地面数字多媒体电视广播传输协议

1、地面数字多媒体电视广播传输协议扬知行，杨林，王兴军，门爱东（清华大学数字电视传输技术研发中心) 摘要：本论文介绍了地面数字多媒体电视广播(DMBT)传输协议的开发背景，提供了一个DMBT协议的系统级描述以及构成，分析了DBT协议传输系统的主要特点和应用。 关键词:B-T，TV TD-OFM1 概述 在经历了机械电视时代、黑白电子电视和彩色电视时代以后,N从0年代初期开始研究高清晰度电视,后来有许多国家和国际标准组织也积极开展了这方面的研发.但直到190年之前，它们还都是全模拟的或者模拟数字混合的.在1990年6月日,美国GI公司向美国高级电视顾问委员会（AAS)提交了全数字地面DTV制式，电视从此进人了一个新时代：数字电视时代。电视向着高清晰度电视和数字化方向前进、模拟电视在全世界范围内正在逐步消失,电视面临着它问世以来最根本的技术革命。 从那以后，经过十多年坚持不懈的研究和发展，数字电视地面广播（Dil Tleisin errestra Boacastin，DT）已经取得了很多的成果,达到了可以实现阶段。从1年11月北美和欧洲已经开播DTTB节目，许多国家宣布了它们的DTTB制式选择

2、和实现计划。目前,世界上主要有3种DT传输标准： 美国高级电视系统委员会（Advncd Teevisin Stms omittee,TS）研发的格形编码的8电平残留边带(TrelisCoed evl Vestigia id-Bnd，TCM 8-S)调制。96年12月26日C正式公布了”数字电视标准ATSC。1998年月首先由8家电视台正式开始地面数字电视广播，到200年1月已经有00多家电视台开展数字电视业务。但美国Sinclr广播集团对ATSC制式有异议。 ATSC调制方案采用了具有导频信号的单载波调制，即8电平残留边带调制（8-VS）,它是成熟的现有A调制技术的高度发展,其性能高度依赖于自适应均衡器。因此。为了抵抗多径回波和各种干扰，需要非常复杂和昂贵的均衡器。 加拿大、韩国、阿根廷和我国的台湾在19年和98年先后宣布采用美国的ATSC标准。欧洲数字视频地面广播（Digita Vide Terrestrial Broadcastin-Terrsrial，V-T）标准采用的编码正交频分复用(Coded OthogonlFrqueny Dl isionMultiplexing,OFM)

3、调制. 欧洲TSI在1994年和1996年先后公布了VBS（卫星广播)、VB-C（有线电视广播）和VBT（地面广播)的标准等，欧洲的数字电视有完整的标准系列。欧洲各国自196年以来先后在卫星直播、有线电视和地面广播等方面开展了SDTV业务,考虑到市场需求的原因,目前尚未开展HDV业务。在地面传输方面，它采用多载波FDM调制（ADSL中相似的技术称为DM）。DB使用了705(k）或6817(8k）个载波。而且它有更多的选项,以适应不同的应用需求，例如可变的载波调制类型。和美国的8VSB调制技术相比。CODM技术属于正在不断发展和提高的新技术。 除了欧洲国家以外,澳大利亚、新加坡、印度、巴西先后在199年和199年宣布采用欧洲的VB标准. 日本地面综合业务数字广播（ItegrateSrveigitlBroadcastngeretria，ISBT）采用的频带分段传输正交频分复用（ad Width SgmenteTransmision OFDM,BTFM）. 日本1998年1月公布了用于地面数字电视广播的I)B，T标准。系统采用的调制方法称为频带分段传输（BST）FDM.由一组共同的称为ST段

4、的基本频率块组成。 日本的SDBT是基于自己的国情。在欧洲OFM基础上的一种改进，特别是针对多媒体广播和移动接收的需求。 3种标准的视频编码和码流复接基本均采用MPE2标准,最大的差别是调制方式的不同,ASC采用单载波方式,而其它两种采用多载波调制技术。因为个标准推出的时间有先后，因此，采用的技术水平越来越高,对地面广播需求的理解也越来越深。但它们毕竟是基于年代中期或之前的状况.几年来，技术在飞速发展，应用需求也在不断变化在此背景下，我们对上述3个地面数字电视系统进行了深入研究,借鉴和吸收了美国ATSC、欧洲D、日本S皿和国内H研究的经验和教训，结合几年来数字地面电视广播技术和通信技术的最新发展和需求,提出了创新的”地面数字多媒体电视广播（Terresri Diil MultiiaTlvon Bradcsti，DT）传输协议”。系统的核心采用了mQAMQPSK的时域同步正交频分复用(Time Domai Synchnous rthogal-FquncyDivisio-Multiplex，TDODM）调制技术;系统使用更加先进的前向纠错编码FEC来抵抗突发误码和各种干扰，例如rb码等；实

