数字电视广播原理与应用课件

《数字电视广播原理与应用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电视广播原理与应用课件（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第1010章地面数字电视广播系统章地面数字电视广播系统 DVB-TDVB-T数字电视广播系统数字电视广播系统10.1ATSCATSC数字电视广播系统数字电视广播系统10.2我国数字电视地面广播传输标准我国数字电视地面广播传输标准10.3数字电视广播原理与应用优秀10.1DVB-T10.1DVB-T数字电视广播系统数字电视广播系统10.1.1内交织内交织10.1.2映射和星座图映射和星座图10.1.3COFDM调制方式调制方式10.1.4保护间隔保护间隔10.1.5帧自适应、导频和帧自适应、导频和TPS信号信号10.1.6DVB-T不同参数的频谱效率不同参数的频谱效率10.1.7COFDM的射

2、频功率谱的射频功率谱数字电视广播原理与应用优秀 国际上目前有四种地面数字电视广播制国际上目前有四种地面数字电视广播制式，它们是式，它们是ATSCATSC，DVB-TDVB-T，ISDB-TISDB-T和中国的数和中国的数字电视地面广播传输标准。字电视地面广播传输标准。 DVB-T DVB-T的信道编码和调制系统框图如图的信道编码和调制系统框图如图10-110-1所示。所示。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-1 DVB-T10-1 DVB-T信道信道信道信道编码编码编码编码和和和和调调调调制框制框制框制框图图图图数字电视广播原理与应用优秀 DVB-T DVB-T中高频载波采用中高频载波采

3、用COFDMCOFDM调制方式，调制方式，在在8MHz8MHz射频带宽内设置射频带宽内设置10751075（2k2k模式）或模式）或68176817（8k8k模式）个载波，将高码率的数据流模式）个载波，将高码率的数据流相应地分解成相应地分解成2k2k或或8k8k路低码率的数据流，分路低码率的数据流，分别对每个载波进行别对每个载波进行QPSKQPSK，16QAM16QAM或或64QAM64QAM调制。调制。 图图10-210-2所示的是所示的是QPSKQPSK、16QAM16QAM和和64QAM64QAM三三种调制模式下，收缩卷积码经并种调制模式下，收缩卷积码经并/ /串变换后的串变换后的输入数

4、据流输入数据流x x0 0, x, x1 1, , 被处理成输出调制符号被处理成输出调制符号的映射过程。的映射过程。 10.1.1 内交织内交织数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-2 10-2 输输输输入比特入比特入比特入比特- -输输输输出出出出调调调调制符号的映射制符号的映射制符号的映射制符号的映射数字电视广播原理与应用优秀 COFDM COFDM调制中，由每个调制中，由每个V V比特的符号对每比特的符号对每个载波进行相应的调制，个载波进行相应的调制，V=2V=2时为时为QPSKQPSK调制，调制，V=4V=4时为时为16QAM16QAM调制，调制，V=6V=6时为时为64QAM64Q

5、AM调制。为调制。为形成相应的调制信号，使形成相应的调制信号，使V V比特映射成相应的比特映射成相应的调制信号星座图，如图调制信号星座图，如图10-310-3所示。所示。 10.1.2映射和星座图映射和星座图数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-3 10-3 三种模式的映射和星座三种模式的映射和星座三种模式的映射和星座三种模式的映射和星座图图图图数字电视广播原理与应用优秀 COFDM COFDM是数字通信中的多载波方式，是数字通信中的多载波方式，OFDMOFDM是正交频分复用的英文缩写，全部载波频率是正交频分复用的英文缩写，全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个基本振荡频有相等的频率间隔，

6、它们是一个基本振荡频率的整数倍。率的整数倍。10.1.3COFDM调制方式调制方式数字电视广播原理与应用优秀 为了抗多径干扰，每个为了抗多径干扰，每个OFDMOFDM调制信号必调制信号必须加保护间隔，保护间隔长度一般大于传输须加保护间隔，保护间隔长度一般大于传输多径信号的传播延时。填充保护间隔可采用多径信号的传播延时。填充保护间隔可采用不同的方法，第一种是零值填充的（不同的方法，第一种是零值填充的（Zero-Zero-paddingpadding）的保护间隔，简称为）的保护间隔，简称为Z-OFDMZ-OFDM；第二；第二种则是被广为应用的循环前缀填充（种则是被广为应用的循环前缀填充（Cycli

7、c-Cyclic-PrefixPrefix）保护间隔，简称为）保护间隔，简称为C-OFDMC-OFDM。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-4 OFDM10-4 OFDM已已已已调调调调波的波的波的波的频谱频谱频谱频谱数字电视广播原理与应用优秀 就地面开路接收时的传输信道种类而言，就地面开路接收时的传输信道种类而言，有三种信道模型：有三种信道模型： （1 1）高斯信道，这是天线接收信号只受）高斯信道，这是天线接收信号只受到高斯噪声（随机噪声，白噪声）干扰的信到高斯噪声（随机噪声，白噪声）干扰的信道模型；道模型；数字电视广播原理与应用优秀 （2 2）RiceanRicean信道，这是天线接

8、收信号接信道，这是天线接收信号接收到直达波之外还接收到多个反射波的信道收到直达波之外还接收到多个反射波的信道模型，它对应于使用室外屋顶天线时还会接模型，它对应于使用室外屋顶天线时还会接收到高楼等来的许多多径反射波；收到高楼等来的许多多径反射波； （3 3）瑞利信道，其接收天线接收不到直）瑞利信道，其接收天线接收不到直达波，只接收到许多反射波，对应于用室内达波，只接收到许多反射波，对应于用室内天线接收或室外便携和移动接收；接收点直天线接收或室外便携和移动接收；接收点直视不到发射天线，只有大楼、山丘等来的诸视不到发射天线，只有大楼、山丘等来的诸多反射波。多反射波。数字电视广播原理与应用优秀 在在O

