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浅述DMB-T地面数字电视主要传输系统的特点

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-07

  摘要:本文简单介绍了DMB-T传输系统的调制模式,以及DMB-T所采用的主要技术和系统特点。

  地面广播(DTTB)已达到可实现阶段,世界上已经公布的DTTB传输标准主要有3种:ATSC、DVB-T、ISDB-T,基于对这3个地面数字电视系统的深入研究,借鉴并吸收了这些年来国际国内数字电视技术方面的经验和教训,清华大学最近提出了一个基于TDS-OFDM调制技术的地面数字电视广播传输系统--地面数字多媒体电视广播(Terrestrial Digital Multimedia Television Broadcasting,DMB-T)传输系统。

  DMB-T传输系统的设计指导思想是将数据检测与信道估计分别对待,以获得最佳接收效果。对于数据检测,DMB-T传输系统采用频谱效率高、抗多径干扰能力强、适用于宽带信号传输的OFDM调制方式。对于信道估计,DMB-T传输系统在时域采用已知的周期伪随机(PN)序列作为参考信号。与现有的数字电视传输标准相比,DMB-T采用了一种时域信号处理与频域信号处理相结合的创新技术,可以同时发挥数字信号处理在时域和频域的优势。

  DMB-T的多层分组乘积码可以采用最新的Turbo算法解码,以获得接近信道容量的传输性能。针对不同的应用,DMB-T传输系统的前向纠错编码分为两种模式:电视模式和多媒体模式。

  电视节目广播前向纠错采用2/3码率格形码、卷积交织码和RS码构成的级联码。RS(209,187)分组码是截短的RS(255,233)分组码,可以纠正11B的传输误码。为了减少突发脉冲干扰所造成的连续误码的影响,DMB-T传输系统在内码和外码之间插入了卷积交织编码B=19;M=22,总时延相当于36个RS(209,187)分组码。

  多媒体综合数据业务服务的前向纠错采用的是多层分组乘积码(Multi-level Block Product Code)。它是由分组乘积码BPC(3762,2992)构成的一种系统码,是二维分组乘积码BPC(4096,3249)的删余截短,其解码器可以采用高性能Turbo算法。

  DMB-T传输系统的多层分组乘积码分为三层。不同层按定义映射到64QAM星座符号的不同比特位,因此具有不同程度的抗干扰能力。DMB-T传输系统的多媒体数据流可以根据需要给予不同的保护优先级。

  针对地面无线广播信道的特性,DMB-T传输系统在时域和频域都进行数据交织编码。时域交织编码是在多个信号帧之间进行的,采用基于星座符号的卷积交织编码器,有四种工作模式。而频域交织编码是在一个信号帧之内,根据映射表来进行的。频域交织编码器将由3780个符号组成的输入符号矢量映射成一个新的输出矢量。

  DMB-T传输系统的符号星座图采用64QAM。对于不同的前向纠编码模式,其符号星座图有所不同。采用电视广播前向纠错编码模式的DMB-T传输系统是使用均匀分布的64QAM符号星座图,其I和Q坐标的投影为(-7,-5,-3,-1,1,3,5,7)。采用多媒体综合数据业务服务前向纠错编码模式的DMB-T传输系统是使用非均匀分布的64QAM符号星座图,其I和Q坐标的投影为(-9,-7, -4,-2,2,4,7,9)。非均匀星座图是为多层纠错编码所设计的。

  TDS-OFDM调制按下列步骤进行:(1)输入的MPEG-TS码流经过信道编码处理后在频域形成长度为3780的IDFT数据块;(2)采用DFT将IDFT数据块变换为长度为3780的时域离散样值帧体,7.56M/s个样值;(3)在OFDM的保护间隔插入长度为378的PN序列作为帧头;(4)将帧头和帧体组合成时间长度为550的信号帧;(5)采用具有线性相位延迟特性的FIR低通滤波器对信号进行频域整形;(6)将基带信号进行上变频调制到RF载波上。

  (1)时域同步的正交多载波技术。地面宽带无线传输的最大困难在于多径引起的频率选择性衰落,OFDM技术则在对抗频率选择性衰落方面具有独特的优势。然而,子载波间的正交性对同步提出严格的要求。欧洲采用全频域处理方式形成其核心技术——编码的OFDM(COFDM)技术,由于其系统同步和信道估计互为条件,需用复杂的迭代算法和强功率同步导频等技术措施。而TDS-OFDM通过时域和频域混合处理,简单方便地实现了快速码字捕获和稳健的同步跟踪,形成了与欧、日多载波技术不同的自主核心技术。

  (2)保护间隔的PN填充技术。为了在多径时延扩散信道中避免码间串扰,DVB采用了循环前缀填充的OFDM保护间隔,使其传输的效率有所损失。DMB-T发明了基于PN序列扩频技术的高保护同步传输技术,并用其填充OFDM保护间隔,使系统的频谱利用效率提高10%,并有20dB以上同步保护增益。采用了PN序列填充的时域同步正交频分复用调制(TDS-OFDM),一个信号帧由帧同步和帧体组成,基带符号相同。帧同步:PN序列,BPSK调制。便于可靠同步和信道估计,并可扩展用于基站识别、终端定位,同时用作OFDM符号的保护间隔;帧体:OFDM3780个子载波,2kHz频率间隔。满足奈奎斯特抽样。

  (3)快速信道估计技术。针对现有地面数字电视传输标准的信道估计迭代过程较长(一次有效参数估计约需1.024ms)的不足,DMB-T发明了新的TDS-OFDM信道估计技术,通过正交相关和付立叶变换实现快速信道估计(一次有效参数估计约需0.6ms),提高了系统移动接收性能。

