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[图文]DMB-T地面数字电视传输系统浅谈         ★★★ 【字体:
DMB-T地面数字电视传输系统浅谈
作者:imefan    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2008-3-25    

  目前,数字电视地面广播(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。


  该系统的核心就是采用了时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency-Division-Multiplex,TDS-OFDM)调制技术,其频谱利用率可高达(4bit/s)/Hz。因此,每个频道有效净荷的信息传输码率在8MHz的带宽下可高达33Mb/s。

  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。

 1)电视传输专用的前向纠错编码

  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。

 2)用于多媒体传输的前向纠错编码

  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。

 3)调制模式

  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。

一、DMB-T传输系统采用以下几项主要技术:

 (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。

二、DMB-T传输系统的特性

  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

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