中國(guó)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)解讀1

1、上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)孫孫 軍軍20072007年年6 6月月1313日日（上海電視節(jié)中國(guó)地面數(shù)字電視論壇）（上海電視節(jié)中國(guó)地面數(shù)字電視論壇）報(bào)告提綱 國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視廣播技術(shù)介紹國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視廣播技術(shù)介紹 國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及工程驗(yàn)證國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及工程驗(yàn)證國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視廣播技術(shù)介紹國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視廣播技術(shù)介紹國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)頒布2006年8月，國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)“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”GB20600-2006頒布，將于2007年8月強(qiáng)制執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在UHF和VHF頻段中，每8MHz數(shù)字電視頻帶內(nèi)，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和

2、調(diào)制方式。標(biāo)準(zhǔn)適用于地面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)字多路電視/高清晰度電視固定和移動(dòng)廣播業(yè)務(wù)的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)。地面數(shù)字電視業(yè)務(wù)采用技術(shù)必須符合該標(biāo)準(zhǔn)定義。地面數(shù)字電視系統(tǒng)組成有線/衛(wèi)星節(jié)目源數(shù)字信號(hào)源編碼器復(fù)用器數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)地地面面調(diào)調(diào)制制地面發(fā)射數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)字電視接收系統(tǒng)地地面面解解調(diào)調(diào)信源解碼數(shù)字電視顯示發(fā)端調(diào)制技術(shù)發(fā)端調(diào)制技術(shù)獨(dú)立顯示天饋、發(fā)射塔本地節(jié)目一體顯示收端解調(diào)技術(shù)收端解調(diào)技術(shù)國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖為保證傳輸數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，輸入的碼流數(shù)據(jù)為保證傳輸數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，輸入的碼流數(shù)據(jù)需要擾碼。需要擾碼。 擾碼本原多項(xiàng)式：擾碼本原多項(xiàng)式：X15+X14+1國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖前向糾錯(cuò)編碼由前向

3、糾錯(cuò)編碼由BCH（762，752）和）和LDPC碼組成碼組成.LDPC碼采用了三種不同的碼率：碼采用了三種不同的碼率：LDPC（7488，3048）; LDPC（7488，4572）;LDPC（7488，6096）國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖本標(biāo)準(zhǔn)包含以下幾種符號(hào)映射關(guān)系：本標(biāo)準(zhǔn)包含以下幾種符號(hào)映射關(guān)系：64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、4QAM-NR。 (1) 4QAM與與4QAM+NR的符號(hào)映射對(duì)應(yīng)于高速移動(dòng)服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度的符號(hào)映射對(duì)應(yīng)于高速移動(dòng)服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和接收質(zhì)量的服務(wù)需求。電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和接收質(zhì)量的服務(wù)需

4、求。(2) 4QAM與與16QAM符號(hào)映射可對(duì)應(yīng)于中碼率服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度符號(hào)映射可對(duì)應(yīng)于中碼率服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和頻率資源利用的服務(wù)需求。電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和頻率資源利用的服務(wù)需求。(3) 32QAM 與與64QAM符號(hào)映射對(duì)應(yīng)于高碼率服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以同時(shí)支持高清晰度電視符號(hào)映射對(duì)應(yīng)于高碼率服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以同時(shí)支持高清晰度電視和多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的廣播。和多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的廣播。 國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖本標(biāo)準(zhǔn)采用了時(shí)域符號(hào)卷積交織技術(shù)以提高抗脈沖噪聲干擾能力。本標(biāo)準(zhǔn)采用了時(shí)域符號(hào)卷積交織技術(shù)以提高抗脈沖噪聲干擾能力

5、。國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖本標(biāo)準(zhǔn)采用了本標(biāo)準(zhǔn)采用了WALSH序列擴(kuò)頻保護(hù)的系統(tǒng)信息傳輸方式，用于識(shí)序列擴(kuò)頻保護(hù)的系統(tǒng)信息傳輸方式，用于識(shí)別載波模式、別載波模式、LDPC碼率、映射方式、交織深度碼率、映射方式、交織深度HHHHWn24個(gè)幀體模式符號(hào)個(gè)幀體模式符號(hào)32個(gè)調(diào)制和碼率等模式符號(hào)個(gè)調(diào)制和碼率等模式符號(hào)3744個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)系統(tǒng)信息（系統(tǒng)信息（36個(gè)符號(hào)）個(gè)符號(hào)）+ 數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（3744個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)）國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖幀體數(shù)據(jù)塊復(fù)接系統(tǒng)信息后，用幀體數(shù)據(jù)塊復(fù)接系統(tǒng)信息后，用C個(gè)子載波調(diào)制。有兩種工作模式：個(gè)子載波調(diào)制。有兩種工作模式：C=1或或C=3780。在載波數(shù)在載波數(shù)C=1模式下，作為可

