中国数字电视地面传输标准解读-EmbracingChi

中国数字电视地面传输标准解读上海交通大学孙军2007年6月13日（上海电视节中国地面数字电视论坛）报告提纲•国标地面数字电视广播技术介绍•国标地面数字电视现场测试及工程验证国标地面数字电视广播技术介绍国家强制性标准颁布•2006年8月，国家强制性标准“数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制”GB20600-2006颁布，将于2007年8月强制执行。•标准规定了在UHF和VHF频段中，每8MHz数字电视频带内，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。•标准适用于地面传输的数字多路电视/高清晰度电视固定和移动广播业务的帧结构、信道编码和调制系统。•地面数字电视业务采用技术必须符合该标准定义。地面数字电视系统组成有线/卫星节目源数字信号源编码器复用器数字发射系统地面调制地面发射数据业务数字电视接收系统地面解调信源解码数字电视显示发端调制技术独立显示天馈、发射塔本地节目一体显示收端解调技术国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出为保证传输数据的随机性，输入的码流数据需要扰码。扰码本原多项式：X15+X14+1国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出前向纠错编码由BCH（762，752）和LDPC码组成.LDPC码采用了三种不同的码率：LDPC（7488，3048）;LDPC（7488，4572）;LDPC（7488，6096）国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出本标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、4QAM-NR。(1)4QAM与4QAM+NR的符号映射对应于高速移动服务业务的需求，可以支持标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和接收质量的服务需求。(2)4QAM与16QAM符号映射可对应于中码率服务业务的需求，可以支持多路标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和频率资源利用的服务需求。(3)32QAM与64QAM符号映射对应于高码率服务业务的需求，可以同时支持高清晰度电视和多路标准清晰度电视的广播。国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出本标准采用了时域符号卷积交织技术以提高抗脉冲噪声干扰能力。1×M2×M3×M…………………………………………(B-1)×M001122B-133B-11×M2×M3×M(B-1)×MB-1B-100交织解交织…………………………………………B-2B-3B-4B-4B-3B-2国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出本标准采用了WALSH序列扩频保护的系统信息传输方式，用于识别载波模式、LDPC码率、映射方式、交织深度HHHHWn24个帧体模式符号32个调制和码率等模式符号3744个数据符号系统信息（36个符号）+数据（3744个符号）国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出帧体数据块复接系统信息后，用C个子载波调制。有两种工作模式：C=1或C=3780。在载波数C=1模式下，作为可选项，对帧头和帧体经过组帧后形成的基带数据在±0.5符号速率位置插入双导频。在载波数C=3780模式下使用频域交织，将调制星座点符号映射到帧体包含的3780个有效载波上。国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出帧头有3种选项：PN420，PN595，PN945PN595采用10阶最大长度的伪随机二进制序列（m序列）的截短，即长度为1023的m序列的前595个码片，该序列具有平坦的频谱特性，便于高速同步、均衡的充分训练。帧头信号的平均功率与帧体信号的平均功率相同，进一步降低峰均比。国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出本标准采用了创新的帧信号结构。该结构是周期性的，以信号帧为基本单位，每个信号帧由训练序列、系统信息、帧体数据三部分组成。国标发端系统框图随机化前向纠错编码星座映射与交织系统信息复用帧体数据处理组帧帧头基带后处理正交上变频数据输入射频输出基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦（SquareRootRaisedCosine，SRRC）滤波器进行基带脉冲成形。SRRC滤波器的滚降系数α为0.05。-8-6-4-202468-60-50-40-30-20-10010相对于中心频率fc的频率值（MHz）功率谱密度（dB）国标技术特点•使用能实现信道估计与均衡的PN序列作为帧头–3类帧头：PN420，PN595，PN945，全部采用单载波调制•使用先进的LDPC码信道编码–3种码率：0.4，0.6，0.8；•抗衰落的系统信息保护–直接序列扩频保护国标支持的传输数据率（Mbps）内码码率0.40.60.8PN4204QAM-NR--5.4144QAM5.4148.12210.82916QAM10.82916.24321.65832QAM--27.07264QAM16.24324.36532.486PN5954QAM-NR--5.1984QAM5.1987.79710.39616QAM10.39615.59320.79132QAM--25.98964QAM15.59323.3931.187PN9454QAM-NR--4.8134QAM4.8137.2199.62616QAM9.62614.43819.25132QAM--24.06464QAM14.43821.65828.877国标中其它选项有：交织深度、载波模式、帧头循环、导频插入。