數(shù)字電視廣播原理與應(yīng)用-10課件

第10章地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.1ATSC數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.2我國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)10.3第10章地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10110.1DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.1.1內(nèi)交織10.1.2映射和星座圖10.1.3COFDM調(diào)制方式10.1.4保護(hù)間隔10.1.5幀自適應(yīng)、導(dǎo)頻和TPS信號(hào)10.1.6DVB-T不同參數(shù)的頻譜效率10.1.7COFDM的射頻功率譜10.1DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.1.1內(nèi)交織2國(guó)際上目前有四種地面數(shù)字電視廣播制式，它們是ATSC，DVB-T，ISDB-T和中國(guó)的數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)。DVB-T的信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)框圖如圖10-1所示。國(guó)際上目前有四種地面數(shù)字電視廣播制式，它們是ATSC3圖10-1DVB-T信道編碼和調(diào)制框圖圖10-1DVB-T信道編碼和調(diào)制框圖4DVB-T中高頻載波采用COFDM調(diào)制方式，在8MHz射頻帶寬內(nèi)設(shè)置1075（2k模式）或6817（8k模式）個(gè)載波，將高碼率的數(shù)據(jù)流相應(yīng)地分解成2k或8k路低碼率的數(shù)據(jù)流，分別對(duì)每個(gè)載波進(jìn)行QPSK，16QAM或64QAM調(diào)制。圖10-2所示的是QPSK、16QAM和64QAM三種調(diào)制模式下，收縮卷積碼經(jīng)并/串變換后的輸入數(shù)據(jù)流x0,x1,…被處理成輸出調(diào)制符號(hào)的映射過(guò)程。10.1.1內(nèi)交織DVB-T中高頻載波采用COFDM調(diào)制方式，在8MH5圖10-2輸入比特-輸出調(diào)制符號(hào)的映射圖10-2輸入比特-輸出調(diào)制符號(hào)的映射6COFDM調(diào)制中，由每個(gè)V比特的符號(hào)對(duì)每個(gè)載波進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制，V=2時(shí)為QPSK調(diào)制，V=4時(shí)為16QAM調(diào)制，V=6時(shí)為64QAM調(diào)制。為形成相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)，使V比特映射成相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)星座圖，如圖10-3所示。10.1.2映射和星座圖COFDM調(diào)制中，由每個(gè)V比特的符號(hào)對(duì)每個(gè)載波進(jìn)行相7圖10-3三種模式的映射和星座圖圖10-3三種模式的映射和星座圖8COFDM是數(shù)字通信中的多載波方式，OFDM是正交頻分復(fù)用的英文縮寫(xiě)，全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個(gè)基本振蕩頻率的整數(shù)倍。10.1.3COFDM調(diào)制方式COFDM是數(shù)字通信中的多載波方式，OFDM是正交頻9為了抗多徑干擾，每個(gè)OFDM調(diào)制信號(hào)必須加保護(hù)間隔，保護(hù)間隔長(zhǎng)度一般大于傳輸多徑信號(hào)的傳播延時(shí)。填充保護(hù)間隔可采用不同的方法，第一種是零值填充的（Zero-padding）的保護(hù)間隔，簡(jiǎn)稱為Z-OFDM；第二種則是被廣為應(yīng)用的循環(huán)前綴填充（Cyclic-Prefix）保護(hù)間隔，簡(jiǎn)稱為C-OFDM。為了抗多徑干擾，每個(gè)OFDM調(diào)制信號(hào)必須加保護(hù)間隔，10圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜11就地面開(kāi)路接收時(shí)的傳輸信道種類而言，有三種信道模型：（1）高斯信道，這是天線接收信號(hào)只受到高斯噪聲（隨機(jī)噪聲，白噪聲）干擾的信道模型；就地面開(kāi)路接收時(shí)的傳輸信道種類而言，有三種信道模型：12（2）Ricean信道，這是天線接收信號(hào)接收到直達(dá)波之外還接收到多個(gè)反射波的信道模型，它對(duì)應(yīng)于使用室外屋頂天線時(shí)還會(huì)接收到高樓等來(lái)的許多多徑反射波；（3）瑞利信道，其接收天線接收不到直達(dá)波，只接收到許多反射波，對(duì)應(yīng)于用室內(nèi)天線接收或室外便攜和移動(dòng)接收；接收點(diǎn)直視不到發(fā)射天線，只有大樓、山丘等來(lái)的諸多反射波。（2）Ricean信道，這是天線接收信號(hào)接收到直達(dá)波13在OFDM調(diào)制之前有“幀自適應(yīng)”和“導(dǎo)頻及TPS信號(hào)”兩個(gè)信號(hào)處理框，下面分別說(shuō)明。10.1.4保護(hù)間隔

10.1.5幀自適應(yīng)、導(dǎo)頻和TPS信號(hào)在OFDM調(diào)制之前有“幀自適應(yīng)”和“導(dǎo)頻及TPS信號(hào)14幀自適應(yīng)是指OFDM幀的構(gòu)成，它是在OFDM符號(hào)的基礎(chǔ)上組成的。所謂OFDM符號(hào)，前面已指出，是2k或8k模式中在持續(xù)期Ts內(nèi)由N個(gè)頻率的已調(diào)制載波綜合成的信號(hào)。2k模式中N=1705，8k模式中N=6817。（1）幀自適應(yīng)幀自適應(yīng)是指OFDM幀的構(gòu)成，它是在OFDM符號(hào)的基15表10-22k模式和8k模式的OFDM參數(shù)表10-22k模式和8k模式16OFDM中對(duì)每個(gè)載波的調(diào)制都是抑制載波的，接收端的解調(diào)諸如對(duì)于QAM的相干解調(diào)是需要基準(zhǔn)信號(hào)的，在這里稱為導(dǎo)頻信號(hào)，它們?cè)贠FDM符號(hào)內(nèi)分布于不同的時(shí)間和頻率上，具有已知的幅度和相位。有兩種導(dǎo)頻類型：連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻。（2）導(dǎo)頻OFDM中對(duì)每個(gè)載波的調(diào)制都是抑制載波的，接收端的解17①連續(xù)導(dǎo)頻②散布導(dǎo)頻③TPS信號(hào)①連續(xù)導(dǎo)頻18定義4個(gè)OFDM幀組成一個(gè)超幀，在超幀內(nèi)可以傳輸整數(shù)個(gè)204字節(jié)的RS碼TS包，無(wú)論信道內(nèi)碼編碼率和調(diào)制模式如何，OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目如表10-4所示。（3）超幀內(nèi)TS包數(shù)目定義4個(gè)OFDM幀組成一個(gè)超幀，在超幀內(nèi)可以傳輸整數(shù)19表10-4OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目?jī)?nèi)碼表10-4OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目?jī)?nèi)碼20DVB-T不同工作條件下的可傳輸碼率（Mbit/s）是重要的特性參數(shù)，如表10-5所示。10.1.6DVB-T不同參數(shù)的頻譜效率DVB-T不同工作條件下的可傳輸碼率（Mbit/s）21表10-58MHz帶寬內(nèi)的有效碼率（Mbit/s）調(diào)制方式內(nèi)碼表10-58MHz帶寬內(nèi)的有效碼率（Mbit/s）調(diào)22COFDM調(diào)制中，對(duì)于每個(gè)載波而言它的頻譜具有Ak(sinx)/x函數(shù)形式，參見(jiàn)圖10-4。10.1.7COFDM的射頻功率譜COFDM調(diào)制中，對(duì)于每個(gè)載波而言它的頻譜具有Ak23圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜24由于各個(gè)載波的調(diào)制符號(hào)有不同的Ak值，因此，總的功率譜密度不是恒定的，根據(jù)各個(gè)載波不同的Ak值，8MHz內(nèi)功率譜是有著起伏而不是很平坦的，如圖10-10所示。