程相反的順序進行。第6章數(shù)字電視標準6.2.6

DVB-T2標準簡介

1.DVB-T2系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)

圖6-23是DVB-T2系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)示意圖，這是一種三層分級幀結(jié)構(gòu)，基本元素為T2幀，若干個T2幀和未來擴展幀F(xiàn)EF(FutureExtensionFrame)組成一個超幀，F(xiàn)EF位于超幀中兩個T2幀之間或整個超幀最后。每個T2幀包含一個P1符號、多個P2符號和多個數(shù)據(jù)符號。所有符號均為OFDM符號及其擴展部分(如循環(huán)前綴)。通常，T2幀中最后一個數(shù)據(jù)OFDM

符號與其它數(shù)據(jù)OFDM符號的參數(shù)和導頻插入位置會有所不同，稱為幀結(jié)束符號FCS(FrameClosingSymbol)。第6章數(shù)字電視標準圖6-23

DVB-T2系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)示意圖第6章數(shù)字電視標準

T2幀中數(shù)據(jù)符號的數(shù)目是可配置的，表6-3為8MHz系統(tǒng)中，不同F(xiàn)FT點數(shù)和保護間隔下，T2幀的最大符號數(shù)(P2符號和數(shù)據(jù)符號總數(shù))。FFT點數(shù)越多，子載波間隔越小，OFDM符號在時域上占用的時間Tu就越長。NA是不能實施的項。第6章數(shù)字電視標準表6-3不同F(xiàn)FT點數(shù)和保護間隔下T2幀的最大符號數(shù)第6章數(shù)字電視標準

1)P1符號

P1符號格式固定，可攜帶7b信令，主要目的是識別前導符號。P1符號攜帶的信息有兩種：第一種與P1符號的3個S1比特有關(guān)，用于輔助接收機迅速獲得基本傳輸參數(shù)，即FFT點數(shù)；第二種與P1符號的4個S2比特有關(guān)，用于識別幀類型，包括SISO和MISO的T2幀類型。

第6章數(shù)字電視標準

2)P2符號

P2符號是位于P1符號之后的信令符號，也可用于頻率與時間的細同步和初步的信道估計。T2幀的多個P2符號的FFT大小和保護間隔是相同的，個數(shù)由FFT的大小所決定。P2符號包括L1后信令和用于接收和解碼L1后信令的L1前信令，也可能攜帶在PLP中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。L1后信令又包含可配置的和動態(tài)的兩部分。除了動態(tài)L1后信令部分，整個L1信令在一個超幀(由若干個連續(xù)T2幀組成)內(nèi)是不變的。在P2符號構(gòu)成中，也進行了針對L1前/后信令的符號交織和編碼調(diào)制。第6章數(shù)字電視標準

L1后信令包含了對接收端指定物理層管道進行解碼所需的足夠信息。L1后信令又包括兩類參數(shù)(信令)、可配置參數(shù)和動態(tài)參數(shù)以及一個可選的擴展域。可配置參數(shù)在一個超幀的持續(xù)時間內(nèi)保持不變，而動態(tài)參數(shù)僅提供與當前T2幀具體相關(guān)的信息。動態(tài)參數(shù)取值可以在一個超幀內(nèi)改變，但是動態(tài)參數(shù)每個域的大小在一個超幀內(nèi)保持不變。

一般來說，超幀的最大時間周期為64s，包含F(xiàn)EF時可達128s。標準不要求目前T2標準接收機能夠接收FEF，但要求接收機必須能夠利用P1符號攜帶的信令和P2符號中的L1

