DVB數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)與DTMB國標(biāo)

第十二課DVB數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)與DTMB國標(biāo)

2012.5.15.12.1DVB數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)12.1.1MEPG-2系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)在DVB中的實(shí)施

DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，包含DVB-C\DVB-T\DVB-S,這些標(biāo)準(zhǔn)是由ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)）制定的，其中最先的參數(shù)規(guī)范是演播室參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。12.1.2DVB-S信道編碼與調(diào)制系統(tǒng)1．DVB-S簡介

DVB-S是1994年12月由ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì))制定標(biāo)準(zhǔn)的。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。系統(tǒng)功能框圖如圖12-1所示，左邊部分為MPEG-2信源編碼和復(fù)用，右邊是信道編碼和高頻調(diào)制部分。圖12-1DVB-S系統(tǒng)功能框圖2．復(fù)用適配和能量擴(kuò)散 輸入TS流是188字節(jié)的包，其中第一個(gè)字節(jié)是同步字節(jié)(SYNC)。在DVB-S中，對(duì)TS流包的處理如圖12-2所示。圖12-2TS流包的加擾和RS編碼3．外碼編碼外碼編碼即是RS編碼，是在每188字節(jié)后加入16字節(jié)的RS碼(204，188，t=8)，參見圖12-2(b)。

4．外交織

為提供抗突發(fā)干擾的能力，在RS編碼后采用字節(jié)為單元的交織，稱為字節(jié)交織或外交織，交織深度I=12字節(jié)。5．卷積內(nèi)編碼

內(nèi)碼編碼與外碼編碼相結(jié)合，構(gòu)成了DVB-S中的級(jí)聯(lián)編碼，它增強(qiáng)了信道糾錯(cuò)能力，有利于抗御衛(wèi)星廣播信道傳輸中干擾的影響。 內(nèi)碼編碼與外碼編碼相結(jié)合，構(gòu)成了DVB-S中的級(jí)聯(lián)編碼，它增強(qiáng)了信道糾錯(cuò)能力，有利于抗御衛(wèi)星廣播信道傳輸中干擾的影響。6．收縮卷積碼和基帶成形

基帶卷積輸出X，Y輸入至收縮卷積碼電路，實(shí)現(xiàn)2/3或3/4等編碼效率，而后再使該串行序列經(jīng)串/并變換電路形成I，Q兩路并行輸出。7．誤碼性能要求

衛(wèi)星接收端有確定的誤碼性能要求，以確保接收信號(hào)質(zhì)量。在傳輸信道中，對(duì)于出現(xiàn)的相加性白高斯噪聲(AWGN)引起的信號(hào)質(zhì)量下降，通常以Eb/N0進(jìn)行衡量。7．可用比特率與轉(zhuǎn)換器帶寬的關(guān)系 一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器能以QPSK調(diào)制方式傳輸?shù)目捎帽忍芈手?，除了決定于可選用的不同值的內(nèi)碼編碼率外，更加決定于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器本身的帶寬。

由上面所述可以看出，DVB-S的特點(diǎn)在于衛(wèi)星信道的帶寬大(>24MHz)，但轉(zhuǎn)發(fā)器的輻射功率不高(十幾瓦至一百多瓦)，傳輸信道質(zhì)量不夠高(傳輸路徑遠(yuǎn)，特別是易于受雨衰影響)。因此，為保證接收可靠而采用了調(diào)制效率較低、抗干擾能力強(qiáng)的QPSK調(diào)制。12.1.3DVB-C信道編碼與調(diào)制系統(tǒng)1．DVB-C簡介

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ETS300429。

DVB-C系統(tǒng)定義了有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的功能塊組成，它使MPEG-2基帶數(shù)字電視信號(hào)與有線信道特性相匹配。正交振幅調(diào)制（QAM）是一種幅度和相位聯(lián)合鍵控（APK）的調(diào)制方式。它可以提高系統(tǒng)可靠性，且能獲得較高的信息頻帶利用率，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種數(shù)字調(diào)制方式。正交振幅調(diào)制是用兩路獨(dú)立的基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用已調(diào)信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。2．DVB-C信道編碼與DVB-S的共通部分 由圖12-3可見，發(fā)送端框圖中的前4個(gè)方框是與DVB-S一樣的。3．字節(jié)到m位符號(hào)變換