9、FDMOFDM调制之前有调制之前有“帧自适应帧自适应”和和“导导频及频及TPSTPS信号信号”两个信号处理框，下面分别说两个信号处理框，下面分别说明。明。 10.1.4保护间隔保护间隔 10.1.5帧自适应、导频和帧自适应、导频和TPS信号信号数字电视广播原理与应用优秀 帧自适应是指帧自适应是指OFDMOFDM帧的构成，它是在帧的构成，它是在OFDMOFDM符号的基础上组成的。所谓符号的基础上组成的。所谓OFDMOFDM符号，符号，前面已指出，是前面已指出，是2k2k或或8k8k模式中在持续期模式中在持续期TsTs内内由由N N个频率的已调制载波综合成的信号。个频率的已调制载波综合成的信号。2

10、k2k模模式中式中N=1705N=1705，8k8k模式中模式中N=6817N=6817。（1 1） 帧自适应帧自适应数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-2 2k10-2 2k模式和模式和模式和模式和8k8k模式的模式的模式的模式的OFDMOFDM参数参数参数参数数字电视广播原理与应用优秀 OFDM OFDM中对每个载波的调制都是抑制载波中对每个载波的调制都是抑制载波的，接收端的解调诸如对于的，接收端的解调诸如对于QAMQAM的相干解调是的相干解调是需要基准信号的，在这里称为导频信号，它需要基准信号的，在这里称为导频信号，它们在们在OFDMOFDM符号内分布于不同的时间和频率上，符号内分布

11、于不同的时间和频率上，具有已知的幅度和相位。有两种导频类型：具有已知的幅度和相位。有两种导频类型：连续导频和散布导频。连续导频和散布导频。 （2 2） 导频导频数字电视广播原理与应用优秀 连续导频连续导频 散布导频散布导频 TPS TPS信号信号数字电视广播原理与应用优秀 定义定义4 4个个OFDMOFDM帧组成一个超帧，在超帧内帧组成一个超帧，在超帧内可以传输整数个可以传输整数个204204字节的字节的RSRS码码TSTS包，无论信包，无论信道内码编码率和调制模式如何，道内码编码率和调制模式如何，OFDMOFDM超帧内超帧内TSTS包数目如表包数目如表10-410-4所示。所示。 （3 3）

12、超帧内）超帧内TSTS包数目包数目数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-4 OFDM10-4 OFDM超超超超帧帧帧帧内内内内TSTS包数目内包数目内包数目内包数目内码码码码数字电视广播原理与应用优秀 DVB-T DVB-T不同工作条件下的可传输码率不同工作条件下的可传输码率（Mbit/sMbit/s）是重要的特性参数，如表）是重要的特性参数，如表10-510-5所所示。示。 10.1.6DVB-T不同参数的频谱效率不同参数的频谱效率数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-5 8MHz10-5 8MHz带宽带宽带宽带宽内的有效内的有效内的有效内的有效码码码码率（率（率（率（Mbit/sMbi

13、t/s）调调调调制方式内制方式内制方式内制方式内码码码码数字电视广播原理与应用优秀 COFDM COFDM调制中，对于每个载波而言它的调制中，对于每个载波而言它的频谱具有频谱具有Ak(sinx)/xAk(sinx)/x函数形式，参见图函数形式，参见图10-410-4。 10.1.7COFDM的射频功率谱的射频功率谱数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-4 OFDM10-4 OFDM已已已已调调调调波的波的波的波的频谱频谱频谱频谱数字电视广播原理与应用优秀 由于各个载波的调制符号有不同的由于各个载波的调制符号有不同的AkAk值，值，因此，总的功率谱密度不是恒定的，根据各因此，总的功率谱密度不是

14、恒定的，根据各个载波不同的个载波不同的AkAk值，值，8MHz8MHz内功率谱是有着起内功率谱是有着起伏而不是很平坦的，如图伏而不是很平坦的，如图10-1010-10所示。所示。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-10 COFDM10-10 COFDM已已已已调调调调波的功率波的功率波的功率波的功率谱谱谱谱数字电视广播原理与应用优秀10.2.1数据随机化与数据随机化与RS编码编码10.2.2数据交织数据交织10.2.3格栅编码格栅编码10.2.4格栅编码交织器格栅编码交织器10.2.5段同步和场同步的加入段同步和场同步的加入10.2.6导频的加入导频的加入10.2.7上变频器和射频载波偏

15、置上变频器和射频载波偏置10.2 10.2 逐行扫描及隔行扫描逐行扫描及隔行扫描数字电视广播原理与应用优秀 美国的美国的ATSCATSC数字电视系统是数字电视系统是19881988年由年由FCCFCC（美国联邦通信委员会）提出设想，历经（美国联邦通信委员会）提出设想，历经多年，于多年，于19961996年正式批准的地面数字电视广年正式批准的地面数字电视广播标准，名称为播标准，名称为“ATSC“ATSC数字电视标准数字电视标准”。 ATSC ATSC信道编码与调制流程如图信道编码与调制流程如图10-1110-11的框的框图所示，下面分步骤予以说明。图所示，下面分步骤予以说明。数字电视广播原理与应

