1、第6章 數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn) 6.1 ATSC標(biāo)準(zhǔn) 6.2 DVB標(biāo)準(zhǔn) 6.3 ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)6.4 ADTB方案 6.5 DMB-T方案 6.1 ATSC標(biāo)準(zhǔn) 6.1.1 ATSC系統(tǒng) 1. 系統(tǒng)組成 ATSC標(biāo)準(zhǔn)采用了ITU-R Tech Group 113模式(數(shù)字電視地面廣播模式)，由信源編碼和壓縮、業(yè)務(wù)復(fù)用和傳送、RF發(fā)送三個(gè)子系統(tǒng)組成， 如圖6-1所示。信源編碼與壓縮用來(lái)得到視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)流。輔助數(shù)據(jù)(Ancillary Data)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(fù)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(gè)數(shù)據(jù)流。RF發(fā)送也稱

2、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(hào)中恢復(fù)出原信號(hào)， 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。 圖6-1 ITU-R數(shù)字電視地面廣播模式 2. 基準(zhǔn)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， 以27 MHz時(shí)鐘為基礎(chǔ)(f27 MHz), 用來(lái)產(chǎn)生42 b的節(jié)目時(shí)鐘參考。 根據(jù)MPEG-2規(guī)定，這42 b分成33b的programclockreferencebase（節(jié)目時(shí)鐘參考基礎(chǔ)）和9 b的programclockreferenceextension（節(jié)目時(shí)鐘參考擴(kuò)展）兩部分

3、，用于在視頻和音頻編碼中產(chǎn)生時(shí)間表示印記PTS(Presentation Time Stamp)和解碼時(shí)間印記DTS(Decode Time Stamp)。圖6-2中，fa和fv分別是音頻和視頻時(shí)鐘，必須鎖定在27 MHz的頻率上。信道編碼部分傳送比特流頻率ftp和VSB符號(hào)頻率fsym必須鎖定，并有如下的關(guān)系： (6-1) 圖6-2 編碼設(shè)備方框圖 6.1.2 VSB調(diào)制 1. VSB調(diào)制過(guò)程 數(shù)字VSB調(diào)制方式輸出一種單載波幅度調(diào)制的、抑制載波的殘留邊帶信號(hào)。圖6-3是VSB調(diào)制方框圖，從傳送編碼輸入的TS流信息碼率是19.28 Mb/s，每個(gè)數(shù)據(jù)包（TS包）為188 B， 包含一個(gè)同步字

4、節(jié)和187 B數(shù)據(jù)，碼率是19.39 Mb/s（19.28188/187）。先進(jìn)行數(shù)據(jù)隨機(jī)化，其生成多項(xiàng)式為 G(x)x16+x13+x12+x11+x7+x6+x3+x+1 (6-2) 接著進(jìn)行FEC編碼（同步字節(jié)不進(jìn)行隨機(jī)化和前向糾錯(cuò)， 在復(fù)用時(shí)轉(zhuǎn)成段同步信號(hào)），采用t=10(207，187)RS編碼器， 其域生成多項(xiàng)式為 P(x)x8+x4+x3+x2+1 (6-3) 附加20 B糾錯(cuò)碼后，每個(gè)數(shù)據(jù)包變?yōu)?08 B，通過(guò)N=208、 M4、I52的卷積交織器交織后，再經(jīng)23網(wǎng)格編碼器輸出到復(fù)用器，與數(shù)據(jù)段同步和數(shù)據(jù)場(chǎng)同步復(fù)用。復(fù)用的輸出數(shù)據(jù)插入適當(dāng)?shù)膶?dǎo)頻(pilot frequency)

5、， 經(jīng)過(guò)均衡濾波器后和調(diào)制載頻相乘，再經(jīng)VSB濾波器輸出已調(diào)制的VSB信號(hào)。 圖6-3 VSB調(diào)制方框圖 2. 網(wǎng)格編碼器 ATSC中， TCM編碼器由干擾抑制濾波器預(yù)編碼器、格柵編碼器和8電平符號(hào)映射器3部分組成， 如圖6-4所示。 圖6-4 ATSC的網(wǎng)格編碼器 網(wǎng)格編碼器的輸入X2和X1是數(shù)據(jù)交織器輸出的串行數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換后的兩路并行數(shù)據(jù)流，每對(duì)X2 、X1代表一個(gè)符號(hào)， 有4種狀態(tài)。X2數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)預(yù)編碼器進(jìn)行梳狀濾波，延時(shí)器D使數(shù)據(jù)延時(shí)12個(gè)符號(hào)時(shí)間，輸出為Y2、Y1X1。X2、X1經(jīng)過(guò)有一定頻率響應(yīng)的一個(gè)數(shù)字濾波器后成為Y2、Y1，減弱了對(duì)同頻道NTSC信號(hào)的干擾。 在格柵編碼器中

6、，Z2Y2，Z1Y1。 Z2的值決定8電平符號(hào)映射器中輸出的8電平的正、負(fù)值。Y1經(jīng)過(guò)12編碼率的編碼器產(chǎn)生Z0。在符號(hào)映射器的表格中，可看到Z2Z1Z0與R的映射關(guān)系。原來(lái)X2X1的4電平狀態(tài)經(jīng)TCM后變成了Z2Z1Z0的8電平狀態(tài)。 對(duì)載波采用平衡調(diào)幅方式時(shí)，對(duì)于X2X1原來(lái)的4電平，已調(diào)制載波可有1，3，5和7共8種不同的振蕩波(不同的幅度和相位)。 TCM編碼后使一定幅度的調(diào)制載波的幅度分級(jí)數(shù)目加倍，級(jí)差減半，不影響已調(diào)波的信息速率和所需的信道帶寬。級(jí)差縮小的已調(diào)波受到雜波干擾后，造成接收端解碼誤差的可能性加大， 但在接收端TCM解碼中依靠信號(hào)具有的TCM編碼特性又加強(qiáng)了糾錯(cuò)能力， 所

7、以總效果還是使解碼差錯(cuò)降低。 預(yù)編碼器的作用是減弱對(duì)同頻道NTSC信號(hào)的干擾。 NTSC頻道6 MHz內(nèi)的圖像載波V、色度副載波C和聲音載波A之間的相對(duì)位置如圖6-5上部所示，V與頻道下端相距1.25MHz，C比V高出3.579 545 MHz，A比V高出4.5 MHz，A離頻道上端0.25 MHz。其中，fH為NTSC信號(hào)行頻。梳狀濾波器的頻率響應(yīng)如圖6-5下部所示，根據(jù)濾波器中D12符號(hào)1.115 ps的關(guān)系，可以計(jì)算出濾波器在6 MHz內(nèi)有7個(gè)波谷點(diǎn)，相鄰波谷點(diǎn)間隔為57fH10.762 MHz12896.85 kHz。 圖6-5 預(yù)編碼器的梳狀濾波 ATSC的載波D位置距離頻道下端約3

