地面數(shù)字電視廣播激勵器技術(shù)要求和測量方法

第1章地面數(shù)字電視傳輸國際標準

1.1 基本介紹

目前被國際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union，ITU)采納的地面數(shù)字電視傳輸標準有美國的高級電視系統(tǒng)委員會標準(Advanced Television Systems Committee，ATSC)、歐洲的數(shù)字視頻地面廣播標準(Digital Video Broadcasting- Terrestrial，DVB-T)和日本的地面綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播標準(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial，ISDB-T)。我國的地面數(shù)字多媒體廣播標準(Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB)在2011年被ITU接納成為地面數(shù)字電視D系統(tǒng)，成為ITU認可的第四個地面數(shù)字電視傳輸國際標準。

1.1.1 ATSC系統(tǒng)

ATSC采用格形編碼的八電平殘留邊帶(Trellis-Coded 8-Level Vestigial Side- Band，8-VSB)調(diào)制。ATSC數(shù)字電視標準是美國高級電視系統(tǒng)委員會開發(fā)的，它是為了在單個6MHz頻道中傳輸高質(zhì)量視頻和音頻以及輔助數(shù)據(jù)而設(shè)計的，用于地面廣播和有線分配系統(tǒng)。它能夠可靠地在6MHz地面信道中實現(xiàn)19.4Mbit/s的數(shù)據(jù)吞吐量，在有線電視信道中實現(xiàn)38.8Mbit/s的數(shù)據(jù)吞吐量。有兩種有效的操作模式:8-VSB和16-VSB。其中，8-VSB"地面同播模式"便于更好地抵抗NTSC干擾，16-VSB"高碼率模式"主要用于更可靠的有線信道。

ATSC系統(tǒng)可以抵抗多種類型的干擾:現(xiàn)存的模擬電視節(jié)目、白噪聲、脈沖噪聲、相位噪聲、連續(xù)波和無源反射(多徑)。系統(tǒng)提供固定的接收，不支持移動接收。

ATSC系統(tǒng)使用單載波調(diào)制方案，即八電平殘留邊帶(8-VSB)調(diào)制，用于多頻網(wǎng)(Multi-Frequency Network，MFN)實現(xiàn)。雖然此系統(tǒng)是為6MHz頻道開發(fā)和測試的，但它能應(yīng)用于任何信道帶寬(6MHz、7MHz、8MHz)，只是相應(yīng)地改變數(shù)據(jù)容量。ATSC在初期是不支持單頻網(wǎng)的，但是經(jīng)過技術(shù)人員的努力，目前ATSC已經(jīng)可以在單頻網(wǎng)下工作。

1.1.2 DVB-T系統(tǒng)

DVB-T采用編碼正交頻分復(fù)用(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，C-OFDM)調(diào)制，DVB-T系統(tǒng)是歐洲數(shù)字視頻廣播組織開發(fā)的。DVB-T是DVB系列標準之一，其他還有衛(wèi)星(DVB-S)和有線(DVB-C)數(shù)字視頻廣播等，此系列標準考慮了數(shù)字視頻和音頻的傳輸，以及將來的多媒體節(jié)目。對于地面廣播，此系統(tǒng)可以在現(xiàn)存的已分配給模擬電視傳輸?shù)念l譜內(nèi)廣播。8MHz信道內(nèi)傳輸?shù)挠行舯忍卮a率在不同的信道編碼參數(shù)、調(diào)制類型和保護間隔的組合下，可以支持4.98~31.67Mbit/s。

DVB-T系統(tǒng)不僅能夠處理高斯信道，而且也能適應(yīng)萊斯信道和瑞利信道。它能夠抵抗高電平(0dB)、長延時的靜態(tài)和動態(tài)多徑失真，能有效地克服延時信號的干擾，包括地勢或建筑物反射的回波，或者單頻網(wǎng)環(huán)境中遠方發(fā)射機發(fā)射的信號。