16、用优秀图图图图10-11 ATSC10-11 ATSC信道信道信道信道编码编码编码编码与与与与调调调调制框制框制框制框图图图图数字电视广播原理与应用优秀 ATSC ATSC中采用的生成多项式中采用的生成多项式G(x)G(x)如图如图10-1210-12中所示，图中表明了由中所示，图中表明了由8 8个抽头输出的随机字个抽头输出的随机字节，它们通过节，它们通过8 8个异或门分别与输入流中每一个异或门分别与输入流中每一个字节的个字节的8 8个比特作高位对高位、低位对低位个比特作高位对高位、低位对低位的异或运算，实现数据随机化。的异或运算，实现数据随机化。 10.2.1数据随机化与数据随机化与RS编码

17、编码数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-12 ATSC10-12 ATSC采用的加采用的加采用的加采用的加扰扰扰扰框框框框图图图图数字电视广播原理与应用优秀 由图可见，生成多项式的表达式为：由图可见，生成多项式的表达式为：G(x)=xG(x)=x1616+x+x1313+x+x1212+x+x1111+x+x7 7+x+x6 6+x+x3 3+x+1 +x+1 在图在图10-1310-13所示的帧结构安排中，将所示的帧结构安排中，将188188个字节中每一字节分成个字节中每一字节分成4 4个个2 2比特的符号比特的符号（symbolsymbol），共有），共有752752个符号。其第一个同

18、步个符号。其第一个同步字节（字节（4 4个符号）不进行扰码，进行扰码的是个符号）不进行扰码，进行扰码的是随后的随后的748748个符号。个符号。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-13 ATSC10-13 ATSC的的的的帧结帧结帧结帧结构构构构图图图图数字电视广播原理与应用优秀 图图10-1310-13中表明，初始化是在每场内第中表明，初始化是在每场内第2 2段的同步字节（在后面它被段同步数据取代）段的同步字节（在后面它被段同步数据取代）期间实施的。初始化后，期间实施的。初始化后，PRBSPRBS发生器连续运发生器连续运行，使每段内的有效数据加扰，但在后面加行，使每段内的有效数据加扰，

19、但在后面加入入RSRS纠错码期间阻断纠错码期间阻断PRBSPRBS序列进入异或门，序列进入异或门，并在段同步和场同步期间也阻断并在段同步和场同步期间也阻断PRBSPRBS序列进序列进入异或门，也就是，虽然入异或门，也就是，虽然PRBSPRBS发生器初始化发生器初始化后连续运行，但只对每场的有效数据起加扰后连续运行，但只对每场的有效数据起加扰作用。作用。 数字电视广播原理与应用优秀 RS RS编码之后是数据交织，数据交织是在编码之后是数据交织，数据交织是在不附加纠错码字的前提下用改变数据码字不附加纠错码字的前提下用改变数据码字（以比特或字节为单元）传输顺序的方法来（以比特或字节为单元）传输顺序的

20、方法来提高接收端去交织解码时的抗突发误码能力。提高接收端去交织解码时的抗突发误码能力。 ATSC ATSC中的数据交织为字节交织。由交织中的数据交织为字节交织。由交织原理可知，交织深度原理可知，交织深度I I值越大，抗突发误码的值越大，抗突发误码的能力越强。能力越强。ATSCATSC中交织电路如图中交织电路如图10-1410-14所示。所示。10.2.2数据交织数据交织数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-14 ATSC10-14 ATSC数据交数据交数据交数据交织电织电织电织电路路路路数字电视广播原理与应用优秀 信道编码中，为了充分提高抗误码的纠信道编码中，为了充分提高抗误码的纠错能力，通

21、常采用两次附加纠错码的错能力，通常采用两次附加纠错码的FECFEC编码。编码。RSRS编码属于第一个编码属于第一个FECFEC，187187字节后附加字节后附加2020字字节节RSRS码，构成（码，构成（207207，187187）RSRS码，这也可以码，这也可以称为外编码。第二个附加纠错码的称为外编码。第二个附加纠错码的FECFEC一般采一般采用卷积编码，它可以称为内编码。外编码和用卷积编码，它可以称为内编码。外编码和内编码结合一起，称之为级联编码。级联编内编码结合一起，称之为级联编码。级联编码后得到的数据流再按规定的调制方式对载码后得到的数据流再按规定的调制方式对载频进行调制，完成信道编码

22、和载频调制的整频进行调制，完成信道编码和载频调制的整个信号处理。个信号处理。 10.2.3格栅编码格栅编码数字电视广播原理与应用优秀 ATSC ATSC中，中，TCMTCM编码框图如图编码框图如图10-1510-15所示。所示。图中，分为干扰滤波器（预编码器）、格栅图中，分为干扰滤波器（预编码器）、格栅编码器和编码器和8 8电平符号映射器三部分。电平符号映射器三部分。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-15 ATSC 10-15 ATSC 的格的格的格的格栅编码栅编码栅编码栅编码器器器器数字电视广播原理与应用优秀 图图10-1510-15中由梳状滤波器组成的预编码器中由梳状滤波器组成的预

23、编码器其作用是为了避免与其作用是为了避免与NTSCNTSC同频道信号间发生同频道信号间发生干扰，预编码器的作用参见图干扰，预编码器的作用参见图10-1610-16。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-16 6MHz10-16 6MHz内内内内预编码预编码预编码预编码器的作用器的作用器的作用器的作用数字电视广播原理与应用优秀 原理上，数据交织器后面的格栅编码器原理上，数据交织器后面的格栅编码器只需要一个，然而，虽然格栅编码器有助于只需要一个，然而，虽然格栅编码器有助于抗白噪声干扰（随机干扰），但对于脉冲干抗白噪声干扰（随机干扰），但对于脉冲干扰和突发误码其抗御性能并不好。为了改善扰和突发误