8、10 kHz，這是第一波谷點(diǎn)的所在。依次推算，第二波谷點(diǎn)近乎對(duì)準(zhǔn)V，第六波谷點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)C， 第七波谷點(diǎn)近乎于對(duì)準(zhǔn)A。 因此，加入預(yù)編碼后，ATSC信號(hào)在波谷點(diǎn)處沒(méi)有能量發(fā)射，不會(huì)干擾同頻道NTSC信號(hào)內(nèi)主要能量所在的V、C和A附近的信號(hào)成分。ATSC解碼器中有一個(gè)類似的梳狀濾波器(NTSC拒斥濾波器)，它能抑制來(lái)自同頻道NTSC信號(hào)中主要能量所在的V、C和A附近的信號(hào)成分。這樣，ATSC編碼器中的濾波器可抑制與ATSC信號(hào)干擾同頻道的NTSC信號(hào)， ATSC解碼器中的濾波器可防止ATSC接收機(jī)受到同頻道NTSC信號(hào)的干擾。按美國(guó)的計(jì)劃，在2006年之后要停止NTSC制電視廣播， 那時(shí)此類濾波器可不

9、再使用。 網(wǎng)格編碼器有助于抗隨機(jī)干擾，但抵抗脈沖干擾和突發(fā)誤碼性能并不好。為了改善這方面的性能，為了使接收端的網(wǎng)格解碼器電路簡(jiǎn)化，編碼器中采用了12個(gè)同樣的網(wǎng)格編碼器并行工作，它們接收經(jīng)過(guò)塊交織的、交織深度I12符號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)。圖6-6是網(wǎng)格編碼交織器的方框圖。圖中，每個(gè)TCM內(nèi)各包括預(yù)編碼器和網(wǎng)格編碼器，它們的輸出逐個(gè)接通8電平符號(hào)映射器。 圖6-6 網(wǎng)格編碼交織器的方框圖 這里實(shí)施的是段內(nèi)符號(hào)交織，使每段828個(gè)符號(hào)(0827)中的符號(hào)0，12，24，36作為第一組進(jìn)行格柵編碼，符號(hào)1， 13， 25， 37作為第二組， 符號(hào)2，14，26，38作為第三組， 依次類推，對(duì)12組符號(hào)分別進(jìn)行

10、格柵編碼。 對(duì)于每組符號(hào)組成的字節(jié)b7b0，高位比特(b7, b5, b3, b1)進(jìn)行預(yù)編碼，低位比特(b6, b4, b2, b0)進(jìn)行反饋卷積編碼。 3. VSB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) VSB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。數(shù)據(jù)幀(Data Frame)分成兩個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)(Data Field)，每場(chǎng)又有313個(gè)數(shù)據(jù)段(Segments)。每場(chǎng)第一個(gè)數(shù)據(jù)段是數(shù)據(jù)場(chǎng)同步(Data Field Sync)，其中包括用于接收機(jī)均衡的訓(xùn)練序列；其余312個(gè)數(shù)據(jù)段每段攜帶了相當(dāng)于TS包中187 B的信息和FEC編碼附加數(shù)據(jù)。交織使每段數(shù)據(jù)來(lái)自不同的TS包。每段共832個(gè)符號(hào)，前4個(gè)符號(hào)傳送數(shù)據(jù)段同步(Data Segmen

11、t Sync)，其余的828個(gè)符號(hào)相應(yīng)于傳送包187 B的信息加上20 B的FEC數(shù)據(jù)。采用23網(wǎng)格編碼，2 b將變成3 b。 8VSB調(diào)制恰好可以表示3 b 信息，相當(dāng)于2 b轉(zhuǎn)換為一個(gè)8VSB符號(hào)(8種電位：7，5，3，1 V)，或1 B轉(zhuǎn)換為4個(gè)8VSB符號(hào)，因此同步字節(jié)占4個(gè)符號(hào)位，187個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)加20 B糾錯(cuò)數(shù)據(jù)共207 B數(shù)據(jù)占828個(gè)符號(hào)位。 圖6-7 VSB數(shù)據(jù)幀 4. VSB頻譜 VSB在6 MHz帶寬內(nèi)的頻譜安排如圖6-8所示，在兩側(cè)各安排了形狀為均方根升余弦響應(yīng)的過(guò)渡段310 kHz，3 dB帶寬為6-0.62=5.38 MHz，可以支持的符號(hào)率為Sr=25.38=10

12、.76 MS/s。這樣，段速率fseg=Sr832= 12.93 kseg/s，幀速率為fframe=fseg626=20.67 frame/s。 圖6-8 VSB頻譜圖 6.1.3 18種掃描格式 表6-1 ATSC標(biāo)準(zhǔn)的18種掃描格式6.2 DVB標(biāo)準(zhǔn) DVB標(biāo)準(zhǔn)是以歐洲為主，世界上有200多個(gè)組織參加開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目。它以發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)有： (1) DVB-S：用于1112 GHz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38.1 Mb/s。 (2) DVB-C：用于8 MHz數(shù)字有線電視

13、系統(tǒng)，與DVB-S兼容， 傳輸層的數(shù)碼率最大為38.1 Mb/s。 (3) DVB-T：用于6 MHz、7 MHz、8 MHz地面數(shù)字電視系統(tǒng)，傳輸層的數(shù)碼率最大為24 Mb/s。 (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/RCTNIP： 用于交互電視回傳信道。 DVB基帶處

14、理部分主要包括視頻信號(hào)、音頻信號(hào)的壓縮處理方法，數(shù)碼流的組成等。DVB直接采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中的系統(tǒng)、視頻、音頻部分，用于形成DVB的基本流ES(Elementary Stream)和傳送流TS(Transport Stream)。 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)取值范圍， 為此在DVB中有專門的標(biāo)準(zhǔn)介紹使用MPEG-2的指南，定義了MPEG-2可以使用的語(yǔ)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SI(Service Information)， 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

15、定的數(shù)據(jù)。DVB在MPEG-2的節(jié)目特定信息PSI(Program Specific Information)基礎(chǔ)上，補(bǔ)充規(guī)定了一系列SI表格，并規(guī)定了一些表格的PID值。 6.2.1 DVB-S的信道編碼與調(diào)制 DVB-S是1994年12月由ETSI(European Telecommunications Standards Institute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì))制定的，標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為ETS 300 421。ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是ITU-R BO.1211。 我國(guó)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是GB/T17700-1999。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與上述兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的差異是： 我國(guó)將使用范圍擴(kuò)展到了C波段（

16、46 GHz）固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)中的相應(yīng)業(yè)務(wù)； DVB-S系統(tǒng)使用QPSK調(diào)制方式，不使用BPSK調(diào)制方式， 而我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要使用QPSK調(diào)制方式，但增加了在特定的條件下可使用BPSK調(diào)制方式。DVB-S系統(tǒng)定義了從MPEG-2復(fù)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6-9所示，左邊部分為MPEG-2信源編碼和復(fù)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。 圖6-9 DVB-S系統(tǒng)功能方框圖 1. 復(fù)用適配和能量擴(kuò)散 MPEG-2傳送復(fù)用器輸出的TS流是固定長(zhǎng)度（188 B）的數(shù)據(jù)包，其中第一個(gè)字節(jié)是同步字節(jié)Sync(47H)，