DVB-T系統(tǒng)通過多種可選擇參數(shù)的組合，可以適應(yīng)大范圍的載噪比和信道特性，支持固定、便攜或者移動接收。

DVB-T采用編碼正交頻分復(fù)用多載波調(diào)制技術(shù)，有兩種操作模式:2K模式和8K模式，分別進行2K和8K點快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)。系統(tǒng)可以選擇不同的QAM調(diào)制級數(shù)和不同的內(nèi)碼碼率，也允許兩層分級信道編碼和調(diào)制。此外，長度可選擇的保護間隔允許系統(tǒng)支持不同的網(wǎng)絡(luò)配置，例如大范圍的單頻網(wǎng)(Single Frequency Network，SFN)和多頻網(wǎng)(MFN)。2K模式適用于單發(fā)射機廣播，并能很好地支持移動接收以及具有有限發(fā)射機距離的小的單頻網(wǎng)。8K模式既能用于單發(fā)射機廣播，也能用于小的和大的單頻網(wǎng)，一般用于固定接收。

1.1.3 ISDB-T系統(tǒng)

ISDB-T系統(tǒng)是日本無線電工商業(yè)協(xié)會(Association of Radio Industries and Businesses，ARIB)開發(fā)的，它系統(tǒng)地綜合了各種類型的數(shù)字內(nèi)容，包括從標準清晰度電視(Standard Definition Television，SDTV)到高清晰度電視(High Definition Television，HDTV)的多節(jié)目視頻、多節(jié)目音頻、圖形和文本等。因為ISDB概念覆蓋了各種服務(wù)，因此系統(tǒng)必須面對各種需求，而且一個業(yè)務(wù)和另一個業(yè)務(wù)可能是不同的。為了綜合不同的業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)提供了可選擇的調(diào)制、誤碼保護方案和靈活的組合，以便面對這些綜合業(yè)務(wù)的各種需求。

系統(tǒng)采用的調(diào)制方法稱為頻帶分段傳輸正交頻分復(fù)用(Bandwidth Segmented Transmission OFDM，BST-OFDM)，由一組共同的稱為BST段的基本頻率塊組成。每段的帶寬為BW/14MHz，這里BW是指地面電視信道帶寬(6MHz、7MHz或8MHz，依賴于所處地區(qū))。例如，對于6MHz信道，每段占據(jù)6/14MHz≈428.6kHz頻譜，7段等于(6×7)/14MHz=3MHz。在OFDM特性之外，BST-OFDM對不同的BST段采用不同的載波調(diào)制方案和內(nèi)碼編碼碼率，依此提供了分級傳輸特性。每個數(shù)據(jù)段有其自己的誤碼保護方案(內(nèi)碼編碼碼率、時間交織深度)和調(diào)制類型(QPSK、DQPSK、16-QAM或者64-QAM)，那么每段能滿足不同的業(yè)務(wù)需求。許多段可以靈活地組合到一起，提供寬帶業(yè)務(wù)(如HDTV)。通過傳輸不同傳輸參數(shù)的OFDM段群，可以實現(xiàn)分級傳輸。

1.1.4 DTMB系統(tǒng)

DTMB系統(tǒng)由中國開發(fā)，采用時域同步正交頻分復(fù)用(Time Domain Synchronous OFDM，TDS-OFDM)調(diào)制方式，它由時域同步和頻域數(shù)據(jù)兩個傳輸模塊組成。2006年8月，我國公布了用于地面數(shù)字電視廣播的DTMB標準，并已于2007年8月1日起強制執(zhí)行。

我國的DTMB標準具有后發(fā)優(yōu)勢，具有碼字捕獲快速和同步跟蹤穩(wěn)健、頻譜利用效率高、移動性能好、廣播覆蓋范圍大、多業(yè)務(wù)廣播方便等優(yōu)點。