信令檢測FEF，每個T2幀或FEF最長為250ms。第6章數(shù)字電視標準

2．DVB-T2系統(tǒng)的主要模塊和功能

1)輸入處理模塊

DVB-T2系統(tǒng)的輸入由一個或多個邏輯數(shù)據(jù)流組成，每個邏輯數(shù)據(jù)流由一個PLP(PhysicalLayerPipe，物理層管道)進行傳輸。圖6-24是單個物理層管道下輸入處理模塊方框圖。對于輸入的每個數(shù)據(jù)流，在輸入處理模塊內(nèi)都有與之對應(yīng)的模式適配模塊來單獨處理該數(shù)據(jù)流。模式適配模塊將每個輸入的邏輯數(shù)據(jù)流分解成數(shù)據(jù)域，然后經(jīng)過流適配后形成基帶幀。模式適配模塊包括輸入接口，后面跟著3個可選子系統(tǒng)模塊(輸入流同步、空包刪除和8bCRC校驗生成)，最后將輸入數(shù)據(jù)流分解成數(shù)據(jù)域并在每個數(shù)據(jù)域的開始加入基帶包頭。流適配模塊的輸入流是第6章數(shù)字電視標準基帶包頭和數(shù)據(jù)域，輸出流是基帶幀，它將數(shù)據(jù)填充到固定長度，形成基帶幀，并進行能量擴散的擾碼。圖6-24單個物理層管道下輸入處理模塊方框圖第6章數(shù)字電視標準

2)比特交織編碼和調(diào)制模塊

比特交織編碼和調(diào)制模塊由前向糾錯編碼，比特到星座點(單元)的分解、映射和星座點旋轉(zhuǎn)，單元交織，時域交織等子模塊構(gòu)成。

(1)前向糾錯編碼子模塊。該子模塊包括外編碼(BCH)、內(nèi)編碼(LDPC)和比特交織。子模塊輸入流由基帶幀組成，輸出流由FEC幀組成。第6章數(shù)字電視標準基帶幀輸入到前向糾錯編碼子模塊，先進行外編碼(BCH編碼)，并將BCH編碼的校驗比特添加在基帶幀后面，然后以此作為內(nèi)編碼器的信息比特，進行LDPC編碼，將得到的校驗比特添加在BCH校驗比特位后面，最后對LDPC編碼器輸出的比特進行交織，包括依次進行的校驗位交織和列纏繞交織，得到FEC幀。前向碼率有1／2、3／5、2／3、3／4、4／5、5／6幾種。第6章數(shù)字電視標準

(2)比特到星座點的分解、映射和星座點旋轉(zhuǎn)。把每個FEC幀(正常FEC幀長度為64800b，短FEC幀長度為16200b)映射到編碼調(diào)制后FEC塊的過程如下：

首先需要將串行輸入比特流解復用為并行OFDM單元流，再將這些單元映射為星座點。比特交織器輸出的比特流首先經(jīng)過解復用器被解復用為N個子比特流，解復用器輸出的每個單元字需要映射為QPSK、16QAM、64QAM或256QAM的星座點，然后星座點進行歸一化，所有星座點映射均為格雷映射。

在星座旋轉(zhuǎn)子模塊(可選模塊)，星座映射模塊輸出的對應(yīng)每個FEC塊的歸一化單元值(復數(shù))在復平面進行旋轉(zhuǎn),并且單元的虛部(即Q路信號)在一個FEC塊內(nèi)循環(huán)延遲一個單元。第6章數(shù)字電視標準

(3)單元交織。

偽隨機單元交織器的目的是將FEC碼字對應(yīng)的單元均勻分開，以保證在接收端每個FEC對應(yīng)的單元所經(jīng)歷的信道畸變和干擾各不相關(guān)，并且對一個時域交織塊內(nèi)的每個FEC塊按照不同的旋轉(zhuǎn)方向(或稱交織方向)進行交織，從而使得一個時域交織塊內(nèi)的每個FEC塊具有不同的交織。第6章數(shù)字電視標準

(4)時域交織。

時域交織器(TI)面向每個PLP的內(nèi)容進行交織。單元交織器輸出的屬于同一個PLP的多個FEC塊組成時間交織塊，一個或多個時間交織塊再映射到一個交織幀，一個交織幀最終映射到一個或多個T2幀。每個交織幀包含的FEC塊數(shù)目可變，可以動態(tài)配置。同一個T2系統(tǒng)內(nèi)不同PLP的時間交織參數(shù)可以不同。

每個交織幀或者直接映射到一個T2幀，或者分散到多個T2幀(對低速PLP，分散到多個T2幀可增強時間分集)。每個交織幀又分為一個或多個時間交織塊，其中一個時間交織塊對應(yīng)時域交織存儲單元的一次使用(對高速PLP，多個時間交織塊可降低時間交織存儲器需求)，每個交織幀內(nèi)的多個時間交織塊所包含第6章數(shù)字電視標準的FEC塊數(shù)目可能有微小差別。如果一個交織幀分成多個時間交織塊，則此交織幀只能映射到一個T2幀。作為可選項，T2系統(tǒng)允許將時域交織器輸出的交織幀分成多個子片，從而給時間交織提供最大靈活性。