17、如圖6-10(a)所示。 在DVB-S中，將8個(gè)TS包組成一個(gè)包組，每個(gè)包組中第一個(gè)TS包的同步字節(jié)取47H的反碼B8H，其余7個(gè)同步字節(jié)仍為47H。 在數(shù)據(jù)隨機(jī)化時(shí)，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生成的多項(xiàng)式為式(4-4)。 在每個(gè)包組的Sync 1期間，PRBS發(fā)生器實(shí)現(xiàn)初始化，初始化值為100101010000000B，經(jīng)過(guò)1503字節(jié)后又重新初始化。 每個(gè)包組內(nèi)其余7個(gè)Sync期間PRBS發(fā)生器繼續(xù)工作，但使能信號(hào)無(wú)效，與門輸出為0，這些同步字節(jié)不被加擾。 當(dāng)無(wú)輸入比特流或者比特流不符合TS流格式時(shí), 擾碼處理仍然進(jìn)行，以避免調(diào)制器發(fā)射未經(jīng)調(diào)

18、制的單載波信號(hào)。 2. 外碼編碼、交織和成幀 外碼編碼是RS編碼。已隨機(jī)化的傳送包如圖6-10（b）所示。 用截短的RS(204，188，t8)生成一個(gè)誤碼保護(hù)數(shù)據(jù)包，如圖6-10(c)所示， 是在每188B后加入16 B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(jìn)行RS編碼處理。 RS(204，188，t8)是由原始的RS(255，239，t8)截短得到的，其生成多項(xiàng)式g(x)= (x+)(x+2)(x+16)（=02H）。 域生成多項(xiàng)式P(x)=x8+x4+x3+x2+1。編碼時(shí)在數(shù)據(jù)包204 B前要添加51個(gè)全“0”字節(jié)，產(chǎn)生RS碼后丟棄前面51個(gè)空字節(jié)，形成截

19、短的(204，188)RS碼。 圖6-10 幀結(jié)構(gòu) 3. 內(nèi)編碼、基帶成形和調(diào)制 圖6-11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(jiàn)4.5.3中介紹的收縮卷積碼)。 進(jìn)行調(diào)制之前，I支路、 Q支路信號(hào)要進(jìn)行基帶整形，整形濾波器為升余弦平方根濾波器，滾降系數(shù)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(jìn)行差分編碼的絕對(duì)映射。 信號(hào)空間的位映射圖如圖5-3所示。 圖6-11 DVB-S的內(nèi)編碼和調(diào)制方框圖 衛(wèi)星信號(hào)的頻帶寬（24 MHz），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(yuǎn)，易于受雨衰影響， 傳輸質(zhì)量不

20、夠高。為保證可靠接收，DVB-S采用了調(diào)制效率較低、抗干擾能力強(qiáng)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(lái)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12或23；而若希望可用比特率高時(shí)，編碼率可以是34或更大。 總之，DVB-S系統(tǒng)的參數(shù)選擇在內(nèi)碼編碼率上有較大的靈活性， 可適用于不同的衛(wèi)星系統(tǒng)和業(yè)務(wù)要求。 6.2.2 DVB-C的信道編碼與調(diào)制 DVB-C標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)是由ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì))于1994年12月制定的，標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為ETS 300 4

21、29。ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為ITU-TJ.83建議書(shū)。 我國(guó)制定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為有線數(shù)字電視廣播信道編碼和調(diào)制規(guī)范，編號(hào)為GYT170-2001。 DVB-C信道編碼層盡量與DVB-S的編碼相協(xié)調(diào)，這樣便于使衛(wèi)星傳送的多節(jié)目數(shù)字電視進(jìn)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(diǎn)包括： 傳輸信道的帶寬窄（8 MHz）； 信號(hào)電平高， 接收端最小輸入信號(hào)在100 mVp-p以上； 傳輸信道質(zhì)量好，光纜和電纜內(nèi)的信號(hào)不易受到外來(lái)干擾。因此，DVB-C系統(tǒng)對(duì)FEC處理的要求可降低， 其高頻調(diào)制效率(b(sHz)可提高。 圖6-12 DVB-C有線前端與接收的原理框圖 圖中發(fā)送端

22、的前4個(gè)方框與DVB-S是一樣的，但在卷積交織器后沒(méi)有級(jí)聯(lián)的卷積編碼，即只有外編碼而無(wú)內(nèi)編碼，因?yàn)橛芯€信道質(zhì)量較好， FEC不必做得復(fù)雜化。為提高調(diào)制效率， 采用的MQAM容許在16，32，64，128和256QAM中選擇，通常為64QAM。高質(zhì)量的光纜、電纜下可以采用128QAM甚至256QAM。為實(shí)現(xiàn)QAM調(diào)制，需將交織器的串行字節(jié)輸出變換成適當(dāng)?shù)膍位符號(hào)， 這就是字節(jié)到符號(hào)的映射。 1. 字節(jié)到符號(hào)的映射 不同M值的QAM調(diào)制，映射成的符號(hào)數(shù)不相同，在任何情況下，符號(hào)Z的MSB應(yīng)取字節(jié)V的MSB，該符號(hào)的下一個(gè)有效位應(yīng)取字節(jié)的下一個(gè)有效位。2mQAM調(diào)制的情況下，將字節(jié)映射到n個(gè)符號(hào)，8

23、k=nm。圖6-13是64QAM情況下字節(jié)到符號(hào)變換的示意圖， 這時(shí)m6，k3，n4。 圖6-13 64QAM時(shí)字節(jié)到m比特符號(hào)變換示意圖 64QAM調(diào)制時(shí)，每個(gè)符號(hào)為6 b，分成兩路，每路為3 b。 I軸和Q軸各自為3 b，構(gòu)成1，3，5，7的8電平，符號(hào)映射時(shí)將3 B變換成4符號(hào)。圖中，b0為每個(gè)字節(jié)或每個(gè)符號(hào)的最低有效位(LSB)，符號(hào)Z在符號(hào)Z+1之前傳輸。 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(gè)符號(hào)，即8k=nm，映射后的符號(hào)的最高兩比特要進(jìn)行差分編碼(Differential Code)。圖6-14 是字節(jié)到m比特符號(hào)變換、兩位MS

24、B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(dá)式給出： 圖6-14 字節(jié)到m比特符號(hào)變換、兩位MSB差分編碼示意圖 接著進(jìn)入具有均方根升余弦滾降特性(滾降系數(shù)=0.15)的濾波器進(jìn)行基帶整形，然后與其它符號(hào)位一起進(jìn)入QAM調(diào)制器完成信號(hào)調(diào)制。因此，DVB-C的調(diào)制實(shí)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(hào)的較低位從第1象限旋轉(zhuǎn)/2到第2象限、從第2象限旋轉(zhuǎn)/2到第3象限、從第3象限旋轉(zhuǎn)/2到第4象限，完成整個(gè)星座的映射。圖6-15圖6-19分別是16QAM、32QAM、6

25、4QAM、 128QAM、256QAM星座圖。 圖6-15 16QAM星座圖 圖6-16 32QAM星座圖 圖6-17 64QAM星座圖 圖6-18 128QAM星座圖 圖6-19 256QAM星座圖 6.2.3 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(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì))制定的， 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為ETS 300 744。DVB-T的信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)方框圖如圖6-20所示。圖中前4個(gè)方框與DVB-S是相同的，信道編碼也采用RS（204，188，t8）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(R1278)。 圖6-20 DVB-T信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)方框圖 1.

