中国数字电视地面广播传输系统
《现代电视原理》姜秀华 第10章 地面数字电视广播系统
在T=N△t内
f0
f1
f2
┇
┇
fN-1
波形类似于白噪声 在T=N△t内
23
• 中国传媒大学 •
2、映射和星座图
以16QAM映射为例
均匀16QAM映射
Q
1000 1010 0010 0000
1001 1011 0011 0001
I
1101 1111 0111 0101
1100 1110 0111 0100
2
• 中国传媒大学 •
10.2 ATSC数字电视播送系统
• 采用单载波8电平残留边带调制传输； • 6MHz高频频带内传输的净菏; • 较高的频谱效率和抗高斯白噪声的干扰; • 抗宽带多径衰落和多普勒衰落较弱; • 支持移动接收和单频组网能力有待提高;
3
• 中国传媒大学 •
10.2.1 ATSC信道编码系统
– 分比特交织和符号交织两层，均基于块交织。
– 符号交织，将V比特字“随机地〞映射到OFDM符 号的1512〔2k〕获6048〔8k〕个有效载波上。作 用于1512获6048个数据符号块。
x0,x1, …
b0.0,b0.1, …
a0.0,a0.1, …
比特交织器I0
b1.0,b1.1, … 比特交织器I1 a1.0,a1.1, … 串并
2K和8K模式的OFDM参数
参数
8k模式
2k模式
载波数K
6817
1705
有效载波
6048
1512
导频
769
193
有效符号持续期Ts
896us
224us
载波间隔1/Ts
1116Hz
4464Hz
最低与最高载波间 隔
地面数字电视机顶盒 (DMB-TH) 简介
地面数字电视机顶盒(DMB-TH)简介成都康特（电子）集团公司最近推出了一款基于DMB-TH标准的高性能、低价格的地面数字电视机顶盒。
这款机顶盒完全符合中国数字电视地面广播传输系统标准GB20600-2006。
该机使用了凌讯科技公司与清华大学联合开发的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）解调芯片LGS8813和NEC公司开发的MPEG-2解码芯片EMMA2LL，具有接收灵敏度高、用户界面友好、操作简便实用、工作稳定可靠等优点。
该机还预留了很多接口，可根据市场发展和用户需要进一步扩展功能。
一、DVB-TH地面数字电视传输系统的原理DMB-TH采用了PN序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术，这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来。
在频域传送有效载荷，在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计，实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。
正交频分复用（OFDM）是一种多载波调制方式，其基本思想是把高速率的信源信息流变换成低速率的N路并行数据流，然后用N个相互正交的载波进行调制，将N路调制后的信号相加即得发射信号。
在所传输的频带内，当许多载频并行传输一路数据信号时，要比串行传输更大地扩展了信号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落方面的性能。
OFDM采用的基带调制为离散傅立叶变换，数据的编码映射是在频域进行，经过逆快速傅立叶变换（IFFT）转化为时域信号发送出去，接收端可通过FFT恢复出频域信号。
OFDM系统用离散傅立叶变换来实现，即避免了直接生成N个载波时由于频率偏移而产生的交调，而且便于利用超大规模集成电路（VLSI）技术。
传统的OFDM调制方式存在某些缺陷，插入强功率同步导频会使传输系统的有效性、可靠性蒙受损失。
基于PN序列扩频技术的高保护同步传输技术和巧妙利用OFDM保护间隔的填充技术克服了这种缺陷，同时提高了传输系统的频谱利用效率和抗噪声干扰性能。
新的TDS-OFDM信道估计技术还克服了信道估计迭代过程较长的不足，提高了移动接收性能。
数字电视地面广播系统介绍
扰码
• 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。（能量扩散）
• 扰码是一个最大长度二进制伪随机序列。 该序列由下图所示的线性反馈移位寄存器 生成。其生成多项式定义为：G(x)= 1+ x14+x15
前向纠错编码
• 前向纠错编码由外码（BCH）和内码 （LDPC）级联实现。编码效率共三种， FEC码的具体参数见下表。
-30
-40
-50
-60
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