DVB-C中，符號(hào)交織(交織深度I=12字節(jié))之后沒有級(jí)聯(lián)的卷積編碼，也即只有外編碼而無內(nèi)編碼，原因在于有線信道質(zhì)量較好，不必將FEC做得復(fù)雜化。圖12-3DVB-C前端與接收端框圖4．不同M值的MQAM星座圖圖12-4所示的為MQAM星座圖，它們的實(shí)現(xiàn)都基于圖12-3所示的符號(hào)變換框圖。圖7-1464QAM調(diào)制星座圖圖12-4MQAM信號(hào)的星座圖在數(shù)字電視地面、有線、衛(wèi)星傳輸方式中，數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)環(huán)境最為復(fù)雜，也因其技術(shù)要求最高、受眾廣而備受關(guān)注。地面系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作也十分重要。12.1.4DVB-T采用地面廣播進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)字電視系統(tǒng)1地面廣播的標(biāo)準(zhǔn)歐洲采用以COFDM為核心技術(shù)的DVB-T/H標(biāo)準(zhǔn)；美國大聯(lián)盟組織提出的以8VSB為核心技術(shù)的ATSC標(biāo)準(zhǔn)；日本提出的以BST-OFDM為核心技術(shù)的ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)；我國采用自主研制的DTMB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2地面數(shù)字電視系統(tǒng)組成地面數(shù)字電視的系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成。圖12-5基于IFFT/FFT的OFDM系統(tǒng)3國內(nèi)經(jīng)過多年探索和競爭，也推出了中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字地面電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：清華大學(xué)提出的以TDS-OFDM時(shí)域同步正交頻分復(fù)用為核心技術(shù)的DMB-T/TH標(biāo)準(zhǔn)和上海交通大學(xué)的基于VSB單載波殘留邊帶調(diào)制技術(shù)的ADTB-T(先進(jìn)數(shù)字電視廣播-地面標(biāo)準(zhǔn))。目前，地面無線數(shù)字電視國家標(biāo)準(zhǔn)融合了上海交通大學(xué)的單載波和清華大學(xué)的多載波方案。12.1.5DVB廣播電視傳輸系統(tǒng)幾個(gè)概念

1比特率和波特率比特率是指二元數(shù)字碼流的信息傳輸速率，表示每秒可傳輸多少個(gè)二元比特，單位是bie/s。波特率是指三元及三元以上數(shù)字碼流的信息傳輸速率，單位是band/s,表示每秒可傳輸多少個(gè)多元碼字。2頻譜效率頻譜效率指傳輸信道中每赫茲帶寬可以傳輸?shù)谋忍芈省?4QAM頻譜效率高達(dá)6bit/s/Hz。3滾降系數(shù)升余弦滾降信號(hào)的最大帶寬超出對(duì)應(yīng)的理想低通信號(hào)帶寬（1/2）T的部分，與對(duì)應(yīng)的理想低通信號(hào)帶寬（1/2）T的比例稱為滾降系數(shù)。工程中滾降系數(shù)大多取0.35.4誤碼率誤碼率指在經(jīng)過系統(tǒng)的傳輸后，發(fā)生錯(cuò)誤的碼字占信源發(fā)送出的總碼字?jǐn)?shù)的比例。通常以10（k=1,2,3…）形式表示；