由于各個(gè)載波的調(diào)制符號(hào)有不同的Ak值，因此，總的功率25圖10-10COFDM已調(diào)波的功率譜圖10-10COFDM已調(diào)波的功率譜2610.2.1數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼10.2.2數(shù)據(jù)交織10.2.3格柵編碼10.2.4格柵編碼交織器10.2.5段同步和場(chǎng)同步的加入10.2.6導(dǎo)頻的加入10.2.7上變頻器和射頻載波偏置10.2逐行掃描及隔行掃描10.2.1數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼10.2逐行掃描及隔行掃描27美國(guó)的ATSC數(shù)字電視系統(tǒng)是1988年由FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）提出設(shè)想，歷經(jīng)多年，于1996年正式批準(zhǔn)的地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，名稱為“ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)”。ATSC信道編碼與調(diào)制流程如圖10-11的框圖所示，下面分步驟予以說(shuō)明。美國(guó)的ATSC數(shù)字電視系統(tǒng)是1988年由FCC（美國(guó)28圖10-11ATSC信道編碼與調(diào)制框圖圖10-11ATSC信道編碼與調(diào)制框圖29ATSC中采用的生成多項(xiàng)式G(x)如圖10-12中所示，圖中表明了由8個(gè)抽頭輸出的隨機(jī)字節(jié)，它們通過(guò)8個(gè)異或門(mén)分別與輸入流中每一個(gè)字節(jié)的8個(gè)比特作高位對(duì)高位、低位對(duì)低位的異或運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隨機(jī)化。10.2.1數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼ATSC中采用的生成多項(xiàng)式G(x)如圖10-12中所30圖10-12ATSC采用的加擾框圖圖10-12ATSC采用的加擾框圖31由圖可見(jiàn)，生成多項(xiàng)式的表達(dá)式為：G(x)=x16+x13+x12+x11+x7+x6+x3+x+1在圖10-13所示的幀結(jié)構(gòu)安排中，將188個(gè)字節(jié)中每一字節(jié)分成4個(gè)2比特的符號(hào)（symbol），共有752個(gè)符號(hào)。其第一個(gè)同步字節(jié)（4個(gè)符號(hào)）不進(jìn)行擾碼，進(jìn)行擾碼的是隨后的748個(gè)符號(hào)。由圖可見(jiàn)，生成多項(xiàng)式的表達(dá)式為：32圖10-13ATSC的幀結(jié)構(gòu)圖圖10-13ATSC的幀結(jié)構(gòu)圖33圖10-13中表明，初始化是在每場(chǎng)內(nèi)第2段的同步字節(jié)（在后面它被段同步數(shù)據(jù)取代）期間實(shí)施的。初始化后，PRBS發(fā)生器連續(xù)運(yùn)行，使每段內(nèi)的有效數(shù)據(jù)加擾，但在后面加入RS糾錯(cuò)碼期間阻斷PRBS序列進(jìn)入異或門(mén)，并在段同步和場(chǎng)同步期間也阻斷PRBS序列進(jìn)入異或門(mén)，也就是，雖然PRBS發(fā)生器初始化后連續(xù)運(yùn)行，但只對(duì)每場(chǎng)的有效數(shù)據(jù)起加擾作用。圖10-13中表明，初始化是在每場(chǎng)內(nèi)第2段的同步字節(jié)34RS編碼之后是數(shù)據(jù)交織，數(shù)據(jù)交織是在不附加糾錯(cuò)碼字的前提下用改變數(shù)據(jù)碼字（以比特或字節(jié)為單元）傳輸順序的方法來(lái)提高接收端去交織解碼時(shí)的抗突發(fā)誤碼能力。ATSC中的數(shù)據(jù)交織為字節(jié)交織。由交織原理可知，交織深度I值越大，抗突發(fā)誤碼的能力越強(qiáng)。ATSC中交織電路如圖10-14所示。10.2.2數(shù)據(jù)交織RS編碼之后是數(shù)據(jù)交織，數(shù)據(jù)交織是在不附加糾錯(cuò)碼字的35圖10-14ATSC數(shù)據(jù)交織電路圖10-14ATSC數(shù)據(jù)交織電路36信道編碼中，為了充分提高抗誤碼的糾錯(cuò)能力，通常采用兩次附加糾錯(cuò)碼的FEC編碼。RS編碼屬于第一個(gè)FEC，187字節(jié)后附加20字節(jié)RS碼，構(gòu)成（207，187）RS碼，這也可以稱為外編碼。第二個(gè)附加糾錯(cuò)碼的FEC一般采用卷積編碼，它可以稱為內(nèi)編碼。外編碼和內(nèi)編碼結(jié)合一起，稱之為級(jí)聯(lián)編碼。級(jí)聯(lián)編碼后得到的數(shù)據(jù)流再按規(guī)定的調(diào)制方式對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制，完成信道編碼和載頻調(diào)制的整個(gè)信號(hào)處理。10.2.3格柵編碼信道編碼中，為了充分提高抗誤碼的糾錯(cuò)能力，通常采用兩37ATSC中，TCM編碼框圖如圖10-15所示。圖中，分為干擾濾波器（預(yù)編碼器）、格柵編碼器和8電平符號(hào)映射器三部分。ATSC中，TCM編碼框圖如圖10-15所示。圖中，38圖10-15ATSC的格柵編碼器圖10-15ATSC的格柵編碼器39圖10-15中由梳狀濾波器組成的預(yù)編碼器其作用是為了避免與NTSC同頻道信號(hào)間發(fā)生干擾，預(yù)編碼器的作用參見(jiàn)圖10-16。圖10-15中由梳狀濾波器組成的預(yù)編碼器其作用是為了40圖10-166MHz內(nèi)預(yù)編碼器的作用圖10-166MHz內(nèi)預(yù)編碼器的作用41原理上，數(shù)據(jù)交織器后面的格柵編碼器只需要一個(gè)，然而，雖然格柵編碼器有助于抗白噪聲干擾（隨機(jī)干擾），但對(duì)于脈沖干擾和突發(fā)誤碼其抗御性能并不好。為了改善這方面的性能，以及為了使接收端的格柵解碼器電路簡(jiǎn)化，編碼器中采用了12個(gè)同樣的格柵編碼器并行地工作，它們接受經(jīng)過(guò)塊交織的、交織深度I=12符號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)。格柵編碼交織器的框圖如圖10-17所示。10.2.4格柵編碼交織器原理上，數(shù)據(jù)交織器后面的格柵編碼器只需要一個(gè)，然而，42圖10-17格柵編碼交織器框圖圖10-17格柵編碼交織器框圖43格柵編碼之后是多路復(fù)用框圖，在這里加入段同步和場(chǎng)同步。每一數(shù)據(jù)段前加入段同步后的數(shù)據(jù)段如圖10-18所示。10.2.5段同步和場(chǎng)同步的加入格柵編碼之后是多路復(fù)用框圖，在這里加入段同步和場(chǎng)同步44圖10-18段同步加入數(shù)據(jù)段圖10-18段同步加入數(shù)據(jù)段45場(chǎng)同步段有下列作用：①給出每個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)的起始信息；②PN511向接收端提供信道特性均衡用的訓(xùn)練序列數(shù)據(jù)，使接收端得到時(shí)變的信道特性信息，及時(shí)實(shí)現(xiàn)解碼信道的特性均衡；場(chǎng)同步段有下列作用：46③PN63供接收端實(shí)現(xiàn)重影補(bǔ)償中作測(cè)試序列使用，能補(bǔ)償延時(shí)范圍在63個(gè)符號(hào)內(nèi)即時(shí)間為63×93=5.86μs內(nèi)的重影信號(hào)，接收機(jī)設(shè)計(jì)人員可在5.86μs總量?jī)?nèi)任意分配前重影和后重影的校正范圍；③PN63供接收端實(shí)現(xiàn)重影補(bǔ)償中作測(cè)試序列使用，能47④最后12符號(hào)供接收機(jī)中的梳狀濾波器（干擾抑制濾波器）使用；⑤可用于接收信號(hào)信噪比的測(cè)量；⑥可供接收機(jī)中的相位跟蹤電路用來(lái)使電路復(fù)位、并確定跟蹤環(huán)路參數(shù)。④最后12符號(hào)供接收機(jī)中的梳狀濾波器（干擾抑制濾波48圖10-19場(chǎng)同步數(shù)據(jù)的加入圖10-19場(chǎng)同步數(shù)據(jù)的加入49ATSC中高頻調(diào)制采用8VSB即8電平殘留邊帶調(diào)幅方式，它不同于NTSC中高頻調(diào)制的VSB殘留邊帶調(diào)幅方式，后者的6MHz載波在已調(diào)波帶寬內(nèi)載波本身是不抑制的，載頻位置距頻道下端1.25MHz,而ATSC的8VSB中載波本身是抑制的，載頻位置距頻道下端0.31MHz，如圖10-20所示。圖10-20中α為滾降系數(shù)。