24、码其抗御性能并不好。为了改善这方面的性能，以及为了使接收端的格栅解这方面的性能，以及为了使接收端的格栅解码器电路简化，编码器中采用了码器电路简化，编码器中采用了1212个同样的个同样的格栅编码器并行地工作，它们接受经过块交格栅编码器并行地工作，它们接受经过块交织的、交织深度织的、交织深度I=12I=12符号的数据符号。格栅符号的数据符号。格栅编码交织器的框图如图编码交织器的框图如图10-1710-17所示。所示。 10.2.4格栅编码交织器格栅编码交织器数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-17 10-17 格格格格栅编码栅编码栅编码栅编码交交交交织织织织器框器框器框器框图图图图数字电视广播

25、原理与应用优秀 格栅编码之后是多路复用框图，在这里格栅编码之后是多路复用框图，在这里加入段同步和场同步。每一数据段前加入段加入段同步和场同步。每一数据段前加入段同步后的数据段如图同步后的数据段如图10-1810-18所示。所示。 10.2.5段同步和场同步的加入段同步和场同步的加入数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-18 10-18 段同步加入数据段段同步加入数据段段同步加入数据段段同步加入数据段数字电视广播原理与应用优秀 场同步段有下列作用：场同步段有下列作用： 给出每个数据场的起始信息；给出每个数据场的起始信息； PN511 PN511向接收端提供信道特性均衡用向接收端提供信道特性均衡

26、用的训练序列数据，使接收端得到时变的信道的训练序列数据，使接收端得到时变的信道特性信息，及时实现解码信道的特性均衡；特性信息，及时实现解码信道的特性均衡； 数字电视广播原理与应用优秀 PN63 PN63供接收端实现重影补偿中作测试供接收端实现重影补偿中作测试序列使用，能补偿延时范围在序列使用，能补偿延时范围在6363个符号内即个符号内即时间为时间为6393=5.86s6393=5.86s内的重影信号，接收内的重影信号，接收机设计人员可在机设计人员可在5.86s5.86s总量内任意分配前重总量内任意分配前重影和后重影的校正范围；影和后重影的校正范围； 数字电视广播原理与应用优秀 最后最后1212

27、符号供接收机中的梳状滤波器符号供接收机中的梳状滤波器（干扰抑制滤波器）使用；（干扰抑制滤波器）使用； 可用于接收信号信噪比的测量；可用于接收信号信噪比的测量； 可供接收机中的相位跟踪电路用来使可供接收机中的相位跟踪电路用来使电路复位、并确定跟踪环路参数。电路复位、并确定跟踪环路参数。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-19 10-19 场场场场同步数据的加入同步数据的加入同步数据的加入同步数据的加入数字电视广播原理与应用优秀 ATSC ATSC中高频调制采用中高频调制采用8VSB8VSB即即8 8电平残留边电平残留边带调幅方式，它不同于带调幅方式，它不同于NTSCNTSC中高频调制的中高

28、频调制的VSBVSB残留边带调幅方式，后者的残留边带调幅方式，后者的6MHz6MHz载波在已调载波在已调波带宽内载波本身是不抑制的，载频位置距波带宽内载波本身是不抑制的，载频位置距频道下端频道下端1.25MHz,1.25MHz,而而ATSCATSC的的8VSB8VSB中载波本身中载波本身是抑制的，载频位置距频道下端是抑制的，载频位置距频道下端0.31MHz0.31MHz，如，如图图10-2010-20所示。图所示。图10-2010-20中中为滚降系数。为滚降系数。 10.2.6导频的加入导频的加入数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-20 8VSB10-20 8VSB已已已已调调调调波的波的

29、波的波的频带图频带图频带图频带图数字电视广播原理与应用优秀 接收端若收不到载波信息将无法进行解接收端若收不到载波信息将无法进行解调，发送端对此的做法是在多路复用器后的调，发送端对此的做法是在多路复用器后的导频加入级加入一个小幅度同相位（即正值）导频加入级加入一个小幅度同相位（即正值）的导频信息，实际是在复用数据中加上的导频信息，实际是在复用数据中加上1.251.25的小值直流电平。的小值直流电平。 数字电视广播原理与应用优秀 8VSB 8VSB发射机像通常那样采用两级调制方发射机像通常那样采用两级调制方式，第一次将数据信号调制到一个固定中频式，第一次将数据信号调制到一个固定中频上，第二次再上变

30、频到所需的电视频道上。上，第二次再上变频到所需的电视频道上。 当同频道干扰严重时，可采用载频精密当同频道干扰严重时，可采用载频精密偏置技术。偏置技术。 另一种情况是另一种情况是ATSC-ATSCATSC-ATSC同频道干扰，这同频道干扰，这时，精密偏置能防止自适应均衡器工作中可时，精密偏置能防止自适应均衡器工作中可能出现的不收敛。能出现的不收敛。10.2.7上变频器和射频载波偏置上变频器和射频载波偏置数字电视广播原理与应用优秀10.310.3我国数字电视地面广播传输标准我国数字电视地面广播传输标准 10.3.1系统综述系统综述10.3.2扰码与前向纠错码（扰码与前向纠错码（FEC）10.3.3