5信噪比S/N、載噪比C/N信噪比S/N是指傳輸信號(hào)的平均功率S與噪聲的平均功率N之比，以對(duì)數(shù)表示；載噪比C/N是指已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)的平均功率C與噪聲的平均功率N之比，以對(duì)數(shù)表示；-k12.2地面數(shù)字電視國家標(biāo)準(zhǔn)DTMB技術(shù)介紹12.2.1國標(biāo)DTMB技術(shù)方案及性能指標(biāo)國標(biāo)DTMB提供的地面數(shù)字多媒體業(yè)務(wù)包括HDTV、音頻、視頻、數(shù)據(jù)廣播和交互多媒體等，重要特性包括：★高信息容量：為HDTV節(jié)目提供大于24Mb/s的單信道碼率。

★高度靈活的操作模式：通過選擇不同的調(diào)制方式和地址信息，系統(tǒng)能夠支持固定、便攜、步行或高速移動(dòng)接收。

★高度靈活的頻率規(guī)劃和覆蓋區(qū)域：使用單頻網(wǎng)和同頻道覆蓋擴(kuò)展器/縫隙填充器的概念，通過選擇不同保護(hù)間隔的工作模式可構(gòu)建16公里和36公里覆蓋范圍的單頻網(wǎng)。

★支持不同的應(yīng)用：HDTV、SDTV、數(shù)據(jù)廣播、互聯(lián)網(wǎng)、消息傳送等。

★支持多個(gè)傳送/網(wǎng)路協(xié)議，例如MPEG2和IP

協(xié)議集。易于與其他的廣播和通信系統(tǒng)連接。

★在OFDM

調(diào)制系統(tǒng)（TDS-OFDM）中實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的信道編碼和時(shí)域信道估計(jì)/同步方案，降低了系統(tǒng)C/N門限，以便降低發(fā)射功率，從而減少對(duì)現(xiàn)有模擬電視節(jié)目的干擾。

★支持便攜終端低功耗模式。

★支持多種工作模式傳輸速率可選范圍5.414～32.486Mbps；調(diào)制方式可選QPSK、16QAM、64QAM；保護(hù)間隔可選55.6ms、125ms；內(nèi)碼碼率可選0.4、0.6、0.8。12.2.2國標(biāo)DTMB方案國標(biāo)DTMB傳輸系統(tǒng)采用了創(chuàng)新的時(shí)域同步正交頻分復(fù)用（TDS－OFDM）單多載波調(diào)制方式。這種調(diào)制方式，主要針對(duì)地面數(shù)字多媒體電視廣播傳輸信道線性時(shí)變的寬帶傳輸信道特性（頻域選擇性與時(shí)域選擇性同時(shí)存在的傳輸信道）所設(shè)計(jì)。由于TDS－OFDM適用于具有多徑干擾和多普勒頻移的傳輸信道，因此其同樣適用于地面數(shù)字多媒體電視廣播以外的其他寬帶傳輸系統(tǒng)。

12.2.3國標(biāo)DTMB方案構(gòu)成電視節(jié)目或數(shù)據(jù)、文本、圖片、語音等多媒體信息經(jīng)過信源編碼、信道編碼后，通過一個(gè)或一個(gè)以上的發(fā)射機(jī)發(fā)射出去，覆蓋一定區(qū)域。

圖12-6國標(biāo)DTMB的方案構(gòu)成

國標(biāo)DTMB傳輸系統(tǒng)采用了創(chuàng)新的時(shí)域同步正交頻分復(fù)用（TDS－OFDM）單多載波調(diào)制方式。這種調(diào)制方式，主要針對(duì)地面數(shù)字多媒體電視廣播傳輸信道線性時(shí)變的寬帶傳輸信道特性（頻域選擇性與時(shí)域選擇性同時(shí)存在的傳輸信道）所設(shè)計(jì)。由于TDS－OFDM適用于具有多徑干擾和多普勒頻移的傳輸信道，因此其同樣適用于地面數(shù)字多媒體電視廣播以外的其它寬帶傳輸系統(tǒng)。

12.2.4國標(biāo)DTMB方案要點(diǎn)（1）創(chuàng)新的TDS-OFDM調(diào)制

國標(biāo)DTMB系統(tǒng)采用了TDS-OFDM，其特點(diǎn)是同步頭采用了偽隨機(jī)序列，在每個(gè)OFDM保護(hù)間隔周期性地插入時(shí)域正交編碼的幀同步序列。