10.2.6導(dǎo)頻的加入ATSC中高頻調(diào)制采用8VSB即8電平殘留邊帶調(diào)幅方50圖10-208VSB已調(diào)波的頻帶圖圖10-208VSB已調(diào)波的頻帶圖51接收端若收不到載波信息將無(wú)法進(jìn)行解調(diào)，發(fā)送端對(duì)此的做法是在多路復(fù)用器后的導(dǎo)頻加入級(jí)加入一個(gè)小幅度同相位（即正值）的導(dǎo)頻信息，實(shí)際是在復(fù)用數(shù)據(jù)中加上1.25的小值直流電平。接收端若收不到載波信息將無(wú)法進(jìn)行解調(diào)，發(fā)送端對(duì)此的做528VSB發(fā)射機(jī)像通常那樣采用兩級(jí)調(diào)制方式，第一次將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到一個(gè)固定中頻上，第二次再上變頻到所需的電視頻道上。當(dāng)同頻道干擾嚴(yán)重時(shí)，可采用載頻精密偏置技術(shù)。另一種情況是ATSC-ATSC同頻道干擾，這時(shí)，精密偏置能防止自適應(yīng)均衡器工作中可能出現(xiàn)的不收斂。10.2.7上變頻器和射頻載波偏置8VSB發(fā)射機(jī)像通常那樣采用兩級(jí)調(diào)制方式，第一次將數(shù)5310.3我國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)10.3.1系統(tǒng)綜述10.3.2擾碼與前向糾錯(cuò)碼（FEC）10.3.3符號(hào)星座映射與符號(hào)交織10.3.4復(fù)幀10.3.5信號(hào)幀10.3.6系統(tǒng)信息10.3.7幀體數(shù)據(jù)處理10.3.8基帶后處理和射頻信號(hào)10.3.9基帶信號(hào)頻譜特性和帶外譜模板10.3.10系統(tǒng)凈荷數(shù)據(jù)率10.3.11單載波和多載波應(yīng)用模式10.3我國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)10.3.1系統(tǒng)綜述54具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)—GB20600-2006《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》，于2006年8月18日正式批準(zhǔn)成為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2007年8月1日起實(shí)施。以下簡(jiǎn)稱為DTTB。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)—55DTTB是由國(guó)家組織的數(shù)字電視特別工作組負(fù)責(zé)起草，由全國(guó)廣播電視標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口并測(cè)試，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布的。DTTB是由國(guó)家組織的數(shù)字電視特別工作組負(fù)責(zé)起草，由56DTTB規(guī)定了數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制方式。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，形成了多項(xiàng)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，主要關(guān)鍵技術(shù)有：能實(shí)現(xiàn)快速同步和高效信道估計(jì)與均衡的PN序列幀頭設(shè)計(jì)和符號(hào)保護(hù)間隔充填方法、低密度校驗(yàn)糾錯(cuò)碼（LDPC）、系統(tǒng)信息的擴(kuò)頻傳輸方法等。DTTB規(guī)定了數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、57DTTB支持4.81Mbit/s～32.486Mbit/s的凈荷傳輸數(shù)據(jù)率，支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視業(yè)務(wù)和高清晰度電視業(yè)務(wù)，支持固定接收和移動(dòng)接收，支持多頻組網(wǎng)和單頻組網(wǎng)。DTTB支持4.81Mbit/s～32.486Mbi58數(shù)字地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)是廣播電視系統(tǒng)的重要組成部分。DTTB系統(tǒng)的組成框圖如圖10-21所示。主要完成從MPEＧ-ＴＳ流到地面電視信道傳輸信號(hào)的轉(zhuǎn)換。10.3.1系統(tǒng)綜述數(shù)字地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)是廣播電視系統(tǒng)的重要組成59圖10-21DTTB系統(tǒng)的組成框圖圖10-21DTTB系統(tǒng)的組成框圖6010.3.2擾碼與前向糾錯(cuò)碼（FEC）為了保證傳輸數(shù)據(jù)的隨機(jī)性以便于傳輸信號(hào)處理，輸入的MPEＧ-ＴＳ碼流數(shù)據(jù)需要用擾碼進(jìn)行加擾。擾碼是一個(gè)最大長(zhǎng)度的二進(jìn)制偽隨機(jī)序列。該序列由圖10-22所示的線性反饋移位寄存器生成。其生成多項(xiàng)式為：G(x)=1+x14+x15

1.擾碼10.3.2擾碼與前向糾錯(cuò)碼（FEC）為了保證傳輸數(shù)61圖10-22擾碼器框圖圖10-22擾碼器框圖62該LFSR的初始狀態(tài)定義為：100101010000000。輸入的比特流與PN序列進(jìn)行逐位模二加后產(chǎn)生數(shù)據(jù)擾亂碼。擾碼器的移位寄存器在信號(hào)幀開(kāi)始時(shí)復(fù)位到初始相位。該LFSR的初始狀態(tài)定義為：10010101000063擾碼后的比特流接著進(jìn)行前向糾錯(cuò)編碼FEC。有三種碼率的前向糾錯(cuò)編碼，如表10-6所示。2.前向糾錯(cuò)碼（FEC）擾碼后的比特流接著進(jìn)行前向糾錯(cuò)編碼FEC。有三種碼率64表10-6表10-665FEC由外碼（ＢCＨ）和內(nèi)碼（ＬＤPC）兩部分級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。（1）ＢCＨ碼（2）ＬＤPC碼（3）三種不同碼率的FEC碼的結(jié)構(gòu)FEC由外碼（ＢCＨ）和內(nèi)碼（ＬＤPC）兩部分級(jí)聯(lián)實(shí)661.符號(hào)星座映射（1）64QAM映射其星座圖如圖10-23所示。10.3.3符號(hào)星座映射與符號(hào)交織1.符號(hào)星座映射10.3.3符號(hào)星座映射與符號(hào)交織67圖10-2364QAM星座圖圖10-2364QAM星座圖68其星座圖如圖10-24所示。（2）32QAM映射圖10-2432QAM星座圖其星座圖如圖10-24所示。（2）32QAM映射圖10-69其星座圖如圖10-25所示。（3）16QAM映射圖10-2516QAM映射星座圖其星座圖如圖10-25所示。（3）16QAM映射圖10-70其星座圖如圖10-26所示。（4）4QAM映射圖10-264QAM映射星座圖其星座圖如圖10-26所示。（4）4QAM映射圖10-271（5）4QAM-NＲ映射（5）4QAM-NＲ映射72（1）時(shí)域符號(hào)交織時(shí)域符號(hào)交織是在多個(gè)信號(hào)幀的基本數(shù)據(jù)塊之間進(jìn)行的。數(shù)據(jù)信號(hào)(即星座映射輸出的符號(hào))的基本數(shù)據(jù)塊間交織采用基于星座符號(hào)的卷積交織編碼，如圖10-27所示。其中變量B表示交織寬度（支路數(shù)），變量M表示交織深度（延遲緩存器尺寸）。進(jìn)行符號(hào)交織的基本數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)符號(hào)與支路0同步。交織/解交織對(duì)的總延時(shí)為MB×(B-1)×B符號(hào)時(shí)間。2.符號(hào)交織（1）時(shí)域符號(hào)交織2.符號(hào)交織73有兩種交織模式：模式1（短交織）：B=52，M=240符號(hào)，交織/解交織總延遲為170個(gè)信號(hào)幀;模式2（長(zhǎng)交織）：B=52，M=720符號(hào)，交織/解交織總延遲為510個(gè)信號(hào)幀。有兩種交織模式：74頻域交織僅在多載波C=3780模式下使用。頻域交織為幀體內(nèi)的符號(hào)塊交織，交織大小等于子載波數(shù)3780，目的是將調(diào)制星座點(diǎn)符號(hào)映射到信號(hào)幀幀體（幀體部分包含36個(gè)符號(hào)的系統(tǒng)信息和3744個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)，共3780個(gè)符號(hào)）包含的3780個(gè)有效子載波上。（2）頻域交織頻域交織僅在多載波C=3780模式下使用。