26、 內(nèi)交織 DVB-T中的高頻載波采用COFDM調(diào)制方式，在8 MHz射頻帶寬內(nèi)設(shè)置1705(2k模式)或6817(8k模式)個(gè)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(duì)每個(gè)載波進(jìn)行QPSK，16QAM或64QAM調(diào)制。為提高COFDM信號(hào)接收解調(diào)時(shí)維特比(Viterbi)解碼器對(duì)突發(fā)誤碼的糾錯(cuò)能力，DVB-T對(duì)卷積編碼后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行了內(nèi)交織，它包括比特交織和符號(hào)交織兩個(gè)步驟，不同的調(diào)制方式(QPSK，16QAM，64QAM等)有不同的交織模式。 圖6-21是在QPSK，16QAM和64QAM三種調(diào)制模式下，收縮卷積碼經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)據(jù)流輸入x0, x1處理成

27、輸出調(diào)制符號(hào)的映射過(guò)程。圖中的串并轉(zhuǎn)換器在QPSK， 16QAM和64QAM三種模式中將數(shù)據(jù)流分別變成并行的2，4， 6路比特流。在16QAM時(shí)，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(jìn)入四個(gè)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。 圖6-21 在QPSK，16QAM和64QAM三種調(diào)制模式下的內(nèi)交織示意圖 這里，對(duì)不同的交織器I0，I1，定義了不同的交織模式。 DVB-T中對(duì)交織規(guī)律作了較詳細(xì)的規(guī)定。比特交織后的符號(hào)串在符號(hào)交織器中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)符

28、號(hào)交織。根據(jù)2k模式(除導(dǎo)頻信號(hào)外的有效載波數(shù)1512=12126)或8k模式(有效載波數(shù)604848126個(gè))的COFDM調(diào)制，可將12個(gè)或48個(gè)符號(hào)組（每組126符號(hào)）順序進(jìn)行交織。 內(nèi)交織的作用相當(dāng)于被調(diào)制載波的頻率交織， 而外交織相當(dāng)于時(shí)間交織。 2. 映射和星座圖 COFDM調(diào)制中，由每個(gè)符號(hào)對(duì)各個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制， QPSK調(diào)制時(shí)符號(hào)為2 b，16QAM調(diào)制時(shí)符號(hào)為4 b，64QAM調(diào)制時(shí)符號(hào)為6 b。 圖6-22(a)所示的是QPSK調(diào)制時(shí)，2 b的符號(hào)y0, A, y1, A應(yīng)用格雷碼映射成的4點(diǎn)星座圖，圖(b)和圖(c)的16QAM和64QAM星座圖可以類推。 3. 插入保護(hù)間隙

29、和導(dǎo)頻 地面數(shù)字電視的傳輸頻譜很寬，而實(shí)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f，因而會(huì)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(gè)符號(hào)的尾部拖延到后一個(gè)符號(hào)的前部，解決的辦法是在每個(gè)符號(hào)之前設(shè)置保護(hù)間隙Tg，在接收機(jī)中對(duì)每個(gè)符號(hào)開(kāi)始的Tg時(shí)間內(nèi)的信號(hào)不予考慮， 以此來(lái)消除多徑延時(shí)小于Tg的碼間干擾。保護(hù)間隙的插入使頻譜利用率略有下降。 OFDM是由N個(gè)頻率的已調(diào)制載波綜合成的信號(hào)。在2k模式中N1705，在8k模式中N6817。68個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成一個(gè)OFDM幀，它們分別受到2、 4或6比特符號(hào)進(jìn)行的QPSK、 16QAM或64QAM調(diào)制。由序列號(hào)為067的O

30、FDM符號(hào)構(gòu)成一個(gè)OFDM幀， 由4個(gè)OFDM幀構(gòu)成一個(gè)超幀。每個(gè)OFDM符號(hào)中有一些載波不用于數(shù)據(jù)傳輸而用于連續(xù)導(dǎo)頻、 散布導(dǎo)頻和TPS（Transmission Parameter Signaling，傳輸參數(shù)信令）信號(hào)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。 OFDM中對(duì)每個(gè)載波的調(diào)制都是抑制載波的。接收端解調(diào)時(shí)是需要基準(zhǔn)信號(hào)的，這些基準(zhǔn)信號(hào)稱為導(dǎo)頻信號(hào)，它們?cè)贠FDM符號(hào)內(nèi)分布于不同的時(shí)間和頻率上，具有已知的幅度和相位。導(dǎo)頻分為連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻。連續(xù)導(dǎo)頻以恒定數(shù)量分布于OFDM符號(hào)內(nèi)，在2k模式的1705個(gè)載波中安排了45個(gè)連續(xù)導(dǎo)頻載波，在8k模式的6817個(gè)載波中安排了

31、177個(gè)連續(xù)導(dǎo)頻載波，它們?cè)诿總€(gè)符號(hào)中的具體載波位置是隨機(jī)的，但在各符號(hào)間的相應(yīng)安排位置是一樣的，且接收端已知其規(guī)律。連續(xù)導(dǎo)頻的作用是向接收端提供同步和相位誤差估值信息。在每12個(gè)載波中第12個(gè)為散布導(dǎo)頻，逐個(gè)OFDM符號(hào)依此類推下去， 直至一幀結(jié)束。在一些載波位置上，連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻是重合的。 散布導(dǎo)頻的作用是提供頻率選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落和干擾的動(dòng)態(tài)變化情況等關(guān)于信道特性的信息，以便接收端及時(shí)地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信道均衡。 接收機(jī)利用連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻能快速同步和正確解調(diào)， 但用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d波數(shù)目減少很多，載波使用效率下降。 2k模式中實(shí)際有用的載波為1512個(gè)，8k模式中的有用載波為604

32、8個(gè)， 載波使用效率均為88.7。 圖6-22 QPSK、 16QAM、 64QAM星座圖(a) QPSK； (b) 16QAM；圖6-22 QPSK、 16QAM、 64QAM星座圖(c) 64QAM 4. COFDM信號(hào)的形成 N路信號(hào)組成的N維復(fù)矢量要進(jìn)行IFFT， 對(duì)IFFT輸出的復(fù)矢量的實(shí)部和虛部要分別進(jìn)行并串變換、DA轉(zhuǎn)換和低通濾波。隨后對(duì)虛部信號(hào)和實(shí)部信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制， 即分別乘以cost和-sint后再相加，在所規(guī)定的中頻頻帶上形成COFDM信號(hào)。這里的COFDM信號(hào)是以復(fù)信號(hào)的形式傳輸?shù)摹?正交調(diào)制后的信號(hào)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(jī)中對(duì)COFDM

33、信號(hào)的解調(diào)按與上述調(diào)制過(guò)程相反的順序進(jìn)行。 6.2.4 DVB設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn) 1. ASI(Asynchronous Serial Interface, 異步串行接口) ASI采用270 Mbs的固定連接速率，適用于電纜傳輸和光纜傳輸。在用于電纜傳輸時(shí)，采用BNC連接器。 圖6-23（a）所示為一個(gè)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(jìn)行8B10B編碼，每字節(jié)編碼成為10 b。 在ITU-T J.83中對(duì)編碼作了詳細(xì)規(guī)定。 這些10 b碼字的游程長(zhǎng)度等于或小于4 b且直流偏置最小，這些碼字在并/串變換器變換為固定的270 Mbs輸出碼率。若輸入數(shù)據(jù)不足，可以插入同步字節(jié)填充。 2