31、符号星座映射与符号交织符号星座映射与符号交织10.3.4复帧复帧10.3.5信号帧信号帧10.3.6系统信息系统信息10.3.7帧体数据处理帧体数据处理10.3.8基带后处理和射频信号基带后处理和射频信号10.3.9基带信号频谱特性和带外谱模板基带信号频谱特性和带外谱模板10.3.10系统净荷数据率系统净荷数据率10.3.11单载波和多载波应用模式单载波和多载波应用模式数字电视广播原理与应用优秀 具有自主知识产权的中国数字电视地面具有自主知识产权的中国数字电视地面广播传输系统标准广播传输系统标准GB20600-2006GB20600-2006数字电数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调视

32、地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制，于制，于20062006年年8 8月月1818日正式批准成为强制性日正式批准成为强制性国家标准，国家标准，20072007年年8 8月月1 1日起实施。以下简称日起实施。以下简称为为DTTBDTTB。 数字电视广播原理与应用优秀 DTTB DTTB是由国家组织的数字电视特别工作是由国家组织的数字电视特别工作组负责起草，由全国广播电视标准化技术委组负责起草，由全国广播电视标准化技术委员会归口并测试，国家质量监督检验检疫总员会归口并测试，国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准发布的。局、国家标准化管理委员会批准发布的。数字电视广播原理与应用优秀

33、DTTB DTTB规定了数字电视地面广播传输系统规定了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。该标信号的帧结构、信道编码和调制方式。该标准实现了关键技术创新，形成了多项有自主准实现了关键技术创新，形成了多项有自主知识产权的专利技术，主要关键技术有：能知识产权的专利技术，主要关键技术有：能实现快速同步和高效信道估计与均衡的实现快速同步和高效信道估计与均衡的PNPN序序列帧头设计和符号保护间隔充填方法、低密列帧头设计和符号保护间隔充填方法、低密度校验纠错码（度校验纠错码（LDPCLDPC）、系统信息的扩频传）、系统信息的扩频传输方法等。输方法等。 数字电视广播原理与应用优秀 DT

34、TB DTTB支持支持4.81Mbit/s4.81Mbit/s32.486Mbit/s32.486Mbit/s的的净荷传输数据率，支持标准清晰度电视业务净荷传输数据率，支持标准清晰度电视业务和高清晰度电视业务，支持固定接收和移动和高清晰度电视业务，支持固定接收和移动接收，支持多频组网和单频组网。接收，支持多频组网和单频组网。 数字电视广播原理与应用优秀 数字地面数字电视广播传输系统是广播数字地面数字电视广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分。电视系统的重要组成部分。 DTTB DTTB系统的组成框图如图系统的组成框图如图10-2110-21所示。所示。 主要完成从主要完成从MPEMPE- -

35、流到地面电视信流到地面电视信道传输信号的转换。道传输信号的转换。 10.3.1系统综述系统综述数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-21 DTTB10-21 DTTB系系系系统统统统的的的的组组组组成框成框成框成框图图图图数字电视广播原理与应用优秀10.3.2扰码与前向纠错码（扰码与前向纠错码（FEC） 为了保证传输数据的随机性以便于传输为了保证传输数据的随机性以便于传输信号处理，输入的信号处理，输入的MPEMPE- -码流数据需要码流数据需要用扰码进行加扰。扰码是一个最大长度的二用扰码进行加扰。扰码是一个最大长度的二进制伪随机序列。该序列由图进制伪随机序列。该序列由图10-2210-22所

36、示的线所示的线性反馈移位寄存器生成。其生成多项式为：性反馈移位寄存器生成。其生成多项式为： G(x)=1+x G(x)=1+x1414+x+x1515 1.1.扰码扰码数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-22 10-22 扰码扰码扰码扰码器框器框器框器框图图图图数字电视广播原理与应用优秀 该该LFSRLFSR的初始状态定义为：的初始状态定义为：10001000。输入。输入的比特流与的比特流与PNPN序列进行逐位模二加后产生数序列进行逐位模二加后产生数据扰乱码。扰码器的移位寄存器在信号帧开据扰乱码。扰码器的移位寄存器在信号帧开始时复位到初始相位。始时复位到初始相位。 数字电视广播原理与应用优

37、秀 扰码后的比特流接着进行前向纠错编码扰码后的比特流接着进行前向纠错编码FECFEC。有三种码率的前向纠错编码，如表。有三种码率的前向纠错编码，如表10-6 10-6 所示。所示。 2.2.前向纠错码前向纠错码 （FECFEC）数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-610-6数字电视广播原理与应用优秀 FEC FEC由外码（由外码（C C）和内码（）和内码（PCPC）两部分级联实现。两部分级联实现。（1 1） C C码码（2 2）PCPC码码（3 3）三种不同码率的）三种不同码率的FECFEC码的结构码的结构数字电视广播原理与应用优秀1.1.符号星座映射符号星座映射（1 1） 64QAM 6

38、4QAM映射映射 其星座图如图其星座图如图10-2310-23所示。所示。10.3.3符号星座映射与符号交织符号星座映射与符号交织数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-23 64QAM10-23 64QAM星座星座星座星座图图图图数字电视广播原理与应用优秀其星座图如图其星座图如图10-2410-24所示。所示。 （2 2） 32QAM 32QAM映射映射图图图图10-24 32QAM10-24 32QAM星座星座星座星座图图图图数字电视广播原理与应用优秀其星座图如图其星座图如图10-2510-25所示。所示。 （3 3） 16QAM 16QAM映射映射图图图图10-25 16QAM10-25