  (4)前向纠错编码与相位映射相结合的纠错技术。针对采用多载波COFDM技术的信噪比门限相对VSB单载波技术较差的现实,DMB-T发明了一种新的系统级联纠错内码和最小欧氏距离最大化映射技术,使采用多载波技术的系统信噪比门限获得10%以上的改善。

  (5)与绝对时间同步的帧结构。DMB-T传输协议设计了与绝对时间同步的复帧结构,方便自动唤醒功能设置,达到省电目的,支持便携接收;与绝对时间同步机制有利于单频网同步发送信号的功能控制,使DMB-T单频网同步设备比国际现有标准的同类设备更容易实现。其物理信道帧结构如下图所示。

  帧结构是分级的,一个基本帧结构称为一个信号帧。帧群定义为255个信号帧,其第一帧定义为帧群头。帧群中的信号帧有唯一的帧号,标号从0到254,信号帧号(则)被编码到当前信号帧的帧同步序列中。超帧定义为一组帧群,帧结构的顶层称为超帧群。超帧被编号,从0到最大帧群号。超帧号(SFN)与超帧群号(SFGN)一起被编码到超帧的第一个帧群头中。SFGN被定义为超帧群发送的日历日期,超帧群以一个自然日为周期进行周期性重复,它被编码为下行线路超帧群中一个超帧的第一个帧群头中的前两个字节。在北京时间00:00:00AM,物理信道帧结构被复位并开始一个新的超帧群。一个信号帧由两部分组成:帧同步和帧体。帧同步和帧体的基带符号率相同,规定为7.56MSps。帧同步信号采用沃尔什编码的随机序列,以实现多基站识别。帧同步包含前同步、帧同步序列和后同步。对于一个信号帧群中的不同的信号帧,有不同的帧同步信号。所以,帧同步能作为一个特殊信号帧的帧同步特征而用于识别。帧同步采用BPSK调制以得到稳定的同步。帧体的基带信号是一个01刃IM块。它可以进一步分成保护间隔和一个DFT块。DFG块在其适于中有3780个取样,它们是频域中3780个子载波的逆离散富氏变换。

  (6)系统信息传送。DMB-T传输协议为每一个长度500μS信息数据的信号帧设定了独特地址的帧头,方便数据信息的识别和分离,具有融合多业务广播的技术基础,故称“多媒体/电视广播”。该帧识别功能还将为“双向互动”系统提供同步体系。

  由于采用了IDS-OFDM调制技术,DMB-T传输系统不仅适用于传统的电视节目(视频码流)广播,也适用于提供其它多媒体信息传输服务。其特性如下:

  (1)兼容性。目前,世界上有33个国家和地区选择DVB-T技术标准,DMB-T技术与DVB-T技术均采用了OFDM信号调试方式,具有基本一致的有效信号带宽及频谱特性。因此,DMB-T可采用与DVB-T对PAL、PAL对DVB-T、DVB-T对DVB-T的同频干扰及邻频干扰相同的频谱保护比。由于DMB-T要求的最小接收场强低于DVB-T,因此按照DVB-T系统要求的频率规划方案可以用于DMB-T系统。DMB-T和DVB-T系统可采用相同的天线、广播发射机和调谐器。

  (2)高数据码率,在8MHz电视频道中,最大净荷码率高达33Mb/s,能够满足HDTV广播要求;克服了数字电视的悬崖效应,使DMB-T既能用于DTV广播,也可用于数据通信。

  (3)支持蜂窝单频网,这意味着邻近的电视台可以使用相同的频率广播相同的内容,可用低发射功率覆盖大范围。单频网有利于频率规划,增加频谱利用率,可使有限的频率资源得到充分地利用,可以进一步在广播协议中引进通信技术,使DMB-T支持蜂窝单频网络。

  (4)卓越的移动接收能力,简单天线可以收视, 适于便携式接收机,采用了TDS-OFDM调制方案,使人们在乘坐汽车和火车时能得到可靠的、即时的多媒体信息服务。

  (5)决速同步,采用时域同步方案,可以获得快速的同步时间;信道估计准确。

  (6)在各种条件和环境下接收能力强;采用了最先进的误码纠错技术和信号调制技术,使接收机能够在各种条件和环境中可靠的接收信号,抗干扰能力强(24dB扩频增益),能够抗静态多径 (简单天线接收)和动态多径干扰 (适于运动环境下接收)及各种家电脉冲干扰;采用分级编码技术,使标清和高清电视信号传输得到兼容。

  (7)建网成本和运营成本低。另外,DMB-T技术支持移动接收使它成为理想的无线解决方案。支持突发数据使它能够处理短数据或消息。支持蜂窝网使它能够扩展,清华DMB-T采用了时域扩频同步序列,具有码分多址的能力,可以识别信号帧、基站等。因此,可以用DMB-T组成蜂窝式广播网,也可以实现定向传输;DMB-T协议和绝对时间同步,支持定时接收、存储和省电的应用,对于手持设备和便携设备,这一重要特性非常适于未来数字电视广播系统,满足未来更大的容量需求(交互式多媒体广播、蜂窝式广播网,等等)。

  我国幅员辽阔,对边远地区广播,卫星传输是最佳途径,对人口稠密的城市广播,有线电视是最合适的传输方式,它着重于解决“信息到户”问题。地面无线广播的优势在于可以实现移动和便携接收,能够满足现代信息社会“信息到人”的要求。同时地面数字电视作为一种不同于卫星和有线电视的覆盖方式,可以发挥其独有的优势,将服务于未来宽带无线接入市场,支持移动接收业,支持无线双向传输的双向业务。数字电视地面广播的推广和产业化将带来新的经济增长点,为广播电视事业带来新的发展机遇。

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