頻域交織為75數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是以“幀”為基本單元，包括幀頭（確知信息）、加強(qiáng)保護(hù)的系統(tǒng)信息以及經(jīng)高效編碼保護(hù)的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)分為信號(hào)幀，超幀、分幀、日幀四層結(jié)構(gòu)，如圖10-28所示。10.3.4復(fù)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是以“幀”為基本單元，包括幀頭（確知信76圖10-28數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖圖10-28數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖77信號(hào)結(jié)構(gòu)是周期的，并與自然時(shí)間保持同步。①幀結(jié)構(gòu)的頂層為日幀（CalendarDayFrame,CDF），日幀以1個(gè)公歷的自然日為周期進(jìn)行周期性重復(fù)，由1440個(gè)分幀構(gòu)成，時(shí)間為24小時(shí)。在北京時(shí)間00∶00∶00AM，日幀被復(fù)位，開(kāi)始一個(gè)新的日幀。信號(hào)結(jié)構(gòu)是周期的，并與自然時(shí)間保持同步。78②分幀的時(shí)間長(zhǎng)度為1分鐘，包含480個(gè)超幀。③超幀的時(shí)間長(zhǎng)度定義為125ms，8個(gè)超幀為1秒，這樣便于與定時(shí)系統(tǒng)（例如GPS）校準(zhǔn)時(shí)間。超幀中的第一個(gè)信號(hào)定義為首幀，由系統(tǒng)信息的相關(guān)信息指示。④信號(hào)幀是系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的基本單元。②分幀的時(shí)間長(zhǎng)度為1分鐘，包含480個(gè)超幀。79為了適應(yīng)不同應(yīng)用，定義了三種可選信號(hào)幀頭長(zhǎng)度。三種幀頭所對(duì)應(yīng)的信號(hào)幀的幀體長(zhǎng)度和超幀的長(zhǎng)度保持不變。信號(hào)幀結(jié)構(gòu)如圖10-29所示。10.3.5信號(hào)幀為了適應(yīng)不同應(yīng)用，定義了三種可選信號(hào)幀頭長(zhǎng)度。10.80圖10-29信號(hào)幀結(jié)構(gòu)圖10-29信號(hào)幀結(jié)構(gòu)81如圖10-30所示。1.幀頭模式1（PN420）圖10-30幀頭模式1結(jié)構(gòu)如圖10-30所示。1.幀頭模式1（PN420）圖10-382產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-31所示。圖10-318階m序列生成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-3183產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-32所示。2.幀頭模式2（PN595）圖10-3210階m序列生成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-3284如圖10-33所示。3.幀頭模式3（PN945）圖10-33幀頭模式3結(jié)構(gòu)如圖10-33所示。3.幀頭模式3（PN945）圖10-385產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-34所示。圖10-349階m序列生成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-3486發(fā)送端應(yīng)將信道編碼的編碼效率和射頻調(diào)制的調(diào)制模式等參數(shù)以系統(tǒng)信息的形式傳輸給接收機(jī)，使其能正確解調(diào)和解碼。這64種系統(tǒng)信息在擴(kuò)頻前可以用6個(gè)信息比特（s5s4s3s2s1s0）來(lái)表示，其中s5為MSB，定義如下：s3s2s1s0表示編碼調(diào)制模式，如表10-7所示。10.3.6系統(tǒng)信息發(fā)送端應(yīng)將信道編碼的編碼效率和射頻調(diào)制的調(diào)制模式等參87表10-7系統(tǒng)信息第3～0比特定義表10-7系統(tǒng)信息第3～0比特定義88表10-8系統(tǒng)信息第4比特定義s4表示交織信息，如表10-8所示。表10-8系統(tǒng)信息第4比特定義s4表示交織信89C有兩種載波模式：C=1單載波模式或C=3780多載波模式。（1）單載波模式（2）多載波模式10.3.7幀體數(shù)據(jù)處理C有兩種載波模式：C=1單載波模式或C=3780多載9010.3.8基帶后處理和射頻信號(hào)基帶后處理（成形濾波器）采用平方根升余弦（SquareRootRaisedCosine,SRRC）濾波器進(jìn)行基帶脈沖成形，SRRC濾波器的滾降系數(shù)為α=0.05，平方根升余弦濾波器頻率響應(yīng)表達(dá)式1.基帶后處理10.3.8基帶后處理和射頻信號(hào)基帶后處理（成形濾波91式中：Ｔs為輸入信號(hào)的符號(hào)周期（1/7.56μs）,Rs為符號(hào)率。fN=1/2Ｔs=Rs/2Ｔs為奈奎斯特頻率。α為平方根升余弦濾波器滾降系數(shù)。式中：Ｔs為輸入信號(hào)的符號(hào)周期（1/7.56μs）,92調(diào)制后的ＲF射頻信號(hào)由下式描述：其中：S(t)為RF信號(hào)；Fc為載波頻率（MHz）；h(t)為SRRC濾波器的脈沖成形函數(shù)；Frame(t)為組幀后的基帶信號(hào)，由幀頭和幀體組成。2.射頻信號(hào)調(diào)制后的ＲF射頻信號(hào)由下式描述：2.射頻信號(hào)93（1）基帶信號(hào)頻譜特性形成濾波后基帶信號(hào)（不插入雙導(dǎo)頻）頻譜模板圖如圖10-37所示。10.3.9基帶信號(hào)頻譜特性和帶外譜模板（1）基帶信號(hào)頻譜特性10.3.9基帶信號(hào)頻譜特性和帶外譜模94圖10-37形成濾波后基帶信號(hào)頻譜模板圖10-37形成濾波后基帶信號(hào)頻譜模板95數(shù)字電視發(fā)射機(jī)使用的頻譜模板應(yīng)如圖10-38所示。（2）帶外譜模板數(shù)字電視發(fā)射機(jī)使用的頻譜模板應(yīng)如圖10-38所示。96圖10-38同臺(tái)數(shù)字發(fā)射機(jī)位于模擬發(fā)射機(jī)的上鄰頻或下鄰頻時(shí)的頻譜模板圖10-38同臺(tái)數(shù)字發(fā)射機(jī)位于模擬發(fā)射機(jī)的上鄰頻或下鄰頻97當(dāng)數(shù)字電視信號(hào)的相鄰頻道用于其他服務(wù)（如更小發(fā)射功率）時(shí)，可能需要使用具有更高帶外率減的譜模板。在這些嚴(yán)格情況下的頻譜模板如圖10-39所示。當(dāng)數(shù)字電視信號(hào)的相鄰頻道用于其他服務(wù)（如更小發(fā)射功率98圖10-39嚴(yán)格條件下的頻譜模板圖10-39嚴(yán)格條件下的頻譜模板99在不同信號(hào)幀長(zhǎng)度、內(nèi)碼碼率和調(diào)制方式下，支持的凈荷數(shù)據(jù)率如表10-9所示。10.3.10系統(tǒng)凈荷數(shù)據(jù)率在不同信號(hào)幀長(zhǎng)度、內(nèi)碼碼率和調(diào)制方式下，支持的凈荷數(shù)100表10-9系統(tǒng)凈荷數(shù)據(jù)率（Mbit/s）表10-9系統(tǒng)凈荷數(shù)據(jù)率（Mbit/s）1011.單載波調(diào)制模式

我國(guó)國(guó)標(biāo)制定的地面數(shù)字電視系統(tǒng)中，單載波調(diào)制主要的應(yīng)用模式如表10-10所示。10.3.11單載波和多載波應(yīng)用模式1.單載波調(diào)制模式10.3.11單載波和多載波應(yīng)用模式102表10-10單載波主要應(yīng)用模式表10-10單載波主要應(yīng)用模式103技術(shù)實(shí)現(xiàn)上單載波應(yīng)用模式有以下特點(diǎn)：PN595+單載波+高效信道編碼+擴(kuò)頻保護(hù)系統(tǒng)信息+低階星座映射+雙導(dǎo)頻+均衡技術(shù)①幀頭模式2（PN595）采用非循環(huán)簡(jiǎn)潔的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列作為幀頭，有利于信道均衡快速收斂，同時(shí)幀頭功率與幀體信號(hào)的平均功率相同保證了單載波信號(hào)的低峰均比特性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)上單載波應(yīng)用模式有以下特點(diǎn)：104②采用Walsh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，使得系統(tǒng)信息在多徑時(shí)變信道時(shí)有很強(qiáng)的抗衰落特性。