（2）原創(chuàng)的數(shù)字電視廣播幀結(jié)構(gòu)圖12-7國標(biāo)DTMB的分級(jí)幀結(jié)構(gòu)圖12-8幀結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的同步，國標(biāo)DTMB采用了分級(jí)幀結(jié)構(gòu)，如圖12-7、12-8所示，它具有周期性，并且可以和絕對(duì)時(shí)間同步。幀結(jié)構(gòu)的基本單元稱為信號(hào)幀，225個(gè)信號(hào)幀定義為一個(gè)幀群，480個(gè)幀群定義為一個(gè)超幀。幀結(jié)構(gòu)的頂層稱為日幀，由超幀組成。

信號(hào)幀的幀體采用多載波調(diào)制方式或單載波調(diào)制方式，幀體的子載波數(shù)為3780或者為1。子載波數(shù)為3780時(shí)，相鄰子載波的間隔為2kHz,每個(gè)子載波符號(hào)采用MQAM調(diào)制。

圖12-9濾波器幅度響應(yīng)（3）原創(chuàng)的廣播同步傳輸技術(shù)

PN序列除了作為OFDM塊的保護(hù)間隔以外，在接收端還可以被用做信號(hào)幀的幀同步、載波恢復(fù)與自動(dòng)頻率跟蹤、符號(hào)時(shí)鐘恢復(fù)、信道估計(jì)等用途。理論和實(shí)踐已經(jīng)證明，具有零填充保護(hù)間隔的OFDM與具有循環(huán)前綴保護(hù)間隔的OFDM（例如DVB-T的COFDM）在理論上是等價(jià)的。12.2.5DTMB的技術(shù)特點(diǎn)國標(biāo)DTMB以時(shí)域正交頻分復(fù)用（TDS-OFDM）調(diào)制技術(shù)為核心，形成了自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，具有自己鮮明的技術(shù)特點(diǎn)：1OFDM調(diào)制時(shí)域同步技術(shù)

在OFDM系統(tǒng)中同步設(shè)置是最重要的環(huán)節(jié)之一，也是OFDM系統(tǒng)最重要的創(chuàng)新焦點(diǎn)。

在歐洲D(zhuǎn)VB-T的C-OFDM中，系統(tǒng)同步是通過在頻域OFDM符號(hào)中插入導(dǎo)頻而實(shí)現(xiàn)的，即采用頻域同步技術(shù)。國標(biāo)DTMB采用了稱為PN序列填充時(shí)域同步正交頻分復(fù)用（TDS-OFDM）的技術(shù)，將PN序列填充傳統(tǒng)OFDM的保護(hù)間隔作為幀頭，由于此幀頭信號(hào)已知，可以在接收端被去除，因此等同為零填充的保護(hù)間隔。同時(shí)，PN序列作為同步序列，又被用于實(shí)現(xiàn)同步。而且，在接收端可用該P(yáng)N序列通過相關(guān)計(jì)算估算出無線信道的時(shí)域沖擊響應(yīng)時(shí)間。

2OFDM調(diào)制保護(hù)間隔的新定義

在OFDM系統(tǒng)中，OFDM信號(hào)結(jié)構(gòu)是塊結(jié)構(gòu)，每個(gè)信號(hào)塊稱為OFDM符號(hào)，它在時(shí)域中由兩部分組成:一個(gè)是數(shù)據(jù)部分，另一個(gè)是保護(hù)間隔。OFDM信號(hào)塊數(shù)據(jù)部分是在頻率域定義的，為了抗多徑干擾必須有保護(hù)間隔，保護(hù)間隔長度一般大于傳輸多徑信號(hào)的傳播延時(shí)。

3與絕對(duì)時(shí)間同步的分層幀結(jié)構(gòu)