6、選項(xiàng)，對(duì)幀頭和幀體經(jīng)過(guò)組幀后形成的基帶數(shù)據(jù)在模式下，作為可選項(xiàng)，對(duì)幀頭和幀體經(jīng)過(guò)組幀后形成的基帶數(shù)據(jù)在0.5符號(hào)符號(hào)速率位置插入雙導(dǎo)頻。在載波數(shù)速率位置插入雙導(dǎo)頻。在載波數(shù)C=3780模式下使用頻域交織，將調(diào)制星座點(diǎn)符號(hào)映射到幀模式下使用頻域交織，將調(diào)制星座點(diǎn)符號(hào)映射到幀體包含的體包含的3780個(gè)有效載波上。個(gè)有效載波上。 國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖幀頭有幀頭有3 3種選項(xiàng)：種選項(xiàng)：PN420PN420，PN595PN595，PN945PN945PN595采用采用10階最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（階最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（m序列）的截短，即長(zhǎng)度為序列）的截短，即長(zhǎng)度為1023的的m序列的前序列的前5

7、95個(gè)碼片，該序列具有個(gè)碼片，該序列具有平坦平坦的頻譜特性，便于的頻譜特性，便于高速同步、高速同步、均衡的充分訓(xùn)練均衡的充分訓(xùn)練。幀頭信號(hào)的平均功率與幀體信號(hào)的。幀頭信號(hào)的平均功率與幀體信號(hào)的平均功率相同平均功率相同，進(jìn)一步，進(jìn)一步降低峰均比。降低峰均比。 國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖本標(biāo)準(zhǔn)采用了創(chuàng)新的幀信號(hào)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是周期性的，以信號(hào)幀為基本單位，每個(gè)信號(hào)幀本標(biāo)準(zhǔn)采用了創(chuàng)新的幀信號(hào)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是周期性的，以信號(hào)幀為基本單位，每個(gè)信號(hào)幀由訓(xùn)練序列、系統(tǒng)信息、幀體數(shù)據(jù)三部分組成。由訓(xùn)練序列、系統(tǒng)信息、幀體數(shù)據(jù)三部分組成。 國(guó)標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖基帶后處理（成形濾波）采用平方根升余弦基帶后處理（成形濾波）采用平方

8、根升余弦（Square Root Raised Cosine，SRRC）濾波）濾波器進(jìn)行基帶脈沖成形。器進(jìn)行基帶脈沖成形。SRRC濾波器的滾降濾波器的滾降系數(shù)系數(shù)為為0.05。-8-6-4-202468-60-50-40-30-20-10010相 對(duì) 于 中 心 頻 率 fc的 頻 率 值 （ MHz）功率譜密度（dB）國(guó)標(biāo)技術(shù)特點(diǎn)使用能實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)與均衡的PN序列作為幀頭 3類幀頭：PN420， PN595， PN945，全部采用單載波調(diào)制使用先進(jìn)的LDPC碼信道編碼 3種碼率：0.4，0.6，0.8；抗衰落的系統(tǒng)信息保護(hù) 直接序列擴(kuò)頻保護(hù)國(guó)標(biāo)支持的傳輸數(shù)據(jù)率（Mbps）內(nèi)碼碼率內(nèi)碼碼率0.

9、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國(guó)標(biāo)中其它選項(xiàng)有

10、：交織深度、載波模式、幀頭循環(huán)、導(dǎo)頻插入。我們已實(shí)現(xiàn)的國(guó)標(biāo)參數(shù)介紹總體思路：繼承單載波系統(tǒng)在固定覆蓋上的優(yōu)勢(shì)，突破單載波系統(tǒng)支持移動(dòng)接收、單頻網(wǎng)的技術(shù)瓶頸，進(jìn)一步考慮多模一體機(jī)的實(shí)現(xiàn)完成多載波系統(tǒng)的研發(fā)。幀體數(shù)據(jù)處理：C=1 或C=3780典型幀頭格式為PN595，該種格式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更適合快速同步與均衡，并且保證了低的峰均比三種信道編碼碼率（0.4、0.6、0.8）均可支持，同時(shí)也提供了僅使用0.8碼率編碼就可以支持高、中、低碼率傳輸?shù)目赡埽蟠鬁p少了芯片復(fù)雜度，有利于成本的降低4QAM-NR調(diào)制模式更適合超高速的移動(dòng)接收4QAM調(diào)制方式提供更高碼率（10.396Mbps）的移動(dòng)接收16QAM