③高效信道編碼方案與低階星座映射的結(jié)合既保證了頻譜效率又提升了抗信道衰落的性能。②采用Walsh正交序列聯(lián)合擴(kuò)頻序列的方式來(lái)保護(hù)105④穩(wěn)定、可靠和準(zhǔn)確的系統(tǒng)載波恢復(fù)和時(shí)鐘獲得是單載波系統(tǒng)中有良好的固定和移動(dòng)接收的必要條件，因此，在發(fā)射信號(hào)內(nèi)需要另外加入導(dǎo)頻信號(hào)。國(guó)標(biāo)中的單載波調(diào)制模式中的雙導(dǎo)頻的頻譜圖，如圖10-40所示。④穩(wěn)定、可靠和準(zhǔn)確的系統(tǒng)載波恢復(fù)和時(shí)鐘獲得是單載波106圖10-40添加雙導(dǎo)頻后的頻譜圖圖10-40添加雙導(dǎo)頻后的頻譜圖107⑤改進(jìn)的均衡接收技術(shù)，在傳統(tǒng)的LMS算法基礎(chǔ)上，依靠簡(jiǎn)潔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用NR準(zhǔn)正交解映射與均衡結(jié)合的算法，突破了單載波抗0dB多徑、高速移動(dòng)接收的難題。⑤改進(jìn)的均衡接收技術(shù)，在傳統(tǒng)的LMS算法基礎(chǔ)上，依108在我國(guó)國(guó)標(biāo)制定的地面數(shù)字電視系統(tǒng)中，多載波系統(tǒng)采用了TDS-OFDM調(diào)制，其主要特點(diǎn)是在每個(gè)OFDM保護(hù)間隔周期性地插入時(shí)域正交編碼的幀同步PN序列，TDS-OFDM調(diào)制按下列步驟進(jìn)行：①輸入的MPEG-TS碼流經(jīng)過(guò)FEC編碼處理后，形成在頻域內(nèi)的DFT數(shù)據(jù)塊,每個(gè)數(shù)據(jù)塊映射成3780點(diǎn)的星座符號(hào)；2.多載波調(diào)制模式在我國(guó)國(guó)標(biāo)制定的地面數(shù)字電視系統(tǒng)中，多載波系統(tǒng)采用了109②采用IDFT將DFT數(shù)據(jù)塊變換成時(shí)域內(nèi)的離散樣本，或者說(shuō)將3780點(diǎn)星座符號(hào)變換成長(zhǎng)度為3780的離散樣值，稱為幀體（500μs）；③在OFDM的保護(hù)間隔插入長(zhǎng)度為420符號(hào)（或945）的PN序列作為幀頭；②采用IDFT將DFT數(shù)據(jù)塊變換成時(shí)域內(nèi)的離散樣本110④將幀頭和幀體組合，形成時(shí)間長(zhǎng)度為555.56μs（或625μs）的信號(hào)幀；⑤采用具有線性相位延遲特性的升余弦平方根（SRRC）低通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，滾降系數(shù)0.05；⑥將基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻調(diào)制到RF載波上。④將幀頭和幀體組合，形成時(shí)間長(zhǎng)度為555.56μs111在我國(guó)國(guó)標(biāo)制定的地面數(shù)字電視系統(tǒng)中，多載波調(diào)制主要的應(yīng)用模式如表10-11所示。在我國(guó)國(guó)標(biāo)制定的地面數(shù)字電視系統(tǒng)中，多載波調(diào)制主要的112表10-11多載波主要應(yīng)用模式表10-11多載波主要應(yīng)用模式113國(guó)標(biāo)中的多載波系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)。（1）OFDM調(diào)制保護(hù)間隔的新定義（2）OFDM調(diào)制時(shí)域同步技術(shù)國(guó)標(biāo)中的多載波系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)。114第10章地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.1ATSC數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.2我國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)10.3第10章地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)1011510.1DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.1.1內(nèi)交織10.1.2映射和星座圖10.1.3COFDM調(diào)制方式10.1.4保護(hù)間隔10.1.5幀自適應(yīng)、導(dǎo)頻和TPS信號(hào)10.1.6DVB-T不同參數(shù)的頻譜效率10.1.7COFDM的射頻功率譜10.1DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.1.1內(nèi)交織116國(guó)際上目前有四種地面數(shù)字電視廣播制式，它們是ATSC，DVB-T，ISDB-T和中國(guó)的數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)。DVB-T的信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)框圖如圖10-1所示。國(guó)際上目前有四種地面數(shù)字電視廣播制式，它們是ATSC117圖10-1DVB-T信道編碼和調(diào)制框圖圖10-1DVB-T信道編碼和調(diào)制框圖118DVB-T中高頻載波采用COFDM調(diào)制方式，在8MHz射頻帶寬內(nèi)設(shè)置1075（2k模式）或6817（8k模式）個(gè)載波，將高碼率的數(shù)據(jù)流相應(yīng)地分解成2k或8k路低碼率的數(shù)據(jù)流，分別對(duì)每個(gè)載波進(jìn)行QPSK，16QAM或64QAM調(diào)制。圖10-2所示的是QPSK、16QAM和64QAM三種調(diào)制模式下，收縮卷積碼經(jīng)并/串變換后的輸入數(shù)據(jù)流x0,x1,…被處理成輸出調(diào)制符號(hào)的映射過(guò)程。10.1.1內(nèi)交織DVB-T中高頻載波采用COFDM調(diào)制方式，在8MH119圖10-2輸入比特-輸出調(diào)制符號(hào)的映射圖10-2輸入比特-輸出調(diào)制符號(hào)的映射120COFDM調(diào)制中，由每個(gè)V比特的符號(hào)對(duì)每個(gè)載波進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制，V=2時(shí)為QPSK調(diào)制，V=4時(shí)為16QAM調(diào)制，V=6時(shí)為64QAM調(diào)制。為形成相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)，使V比特映射成相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)星座圖，如圖10-3所示。10.1.2映射和星座圖COFDM調(diào)制中，由每個(gè)V比特的符號(hào)對(duì)每個(gè)載波進(jìn)行相121圖10-3三種模式的映射和星座圖圖10-3三種模式的映射和星座圖122COFDM是數(shù)字通信中的多載波方式，OFDM是正交頻分復(fù)用的英文縮寫(xiě)，全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個(gè)基本振蕩頻率的整數(shù)倍。10.1.3COFDM調(diào)制方式COFDM是數(shù)字通信中的多載波方式，OFDM是正交頻123為了抗多徑干擾，每個(gè)OFDM調(diào)制信號(hào)必須加保護(hù)間隔，保護(hù)間隔長(zhǎng)度一般大于傳輸多徑信號(hào)的傳播延時(shí)。填充保護(hù)間隔可采用不同的方法，第一種是零值填充的（Zero-padding）的保護(hù)間隔，簡(jiǎn)稱為Z-OFDM；第二種則是被廣為應(yīng)用的循環(huán)前綴填充（Cyclic-Prefix）保護(hù)間隔，簡(jiǎn)稱為C-OFDM。為了抗多徑干擾，每個(gè)OFDM調(diào)制信號(hào)必須加保護(hù)間隔，124圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜125就地面開(kāi)路接收時(shí)的傳輸信道種類而言，有三種信道模型：（1）高斯信道，這是天線接收信號(hào)只受到高斯噪聲（隨機(jī)噪聲，白噪聲）干擾的信道模型；就地面開(kāi)路接收時(shí)的傳輸信道種類而言，有三種信道模型：126（2）Ricean信道，這是天線接收信號(hào)接收到直達(dá)波之外還接收到多個(gè)反射波的信道模型，它對(duì)應(yīng)于使用室外屋頂天線時(shí)還會(huì)接收到高樓等來(lái)的許多多徑反射波；（3）瑞利信道，其接收天線接收不到直達(dá)波，只接收到許多反射波，對(duì)應(yīng)于用室內(nèi)天線接收或室外便攜和移動(dòng)接收；接收點(diǎn)直視不到發(fā)射天線，只有大樓、山丘等來(lái)的諸多反射波。（2）Ricean信道，這是天線接收信號(hào)接收到直達(dá)波127在OFDM調(diào)制之前有“幀自適應(yīng)”和“導(dǎo)頻及TPS信號(hào)”兩個(gè)信號(hào)處理框，下面分別說(shuō)明。10.1.4保護(hù)間隔