34、70 Mbs的串行碼經(jīng)過(guò)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(guò)程，比較特別的是有一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)環(huán)節(jié)，用于從比特流中恢復(fù)出270 MHz的時(shí)鐘。 圖6-23（b）為使用光纜的ASI。 圖6-23 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 已恢復(fù)的串行數(shù)據(jù)經(jīng)8B10B解碼器變換回原始的字節(jié)。 為保證字節(jié)對(duì)齊，解碼器要首先搜索同步字，該同步字的碼型在10 b碼字中是惟一的， 與所有可能的由8B10B編碼器產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)字節(jié)均不同。一旦搜索到該同步字，即為隨后接收的數(shù)據(jù)字標(biāo)定了邊界，從而建立了解碼輸出字節(jié)的正確的字節(jié)排列。 2. SPI(Syn

35、chronous Parallel Interface, 同步并行口) SPI是以ITU-R BT656-2為基礎(chǔ)制定的， 用于較短距離的信號(hào)連接。接口連接器采用25針D型超小型連接器，提供11對(duì)信號(hào)線和3條地線， 信號(hào)采用低電壓差分信號(hào)(LVDS)電平。信號(hào)線是平衡的，每個(gè)信號(hào)有A、B兩條線。11對(duì)信號(hào)線中有8對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)(Data0Data7)， 1對(duì)時(shí)鐘信號(hào)(Clock)，1對(duì)包同步信號(hào)(P sync)和1對(duì)數(shù)據(jù)有效信號(hào)(D valid)。其中，包同步信號(hào)標(biāo)志一個(gè)包的開(kāi)始，對(duì)應(yīng)于包同步字節(jié)； 數(shù)據(jù)有效信號(hào)標(biāo)志當(dāng)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(shí)鐘信號(hào)頻率fp取決于數(shù)據(jù)流的

36、速率，也與包的傳送格式有關(guān)。傳送格式1的包長(zhǎng)為188 B；傳送格式2的包長(zhǎng)為204 B， 包含188 B有效數(shù)據(jù)和16 B無(wú)效位；傳送格式3的包長(zhǎng)為204 B，經(jīng)過(guò)RS編碼后204 B全部有效。傳送格式1時(shí)，fp= f u/8；傳送格式2或3時(shí)， fp=204fu/(1888)。fu為對(duì)應(yīng)于TS速率的頻率，如TS速率為8 Mb/s, 則fu=8 MHz。 表6-2 SPI的25針D型超小型連接器針腳分配表 3. SSI(Synchronous Serial Interface, 同步串行口) SSI可以看作是做了并/串轉(zhuǎn)換的SPI的擴(kuò)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

37、纜。采用電纜傳輸時(shí)采用BNC連接器。 線路編碼采用雙相標(biāo)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(diǎn)上；對(duì)于邏輯“1”， 在比特的中點(diǎn)上還有一次跳變發(fā)生； 對(duì)于邏輯“0”， 在比特的中點(diǎn)上無(wú)跳變發(fā)生。 6.3 ISDB-T標(biāo)準(zhǔn) 6.3.1 頻寬分段傳輸 日本ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)采用頻寬分段傳輸正交頻分復(fù)用調(diào)制方式(Bandwidth Segmented Transmission， OFDM)， 可以在6 MHz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(biāo)準(zhǔn)將整個(gè)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(DQ

38、PSK、 QPSK、16QAM、 64QAM)和內(nèi)編碼的編碼率(code rate)(12、 23、 34、 56、 78)。 這些參數(shù)對(duì)每個(gè)OFDM段可以獨(dú)立選擇。 ISDB-T的模擬帶寬有5.6 MHz(寬帶ISDB-T)和430 kHz (窄帶ISDB-T)兩種選擇。寬帶ISDB-T由13個(gè)OFDM段組成，可以分層傳輸。 也就是說(shuō)，各個(gè)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(jī)的需要。 窄帶ISDB-T僅由一個(gè)OFDM段構(gòu)成， 適合語(yǔ)音和數(shù)據(jù)廣播。寬帶接收機(jī)可以接收窄帶信號(hào)，窄帶接收機(jī)可以接收寬帶信號(hào)的中心頻率段。 一個(gè)OFDM段幀由108個(gè)載波和204個(gè)符號(hào)構(gòu)成。 按載

39、波調(diào)制方式分，OFDM段可以分成兩類：一類為差分調(diào)制(DQPSK)， 另一類為連續(xù)調(diào)制(QPSK，16QAM，64QAM)。每個(gè)OFDM段除了具有數(shù)據(jù)載波外，同時(shí)還有一些特別的符號(hào)或載波，其中包括SP(分散導(dǎo)頻)、 CP(連續(xù)導(dǎo)頻)、 TMCC(傳輸和復(fù)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(jì)， TMCC用于傳送載波調(diào)制方式和內(nèi)編碼的編碼率。 6.3.2 高強(qiáng)度時(shí)間交織適應(yīng)移動(dòng)接收 為實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視地面移動(dòng)接收，ISDB-T采用了高強(qiáng)度時(shí)間交織，最大限度地緩沖突發(fā)誤碼對(duì)系統(tǒng)的沖擊。 地面移動(dòng)信道的動(dòng)態(tài)多徑造成的誤碼

40、具有強(qiáng)突發(fā)性質(zhì)，誤碼持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于脈沖干擾引起的突發(fā)誤碼。系統(tǒng)糾錯(cuò)體系難以對(duì)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(duì)付這種突發(fā)誤碼的最好方法是采用時(shí)域數(shù)據(jù)交織技術(shù)將誤碼沿時(shí)間軸離散化，以均衡誤碼的沖擊能量。 圖6-24 ISDB-T系統(tǒng)內(nèi)層方框圖 6.4 ADTB方案 6.4.1 ADTB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù) 1. 我國(guó)的室內(nèi)接收環(huán)境優(yōu)于美國(guó) 美國(guó)的山脈由北向南，密西西比河也由北向南， 北方的寒流到來(lái)時(shí)， 一天內(nèi)可以縱貫北美大陸。氣候相對(duì)干燥。在住房方面，美國(guó)地廣人稀， 住房一般不超過(guò)三層。 房屋一般是木質(zhì)結(jié)構(gòu)， 最外層是厚度達(dá)12 mm的鋁皮， 墻內(nèi)有玻璃纖維隔熱， 玻璃纖維的底層往往是一

41、層對(duì)內(nèi)全反射、對(duì)外漫反射的鋁箔。 這樣，室內(nèi)在被熱屏蔽的同時(shí)也被電磁屏蔽，電視信號(hào)嚴(yán)重衰減，室內(nèi)接收到的信號(hào)十分微弱。由于房屋一般是方形結(jié)構(gòu)， 室內(nèi)信號(hào)在墻之間反射，形成駐波，造成強(qiáng)的、近的多徑信號(hào)， 并在室內(nèi)形成多個(gè)波谷點(diǎn)，使本來(lái)已經(jīng)微弱的信號(hào)在波谷點(diǎn)被進(jìn)一步衰減， 室內(nèi)接收效果極差。 我國(guó)的主要山脈由西至東， 長(zhǎng)江、 黃河也由西至東， 北方的寒流到來(lái)時(shí)被山脈阻擋，形成梅雨季節(jié)，氣候相對(duì)潮濕。 我國(guó)住房一般超過(guò)三層， 主要是磚結(jié)構(gòu)。 磚的反射系數(shù)和吸收系數(shù)遠(yuǎn)小于鋁。信號(hào)既不會(huì)被大幅衰減，也不會(huì)在室內(nèi)形成駐波。因此，我國(guó)沒(méi)有美國(guó)室內(nèi)接收的惡劣環(huán)境， 相同發(fā)射功率時(shí)接收到的信號(hào)功率會(huì)強(qiáng)很多。 2