相 对 于 中 心 频 率 fc的 频 率 值 （ MHz）
射频信号
• 基带信号经过上变频后形成最终发射的射 频信号，信号-3dB带宽为7.56MHz。考虑 到滤波器的滚降因素，系统最终占用的带 宽为7.938MHz。
地面数字电视广播发射机构成
（1）激励器 激励器主要用于音、视频编码和数字预校
星座映射
• 前向纠错编码产生的比特流要转换成均匀的nQAM（n： 星座点数）符号流。 我公司使用的是16QAM。每4比特对 应于1个星座符号。FEC编码输出的比特数据被拆分成4比 特为一组的符号（b3b2b1b0），该符号的星座映射是同 相分量I = b1b0；正交分量Q = b3b2，星座点坐标对应的I 和Q的取值为-6，-2，2，6。其星座映射见下图。
复用
• 对交织后的数据符号进行组帧。
• 本系统的数据帧结构如下图所示，是一种四层结构。其中，数据帧结构的基 本单元为信号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成。超帧定义为一组信号帧。 分帧定义为一组超帧。帧结构的顶层称为日帧（Calendar Day Frame, CDF）。信号结构是周期的，并与自然时间保持同步。
DTMB标准
信号帧长度4725 个符号 0.4 4.813 9.626 14.438 0.6 7.219 14.438 21.658 0.8 4.813 9.626 19.251 24.064 28.877
谢谢！请指正！
• 数据输入： 信源编码采用MPEG-2压缩编码标准，它首先对音频、 视频数据分别进行音频编码、视频编码，然后与辅助信 息、控制信息一起进行节目复用，形成数字电视节目流， 再将多个节目流进行传输复用。 备注： DVB-C,DVB-T,DVB-S等的信源编码也都是MPEG-2编码 的数据流。
• 随机化： 数据随机化有利于载波提取,有利于数据时钟恢复. 减少长连0有助于减小噪声对0码的影响,减少长连1有助 于减小码间干扰.另外,数据随机化还有利于平滑频谱,减 小非线性的影响.
帧体（frame body）
• C=1 和C=3780 两种模式通用的帧体结构如图：
帧体信息结构
4 个帧体模式指示符号 32个调制和码率等模式 指示符号 3744 个数据符号
系统信息（36 个符号）+ 数据（3744 个符号）
帧头（frame header）
编号 帧头模式1
帧头模式2 帧头模式3
• 系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括 符号星座映射模式、LDPC编码码率模式、交织模式、帧体 信息模式等的指示。
• 本系统中预设了64 种不同的系统信息模式，并采用扩频技 术传输。这64 种系统信息在扩频前可以用6个信息比特 （s5s4s3s2s1s0）来表示。
s3s2s1s0：编码调制模式 0001 4QAM， LDPC 码率1
交织（interleaving）
• 为了对抗脉冲干扰、多径衰落等引起的突发错误，需要引入交织。改 变数据或数据块的发送顺序的技术，籍此使原本相邻的数据或数据块 经受相对独立的信道畸变。 • DTMB系统中，数据经过扰码、前向纠错和星座映射之后需进行符号 交织，采用卷积交织方式。 • 国标中有两种模式： a) 模式1：B=52，M=240 符号，交织/解交织总延迟为170 个信号帧； b) 模式2：B=52，M=720 符号，交织/解交织总延迟为510 个信号帧。
地面数字电视传输配套标准介绍
配套标准对用户的影响
地面数字电视传输配套标准的实施，提高了数字电视信号的传输质量和稳定性，为 用户提供了更加清晰、稳定的画面和音质。
配套标准的实施还推动了数字电视业务的多样化发展，提供了更多的频道选择和内 容服务，满足了用户的不同需求。
配套标准的实施还提高了数字电视的安全性和可靠性，保障了用户的信息安全和隐 私保护。
我国地面数字电视传输标准
• DTMB：这是中国自主研发的地面数字电视传输标准，具有高传输效率、高图像质量、高抗干扰能力等特点。它采用 OFDM调制方式，支持多种传输模式。
地面数字电视传输标准的比较
DVB-T与DTMB
两者都采用OFDM调制方式，具有 较高的抗干扰能力和传输效率。主要 区别在于频谱利用率和调制参数等方 面。
地面数字电视传输采用了高效的信道编码 和调制技术，可以在同一频道内传输更多 的节目和数据，提高了频谱利用率。
促进多媒体业务发展
推动产业升级和技术创新
地面数字电视传输支持多种多媒体业务， 如高清电视、互动电视、视频点播等，满 足了用户多样化的需求。
地面数字电视传输的发展推动了相关产业 的技术升级和创新，促进了产业链的发展 和完善。