11、調(diào)制模式可以支持更低接收門限的高碼率固定接收32QAM調(diào)制模式能提供更高碼率（26Mbps）的固定接收2種交織方式均可支持正交序列聯(lián)合擴(kuò)頻序列的方式來(lái)保護(hù)傳輸中的系統(tǒng)信息雙導(dǎo)頻插入，更利于同步捕獲，同時(shí)支持無(wú)雙導(dǎo)頻一套可滿足各類需求的國(guó)標(biāo)模式模式幀體數(shù)據(jù)模式幀頭格式星座映射方式LDPC編碼效率雙導(dǎo)頻交織方式傳輸速率（Mbps）低碼率C=1PN5954QAM-NR0.8有長(zhǎng)交織5.1981-2路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目中碼率C=1PN5954QAM0.8有長(zhǎng)交織10.3962-5路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目高碼率C=1PN59516QAM0.8有長(zhǎng)交織20.7914-10路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目，或1-2套高清晰

12、度電視節(jié)目甚高碼率C=1PN59532QAM0.8有長(zhǎng)交織25.9895-13路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目，或1-2套高清晰度電視節(jié)目國(guó)標(biāo)技術(shù)優(yōu)勢(shì)-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ATSCDVB-T國(guó) 標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以幀、場(chǎng)、段組成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每一幀先分成兩個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)每場(chǎng)又有313個(gè)數(shù)據(jù)段，每場(chǎng)第一個(gè)數(shù)據(jù)段是數(shù)據(jù)場(chǎng)同步，每段共832個(gè)符號(hào)，前4個(gè)符號(hào)為段同步以O(shè)FDM符號(hào)為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本單元，一個(gè)符號(hào)包括循環(huán)段前綴（CP）和數(shù)據(jù)段，數(shù)據(jù)段在頻域上又分為數(shù)據(jù)子載波、連續(xù)導(dǎo)頻、離散導(dǎo)頻、傳輸參數(shù)信號(hào)（TPS）以幀為基本單元，一幀包括確知信息幀頭，系統(tǒng)信息，數(shù)據(jù)幀體三部分國(guó)標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比ATSC更規(guī)整，插入了更多的已知信號(hào)，有利于對(duì)信道估計(jì)

13、、同步的支持；相對(duì)于DVB-T，數(shù)據(jù)效率更高，幀頭對(duì)應(yīng)DVB-T的CP的開銷，系統(tǒng)信息開銷只相當(dāng)于DVB-T的TPS。 國(guó)標(biāo)技術(shù)優(yōu)勢(shì)-單載波接收ATSC:單導(dǎo)頻同步,不魯棒；傳統(tǒng)均衡器，無(wú)法對(duì)付強(qiáng)多徑信道和動(dòng)態(tài)信道 DVB-T:循環(huán)段前綴+導(dǎo)頻同步，頻譜效率低；頻域信道估計(jì)，難以支持高速移動(dòng)接收國(guó)標(biāo)技術(shù)優(yōu)勢(shì)-高斯門限高斯門限反映了系統(tǒng)的綜合性能，特別是信道編解碼的性能5Mbps10Mbps20Mbps25Mbps國(guó)標(biāo)1.9dB5.8dB12.4dB15.5dBATSC15dBDVB-T3.1dB7.7dB13.5dB18dB注：上表中DVB-T的性能是仿真理論結(jié)果，實(shí)際性能還有惡化，國(guó)標(biāo)性能結(jié)

14、果是實(shí)驗(yàn)室硬件測(cè)試結(jié)果國(guó)標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)性能：接收靈敏度工作模式最小信號(hào)接收電平（dBm）低碼率-99.82中碼率-95.88高碼率-89.47甚高碼率-85.91注：測(cè)試值越小，接收機(jī)的接收靈敏度越高。以上的測(cè)試結(jié)果完全可以滿足數(shù)字電視地面?zhèn)鬏數(shù)母采w范圍要求，其性能與目前已有的其它數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)相比，在傳輸相近的數(shù)據(jù)率時(shí)有3dB到6dB的優(yōu)勢(shì)。上海東方明珠單點(diǎn)覆蓋經(jīng)對(duì)比，交大方案用一塔發(fā)射就能超過(guò)歐洲標(biāo)準(zhǔn)用四塔組網(wǎng)發(fā)射的覆蓋效果！國(guó)標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)性能：同頻保護(hù)率測(cè)試項(xiàng)目名稱同頻保護(hù)率干擾模式C/I（dB）高碼率PN595多載波PN595單載波+雙導(dǎo)頻模擬干擾數(shù)字-4.6-7.1數(shù)字干擾數(shù)字12.