39、 16QAM映射星座映射星座映射星座映射星座图图图图数字电视广播原理与应用优秀其星座图如图其星座图如图10-2610-26所示。所示。 （4 4） 4QAM 4QAM映射映射图图图图10-26 4QAM10-26 4QAM映射星座映射星座映射星座映射星座图图图图数字电视广播原理与应用优秀（5 5） 4QAM-N 4QAM-N映射映射数字电视广播原理与应用优秀（1 1）时域符号交织）时域符号交织 时域符号交域符号交织是在多个信号是在多个信号帧的基本数的基本数据据块之之间进行的。数据信号行的。数据信号( (即星座映射即星座映射输出出的符号的符号) )的基本数据的基本数据块间交交织采用基于星座符采用

40、基于星座符号的卷号的卷积交交织编码，如，如图10-2710-27所示。其中所示。其中变量量B B表示交表示交织宽度（支路数），度（支路数），变量量M M表示交表示交织深度（延深度（延迟缓存器尺寸）。存器尺寸）。进行符号交行符号交织的基本数据的基本数据块的第一个符号与支路的第一个符号与支路0 0同步。交同步。交织/ /解交解交织对的的总延延时为MB(B-1)BMB(B-1)B符号符号时间。 2. 2. 符号交织符号交织数字电视广播原理与应用优秀 有两种交织模式：有两种交织模式： 模式模式1 1（短交织）：（短交织）：B=52B=52，M=240M=240符号，符号，交织交织/ /解交织总延迟为解

41、交织总延迟为170170个信号帧个信号帧; ; 模式模式2 2（长交织）：（长交织）：B=52B=52，M=720M=720符号，符号，交织交织/ /解交织总延迟为解交织总延迟为510510个信号帧。个信号帧。 数字电视广播原理与应用优秀 频域交织仅在多载波频域交织仅在多载波C=3780C=3780模式下使用。模式下使用。频域交织为帧体内的符号块交织，交织大小频域交织为帧体内的符号块交织，交织大小等于子载波数等于子载波数37803780，目的是将调制星座点符，目的是将调制星座点符号映射到信号帧帧体（帧体部分包含号映射到信号帧帧体（帧体部分包含3636个符个符号的系统信息和号的系统信息和3744

42、3744个符号的数据，共个符号的数据，共37803780个符号）包含的个符号）包含的37803780个有效子载波上。个有效子载波上。 （2 2）频域交织）频域交织数字电视广播原理与应用优秀 数据结构的特点是以数据结构的特点是以“帧帧”为基本单元，为基本单元，包括帧头（确知信息）、加强保护的系统信包括帧头（确知信息）、加强保护的系统信息以及经高效编码保护的数据信息。息以及经高效编码保护的数据信息。 数据帧结构分为信号帧，超帧、分帧、数据帧结构分为信号帧，超帧、分帧、日帧四层结构，如图日帧四层结构，如图10-2810-28所示。所示。 10.3.4复帧复帧数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-2

43、8 10-28 数据数据数据数据帧结帧结帧结帧结构构构构图图图图数字电视广播原理与应用优秀 信号结构是周期的，并与自然时间保持信号结构是周期的，并与自然时间保持同步。同步。 帧结构的顶层为日帧（帧结构的顶层为日帧（Calendar Day Calendar Day Frame,CDFFrame,CDF），日帧以），日帧以1 1个公历的自然日为周个公历的自然日为周期进行周期性重复，由期进行周期性重复，由14401440个分帧构成，时个分帧构成，时间为间为2424小时。在北京时间小时。在北京时间000000AM000000AM，日，日帧被复位，开始一个新的日帧。帧被复位，开始一个新的日帧。数字电视

44、广播原理与应用优秀 分帧的时间长度为分帧的时间长度为1 1分钟，包含分钟，包含480480个个超帧。超帧。 超帧的时间长度定义为超帧的时间长度定义为125ms125ms，8 8个超个超帧为帧为1 1秒，这样便于与定时系统（例如秒，这样便于与定时系统（例如GPSGPS）校准时间。超帧中的第一个信号定义为首帧，校准时间。超帧中的第一个信号定义为首帧，由系统信息的相关信息指示。由系统信息的相关信息指示。 信号帧是系统帧结构的基本单元。信号帧是系统帧结构的基本单元。 数字电视广播原理与应用优秀 为了适应不同应用，定义了三种可选信为了适应不同应用，定义了三种可选信号帧头长度。号帧头长度。 三种帧头所对应

45、的信号帧的帧体长度和三种帧头所对应的信号帧的帧体长度和超帧的长度保持不变。信号帧结构如图超帧的长度保持不变。信号帧结构如图10-2910-29所示。所示。 10.3.5信号帧信号帧数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-29 10-29 信号信号信号信号帧结帧结帧结帧结构构构构数字电视广播原理与应用优秀如图如图10-3010-30所示。所示。 1.1.帧头模式帧头模式1 1（PN420PN420）图图图图10-30 10-30 帧头帧头帧头帧头模式模式模式模式1 1结结结结构构构构数字电视广播原理与应用优秀 产生该最大长度的伪随机二进制序列的产生该最大长度的伪随机二进制序列的结构如图结构如图1

46、0-3110-31所示。所示。 图图图图10-31 810-31 8阶阶阶阶mm序列生成序列生成序列生成序列生成结结结结构构构构数字电视广播原理与应用优秀 产生该最大长度的伪随机二进制序列的产生该最大长度的伪随机二进制序列的结构如图结构如图10-3210-32所示。所示。 2.2.帧头模式帧头模式2 2（PN595PN595）图图图图10-32 1010-32 10阶阶阶阶mm序列生成序列生成序列生成序列生成结结结结构构构构数字电视广播原理与应用优秀如图如图10-3310-33所示。所示。 3.3.帧头模式帧头模式3 3（PN945PN945）图图图图10-33 10-33 帧头帧头帧头帧头模