3)組幀模塊

組幀模塊根據(jù)調(diào)度器提供的動態(tài)信息和幀結(jié)構(gòu)的配置信息，把從時域交織器輸出的分屬各個PLP的數(shù)據(jù)OFDM單元以及調(diào)制后的L1信令OFDM單元組合成為一個OFDM塊。圖6-25是組幀模塊示意圖。圖中延遲補償用來對輸入模塊中的幀延遲和時域交織中的時間延遲進行補償。

第6章數(shù)字電視標準圖6-25組幀模塊示意圖第6章數(shù)字電視標準

4)MISO處理和OFDM調(diào)制

頻域交織器的輸出先進入MISO(MultipleInputSingleOutput，多輸入單輸出，一種智能天線技術(shù)，其使用多個傳輸器(發(fā)送器)和單個接收器在一個無線設(shè)備上來增加傳輸距離)處理模塊，進行空頻編碼得到兩個天線上發(fā)射的信號，然后對每個天線上要發(fā)射的信號進行OFDM調(diào)制和組幀處理，最后經(jīng)射頻通路送到發(fā)射天線進行傳輸。圖6-26是OFDM生成模塊示意圖。在T2系統(tǒng)中MISO處理模塊是可選模塊，采用改進的Alamouti編碼進行空頻編碼以支持雙天線發(fā)射，該編碼方式將頻域交織器輸出的兩個相鄰子載波上的符號字進行空頻編碼。MISO處理模塊不對P1符號進行處理。第6章數(shù)字電視標準圖6-26

OFDM生成模塊示意圖第6章數(shù)字電視標準

OFDM調(diào)制和組幀處理的主要步驟包括導頻插入、IFFT、添加保護間隔和P1符號插入等。T2采用導頻(包括連續(xù)、離散、P2和幀結(jié)束)發(fā)射“已知”復信號(其虛部為“0”)，從而為

接收機提供參考。接收機利用導頻進行幀同步、定時同步、載波同步、信道估計、傳輸模式識別和跟蹤相位噪聲等。導頻上攜帶的信號由一個二值隨機參考序列生成，導頻包括連續(xù)導頻和離散導頻，在T2系統(tǒng)還包括特殊的P2符號導頻和幀結(jié)束符號導頻。按照T2幀中OFDM符號的類型、OFDM符號保護間隔、FFT點數(shù)和發(fā)射天線數(shù)目，導頻的插入模式有所不同，并且導頻發(fā)射功率高于所傳輸數(shù)據(jù)的功率。第6章數(shù)字電視標準連續(xù)導頻額外開銷大于或等于0.35%。離散導頻額外開銷有1%、2%、4%、8%四種，對應(yīng)八種離散導頻圖案。

降低峰均比模塊主要有兩種實現(xiàn)技術(shù)：動態(tài)星座圖擴展技術(shù)(ActiveConstellationExtension，ACE)和子載波預約技術(shù)。作為可選技術(shù)它們可以分別采用，也可以一并使用，并通過L1信令通知接收機。這兩種方法僅適用于OFDM塊中有效子載波部分，而不能在P1符號和導頻上采用。第6章數(shù)字電視標準6.2.7

DVB設(shè)備接口標準

1.ASI(AsynchronousSerialInterface，異步串行接口)

ASI采用270Mb／s的固定連接速率，適用于電纜傳輸和光纜傳輸。ASI用于電纜傳輸時，采用BNC連接器。

圖6-27(a)所示為一個典型的使用同軸電纜的ASI。發(fā)送端首先將TS包按字節(jié)進行8B／10B編碼，每字節(jié)編碼成為10b，在ITU-TJ.83中對編碼作了詳細規(guī)定。這些10b碼字的游程長度等于或小于4b且直流偏置最小，這些碼字在并/串轉(zhuǎn)換器變換為固定的270Mb／s輸出碼率，若輸入數(shù)據(jù)不足，可以插入同步字節(jié)填充，270Mb／s的串行碼經(jīng)過放大、緩沖和阻抗匹配，由BNC連接器輸出。接收部分是發(fā)送的逆過程，比較特別的是有一個時鐘恢復環(huán)節(jié)，用于從比特流中恢復出270MHz的時鐘。圖6-27(b)為使用光纜的ASI。第6章數(shù)字電視標準圖6-27