國標(biāo)DTMB采用獨(dú)具特色的分層復(fù)幀結(jié)構(gòu)。這種分層幀結(jié)構(gòu)，可以在物理層為單頻網(wǎng)提供與TS流對(duì)應(yīng)的秒同步時(shí)鐘，便于單頻組網(wǎng)；可以與按日歷日為周期的廣播節(jié)目表相配合，便于進(jìn)行定時(shí)接收。4傳輸效率或頻譜效率高

歐洲D(zhuǎn)VB-TC-OFDM用10%的子載波傳送用于同步和信道估計(jì)等的導(dǎo)頻信號(hào)，同時(shí)存在循環(huán)前綴的保護(hù)間隔，而TDS-OFDM將時(shí)間保護(hù)間隔同時(shí)用于傳輸信道估計(jì)信號(hào)，因此DVB-T系統(tǒng)的傳輸效率只能達(dá)到國標(biāo)DTMB系統(tǒng)的90%。

5抗多徑干擾能力強(qiáng)

多載波系統(tǒng)和單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)具有抗多徑干擾的能力，抵抗多徑干擾的大小等于其保護(hù)間隔的長度。6信道估計(jì)性能良好

TDS-OFDM的信道估計(jì)性能優(yōu)于C-OFDM。這是由于TDS-OFDM用于信道估計(jì)的PN序列具有20dB左右的擴(kuò)頻增益，同時(shí)又沒有C-OFDM做信道估計(jì)時(shí)特有的插值誤差。7適于移動(dòng)接收

移動(dòng)接收產(chǎn)生了多普勒效應(yīng)和遮擋干擾，使傳輸信道具有隨時(shí)間變化的特性（時(shí)變特性）。

C-OFDM在移動(dòng)情況下，要考慮4個(gè)OFDM符號(hào)的信道變化影響，而TDS-OFDM只需考慮1個(gè)OFDM符號(hào)的信道變化影響。測試結(jié)果證明，國標(biāo)DTMB系統(tǒng)的高清電視移動(dòng)接收性能居國際領(lǐng)先水平。8.系統(tǒng)同步快

TDS-OFDM同步時(shí)間約為1毫秒，而C-OFDM的同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，同步時(shí)間為幾十毫秒左右。

9.易于構(gòu)筑單頻網(wǎng)

DVB-T在MPEG碼流層進(jìn)行單頻網(wǎng)同步，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較復(fù)雜。國標(biāo)DTMB的幀結(jié)構(gòu)以整秒為單位，能夠在傳輸物理層對(duì)單頻網(wǎng)進(jìn)行同步，實(shí)現(xiàn)設(shè)備簡單，建網(wǎng)成本低。

2006年5月～2006年7月，國家數(shù)字電視系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)室對(duì)以TDS-OFDM技術(shù)為基礎(chǔ)的國標(biāo)DTMB樣機(jī)進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明，主要系統(tǒng)性能指標(biāo)超越歐洲D(zhuǎn)VB-T系統(tǒng)。經(jīng)過長期的技術(shù)創(chuàng)新，DTMB整體性能超過了地面數(shù)字電視已有的國際標(biāo)準(zhǔn)。相比于商用化推廣最為成功的DVB-T系統(tǒng)，其快速捕獲和同步跟蹤更穩(wěn)?。幌到y(tǒng)頻譜利用效率改善超過10%；支持單天線高清電視移動(dòng)接收；移動(dòng)性能更好；系統(tǒng)信噪比門限改善接近50%，覆蓋性能更好；抗脈沖干擾能力更強(qiáng)。但此優(yōu)勢并非一成不變，歐洲第二代地面視頻廣播系統(tǒng)DVB-T2的出現(xiàn)使DTMB在信噪比門限及抗脈沖干擾能力方面的優(yōu)勢不復(fù)存在。DTMB只有堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新才能繼續(xù)保持我們這數(shù)字電視領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。謝謝2月-2510:54:5610:5410:542月-252月-2510:5410:5410:54:562月-252月-2510:54:562025/2/1410:54:569、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Friday,February14,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。10:54:5610:54:5610:542/14/202510:54:56AM1