10.1.5幀自適應(yīng)、導(dǎo)頻和TPS信號(hào)在OFDM調(diào)制之前有“幀自適應(yīng)”和“導(dǎo)頻及TPS信號(hào)128幀自適應(yīng)是指OFDM幀的構(gòu)成，它是在OFDM符號(hào)的基礎(chǔ)上組成的。所謂OFDM符號(hào)，前面已指出，是2k或8k模式中在持續(xù)期Ts內(nèi)由N個(gè)頻率的已調(diào)制載波綜合成的信號(hào)。2k模式中N=1705，8k模式中N=6817。（1）幀自適應(yīng)幀自適應(yīng)是指OFDM幀的構(gòu)成，它是在OFDM符號(hào)的基129表10-22k模式和8k模式的OFDM參數(shù)表10-22k模式和8k模式130OFDM中對(duì)每個(gè)載波的調(diào)制都是抑制載波的，接收端的解調(diào)諸如對(duì)于QAM的相干解調(diào)是需要基準(zhǔn)信號(hào)的，在這里稱為導(dǎo)頻信號(hào)，它們?cè)贠FDM符號(hào)內(nèi)分布于不同的時(shí)間和頻率上，具有已知的幅度和相位。有兩種導(dǎo)頻類型：連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻。（2）導(dǎo)頻OFDM中對(duì)每個(gè)載波的調(diào)制都是抑制載波的，接收端的解131①連續(xù)導(dǎo)頻②散布導(dǎo)頻③TPS信號(hào)①連續(xù)導(dǎo)頻132定義4個(gè)OFDM幀組成一個(gè)超幀，在超幀內(nèi)可以傳輸整數(shù)個(gè)204字節(jié)的RS碼TS包，無(wú)論信道內(nèi)碼編碼率和調(diào)制模式如何，OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目如表10-4所示。（3）超幀內(nèi)TS包數(shù)目定義4個(gè)OFDM幀組成一個(gè)超幀，在超幀內(nèi)可以傳輸整數(shù)133表10-4OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目?jī)?nèi)碼表10-4OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目?jī)?nèi)碼134DVB-T不同工作條件下的可傳輸碼率（Mbit/s）是重要的特性參數(shù)，如表10-5所示。10.1.6DVB-T不同參數(shù)的頻譜效率DVB-T不同工作條件下的可傳輸碼率（Mbit/s）135表10-58MHz帶寬內(nèi)的有效碼率（Mbit/s）調(diào)制方式內(nèi)碼表10-58MHz帶寬內(nèi)的有效碼率（Mbit/s）調(diào)136COFDM調(diào)制中，對(duì)于每個(gè)載波而言它的頻譜具有Ak(sinx)/x函數(shù)形式，參見(jiàn)圖10-4。10.1.7COFDM的射頻功率譜COFDM調(diào)制中，對(duì)于每個(gè)載波而言它的頻譜具有Ak137圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜圖10-4OFDM已調(diào)波的頻譜138由于各個(gè)載波的調(diào)制符號(hào)有不同的Ak值，因此，總的功率譜密度不是恒定的，根據(jù)各個(gè)載波不同的Ak值，8MHz內(nèi)功率譜是有著起伏而不是很平坦的，如圖10-10所示。由于各個(gè)載波的調(diào)制符號(hào)有不同的Ak值，因此，總的功率139圖10-10COFDM已調(diào)波的功率譜圖10-10COFDM已調(diào)波的功率譜14010.2.1數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼10.2.2數(shù)據(jù)交織10.2.3格柵編碼10.2.4格柵編碼交織器10.2.5段同步和場(chǎng)同步的加入10.2.6導(dǎo)頻的加入10.2.7上變頻器和射頻載波偏置10.2逐行掃描及隔行掃描10.2.1數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼10.2逐行掃描及隔行掃描141美國(guó)的ATSC數(shù)字電視系統(tǒng)是1988年由FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）提出設(shè)想，歷經(jīng)多年，于1996年正式批準(zhǔn)的地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，名稱為“ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)”。ATSC信道編碼與調(diào)制流程如圖10-11的框圖所示，下面分步驟予以說(shuō)明。美國(guó)的ATSC數(shù)字電視系統(tǒng)是1988年由FCC（美國(guó)142圖10-11ATSC信道編碼與調(diào)制框圖圖10-11ATSC信道編碼與調(diào)制框圖143ATSC中采用的生成多項(xiàng)式G(x)如圖10-12中所示，圖中表明了由8個(gè)抽頭輸出的隨機(jī)字節(jié)，它們通過(guò)8個(gè)異或門(mén)分別與輸入流中每一個(gè)字節(jié)的8個(gè)比特作高位對(duì)高位、低位對(duì)低位的異或運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隨機(jī)化。10.2.1數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼ATSC中采用的生成多項(xiàng)式G(x)如圖10-12中所144圖10-12ATSC采用的加擾框圖圖10-12ATSC采用的加擾框圖145由圖可見(jiàn)，生成多項(xiàng)式的表達(dá)式為：G(x)=x16+x13+x12+x11+x7+x6+x3+x+1在圖10-13所示的幀結(jié)構(gòu)安排中，將188個(gè)字節(jié)中每一字節(jié)分成4個(gè)2比特的符號(hào)（symbol），共有752個(gè)符號(hào)。其第一個(gè)同步字節(jié)（4個(gè)符號(hào)）不進(jìn)行擾碼，進(jìn)行擾碼的是隨后的748個(gè)符號(hào)。由圖可見(jiàn)，生成多項(xiàng)式的表達(dá)式為：146圖10-13ATSC的幀結(jié)構(gòu)圖圖10-13ATSC的幀結(jié)構(gòu)圖147圖10-13中表明，初始化是在每場(chǎng)內(nèi)第2段的同步字節(jié)（在后面它被段同步數(shù)據(jù)取代）期間實(shí)施的。初始化后，PRBS發(fā)生器連續(xù)運(yùn)行，使每段內(nèi)的有效數(shù)據(jù)加擾，但在后面加入RS糾錯(cuò)碼期間阻斷PRBS序列進(jìn)入異或門(mén)，并在段同步和場(chǎng)同步期間也阻斷PRBS序列進(jìn)入異或門(mén)，也就是，雖然PRBS發(fā)生器初始化后連續(xù)運(yùn)行，但只對(duì)每場(chǎng)的有效數(shù)據(jù)起加擾作用。圖10-13中表明，初始化是在每場(chǎng)內(nèi)第2段的同步字節(jié)148RS編碼之后是數(shù)據(jù)交織，數(shù)據(jù)交織是在不附加糾錯(cuò)碼字的前提下用改變數(shù)據(jù)碼字（以比特或字節(jié)為單元）傳輸順序的方法來(lái)提高接收端去交織解碼時(shí)的抗突發(fā)誤碼能力。ATSC中的數(shù)據(jù)交織為字節(jié)交織。由交織原理可知，交織深度I值越大，抗突發(fā)誤碼的能力越強(qiáng)。ATSC中交織電路如圖10-14所示。10.2.2數(shù)據(jù)交織RS編碼之后是數(shù)據(jù)交織，數(shù)據(jù)交織是在不附加糾錯(cuò)碼字的149圖10-14ATSC數(shù)據(jù)交織電路圖10-14ATSC數(shù)據(jù)交織電路150信道編碼中，為了充分提高抗誤碼的糾錯(cuò)能力，通常采用兩次附加糾錯(cuò)碼的FEC編碼。RS編碼屬于第一個(gè)FEC，187字節(jié)后附加20字節(jié)RS碼，構(gòu)成（207，187）RS碼，這也可以稱為外編碼。第二個(gè)附加糾錯(cuò)碼的FEC一般采用卷積編碼，它可以稱為內(nèi)編碼。外編碼和內(nèi)編碼結(jié)合一起，稱之為級(jí)聯(lián)編碼。級(jí)聯(lián)編碼后得到的數(shù)據(jù)流再按規(guī)定的調(diào)制方式對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制，完成信道編碼和載頻調(diào)制的整個(gè)信號(hào)處理。