在信道編碼方面，DTMB標準采用了BCH碼和低密度奇偶校驗(Low Density Parity Check，LDPC)碼級聯(lián)的形式。由于LDPC碼優(yōu)越的性能，DTMB系統(tǒng)在對抗各種干擾等方面具有非常好的性能。由于采用了TDS-OFDM的獨特技術(shù)，DTMB系統(tǒng)在同步性能上明顯優(yōu)于循環(huán)前綴編碼正交頻分復(fù)用(Cyclic Prefix-OFDM，CP-OFDM)系統(tǒng)。而且由于采用訓(xùn)練序列代替循環(huán)前綴，接收機可通過訓(xùn)練序列進行信道估計，從而可以節(jié)省傳統(tǒng)CP-OFDM系統(tǒng)中的頻域?qū)ьl，提高了頻譜利用率。

DTMB系統(tǒng)在8MHz帶寬內(nèi)可支持4.813~32.486Mbit/s的凈載荷數(shù)據(jù)傳輸率，可支持SDTV和HDTV，支持固定接收和移動接收，支持單頻組網(wǎng)和多頻組網(wǎng)。關(guān)于DTMB標準的技術(shù)內(nèi)容將在1.2節(jié)中詳細介紹。

四種地面數(shù)字電視傳輸標準主要參數(shù)對比如表1-1所示。

1.2 DTMB系統(tǒng)詳情

1.2.1 DTMB信道編碼

DTMB定義了數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)送端完成從輸入數(shù)據(jù)碼流到地面電視信道傳輸信號的轉(zhuǎn)換。輸入數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過擾碼器、前向糾錯編碼、星座映射、交織后形成基本數(shù)據(jù)塊;基本數(shù)據(jù)塊與系統(tǒng)信息組合后，經(jīng)過幀體數(shù)據(jù)處理形成幀體;幀體與相應(yīng)的幀頭復(fù)接為信號幀，根據(jù)幀地址組幀單元構(gòu)建與絕對時間日、時、分、秒同步的復(fù)幀結(jié)構(gòu);經(jīng)過基帶后處理轉(zhuǎn)換為基帶輸出信號，該信號經(jīng)正交上變頻轉(zhuǎn)換為射頻信號。

DTMB的發(fā)送端原理如圖1-1所示。

1.2.2 DTMB主要參數(shù)

1.2.3 輸入接口

地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入接口的格式定義支持標準GB/T17975―1信息技術(shù)運動圖像及其伴音信息的通用編碼第1部分:系統(tǒng)(GB/T17975―1―2000，idtISO/IEC13818―1―1996)。但對于載荷內(nèi)容不做定義和要求，對于輸入數(shù)據(jù)而言，DTMB實現(xiàn)透明傳輸。

1.2.4 隨機化

為了保證傳輸數(shù)據(jù)的隨機性以便于傳輸信號處理，輸入的數(shù)據(jù)碼流數(shù)據(jù)需要用擾碼進行加擾。擾碼原理是以線性反饋移位寄存器理論為基礎(chǔ)的。在數(shù)字基帶信號傳輸中，將二進制數(shù)字信息先進行"隨機化"處理，變?yōu)閭坞S機序列，從而限制連"0"或連"1"碼的長度，以保證位定時信息恢復(fù)的質(zhì)量，這種"隨機化"處理稱為"擾碼"。在接收端解除這種"擾碼"的過程稱為"解擾"。擾碼作為有效克服連"0"或連"1"碼的手段，在多種通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

DTMB系統(tǒng)中的擾碼是一個最大長度二進制偽隨機序列。該序列生成多項式定義為

G(x)=1+x14+x15(1-1)

該序列的初始相位定義為100101010000000。

輸入的比特碼流(來自輸入接口的數(shù)據(jù)字節(jié)的MSB在前)與PN序列進行逐位模二加后產(chǎn)生數(shù)據(jù)擾亂碼。擾碼器的移位寄存器在信號幀開始時復(fù)位到初始相位。擾碼器組成如圖1-2所示。

與歐洲D(zhuǎn)VB-T不同，擾碼器對所有的輸入信號都進行加擾，而歐洲D(zhuǎn)VB-T對幀頭是不加擾的。DVB-T的擾碼器組成如圖1-3所示。