ATSC与DTMB
ATSC采用单载波方式，而DTMB采用 OFDM调制方式。两者在调制方式和 抗干扰能力等方面存在较大差异。
03
地面数字电视传输配套标准
发射机标准
01
02
03
发射机功率
规定发射机的功率范围， 确保信号覆盖范围和信号 质量。
发射频率
规定发射机的频率范围， 确保与接收机匹配，避免 干扰。
影响
配套标准的实施情况
地面数字电视传输配套标准是国家为了 规范地面数字电视传输技术而制定的一 系列标准，包括信道编码与调制技术、 传输帧结构、信道传输速率等方面的规
中国数字电视地面广播标准系统介绍
GB20600-2006中国数字电视地面广播标准系统介绍■标准号：GB 20600-2006■标准名称：数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制■批准日期：2006-08-18■实施日期：2007-08-01■标准性质：强制标准■国标系统综述GB20600-2006具有自主创新的特点，提高系统性能的关键技术有：实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列帧头设计和符号保护间隔填充方法、低密度校验纠错码(LDPC)、时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制、与自然时间同步的可寻址的多层信道帧结构、系统信息的扩频传输方法等。
本标准支持4.813Mbit/s～32.486Mbit/s的系统净荷传输数据率。
数字电视地面广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分，不但必须具有支持传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应广播电视服务的可扩展功能。
数字电视地面广播传输系统支持固定(含室内、外)接收和移动接收两种模式。
在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务。
数字电视地面广播传输系统支持多频网和单频网两种组网模式，可根据应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式，达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。
■国标系统框图数字电视地面广播传输系统发送端完成从输入数据码流到地面电视信道传输信号的转换。
输入数据码流经过扰码器(随机化)、前向纠错编码(FEC)，然后进行比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合(复用)后并经过帧体数据处理形成帧体，帧体与相应的帧头(PN序列)复接为信号帧(组帧)，经过基带后处理转换为输出信号(8MHz带宽内)。
该信号经变频转换为射频信号(UHF 和VHF频段范围内)。
CTTB(郭俊华)
覆盖规划
在保留余地的情况下，不同调制方式时的最 小规划场强如下： QPSK： QPSK：35dBµv/m 16QAM： 16QAM：45dBµv/m 64QAM： 64QAM：50dBµv/m 无线覆盖与发射条件（发射功率、天线高 度和增益）地理环境、实际的建筑物分布、 覆盖规划范围有密切关系。
地面数字电视综合覆盖网国家标准 制定历程
64QAM映射图 64QAM映射图
64QAM映射图 64QAM映射图
符号交织
地面数字电视广播系统具有抗突发脉冲干 扰能力，交织技术可以将突发的脉冲干扰 所造成的突发错误转换为随机错误，能有 效提高前向纠错编码的纠错效果，从而提 高系统抗脉冲噪声干扰的能力。
交织与解交织图
交织方式
时域符号交织编码是在多个信号帧的基本数据块之间进行的。数据信号（即星 座映射输出的符号）的基本数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码， 如图所示，其中变量B表示交织宽度（支路数目），变量M表示交织深度（延 迟缓存器中缓存单元）。进行符号交织的基本数据块的第一个符号与支路0同 步。交织/去交织对的总时延为M×(B－1)×B 符号。取决于应用情况，基本数 据块间交织的编码器有2种工作模式： 模式1：B=52，M=240 符号，交织/解交织总延迟为170个信号帧，总100ms； 模式2：B=52，M=720 符号，交织/解交织总延迟为510个信号帧, 总时300ms。