42、. 我國(guó)城市環(huán)境中存在較嚴(yán)重的沖擊噪聲和多徑反射 美國(guó)的電視發(fā)射天線一般都位于市區(qū)中心的高層建筑頂上， 不同的電視臺(tái)可能還利用不同的地點(diǎn)發(fā)射。 而我國(guó)的電視發(fā)射天線一般都位于市郊的山上， 常常只有一個(gè)集中發(fā)射點(diǎn)。 我國(guó)大城市樓群的數(shù)量較多且分布相對(duì)分散，樓內(nèi)的住戶密度較高。 這些特點(diǎn)造成我國(guó)城市的多徑反射的強(qiáng)度和延遲情況較美國(guó)嚴(yán)重。另外，我國(guó)城建的多頭管理和工程施工質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，造成我國(guó)電視無(wú)線和有線廣播環(huán)境中存在較嚴(yán)重的沖擊噪聲和多徑反射。 3. 單載波和多載波調(diào)制不是系統(tǒng)性能好壞的決定因素 以美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)為代表的單載波調(diào)制方式與以歐洲D(zhuǎn)VB-T標(biāo)準(zhǔn)為代表的多載波調(diào)制方式的性能之爭(zhēng)由

43、來(lái)已久。國(guó)際組織的多次比較測(cè)試結(jié)果表明，除了ATSC標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有包含移動(dòng)接收模式而無(wú)法判斷其移動(dòng)性能外，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在室內(nèi)、室外接收效果相差不大。根據(jù)MSTV（Maximum Service Television）和NAB（National Association of Broadcasters）在美國(guó)華盛頓、 巴爾的摩和克利夫蘭于2000年的測(cè)試結(jié)果可知，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)、 室外接收效果都明顯優(yōu)于歐洲標(biāo)準(zhǔn)。 加拿大CRC（Communications Research Centre）在2000年和2001年的測(cè)試中也得出了同樣的結(jié)論。這些試驗(yàn)的另一重要結(jié)論是， 即使美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試機(jī)性能優(yōu)于歐洲標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)

44、試機(jī)性能， 其接收性能(特別是室內(nèi)接收)也不能滿足數(shù)字電視地面廣播需求。也就是說(shuō)， 現(xiàn)有國(guó)外的單載波和多載波系統(tǒng)都需要進(jìn)一步改進(jìn)。 4. 多普勒頻率不是系統(tǒng)移動(dòng)接收性能的決定因素 在移動(dòng)接收時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能造成影響的決定性因素并不是多普勒(Doppler)頻率，而是信號(hào)幅度的變化，即柵欄效應(yīng)。 在移動(dòng)接收時(shí)，信號(hào)時(shí)而可以直達(dá)， 時(shí)而被擋住，接收到信號(hào)的幅度變化速度與程度是系統(tǒng)穩(wěn)定工作與否的決定因素。 5. 接收機(jī)的三個(gè)關(guān)鍵部件 (1) 調(diào)諧器是數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的物理瓶頸。 (2) 信號(hào)處理是數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的核心。 (3) 信息處理必須與信號(hào)處理相結(jié)合。 6.4.2 ADTB系統(tǒng) 1.

45、系統(tǒng)框圖 圖6-25是地面廣播模式的系統(tǒng)框圖。來(lái)自于固定接收、移動(dòng)接收和數(shù)據(jù)服務(wù)的碼流分別進(jìn)入各自的緩沖器。3路碼流分別經(jīng)獨(dú)立的擾碼、外碼編碼(RS編碼)、 交織、 內(nèi)碼編碼后， 根據(jù)系統(tǒng)控制單元以時(shí)分的形式混合成一路，再經(jīng)同步信號(hào)插入、導(dǎo)頻插入、OQAM調(diào)制后形成基帶信號(hào)，基帶信號(hào)經(jīng)上變換器調(diào)制到中頻。 圖6-25 地面廣播模式的系統(tǒng)方框圖 圖6-26是電纜模式的系統(tǒng)框圖。輸入碼流經(jīng)擾碼、外碼編碼(RS編碼)、交織后，再經(jīng)同步信號(hào)插入、導(dǎo)頻插入、 OQAM調(diào)制后形成基帶信號(hào)，基帶信號(hào)經(jīng)上變換器調(diào)制到中頻。 電纜模式有256OQAM， 64OQAM和16OQAM三種， 但是每一頻道中僅傳輸其中

46、一種， 即在電纜上沒(méi)有混合傳輸模式。 圖6-26 電纜模式的系統(tǒng)方框圖 2. 信道編碼 ADTB系統(tǒng)的傳輸方案具有段、場(chǎng)、幀結(jié)構(gòu)，分別由段同步、 場(chǎng)同步和幀同步指示。 段同步指示每一段的開(kāi)始，場(chǎng)同步指示每一場(chǎng)的開(kāi)始， 幀同步指示每一(業(yè)務(wù))幀的開(kāi)始。場(chǎng)同步和幀同步信號(hào)包含有系統(tǒng)信息。 輸入碼流首先經(jīng)擾碼處理獲得平坦的頻譜，處理后的數(shù)據(jù)由t=10的RS編碼器完成外碼編碼。編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)入卷積交織器。卷積交織后的輸出在地面廣播模式下進(jìn)入內(nèi)碼編碼，在電纜模式下直接進(jìn)入同步插入。含有同步信號(hào)的數(shù)據(jù)經(jīng)導(dǎo)頻插入， OQAM調(diào)制后形成基帶信號(hào)。 3. 系統(tǒng)信息 系統(tǒng)信息包括傳輸模式、復(fù)位信息等，它通過(guò)32倍

47、擴(kuò)展頻譜處理后通過(guò)場(chǎng)同步和幀同步發(fā)送。 4. 混合傳輸模式 ADTB系統(tǒng)的地面廣播支持混合傳輸模式。在混合傳輸模式下，來(lái)自于固定接收、移動(dòng)接收和數(shù)據(jù)服務(wù)的碼流分別經(jīng)過(guò)獨(dú)立的信道編碼和插入系統(tǒng)信息后，以時(shí)分復(fù)用的方式混合發(fā)送。 混合比例可以通過(guò)控制單元?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)。 在地面廣播模式下，在單一傳輸模式時(shí)，在每一個(gè)8 MHz頻道內(nèi)，固定傳輸模式可以傳輸25 Mbs的數(shù)據(jù)，移動(dòng)傳輸模式可以傳輸12.5 Mbs的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸模式可以傳輸6.3 Mbs的數(shù)據(jù)。 在地面廣播模式下，在混合傳輸模式時(shí)，在每一個(gè)8 MHz頻道內(nèi)，以111為例，可以同時(shí)以固定傳輸模式傳輸15 Mbs的數(shù)據(jù)用于一路HDTV節(jié)目，并以移