5、现了分级调制和编码，可以提供分级服务；同时可以实现快速同步，适于数据业务。系统描述和参数 对于地面数字电视广播来讲，首先要求有足够高的传输码率，以便在单个信道中提供高质量HTV节目。其次要在现有分配的电视频道中传输DTV节目,实现和模拟电视节目的同播；更重要的特性是要支持移动接收。其它的要求包括：抵抗各种干扰/失真；易于其它媒介或服务器的接口；支持多节目/业务;高度灵活的操作模式,通过选择不同的调制方案，系统能够支持固定、便携、步行、或移动接收；能够通过分级调制得到分级服务；具有交互性；高度灵活的频率规划和覆盖区域，能够使用单频网和同频道覆盖扩展/缝隙填充；需要先进的信道编码（例如级联码、平行级联系统卷积/网格码、或网格编码)和信道估计方案，以便降低系统C/N门限,以此降低发射功率。从而减少了对现有模拟电视节目的干扰；对于便携终端，它优先要支持低功耗模式,等等。 数字电视系统信号结构通常由压缩层、传送层和传输层3大部分组成，其系统结构见图。传输层的具体构成。是由传输信道（或者叫传输媒介）决定的.传输媒介有有线媒介（包括光纤、同轴和两者的混合网）、无线媒介（包括卫星、微波、MM等）、地面

6、波传输的无线媒介。对于每种传输媒体，目前DTB系统的压缩层和传送层基本上都是一样的，区别就在传输层上.图1系统的信号构成点击此处查看全部新闻图片 信道编码和信道解码属于传输层，根据不同的信道情况和不同的应用需求，数字电视系统采用了不同的纠错编码和调制技术方案，其构成见图2所示。 地面数字电视广播B中的纠错部分,基本上都采用了外码纠错（RedSolome码）、交织I、内码纠错(卷积码/urbo码）、交织II，而调制技术目前主要有两种方案-单载波调制和多载波调制。属于单载波调制的有美国的ATSC 8VSB调制，而多载波调制的有欧洲的VBTCFDM、日本ISBT STFD，本系统所采用的调制技术ID-OM也属于多载波技术。图2地面数字电视传输层点击此处查看全部新闻图片 由于在技术方案选择和具体实现的参数上的不同，导致了不同系统之间性能的差异. 为了更好地满足上述地面数字电视广播的需求，DM-传输协议设计了相应的系统参数，表提供了基于TDS-FM的系统参数,以及和其它个世界标准的比较.虽然此次样机是为8MHz频道开发的，但它很容易地缩放到6或MHz频道。（3 信道帧结构地面数字多媒体电视广播(

7、B-T）协议基于DS-OFDM技术,其物理信道帧结构如图3所示。帧结构是分级的,1个基本帧结构称为个信号帧.帧群定义为25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2,信号帧号(FN)被编码到当前信号帧的帧同步PN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(SF）与超帧群号(SF）一起被编码到超帧的第一个帧群头中。超帧群号（SFN)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。在太平洋标准时间（ST)或北京时间：0:A，物理信道帧结构被复位并开始一个新的超帧群。 因此,B协议的物理信道是周期的,并且和绝对时间同步，这样可使接收机能在需要的时候才开机，这意味着接收机可以设计成只有接收所需要的信息时,才进入接收状态,以达到省电的目的. 一个信号帧由两部分组成：帧同步和帧体。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、N序列和后同步。对于一个信号帧群中的不同信号帧，有不同的帧同步信号。所以,帧同步能作一个特殊

8、信号帧的帧同步特征而用于识别。帧同步采用PSK调制以得到稳定的同步。帧体的基带信号是一个正交频分复用(OFDM)块.一个OD块可进一步分成保护间隔和一个DFT块，如图3所示。DF块在其时域中有3780个取样，它们是频域中378个子载波的逆离散傅氏变换。图3下行传输协议的分级帧结构表1 本系统和世界上种DB系统主要特性的比较美国AS VSB欧洲DV M日本ISDBTBSOFDM清华DMB-T DOFDM源编码视频ISOC 13818-2(M视频部分）主类（ManPofil）语法音频ATSC标准/52(DoyC-3)IOEC 13818-(EG2-音频第二层lay I audio）和Dolb -3SO/IEC 381-7(MG2-C音频)IIE1813第I、I层和Dolb AC-3传送码流ISOIECl318l（MG）传送码流T信道编码外码R（207，187，t1)RS（204，188，t=8）RS（208，188）和RS（08，200)外码交织-S块交织2S块交织309S块交织、5RS块交织、15RS块交织内码23码率格形码缩短的卷积码：码率：1/2,2/3，4，5/6,78约束长度=7,多项式(八进制)7l，3/2,/3卷积码、网格码、Turb码内码交织12:格形码交织卷积交织和频率交织卷积交织，频率交织，和选择的时间交织时间交织和频率交织数据随机化16-it PRS1it PRBS6-bitPRBS16-iPRS调制方案8SB和16VSBCOFDM具有13个频率分段的BSTOFTDSFM均匀星座图8VB，6VSBQPSK，16QAM和6QAMQPS，QPK,1QA和64AMQPS、16和6AM分级调制多分别率星座图（1A和 5QAM）分级调制:在13个分段上有3种不同的调制多分别率星座图(64AM和26QAM）载波数目k，8k2k，k，8k3780保护间隔OFDM符号1/32，116,1/1

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