ASI傳輸鏈路(a)由同軸電纜構(gòu)成傳輸鏈路;(b)由光纜構(gòu)成傳輸鏈路第6章數(shù)字電視標準

2.SPI(SynchronousParallelInterface，同步并行接口)

SPI是以ITU-RBT656-2為基礎(chǔ)制定的，用于較短距離的信號連接。接口連接器采用25針D型超小型連接器，提供11對信號線和3條地線，信號采用低電壓差分信號(LVDS)電平。信號線是平衡的，每個信號有A、B兩條線。11對信號線中有8對數(shù)據(jù)信號(Data0～Data7)，1對時鐘信號(Clock)，1對包同步信號(Psync)和1對數(shù)據(jù)有效信號(Dvalid)。其中，包同步信號標志一個包的開始，對應(yīng)于包同步字節(jié)；數(shù)據(jù)有效信號標志當前字節(jié)是否為包的有效數(shù)據(jù)，它與包的傳送格式有關(guān)；時鐘信號頻率fp取決于數(shù)據(jù)流的速率，也與包的傳送格式有關(guān)。傳送格式1的包長為188B；傳送格式2的包長為204B，包含188B有效數(shù)據(jù)和16B無第6章數(shù)字電視標準效位；傳送格式3的包長為204B，經(jīng)過RS編碼后204B全部有效。傳送格式1時，fp=fu/8；傳送格式2或3時，fp=204fu/(188×8)。fu為對應(yīng)于TS速率的頻率，如TS速率為8Mb/s，則fu=8MHz。

SPI的針腳定義如表6-4所示。第6章數(shù)字電視標準表6-4

SPI的25針D型超小型連接器針腳分配表第6章數(shù)字電視標準

3.SSI(SynchronousSerialInterface，同步串行接口)

SSI可以看做是做了并/串轉(zhuǎn)換SPI的擴展，它使用的速率就是傳輸碼流的速率，傳輸介質(zhì)可以是電纜或光纜，電纜傳輸時連接器采用BNC連接器。

線路編碼采用雙相標記編碼，編碼規(guī)則是：不管值為“1”還是“0”，跳變始終發(fā)生在比特的起點上；對于邏輯“1”，在比特的中點上還有一次跳變發(fā)生；對于邏輯“0”，在比特的中點上無跳變發(fā)生。第6章數(shù)字電視標準 6.3

ISDB-T標準

6.3.1頻寬分段傳輸

日本ISDB-T標準采用頻寬分段傳輸正交頻分復用調(diào)制方式(BandwidthSegmentedTransmission，OFDM)，可以在6MHz帶寬中傳遞HDTV服務(wù)或多節(jié)目服務(wù)。與DVB不同的是，ISDB-T標準將整個帶寬分割成一系列的頻率段，稱為OFDM段。ISDB-T提供幾種調(diào)制方式的組合(DQPSK、QPSK、16QAM、64QAM)和內(nèi)編碼的編碼率(CodeRate)(1／2、2／3、3／4、5／6、7／8)。這些參數(shù)對每個OFDM段可以獨立選擇。ISDB-T的模擬帶寬有5.6MHz(寬帶ISDB-T)和430kHz(窄帶ISDB-T)兩種選擇。寬帶ISDB-T由13個OFDM段組成，可以分層傳輸。也就是說，各個第6章數(shù)字電視標準OFDM段可以具有不同的參數(shù)，這樣就能夠滿足綜合業(yè)務(wù)接收機的需要。窄帶ISDB-T僅由一個OFDM段構(gòu)成，適合語音和數(shù)據(jù)廣播。寬帶接收機可以接收窄帶信號，窄帶接收機可以接收寬帶信號的中心頻率段。第6章數(shù)字電視標準一個OFDM段幀由108個載波和204個符號構(gòu)成。按載波調(diào)制方式分，OFDM段可以分成兩類：一類為差分調(diào)制(DifferentialQuaternaryPhaseShiftKeying，DQPSK)，另一類為連續(xù)調(diào)制(QPSK、16QAM和64QAM)。每個OFDM段除了具有數(shù)據(jù)載波外，同時還有一些特別的符號或載波，其中包括SP(ScatteredPilot，分散導頻)、CP(ContinualPilot，連續(xù)導頻)、TMCC(TransmissionandMultiplexingConfigurationControl，傳輸和復用配置控制)、AC1(輔助信道1)和AC2(輔助信道2)。CP、AC1、AC2和TMCC用于頻率同步，SP用于信道估計，TMCC用于傳送載波調(diào)制方式和內(nèi)編碼的編碼率。第6章數(shù)字電視標準6.3.2高強度時間交織適應(yīng)移動接收