10.2.3格柵編碼信道編碼中，為了充分提高抗誤碼的糾錯(cuò)能力，通常采用兩151ATSC中，TCM編碼框圖如圖10-15所示。圖中，分為干擾濾波器（預(yù)編碼器）、格柵編碼器和8電平符號(hào)映射器三部分。ATSC中，TCM編碼框圖如圖10-15所示。圖中，152圖10-15ATSC的格柵編碼器圖10-15ATSC的格柵編碼器153圖10-15中由梳狀濾波器組成的預(yù)編碼器其作用是為了避免與NTSC同頻道信號(hào)間發(fā)生干擾，預(yù)編碼器的作用參見(jiàn)圖10-16。圖10-15中由梳狀濾波器組成的預(yù)編碼器其作用是為了154圖10-166MHz內(nèi)預(yù)編碼器的作用圖10-166MHz內(nèi)預(yù)編碼器的作用155原理上，數(shù)據(jù)交織器后面的格柵編碼器只需要一個(gè)，然而，雖然格柵編碼器有助于抗白噪聲干擾（隨機(jī)干擾），但對(duì)于脈沖干擾和突發(fā)誤碼其抗御性能并不好。為了改善這方面的性能，以及為了使接收端的格柵解碼器電路簡(jiǎn)化，編碼器中采用了12個(gè)同樣的格柵編碼器并行地工作，它們接受經(jīng)過(guò)塊交織的、交織深度I=12符號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)。格柵編碼交織器的框圖如圖10-17所示。10.2.4格柵編碼交織器原理上，數(shù)據(jù)交織器后面的格柵編碼器只需要一個(gè)，然而，156圖10-17格柵編碼交織器框圖圖10-17格柵編碼交織器框圖157格柵編碼之后是多路復(fù)用框圖，在這里加入段同步和場(chǎng)同步。每一數(shù)據(jù)段前加入段同步后的數(shù)據(jù)段如圖10-18所示。10.2.5段同步和場(chǎng)同步的加入格柵編碼之后是多路復(fù)用框圖，在這里加入段同步和場(chǎng)同步158圖10-18段同步加入數(shù)據(jù)段圖10-18段同步加入數(shù)據(jù)段159場(chǎng)同步段有下列作用：①給出每個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)的起始信息；②PN511向接收端提供信道特性均衡用的訓(xùn)練序列數(shù)據(jù)，使接收端得到時(shí)變的信道特性信息，及時(shí)實(shí)現(xiàn)解碼信道的特性均衡；場(chǎng)同步段有下列作用：160③PN63供接收端實(shí)現(xiàn)重影補(bǔ)償中作測(cè)試序列使用，能補(bǔ)償延時(shí)范圍在63個(gè)符號(hào)內(nèi)即時(shí)間為63×93=5.86μs內(nèi)的重影信號(hào)，接收機(jī)設(shè)計(jì)人員可在5.86μs總量?jī)?nèi)任意分配前重影和后重影的校正范圍；③PN63供接收端實(shí)現(xiàn)重影補(bǔ)償中作測(cè)試序列使用，能161④最后12符號(hào)供接收機(jī)中的梳狀濾波器（干擾抑制濾波器）使用；⑤可用于接收信號(hào)信噪比的測(cè)量；⑥可供接收機(jī)中的相位跟蹤電路用來(lái)使電路復(fù)位、并確定跟蹤環(huán)路參數(shù)。④最后12符號(hào)供接收機(jī)中的梳狀濾波器（干擾抑制濾波162圖10-19場(chǎng)同步數(shù)據(jù)的加入圖10-19場(chǎng)同步數(shù)據(jù)的加入163ATSC中高頻調(diào)制采用8VSB即8電平殘留邊帶調(diào)幅方式，它不同于NTSC中高頻調(diào)制的VSB殘留邊帶調(diào)幅方式，后者的6MHz載波在已調(diào)波帶寬內(nèi)載波本身是不抑制的，載頻位置距頻道下端1.25MHz,而ATSC的8VSB中載波本身是抑制的，載頻位置距頻道下端0.31MHz，如圖10-20所示。圖10-20中α為滾降系數(shù)。10.2.6導(dǎo)頻的加入ATSC中高頻調(diào)制采用8VSB即8電平殘留邊帶調(diào)幅方164圖10-208VSB已調(diào)波的頻帶圖圖10-208VSB已調(diào)波的頻帶圖165接收端若收不到載波信息將無(wú)法進(jìn)行解調(diào)，發(fā)送端對(duì)此的做法是在多路復(fù)用器后的導(dǎo)頻加入級(jí)加入一個(gè)小幅度同相位（即正值）的導(dǎo)頻信息，實(shí)際是在復(fù)用數(shù)據(jù)中加上1.25的小值直流電平。接收端若收不到載波信息將無(wú)法進(jìn)行解調(diào)，發(fā)送端對(duì)此的做1668VSB發(fā)射機(jī)像通常那樣采用兩級(jí)調(diào)制方式，第一次將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到一個(gè)固定中頻上，第二次再上變頻到所需的電視頻道上。當(dāng)同頻道干擾嚴(yán)重時(shí)，可采用載頻精密偏置技術(shù)。另一種情況是ATSC-ATSC同頻道干擾，這時(shí)，精密偏置能防止自適應(yīng)均衡器工作中可能出現(xiàn)的不收斂。10.2.7上變頻器和射頻載波偏置8VSB發(fā)射機(jī)像通常那樣采用兩級(jí)調(diào)制方式，第一次將數(shù)16710.3我國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)10.3.1系統(tǒng)綜述10.3.2擾碼與前向糾錯(cuò)碼（FEC）10.3.3符號(hào)星座映射與符號(hào)交織10.3.4復(fù)幀10.3.5信號(hào)幀10.3.6系統(tǒng)信息10.3.7幀體數(shù)據(jù)處理10.3.8基帶后處理和射頻信號(hào)10.3.9基帶信號(hào)頻譜特性和帶外譜模板10.3.10系統(tǒng)凈荷數(shù)據(jù)率10.3.11單載波和多載波應(yīng)用模式10.3我國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)10.3.1系統(tǒng)綜述168具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)—GB20600-2006《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》，于2006年8月18日正式批準(zhǔn)成為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2007年8月1日起實(shí)施。以下簡(jiǎn)稱為DTTB。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)—169DTTB是由國(guó)家組織的數(shù)字電視特別工作組負(fù)責(zé)起草，由全國(guó)廣播電視標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口并測(cè)試，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布的。DTTB是由國(guó)家組織的數(shù)字電視特別工作組負(fù)責(zé)起草，由170DTTB規(guī)定了數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制方式。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，形成了多項(xiàng)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，主要關(guān)鍵技術(shù)有：能實(shí)現(xiàn)快速同步和高效信道估計(jì)與均衡的PN序列幀頭設(shè)計(jì)和符號(hào)保護(hù)間隔充填方法、低密度校驗(yàn)糾錯(cuò)碼（LDPC）、系統(tǒng)信息的擴(kuò)頻傳輸方法等。DTTB規(guī)定了數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、171DTTB支持4.81Mbit/s～32.486Mbit/s的凈荷傳輸數(shù)據(jù)率，支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視業(yè)務(wù)和高清晰度電視業(yè)務(wù)，支持固定接收和移動(dòng)接收，支持多頻組網(wǎng)和單頻組網(wǎng)。DTTB支持4.81Mbit/s～32.486Mbi172數(shù)字地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)是廣播電視系統(tǒng)的重要組成部分。DTTB系統(tǒng)的組成框圖如圖10-21所示。主要完成從MPEＧ-ＴＳ流到地面電視信道傳輸信號(hào)的轉(zhuǎn)換。10.3.1系統(tǒng)綜述數(shù)字地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)是廣播電視系統(tǒng)的重要組成173圖10-21DTTB系統(tǒng)的組成框圖圖10-21DTTB系統(tǒng)的組成框圖17410.3.2擾碼與前向糾錯(cuò)碼（FEC）為了保證傳輸數(shù)據(jù)的隨機(jī)性以便于傳輸信號(hào)處理，輸入的MPEＧ-ＴＳ碼流數(shù)據(jù)需要用擾碼進(jìn)行加擾。擾碼是一個(gè)最大長(zhǎng)度的二進(jìn)制偽隨機(jī)序列。該序列由圖10-22所示的線性反饋移位寄存器生成。其生成多項(xiàng)式為：G(x)=1+x14+x15