15、212.9均衡均衡LMSLMS算法能夠驅(qū)動(dòng)均算法能夠驅(qū)動(dòng)均衡器成為窄帶凹陷的濾衡器成為窄帶凹陷的濾波器，保證均衡輸出的波器，保證均衡輸出的信號(hào)時(shí)信號(hào)時(shí)“平平”的。所以的。所以自適應(yīng)的對(duì)付單頻干擾自適應(yīng)的對(duì)付單頻干擾。模擬電視信號(hào)實(shí)際就是模擬電視信號(hào)實(shí)際就是3 3個(gè)單頻信號(hào)。個(gè)單頻信號(hào)。注：測(cè)試值越小，表示系統(tǒng)的抗同頻干擾能力越強(qiáng)。注：測(cè)試值越小，表示系統(tǒng)的抗同頻干擾能力越強(qiáng)。國(guó)標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)性能：上、下鄰頻保護(hù)率測(cè)試項(xiàng)目名稱上、下鄰頻保護(hù)率干擾模式C/I（dB）高碼率PN595多載波PN595單載波+雙導(dǎo)頻模擬干擾數(shù)字-28.4-30.1數(shù)字干擾數(shù)字-23.6-23.6均衡均衡LMSLMS算法能夠

16、驅(qū)動(dòng)算法能夠驅(qū)動(dòng)均衡器成為窄帶凹陷均衡器成為窄帶凹陷的濾波器，保證均衡的濾波器，保證均衡輸出的信號(hào)是輸出的信號(hào)是“平平”的。所以自適應(yīng)的對(duì)的。所以自適應(yīng)的對(duì)付窄帶干擾。付窄帶干擾。鄰頻信號(hào)實(shí)際就是窄鄰頻信號(hào)實(shí)際就是窄帶信號(hào)。帶信號(hào)。注注1 1：調(diào)制器輸出未加濾波器；：調(diào)制器輸出未加濾波器；注注2 2：測(cè)試值越小，表示系統(tǒng)的抗鄰頻干擾能力越強(qiáng)；：測(cè)試值越小，表示系統(tǒng)的抗鄰頻干擾能力越強(qiáng)；從測(cè)試結(jié)果可以看出，國(guó)標(biāo)的這些模式抗鄰頻性能已經(jīng)達(dá)到從測(cè)試結(jié)果可以看出，國(guó)標(biāo)的這些模式抗鄰頻性能已經(jīng)達(dá)到啟用鄰頻的要求啟用鄰頻的要求國(guó)標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)性能：峰均比性能測(cè)試項(xiàng)目名稱峰值平均功率比百分?jǐn)?shù)峰值功率與平均功率比

17、（dB）高碼率低碼率PN595多載波PN595單載波+雙導(dǎo)頻PN595多載波PN595單載波+雙導(dǎo)頻99%6.445.096.504.5599.9%8.206.228.295.8599.99%9.727.019.586.56注：測(cè)試值越小，表示系統(tǒng)對(duì)功率放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍要求越低。注：測(cè)試值越小，表示系統(tǒng)對(duì)功率放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍要求越低。 值得注意的是，當(dāng)采用值得注意的是，當(dāng)采用PN420PN420或者或者PN945PN945作為幀頭模式時(shí)，由于幀頭功作為幀頭模式時(shí)，由于幀頭功率加倍，單載波調(diào)制方式峰均比會(huì)有一定的惡化。率加倍，單載波調(diào)制方式峰均比會(huì)有一定的惡化。 國(guó)標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)性能：抗靜態(tài)

18、信道能力信道模型幀頭PN595，16QAM，LDPC碼率=0.8幀頭PN595，4QAM-NR，LDPC碼率=0.8單載波多載波單載波多載波Brazil A14.214.82.72.8Brazil B16.219.53.45.6Brazil C15.917.73.13.9Brazil D16.119.53.37.0China 615.518.33.24.2國(guó)標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)性能： 4QAM-NR高速移動(dòng)接收測(cè)試項(xiàng)目名稱動(dòng)態(tài)多徑信道下的最大頻移多徑模型最大頻移12徑瑞利信道649 Hz注：測(cè)試值越大，表示系統(tǒng)抗動(dòng)態(tài)多徑干擾和高斯噪聲能力越強(qiáng)。注：測(cè)試值越大，表示系統(tǒng)抗動(dòng)態(tài)多徑干擾和高斯噪聲能力越強(qiáng)。在使用在使用UHFUHF頻段時(shí)，最大多普勒頻移頻段時(shí)，最大多普勒頻移649Hz649Hz意味著約意味著約900900公里的移動(dòng)速度，而其它數(shù)字電視地面公里的移動(dòng)速度，而其它數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)已公開的最多也只有傳輸系統(tǒng)已公開的最多也