為實現(xiàn)數(shù)字電視地面移動接收，ISDB-T采用了高強度時間交織，最大限度地緩沖突發(fā)誤碼對系統(tǒng)的沖擊。地面移動信道的動態(tài)多徑造成的誤碼具有強突發(fā)性質(zhì)，誤碼持續(xù)時間遠大于脈沖干擾引起的突發(fā)誤碼。系統(tǒng)糾錯體系難以對高頻度突發(fā)誤碼做出響應(yīng)以至產(chǎn)生誤碼累積效應(yīng)。對付這種突發(fā)誤碼的最好方法是采用時域數(shù)據(jù)交織技術(shù)將誤碼沿時間軸離散化，以均衡誤碼沖擊能量。第6章數(shù)字電視標準

ISDB-T的內(nèi)、外碼數(shù)據(jù)已經(jīng)進行了交織，如內(nèi)交織采用并聯(lián)比特交織方式，用以均衡內(nèi)碼解碼輸入端誤碼能量，交織延時僅為120調(diào)制符號；外交織采用與DVB相同的12臂同步回旋交織器，最大交織延時為2244B，與RS編碼(204，188，t=8)配合最大理論糾錯容限為96連續(xù)錯誤符號。這樣的糾錯配置對于嚴重動態(tài)多徑環(huán)境適應(yīng)能力偏低，因此，ISDB-T標準在系統(tǒng)內(nèi)層采用高強度時間交織環(huán)節(jié)予以改善。圖6-28是ISDB-T系統(tǒng)內(nèi)層方框圖，該交織環(huán)節(jié)位于星座映射合成輸出至OFDM調(diào)制(IFFT)之間數(shù)據(jù)分段處理通道中。因為映射合成輸出數(shù)據(jù)的讀取是按IFFT取樣時鐘進行的，所以合成輸出數(shù)據(jù)(復數(shù)域)與OFDM調(diào)制后生成的OFDM分段的子載波構(gòu)成對應(yīng)關(guān)系。與一個OFDM分段第6章數(shù)字電視標準相對應(yīng)的映射合成數(shù)據(jù)段定義為一個數(shù)據(jù)分段(DataSegment)，全部數(shù)據(jù)分段構(gòu)成數(shù)據(jù)符號，并與全部OFDM分段構(gòu)成的系統(tǒng)OFDM符號相對應(yīng)。因此高強度時間交織環(huán)節(jié)將按數(shù)據(jù)分段組織，并針對復數(shù)域映射數(shù)據(jù)操作。第6章數(shù)字電視標準圖6-28

ISDB-T系統(tǒng)內(nèi)層方框圖第6章數(shù)字電視標準 6.4我國地面數(shù)字電視標準

我國地面數(shù)字電視標準的全稱是《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》(GB20600)，該標準規(guī)定了數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信號的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制方式。自主創(chuàng)新并能提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)有：能實現(xiàn)快速同步和高效信道估計與均衡的PN序列幀頭設(shè)計、符號保護間隔填充方法、低密度校驗糾錯碼(LDPC)、系統(tǒng)信息的擴頻傳輸方法等。該標準支持4.813～32.486Mb／s的系統(tǒng)凈荷傳輸數(shù)據(jù)率，支持標準清晰度電視業(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，支持多頻組網(wǎng)和單頻組網(wǎng)。第6章數(shù)字電視標準數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)是廣播電視系統(tǒng)的重要組成部分，必須具有支持傳統(tǒng)電視廣播服務(wù)的基本功能，還要具有適應(yīng)廣播電視服務(wù)的可擴展功能。數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)支持固定接收和移動接收兩種模式。在固定接收(含室內(nèi)、外)模式下，可以提供標準清晰度數(shù)字電視業(yè)務(wù)、高清晰度電視業(yè)務(wù)、數(shù)字聲音廣播業(yè)務(wù)、多媒體廣播和數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)；在移動接收模式下，可以提供標準清晰度數(shù)字電視業(yè)務(wù)、數(shù)字聲音廣播業(yè)務(wù)、多媒體廣播和數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)。