1.擾碼10.3.2擾碼與前向糾錯(cuò)碼（FEC）為了保證傳輸數(shù)175圖10-22擾碼器框圖圖10-22擾碼器框圖176該LFSR的初始狀態(tài)定義為：100101010000000。輸入的比特流與PN序列進(jìn)行逐位模二加后產(chǎn)生數(shù)據(jù)擾亂碼。擾碼器的移位寄存器在信號(hào)幀開(kāi)始時(shí)復(fù)位到初始相位。該LFSR的初始狀態(tài)定義為：100101010000177擾碼后的比特流接著進(jìn)行前向糾錯(cuò)編碼FEC。有三種碼率的前向糾錯(cuò)編碼，如表10-6所示。2.前向糾錯(cuò)碼（FEC）擾碼后的比特流接著進(jìn)行前向糾錯(cuò)編碼FEC。有三種碼率178表10-6表10-6179FEC由外碼（ＢCＨ）和內(nèi)碼（ＬＤPC）兩部分級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。（1）ＢCＨ碼（2）ＬＤPC碼（3）三種不同碼率的FEC碼的結(jié)構(gòu)FEC由外碼（ＢCＨ）和內(nèi)碼（ＬＤPC）兩部分級(jí)聯(lián)實(shí)1801.符號(hào)星座映射（1）64QAM映射其星座圖如圖10-23所示。10.3.3符號(hào)星座映射與符號(hào)交織1.符號(hào)星座映射10.3.3符號(hào)星座映射與符號(hào)交織181圖10-2364QAM星座圖圖10-2364QAM星座圖182其星座圖如圖10-24所示。（2）32QAM映射圖10-2432QAM星座圖其星座圖如圖10-24所示。（2）32QAM映射圖10-183其星座圖如圖10-25所示。（3）16QAM映射圖10-2516QAM映射星座圖其星座圖如圖10-25所示。（3）16QAM映射圖10-184其星座圖如圖10-26所示。（4）4QAM映射圖10-264QAM映射星座圖其星座圖如圖10-26所示。（4）4QAM映射圖10-2185（5）4QAM-NＲ映射（5）4QAM-NＲ映射186（1）時(shí)域符號(hào)交織時(shí)域符號(hào)交織是在多個(gè)信號(hào)幀的基本數(shù)據(jù)塊之間進(jìn)行的。數(shù)據(jù)信號(hào)(即星座映射輸出的符號(hào))的基本數(shù)據(jù)塊間交織采用基于星座符號(hào)的卷積交織編碼，如圖10-27所示。其中變量B表示交織寬度（支路數(shù)），變量M表示交織深度（延遲緩存器尺寸）。進(jìn)行符號(hào)交織的基本數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)符號(hào)與支路0同步。交織/解交織對(duì)的總延時(shí)為MB×(B-1)×B符號(hào)時(shí)間。2.符號(hào)交織（1）時(shí)域符號(hào)交織2.符號(hào)交織187有兩種交織模式：模式1（短交織）：B=52，M=240符號(hào)，交織/解交織總延遲為170個(gè)信號(hào)幀;模式2（長(zhǎng)交織）：B=52，M=720符號(hào)，交織/解交織總延遲為510個(gè)信號(hào)幀。有兩種交織模式：188頻域交織僅在多載波C=3780模式下使用。頻域交織為幀體內(nèi)的符號(hào)塊交織，交織大小等于子載波數(shù)3780，目的是將調(diào)制星座點(diǎn)符號(hào)映射到信號(hào)幀幀體（幀體部分包含36個(gè)符號(hào)的系統(tǒng)信息和3744個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)，共3780個(gè)符號(hào)）包含的3780個(gè)有效子載波上。（2）頻域交織頻域交織僅在多載波C=3780模式下使用。頻域交織為189數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是以“幀”為基本單元，包括幀頭（確知信息）、加強(qiáng)保護(hù)的系統(tǒng)信息以及經(jīng)高效編碼保護(hù)的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)分為信號(hào)幀，超幀、分幀、日幀四層結(jié)構(gòu)，如圖10-28所示。10.3.4復(fù)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是以“幀”為基本單元，包括幀頭（確知信190圖10-28數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖圖10-28數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖191信號(hào)結(jié)構(gòu)是周期的，并與自然時(shí)間保持同步。①幀結(jié)構(gòu)的頂層為日幀（CalendarDayFrame,CDF），日幀以1個(gè)公歷的自然日為周期進(jìn)行周期性重復(fù)，由1440個(gè)分幀構(gòu)成，時(shí)間為24小時(shí)。在北京時(shí)間00∶00∶00AM，日幀被復(fù)位，開(kāi)始一個(gè)新的日幀。信號(hào)結(jié)構(gòu)是周期的，并與自然時(shí)間保持同步。192②分幀的時(shí)間長(zhǎng)度為1分鐘，包含480個(gè)超幀。③超幀的時(shí)間長(zhǎng)度定義為125ms，8個(gè)超幀為1秒，這樣便于與定時(shí)系統(tǒng)（例如GPS）校準(zhǔn)時(shí)間。超幀中的第一個(gè)信號(hào)定義為首幀，由系統(tǒng)信息的相關(guān)信息指示。④信號(hào)幀是系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的基本單元。②分幀的時(shí)間長(zhǎng)度為1分鐘，包含480個(gè)超幀。193為了適應(yīng)不同應(yīng)用，定義了三種可選信號(hào)幀頭長(zhǎng)度。三種幀頭所對(duì)應(yīng)的信號(hào)幀的幀體長(zhǎng)度和超幀的長(zhǎng)度保持不變。信號(hào)幀結(jié)構(gòu)如圖10-29所示。10.3.5信號(hào)幀為了適應(yīng)不同應(yīng)用，定義了三種可選信號(hào)幀頭長(zhǎng)度。10.194圖10-29信號(hào)幀結(jié)構(gòu)圖10-29信號(hào)幀結(jié)構(gòu)195如圖10-30所示。1.幀頭模式1（PN420）圖10-30幀頭模式1結(jié)構(gòu)如圖10-30所示。1.幀頭模式1（PN420）圖10-3196產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-31所示。圖10-318階m序列生成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-31197產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-32所示。2.幀頭模式2（PN595）圖10-3210階m序列生成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-32198如圖10-33所示。3.幀頭模式3（PN945）圖10-33幀頭模式3結(jié)構(gòu)如圖10-33所示。3.幀頭模式3（PN945）圖10-3199產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-34所示。圖10-349階m序列生成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生該最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)如圖10-34200發(fā)送端應(yīng)將信道編碼的編碼效率和射頻調(diào)制的調(diào)制模式等參數(shù)以系統(tǒng)信息的形式傳輸給接收機(jī)，使其能正確解調(diào)和解碼。這64種系統(tǒng)信息在擴(kuò)頻前可以用6個(gè)信息比特（s5s4s3s2s1s0）來(lái)表示，其中s5為MSB，定義如下：s3s2s1s0表示編碼調(diào)制模式，如表10-7所示。10.3.6系統(tǒng)信息發(fā)送端應(yīng)將信道編碼的編碼效率和射頻調(diào)制的調(diào)制模式等參201表10-7系統(tǒng)信息第3～0比特定義表10-7系統(tǒng)信息第3～0比特定義202表10-8系統(tǒng)信息第4比特定義s4表示交織信息，如表10-8所示。表10-8系統(tǒng)信息第4比特定義s4表示交織信203C有兩種載波模式：C=1單載波模式或C=3780多載波模式。（1）單載波模式（2）多載波模式10.3.7幀體數(shù)據(jù)處理C有兩種載波模式：C=1單載波模式或C=3780多載20410.3.8基帶后處理和射頻信號(hào)基帶后處理（成形濾波器）采用平方根升余弦（