47、式模式模式模式3 3结结结结构构构构数字电视广播原理与应用优秀 产生该最大长度的伪随机二进制序列的产生该最大长度的伪随机二进制序列的结构如图结构如图10-3410-34所示。所示。 图图图图10-34 910-34 9阶阶阶阶mm序列生成序列生成序列生成序列生成结结结结构构构构数字电视广播原理与应用优秀 发送端应将信道编码的编码效率和射频发送端应将信道编码的编码效率和射频调制的调制模式等参数以系统信息的形式传调制的调制模式等参数以系统信息的形式传输给接收机，使其能正确解调和解码。输给接收机，使其能正确解调和解码。 这这6464种系统信息在扩频前可以用种系统信息在扩频前可以用6 6个信息个信息比

48、特（比特（s s5 5s s4 4s s3 3s s2 2s s1 1s s0 0）来表示，其中）来表示，其中s s5 5为为MSBMSB，定义如下：定义如下： s s3 3s s2 2s s1 1s s0 0表示编码调制模式，如表表示编码调制模式，如表10-710-7所所示。示。10.3.6系统信息系统信息数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-7 10-7 系系系系统统统统信息第信息第信息第信息第3 30 0比特定比特定比特定比特定义义义义数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-8 10-8 系系系系统统统统信息第信息第信息第信息第4 4比特定比特定比特定比特定义义义义s s4 4表示交织

49、信息，如表表示交织信息，如表10-810-8所示。所示。 数字电视广播原理与应用优秀 C C有两种载波模式：有两种载波模式：C=1C=1单载波模式或单载波模式或C=3780C=3780多载波模式。多载波模式。 （1 1）单载波模式）单载波模式 （2 2）多载波模式）多载波模式10.3.7帧体数据处理帧体数据处理数字电视广播原理与应用优秀10.3.8基带后处理和射频信号基带后处理和射频信号 基带后处理（成形滤波器）采用平方根基带后处理（成形滤波器）采用平方根升余弦（升余弦（Square Root Raised Cosine Square Root Raised Cosine ,SRRC,SRRC

50、）滤波器进行基带脉冲成形，）滤波器进行基带脉冲成形，SRRCSRRC滤波滤波器的滚降系数为器的滚降系数为=0.05=0.05，平方根升余弦滤波，平方根升余弦滤波器频率响应表达式器频率响应表达式 1.1.基带后处理基带后处理数字电视广播原理与应用优秀 式中：式中：s s为输入信号的符号周期为输入信号的符号周期（1/7.56s1/7.56s）,R,Rs s为符号率。为符号率。 f fN N=1/2=1/2s=Rs=Rs s/2/2s s为奈奎斯特频率。为奈奎斯特频率。为平方根升余为平方根升余弦滤波器滚降系数。弦滤波器滚降系数。 数字电视广播原理与应用优秀 调制后的调制后的F F射频信号由下式描述：

51、射频信号由下式描述： 其中：其中：S(t)S(t)为为RFRF信号；信号；F Fc c为载波频率为载波频率（MHzMHz）；）；h(t)h(t)为为SRRCSRRC滤波器的脉冲成形函数；滤波器的脉冲成形函数；Frame(t)Frame(t)为组帧后的基带信号，由帧头和帧为组帧后的基带信号，由帧头和帧体组成。体组成。2.2.射频信号射频信号数字电视广播原理与应用优秀（1 1）基带信号频谱特性）基带信号频谱特性 形成形成滤波后基波后基带信号（不插入双信号（不插入双导频）频谱模板模板图如如图10-3710-37所示。所示。 10.3.9基带信号频谱特性和带外谱模板基带信号频谱特性和带外谱模板数字电视

52、广播原理与应用优秀图图图图10-37 10-37 形成形成形成形成滤滤滤滤波后基波后基波后基波后基带带带带信号信号信号信号频谱频谱频谱频谱模板模板模板模板数字电视广播原理与应用优秀 数字电视发射机使用的频谱模板应如图数字电视发射机使用的频谱模板应如图10-3810-38所示。所示。 （2 2）带外谱模板）带外谱模板数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-38 10-38 同台数字同台数字同台数字同台数字发发发发射机位于模射机位于模射机位于模射机位于模拟发拟发拟发拟发射机的上射机的上射机的上射机的上邻频邻频邻频邻频或下或下或下或下邻频时邻频时邻频时邻频时的的的的频谱频谱频谱频谱模板模板模板模板数

53、字电视广播原理与应用优秀 当数字电视信号的相邻频道用于其他服当数字电视信号的相邻频道用于其他服务（如更小发射功率）时，可能需要使用具务（如更小发射功率）时，可能需要使用具有更高带外率减的谱模板。在这些严格情况有更高带外率减的谱模板。在这些严格情况下的频谱模板如图下的频谱模板如图10-3910-39所示。所示。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-39 10-39 严严严严格条件下的格条件下的格条件下的格条件下的频谱频谱频谱频谱模板模板模板模板数字电视广播原理与应用优秀 在不同信号帧长度、内码码率和调制方在不同信号帧长度、内码码率和调制方式下，支持的净荷数据率如表式下，支持的净荷数据率如表1