數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)支持多頻網(wǎng)和單頻網(wǎng)兩種組網(wǎng)模式，可以根據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)的特性和組網(wǎng)環(huán)境選擇不同的傳輸模式和參數(shù)，并支持多業(yè)務(wù)的混合模式，以達到業(yè)務(wù)特性與傳輸模式的匹配，實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營的靈活性和經(jīng)濟性。第6章數(shù)字電視標準數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)送端完成從輸入數(shù)據(jù)碼流到地面電視信道傳輸信號的轉(zhuǎn)換。圖6-29是數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)送端原理圖。輸入數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過擾碼器(隨機化)、前向糾錯編碼(FEC)，然后進行從比特流到符號流的星座映射，再進行交織后形成基本數(shù)據(jù)塊?；緮?shù)據(jù)塊與系統(tǒng)信息復用后，經(jīng)過幀體數(shù)據(jù)處理形成幀體。幀體與相應(yīng)的幀頭(PN序列)復接為信號幀(組幀)，經(jīng)過基帶后處理轉(zhuǎn)換為基帶輸出信號(8MHz帶寬內(nèi))。該信號經(jīng)正交上變頻轉(zhuǎn)換為射頻信號(UHF和VHF頻段范圍內(nèi))。圖6-29數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)送端原理圖第6章數(shù)字電視標準6.4.1加擾

為了保證傳輸數(shù)據(jù)的隨機性以便于傳輸信號處理，輸入的數(shù)據(jù)碼流需要用擾碼器進行加擾。

擾碼是一個最大長度二進制偽隨機序列。該序列由圖6-30所示的線性反饋移位寄存器(LinearFeedbackShiftRegister，LFSR)生成。其生成多項式定義為

G(x)＝1+x14+x15(6-6)

該LFSR的初始相位定義為100101010000000。

輸入的比特碼流(來自輸入接口的數(shù)據(jù)字節(jié)的MSB在前)與PN序列進行逐位模2加后產(chǎn)生數(shù)據(jù)擾亂碼。擾碼器的移位寄存器在信號幀開始時復位到初始相位。

圖6-30是擾碼器的組成方框圖。第6章數(shù)字電視標準圖6-30擾碼器組成方框圖第6章數(shù)字電視標準6.4.2前向糾錯

擾碼后的比特流接著進行前向糾錯編碼。前向糾錯編碼由外碼(BCH碼)和內(nèi)碼(LDPC)級聯(lián)實現(xiàn)。

FEC碼的塊長為7488b，分為三種碼率。碼率1的編碼效率為0.4，信息比特為3008；碼率2的編碼效率為0.6，信息比特為4512；碼率3的編碼效率為0.8，信息比特為6016。

BCH(762，752)碼由BCH(1023，1013)系統(tǒng)碼縮短而成。在752b數(shù)據(jù)擾碼前添加261b0成為1013b，編碼成1023b(信息位在前)。然后去除前261b0，形成762bBCH碼字。

該BCH碼的生成多項式為

GBCH(x)＝1+x3+x10(6-7)

三種碼率的前向糾錯碼使用同樣的BCH碼。第6章數(shù)字電視標準

LDPC碼的生成矩陣Gqc的結(jié)構(gòu)如下式所示：

(6-8)

其中：I是b×b階單位矩陣，O是b×b階零陣，而Gi，j是b×b循環(huán)矩陣，取0≤i≤k－1，0≤j≤c－1。

第6章數(shù)字電視標準

BCH碼字按順序輸入LDPC編碼器時，最前面的比特是信息序列矢量的第一個元素。LDPC編碼器輸出的碼字信息位在后，校驗位在前。

LDPC碼由循環(huán)矩陣Gi，j生成。循環(huán)矩陣Gi，j內(nèi)的每一行都是上一行的向右循環(huán)移位一位，此方陣的第一行是此方陣的最后一行的向右循環(huán)移位一位；此方陣內(nèi)的每一列都是左一列的向下循環(huán)移位一位，并且第一列是最后一列的向下循環(huán)移位一位。若Gi，j的第一行記為gi，j＝(ub－1u