48、動(dòng)傳輸模式傳輸4 Mbs的數(shù)據(jù)用于一路SDTV節(jié)目， 還可以數(shù)據(jù)傳輸模式傳輸512 kb/s的數(shù)據(jù)。 在電纜模式下，在每一個(gè)8 MHz頻道內(nèi)，256 OQAM模式可以傳輸50 Mb/s的數(shù)據(jù)， 64 OQAM模式可以傳輸38 Mb/s的數(shù)據(jù)，16 OQAM模式可以傳輸25 Mb/s的數(shù)據(jù)。電纜模式不包含混合傳輸。 5. OQAM調(diào)制 I和Q信號(hào)以圖6-27所示的方式形成。奇點(diǎn)符號(hào)構(gòu)成I通道，并以7.14 MHz為間隔；偶點(diǎn)符號(hào)構(gòu)成Q通道，并以7.14 MHz為間隔；I通道信號(hào)與Q通道信號(hào)以14.28 MHz為間隔。 圖6-27 I、Q信號(hào)的形成 圖6-28是OQAM調(diào)制框圖。I、Q信號(hào)的形成也

49、可以理解為將輸入符號(hào)乘以+1，0， -1，0的序列以形成I通道信號(hào)， 將輸入符號(hào)乘以0， +1， 0， -1的序列以形成Q通道信號(hào)。 圖6-28 OQAM調(diào)制框圖 6. 基帶頻譜 圖6-29是OQAM信號(hào)的基帶頻譜。該頻譜寬8 MHz， 有效帶寬7.14 MHz，信道濾波器為12的RRC濾波器。上下邊帶分別為0.43 MHz，占有效帶寬的12。 在上下邊帶的中心各有一個(gè)0.15 dB的導(dǎo)頻信號(hào)。 圖6-29 OQAM信號(hào)的基帶頻譜 6.4.3 ADTB系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)適合中國(guó)國(guó)情 2. 靈活的服務(wù)方式 3. 能與模擬電視很好地兼容 4. 高的帶寬使用效率和數(shù)據(jù)率 5. 時(shí)鐘恢復(fù)和載波恢復(fù)迅速可靠 6

50、. 優(yōu)良的移動(dòng)接收便攜接收性能 7. 同步快、 延遲短、 噪聲影響小 8. 系統(tǒng)信息保護(hù)好 9. 與其它制式的兼容性好 10. 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 6.5 DMB-T方案 6.5.1 DMB-T系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù) DMB-T系統(tǒng)是根據(jù)中國(guó)政府主管部門對(duì)數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)與服務(wù)提出的下列需求而設(shè)計(jì)的： 提供包括HDTV在內(nèi)的多媒體廣播和綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)； 支持固定、 便攜、 移動(dòng)等接收設(shè)備； 高度靈活的頻率規(guī)劃和廣播覆蓋區(qū)域。 根據(jù)中國(guó)地面廣播電視的具體情況，將上述業(yè)務(wù)與服務(wù)需求歸納為下面關(guān)于地面數(shù)字多媒體電視廣播傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求： (1) 射頻信道范圍與現(xiàn)有模擬電視廣播兼容。 (2) 基帶頻率帶寬為8 MH

51、z。 (3) 移動(dòng)接收機(jī)的時(shí)速小于130 kmh。 (4) 單發(fā)射機(jī)覆蓋范圍的半徑小于75 km。 (5) 適用地區(qū)為都市、 郊區(qū)、 城鎮(zhèn)、 鄉(xiāng)村。 (6) 適用地貌為平原、 丘陵、 海濱、 湖畔。 (7) 使用環(huán)境為室內(nèi)、 室外、 車載、 便攜。 通過(guò)理論分析， 可以得出地面數(shù)字多媒體電視廣播傳輸系統(tǒng)的信道特征如下： (1) 頻率選擇性： 時(shí)延分布(Delay Spread)約為50 s。 (2) 時(shí)間選擇性： 多普勒分布(Doppler Spread)約為100 Hz。 (3) 信道模型：廣義平穩(wěn)并非相關(guān)散射(WSSUS)的多徑信道。 (4) 噪聲干擾模型： 加性高斯白噪聲(AWGN)、

52、脈沖式干擾、 單頻干擾等。 針對(duì)上述信道特征，DMB-T傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是將數(shù)據(jù)檢測(cè)與信道估計(jì)分別對(duì)待，以獲得最佳接收效果。對(duì)于數(shù)據(jù)檢測(cè)， DMB-T傳輸系統(tǒng)采用了頻譜效率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、適用于寬帶信號(hào)傳輸?shù)腛FDM調(diào)制方式。對(duì)于信道估計(jì)，DMB-T傳輸系統(tǒng)在時(shí)域里采用了已知的周期偽隨機(jī)PN(Pseudorandom Number)序列作為參考信號(hào)。 與現(xiàn)有的數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)相比，DMB-T是一種將時(shí)域信號(hào)處理和頻域信號(hào)處理相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)， 可以同時(shí)發(fā)揮數(shù)字信號(hào)處理在時(shí)域和頻域的特點(diǎn)。 表6-3 幾種數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的特點(diǎn) 6.5.2 DMB-T系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu) 1. 信號(hào)幀 通

53、常的OFDM信號(hào)幀由前置保護(hù)間隔和IDFT幀體組成，如圖6-30（a）所示。保護(hù)間隔通常是幀體的循環(huán)前綴或?yàn)槿?比特。在接收端首先去除保護(hù)間隔， 再進(jìn)行DFT變換以恢復(fù)數(shù)據(jù)。 在歐洲和日本標(biāo)準(zhǔn)中，需要在IDFT幀體內(nèi)插入約10的已知導(dǎo)頻， 用于在接收端通過(guò)頻域處理的方法獲得可靠的系統(tǒng)同步。 這種方式降低了有用數(shù)據(jù)的傳輸效率。 圖6-30 兩種OFDM信號(hào)幀結(jié)構(gòu)比較(a) 通常的OFDM信號(hào)幀結(jié)構(gòu)； (b) DMB-T中的OFDM信號(hào)幀結(jié)構(gòu) DMB-T中的OFDM信號(hào)幀結(jié)構(gòu)中，保護(hù)間隔被一段偽隨機(jī)碼幀頭取代，如圖6-30（b）所示。而IDFT幀體中沒(méi)有插入任何導(dǎo)頻。PN頭既可作為訓(xùn)練序列用于同步

54、和信道估計(jì)，又在客觀上起到了保護(hù)間隔的作用。對(duì)接收端來(lái)說(shuō)，由于PN碼幀頭是已知序列， 因此可通過(guò)時(shí)域信號(hào)處理算法將PN頭與幀體分開(kāi)并獲得系統(tǒng)同步。 這種用時(shí)域處理而不是頻域處理方法完成同步的技術(shù)稱為時(shí)域同步正交頻分復(fù)用調(diào)制， 是DMB-T協(xié)議的核心。 DMB-T的PN碼幀頭結(jié)構(gòu)如圖6-31所示。它包含前同步緩沖、 PN序列和后同步緩沖三個(gè)部分。 前同步緩沖和后同步緩沖是PN序列的循環(huán)延拓，起保護(hù)作用。DMB-T的每一幀采用不同的PN頭作為幀標(biāo)志，在發(fā)射端對(duì)PN頭采用BPSK調(diào)制以獲得可靠的傳輸效果。在接收端則通過(guò)同樣的PN序列產(chǎn)生器來(lái)產(chǎn)生本地PN序列，并與接收信號(hào)的PN碼幀頭進(jìn)行時(shí)域相關(guān)運(yùn)算，