1999年开始研究地面数字电视传输标准 1999年开始研究地面数字电视传输标准 2000年制定自主知识产权国家标准 2000年制定自主知识产权国家标准 2001年全国广电标委会征集标准方案 2001年全国广电标委会征集标准方案 2001年 2006年国家标准三次测试 2001年-2006年国家标准三次测试 2006年 2006年8月国家标准获批准并颁布 2007年 2007年8月1日国家标准正式实施
ADTB-T数字电视地面广播传输标准
DVB－T 61.17%
23
ADTB－T与DVB－T上海现场对比测试
－东方电视台单点覆盖场强分布
黄>-55 dBm(>52 dBuv) 蓝>-75 dBm(32～52 dBuv) 红<-75 dBm(<32 dBuv)
发射功率：500 W 天线高度：140 米 频道：DVB－T 39， ADTB－T 37
受非线性失真影响小，对发射机要求低
可以直接使用现有的模拟上变频器和模拟功率放大器
8
ADTB－T 系统方案特点
简洁、高效的数据结构
预置信息 系统信息 预置信息 系统信息 预置信息 系统信息
数据信息
数据信息
数据信息
2的幂次方 2的幂次方
1阶循环
迅速、可靠的系统同步30 dB相关增益
迅速、准确的信道估计
系统解码延迟小
独有的混合传输模式设计
在同一8 MHz带宽内以时分的方式混合传输用于不同应用的各种调制模式，有利于开 展多种新型数字广播业务
系统扩展能力强
对TS包头47 HEX透明传输，在同样的传输模式下，以TS包为最小单位传输多种不同 的业务和应用
最大程度兼容国内外有线和地面传输标准
ADTB－T ATSC DVB－T
－83 dBm 24 dBuv 无 －76 dBm 31 dBuv
－87 dBm 20 dBuv －84 dBm 23 dBuv －80 dBm 27 dBuv
14
－94 dBm 13 dBuv 无 －86 dBm 21 dBuv
－98 dBm 9 dBuv 无 －91 dBm 16 dBuv
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数字电视地面广播传输系统
李栋
（中国传媒大学信息工程学院）
一、系统描述
1综述
数字电视地面广播传输系统支持固定（含室内、外）接收和移动接收两种模式。
在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务。
数字电视地面广播传输系统支持多频网和单频网两种组网模式，可根据应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式，以达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。
2统框图
数字电视地面广播传输系统发送端完成从输入数据码流到地面电视信道传输信号的转换。
首先对外部输入的MPEG-2 TS包（188字节）码流进行扰码（随机化）和前向纠错编码（FEC），然后进行从比特流到符号流的星座映射，映射的符号流经过交织后形成基本数据块。
基本数据块与系统信息组合（复用）后，经过帧体数据处理形成帧体。
而帧体与相应的帧头（PN序列）复接为信号帧（组帧），经过基带后处理转换为基带输出信号。
该信号经正交上变频转换为射频信号（UHF和VHF频段范围内）。
发送端原理如图1所示。
图1 发送端原理框图
每个频道的射频带宽为8MHz(有效带宽7.56MHz),每个频道可同时传输5—6套标准清晰度电视节目或1套高清晰度电视节目（或2套准高清晰度电视节目）。
可提供20种数据率的选择（从4.8Mbps—32.4Mbps）。
我国的地面数字电视有两种方式：单载波和多载波。
信号处理很多部分是相同的。
在多载波系统中，共有3780个载波，载波间隔为2kHz,可能使用的调制方式主要有4QAM、16QAM、32QAM、64QAM等，传输的数据按一定的规则分配在各个载波上同时传输。
在单载波系统中，只有一个载波，它完成全部的传输任务，它同样有上述可能的调制方式。
在单位时间内，单载波系统和多载波系统完成的任务量（数据率）是相同的。
二、基带信号频谱特性和谱模板
1频谱特性
对应于射频发送信号的成形滤波后基带信号（未含双导频插入）典型频谱特性如图所示。
成形滤波后基带信号频谱特性
2带外谱模板
在电视频道带宽之外的频谱能量可通过合适的滤波进行抑制。
当数字电视发射机和模拟电视发射机（PAL制模拟电视）位于同一个发射台，并且数字电视发射机使用的频谱位于模拟电视发射机的上邻频或下邻频时，建议数字电视发射机使用的频谱模板如图17和表6所示。
图17所示的谱模板满足模拟电视的最小保护需求，并适用于如下情况：数字和模拟电视可非极化辨识；并且两种发射机的辐射功率相同。
如果两个发射机的发射功率不同，需要按比例进行修正。
图18的信号功率在4kHz带宽下测得，其中0dB对应整个输出功率。
三、国家标准系统参数归纳。