我们已实现的国标参数介绍总体思路：继承单载波系统在固定覆盖上的优势，突破单载波系统支持移动接收、单频网的技术瓶颈，进一步考虑多模一体机的实现完成多载波系统的研发。•帧体数据处理：C=1或C=3780•典型帧头格式为PN595，该种格式结构简单，更适合快速同步与均衡，并且保证了低的峰均比•三种信道编码码率（0.4、0.6、0.8）均可支持，同时也提供了仅使用0.8码率编码就可以支持高、中、低码率传输的可能，大大减少了芯片复杂度，有利于成本的降低•4QAM-NR调制模式更适合超高速的移动接收•4QAM调制方式提供更高码率（10.396Mbps）的移动接收•16QAM调制模式可以支持更低接收门限的高码率固定接收•32QAM调制模式能提供更高码率（26Mbps）的固定接收•2种交织方式均可支持•正交序列联合扩频序列的方式来保护传输中的系统信息•双导频插入，更利于同步捕获，同时支持无双导频一套可满足各类需求的国标模式模式帧体数据模式帧头格式星座映射方式LDPC编码效率双导频交织方式传输速率（Mbps）低码率C=1PN5954QAM-NR0.8有长交织5.1981-2路标准清晰度电视节目中码率C=1PN5954QAM0.8有长交织10.3962-5路标准清晰度电视节目高码率C=1PN59516QAM0.8有长交织20.7914-10路标准清晰度电视节目，或1-2套高清晰度电视节目甚高码率C=1PN59532QAM0.8有长交织25.9895-13路标准清晰度电视节目，或1-2套高清晰度电视节目国标技术优势-数据结构ATSCDVB-T国标数据结构以帧、场、段组成数据结构。每一帧先分成两个数据场每场又有313个数据段，每场第一个数据段是数据场同步，每段共832个符号，前4个符号为段同步以OFDM符号为数据结构的基本单元，一个符号包括循环段前缀（CP）和数据段，数据段在频域上又分为数据子载波、连续导频、离散导频、传输参数信号（TPS）以帧为基本单元，一帧包括确知信息帧头，系统信息，数据帧体三部分国标数据结构比ATSC更规整，插入了更多的已知信号，有利于对信道估计、同步的支持；相对于DVB-T，数据效率更高，帧头对应DVB-T的CP的开销，系统信息开销只相当于DVB-T的TPS。国标技术优势-单载波接收ATSC:单导频同步,不鲁棒；传统均衡器，无法对付强多径信道和动态信道DVB-T:循环段前缀+导频同步，频谱效率低；频域信道估计，难以支持高速移动接收国标技术优势-高斯门限•高斯门限反映了系统的综合性能，特别是信道编解码的性能5Mbps10Mbps20Mbps25Mbps国标1.9dB5.8dB12.4dB15.5dBATSC15dBDVB-T3.1dB7.7dB13.5dB18dB注：上表中DVB-T的性能是仿真理论结果，实际性能还有恶化，国标性能结果是实验室硬件测试结果国标系统技术性能：接收灵敏度工作模式最小信号接收电平（dBm）低码率-99.82中码率-95.88高码率-89.47甚高码率-85.91注：测试值越小，接收机的接收灵敏度越高。以上的测试结果完全可以满足数字电视地面传输的覆盖范围要求，其性能与目前已有的其它数字电视地面传输标准相比，在传输相近的数据率时有3dB到6dB的优势。上海东方明珠单点覆盖经对比，交大方案用一塔发射就能超过欧洲标准用四塔组网发射的覆盖效果！国标系统技术性能：同频保护率测试项目名称同频保护率干扰模式C/I（dB）高码率PN595多载波PN595单载波+双导频模拟干扰数字-4.6-7.1数字干扰数字12.212.9均衡LMS算法能够驱动均衡器成为窄带凹陷的滤波器，保证均衡输出的信号时“平”的。所以自适应的对付单频干扰。模拟电视信号实际就是3个单频信号。注：测试值越小，表示系统的抗同频干扰能力越强。国标系统技术性能：上、下邻频保护率测试项目名称上、下邻频保护率干扰模式C/I（dB）高码率PN595多载波PN595单载波+双导频模拟干扰数字-28.4-30.1数字干扰数字-23.6-23.6均衡LMS算法能够驱动均衡器成为窄带凹陷的滤波器，保证均衡输出的信号是“平”的。所以自适应的对付窄带干扰。邻频信号实际就是窄带信号。注1：调制器输出未加滤波器；注2：测试值越小，表示系统的抗邻频干扰能力越强；从测试结果可以看出，国标的这些模式抗邻频性能已经达到启用邻频的要求国标系统技术性能：峰均比性能测试项目名称峰值平均功率比百分数峰值功率与平均功率比（dB）高码率低码率PN595多载波PN595单载波+双导频PN595多载波PN595单载波+双导频99%6.445.096.504.5599.9%8.206.228.295.8599.99%9.727.019.586.56注：测试值越小，表示系统对功率放大器的线性动态范围要求越低。值得注意的是，当采用PN420或者PN945作为帧头模式时，由于帧头功率加倍，单载波调制方式峰均比会有一定的恶化。国标系统技术性能：抗静态信道能力信道模型帧头PN595，16QAM，LDPC码率=0.8帧头PN595，4QAM-NR，LDPC码率=0.8单载波多载波单载波多载波BrazilA14.214.82.72.8BrazilB16.219.53.45.6BrazilC15.917.73.13.9BrazilD16.119.53.37.0China615.518.33.24.2国标系统技术性能：4QAM-NR高速移动接收测试项目名称动态多径信道下的最大频移多径模型最大频移12径瑞利信道649Hz注：测试值越大，表示系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强。在使用UHF频段时，最大多普勒频移649Hz意味着约900公里的移动速度，而其它数字电视地面传输系统已公开的最多也只有150Hz左右。国标系统技术性能：单频网针对国标单载波的单频网方案则向各个发射点传送信道编码后的