54、0-910-9所示。所示。 10.3.10系统净荷数据率系统净荷数据率数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-9 10-9 系系系系统净统净统净统净荷数据率（荷数据率（荷数据率（荷数据率（Mbit/sMbit/s）数字电视广播原理与应用优秀1.1.单载波调制模式单载波调制模式 我国国我国国标制定的地面数字制定的地面数字电视系系统中，中，单载波波调制主要的制主要的应用模式如表用模式如表10-1010-10所示。所示。10.3.11单载波和多载波应用模式单载波和多载波应用模式数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-10 10-10 单载单载单载单载波主要波主要波主要波主要应应应应用模式用模式用模式

55、用模式 数字电视广播原理与应用优秀 技术实现上单载波应用模式有以下特点：技术实现上单载波应用模式有以下特点： PN595+ PN595+单载波单载波+ +高效信道编码高效信道编码+ +扩频保护扩频保护系统信息系统信息+ +低阶星座映射低阶星座映射+ +双导频双导频+ +均衡技术均衡技术 帧头模式帧头模式2 2（PN595PN595）采用非循环简洁）采用非循环简洁的伪随机二进制序列作为帧头，有利于信道的伪随机二进制序列作为帧头，有利于信道均衡快速收敛，同时帧头功率与帧体信号的均衡快速收敛，同时帧头功率与帧体信号的平均功率相同保证了单载波信号的低峰均比平均功率相同保证了单载波信号的低峰均比特性。特

56、性。 数字电视广播原理与应用优秀 采用采用WalshWalsh正交序列联合扩频序列的正交序列联合扩频序列的方式来保护传输中的系统信息，使得系统信方式来保护传输中的系统信息，使得系统信息在多径时变信道时有很强的抗衰落特性。息在多径时变信道时有很强的抗衰落特性。 高效信道编码方案与低阶星座映射高效信道编码方案与低阶星座映射的结合既保证了频谱效率又提升了抗信道衰的结合既保证了频谱效率又提升了抗信道衰落的性能。落的性能。 数字电视广播原理与应用优秀 稳定、可靠和准确的系统载波恢复和稳定、可靠和准确的系统载波恢复和时钟获得是单载波系统中有良好的固定和移时钟获得是单载波系统中有良好的固定和移动接收的必要条

57、件，因此，在发射信号内需动接收的必要条件，因此，在发射信号内需要另外加入导频信号。国标中的单载波调制要另外加入导频信号。国标中的单载波调制模式中的双导频的频谱图，如图模式中的双导频的频谱图，如图10-4010-40所示。所示。 数字电视广播原理与应用优秀图图图图10-40 10-40 添加双添加双添加双添加双导频导频导频导频后的后的后的后的频谱图频谱图频谱图频谱图数字电视广播原理与应用优秀 改进的均衡接收技术，在传统的改进的均衡接收技术，在传统的LMSLMS算法基础上，依靠简洁数据结构，采用算法基础上，依靠简洁数据结构，采用NRNR准准正交解映射与均衡结合的算法，突破了单载正交解映射与均衡结合

58、的算法，突破了单载波抗波抗0dB0dB多径、高速移动接收的难题。多径、高速移动接收的难题。 数字电视广播原理与应用优秀 在我国国标制定的地面数字电视系统中，在我国国标制定的地面数字电视系统中，多载波系统采用了多载波系统采用了 TDS-OFDM TDS-OFDM调制，其主要特调制，其主要特点是在每个点是在每个 OFDM OFDM 保护间隔周期性地插入时保护间隔周期性地插入时域正交编码的帧同步域正交编码的帧同步PNPN序列，序列， TDS-OFDM TDS-OFDM调制调制按下列步骤进行：按下列步骤进行： 输入的输入的MPEG-TSMPEG-TS码流经过码流经过FECFEC编码处理编码处理后，形成

59、在频域内的后，形成在频域内的DFTDFT数据块数据块, , 每个数据块每个数据块映射成映射成37803780点的星座符号；点的星座符号； 2.2.多载波调制模式多载波调制模式数字电视广播原理与应用优秀 采用采用IDFTIDFT将将DFTDFT数据块变换成时域内数据块变换成时域内的离散样本，或者说将的离散样本，或者说将37803780点星座符号变换点星座符号变换成长度为成长度为37803780的离散样值，称为帧体的离散样值，称为帧体（500s500s）；）； 在在OFDMOFDM的保护间隔插入长度为的保护间隔插入长度为420420符符号（或号（或945945）的）的PNPN序列作为帧头；序列作为

60、帧头； 数字电视广播原理与应用优秀 将帧头和帧体组合，形成时间长度为将帧头和帧体组合，形成时间长度为555.56s555.56s（或（或625s625s）的信号帧；）的信号帧； 采用具有线性相位延迟特性的升余弦采用具有线性相位延迟特性的升余弦平方根（平方根（SRRCSRRC）低通滤波器对信号进行整形，）低通滤波器对信号进行整形，滚降系数滚降系数0.050.05； 将基带信号进行上变频调制到将基带信号进行上变频调制到RFRF载波载波上。上。数字电视广播原理与应用优秀 在我国国标制定的地面数字电视系统中，在我国国标制定的地面数字电视系统中，多载波调制主要的应用模式如表多载波调制主要的应用模式如表10-1110-11所示。所示。数字电视广播原理与应用优秀表表表表10-11 10-11 多多多多载载载载波主要波主要波主要波主要应应应应用模式用模式用模式用模式 数字电视广播原理与应用优秀国标中的多载波系统主要有以下特点。国标中的多载波系统主要有以下特点。（1 1）OFDM OFDM 调制保护间隔的新定义调制保护间隔的新定义（2 2）OFDM OFDM 调制时域同步技术调制时域同步技术数字电视广播原理与应用优秀