55、從而完成幀同步、頻率同步、時(shí)間同步、信道傳輸特性估計(jì)和相位噪聲跟蹤等一系列同步計(jì)算。 圖6-31 PN碼幀頭結(jié)構(gòu) DMB-T的IDFT幀體中包含3744個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)。同時(shí)， 傳輸參數(shù)信令TPS(Transmission Parameter Signaling)也需要嵌入在OFDM幀中， 用以傳送系統(tǒng)配置信息，如幀群ID號(hào)，調(diào)制星座圖和分級(jí)方法， 內(nèi)外碼和交織模式等。 TPS由72 b組成， 并用QPSK方式調(diào)制為36個(gè)符號(hào)。這樣, IDFT塊中總的調(diào)制符號(hào)數(shù)， 也即OFDM的子載波數(shù)為3744+36=3780。在每個(gè)子載波上使用MQAM調(diào)制并結(jié)合糾錯(cuò)編碼，調(diào)制方式的選擇為支持分層傳輸，可以是

56、QPSK，16QAM非均勻16QAM或64QAM非均勻64QAM符號(hào)星座圖。 2. 幀群、 超幀和日幀 DMB-T傳輸系統(tǒng)的幀群是由一個(gè)控制幀和隨后的252個(gè)信號(hào)幀構(gòu)成的。 幀群中的第一個(gè)信號(hào)幀被定義為幀群頭(控制幀)， 用于傳輸控制該幀群的信令。 幀群中的每一個(gè)信號(hào)幀有惟一的幀號(hào)，它被編碼在幀頭的PN序列中。 每個(gè)幀群的持續(xù)時(shí)間為139.15 ms。 每個(gè)幀群由一個(gè)9 b的幀群號(hào)標(biāo)識(shí)，幀群號(hào)被編碼在信號(hào)幀的傳輸參數(shù)信令(TPS)中。TPS在幀群中每個(gè)信號(hào)幀中重復(fù)，只在新的幀群開(kāi)始時(shí)才能改變。 DMB-T系統(tǒng)的超幀包含512個(gè)幀群。超幀中每個(gè)幀群由其幀群號(hào)惟一識(shí)別。超幀的第一個(gè)幀群編號(hào)為0，最

57、后一個(gè)幀群編號(hào)為511。 每個(gè)超幀的持續(xù)時(shí)間為71.2448 s。 DMB-T系統(tǒng)的日幀是由1213個(gè)超幀組成，并以一個(gè)自然日為周期進(jìn)行周期性重復(fù)。在北京時(shí)間000 am或其它選定的參考時(shí)間， DMB-T傳輸系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)被復(fù)位并開(kāi)始一個(gè)新的日幀。 每個(gè)日幀的最后一個(gè)超幀是不完整的。 3. 信號(hào)幀的參數(shù)選擇 在OFDM信號(hào)幀的各項(xiàng)參數(shù)中，子載波數(shù)量的選擇是最重要的。DVB-T的OFDM子載波數(shù)k=1705(2k模式)或k=6817(8k模式)，不能進(jìn)行因數(shù)分解或分解后基數(shù)很大，難以直接采用FFT算法。為了提高傳輸效率，DVB-T系統(tǒng)在補(bǔ)零后采用了2的整數(shù)次冪的FFT運(yùn)算，因此降低了運(yùn)算效率。如8

58、k模式下，用8192個(gè)點(diǎn)的FFT來(lái)對(duì)6817個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算， 其效率僅為83。 采用補(bǔ)零方式后，F(xiàn)FT運(yùn)算的速度就必然要高于數(shù)據(jù)速率， 特別是在解調(diào)端，F(xiàn)FT速率不等于奈奎斯特速率， 結(jié)果必然是要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的內(nèi)插運(yùn)算方能完成解調(diào)。日本標(biāo)準(zhǔn)也存在同樣的問(wèn)題。 DMB-T的幀參數(shù)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，避免了這一問(wèn)題。 DMB-T中的正交頻分復(fù)用調(diào)制子載波數(shù)的選取是從以下幾個(gè)方面考慮的： (1) 子載波數(shù)的選擇主要取決于要求控制回波的時(shí)延范圍， 即保護(hù)間隔的長(zhǎng)度。由于保護(hù)間隔(DMB-T中為PN頭)的固定存在，為保證傳輸效率不降低， 信號(hào)周期就要拉長(zhǎng)，這就要增加載波數(shù)。從測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看出，在大量的山區(qū)，

59、 回波時(shí)延的最大范圍可達(dá)2030 s。這樣，載波數(shù)就必須選為2048甚至更高。 (2) 子載波的頻率間隔的倒數(shù)即為OFDM符號(hào)周期。對(duì)于8 MHz頻帶的數(shù)字電視廣播，為了消除符號(hào)間干擾ISI， OFDM符號(hào)周期應(yīng)該較長(zhǎng)，即子載波的頻率間隔應(yīng)該較??； 然而， 在移動(dòng)環(huán)境下存在多普勒頻移，而且本地振蕩存在相位噪聲， 如果子載波的頻率間隔太小，信號(hào)由上述原因產(chǎn)生的頻率偏移將嚴(yán)重破壞子載波間的正交性， 導(dǎo)致嚴(yán)重的誤碼。 (3) DMB-T采用了時(shí)域和頻域混合的OFDM方案，時(shí)域PN碼的目的之一是進(jìn)行頻域信道估計(jì)，PN的帶寬必須覆蓋整個(gè)8 MHz電視頻道。由于PN碼置于每一個(gè)IDFT塊前，因此利用其更新

60、的信道估計(jì)結(jié)果將作用于隨后的IDFT數(shù)據(jù)，如果OFDM符號(hào)周期過(guò)長(zhǎng)，在信道狀況快速變化的情況下(如高速移動(dòng))， 可能造成信道估計(jì)的結(jié)果跟不上信道變化， 導(dǎo)致誤碼大量增加甚至使系統(tǒng)無(wú)法工作。 (4) 子載波數(shù)的選擇要便于IDFT和DFT的實(shí)現(xiàn)。為得到全部的DFT系數(shù)，直接計(jì)算N點(diǎn)DFT需要N2次復(fù)數(shù)乘法和N(N-1)次復(fù)數(shù)加法，計(jì)算數(shù)據(jù)量非常大，必須采用FFT算法減少計(jì)算次數(shù)。FFT的基本原理是將DFT分解為一連串簡(jiǎn)單的蝶形運(yùn)算的組合。因此從理論上說(shuō)， N分解的基數(shù)越少越好。 (5) 為了防止OFDM信號(hào)的頻率泄漏到8 MHz的帶寬以外， 通常在OFDM的發(fā)射端使用線性相位的帶通濾波器控制帶外功