（通信与信息系统专业论文）dmbt数字地面电视接收机的研究.pdf

于两要 自电视广播推出以来，电视技术经历了巨大的变革。特别是从上世纪9 0 年代以后， 随着电子技术，计算机技术，通信技术和网络技术的迅猛发展，电视正迅速走向数字时 代，在世界范围内掀起了研究数字电视制式，制定数字电视标准，开发数字电视设备以 及将数字电视推向产业化的热潮。我国也及时对数字电视技术也给予了很大的关注，并 制定了推广时间表，2 0 0 3 年启动有线数字电视广播，2 0 0 5 年开始试播地面数字电视广播， 2 0 1 5 年全国停播目前的p a l $ j j 模拟电视广播。今年8 月，中国数字电视地面广播标准也 已经出台，这种数字电视最基本的制式将成为最大众化的媒体，给人们的生活带来深远 的影响。 本文首先对国内外数字电视的研究情况及其标准进行了详细的介绍，并进行了比较 和分析，总结了各标准的优点及不足之处。在对数字d m b - t 地面电视接收机顶盒的总 体结构简要介绍后，详细介绍了机顶盒信道部分的硬件结构，和电路板的设计。在硬件 调试部分，先简要介绍了调试工具，之后详细分析了底层硬件驱动的调试原理和流程， 最后，给出了该机顶盒的测试指标和测试结果。 关键词：数字电视d m b - t 标准数字电视机顶盒 a b s t r a c t f r o mt h eb e g i n n i n go ft vb r o a d c a s t i n g ，g r e a tc h a n g e sh a v et a k e np l a c ei nt v t e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yf r o mt h e 19 9 0 s ，a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i c t e c h n o l o g y , c o m p u t e r , t e l e c o m m u n i c a t i o n a r e rt h ed i g i t a lt vi si n v e n t e d t h er e s e a r c ho n i t ss t a n d a r d p r o t o c o la n di n d u s t r i a l i z a t i o ni sp o p u l a r i nc h i n ag o v e m m e n ta l s op a ym o r e a t t e n t i o nt oi ta n dm a d ep l a nt os p r e a di t c a b l ed i g i t a lt vb e g a nt ob r o a d c a s ti n2 0 0 3 t e r r e s t r i a ld i g i t a lt vb e g a ni n2 0 0 5 t o2 0 0 5 t h eb r o a d c a s t i n go fa n a l o gt vo fp a j l s t a n d a r dw i l lb es t o p p e d c h i n e s es t a n d a r do fd i g i t a lt e r r e s t r i a lt vb r o a d c a s th a v er e l e a s e d w h i c hw i l lb e c o m et h em o s tp o p u l a rm e d i aa n da f f e c tt h ep e o p l e sl i f ed e e p l y f i r s t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ec u r r e n ts t a t e m e n ta n ds t a n d a r do fd i g i t a lt va r o u n dt h e w o r l d a n a l y z e da n dc o m p a r e dt h e mt os u m m a r i z et h ec h a r a c t e r i s t i co f e a c hs t a n d a r d a f t e r t h eg e n e r a li n t r o d u c t i o no ft h ec o n s t r u c t i o no ft h ed i g i t a lt e r r e s t r i a lt vs e t - t o pb o x t h i s a r t i c l ed e s c r i b e dt h eh a r d w a r es y s t e mo f s e t - t o pb o xf o rt h ec h a n n e ld e s i g na n dp c bd e s i g ni n d e t a i l i nt h ec h a p t e ro fd e b u g g i n g ，f i r s ti n t r o d u c e dt h ed e b u g g i n gt o o l sg e n e r a l l y , a n dt h e n a n a l y z e dt h et h e o r ya n dp r o c e s so ft h eh a r d w a r ed r i v e r a tl a s t t h et e s ts t a n d a r da n dr e s u l ti s p r e s e n t e d k e yw o r d s ：d i g i t a lt v d m b ts t a n d a r d d i g i t a ls e t - t o pb o x 独创性声明 本人声明所呈交的学健论文是本入在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丕洼盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一闯工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：互霄南 签字日期： 7 年f 学位论文版权使用授权书 月矿日 本学位论文作者完全了解鑫凄基堂有关保蜜、使用学位论文的规定。 特授权鑫注盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 囱国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 亚蓄炜 签字冀期：1 7 年( 胃3 疹蜀 翮签名：熟 签字嗣期：d 产，月弓汐r 第一章绪论 第一章绪论 数字电视( d t v ) 是数字电视系统的简称，是音频、视频和数据信号从信源编码、 信道编码和调制、接收和处理等均采用数字技术的电视系统。它将传统的模拟电视信号 经过抽样、量化和编码转换成用二进制数表示的数字式信号，然后进行各种功能的处理、 传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使 电视设备获得比原有模拟设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能实现的新功 能，使电视技术进入崭新的时代。只在现行电视广播系统演播室或电视广播系统的某些 部分，采用数字处理技术和设备，来改善性能或增加功能，不是真正意义的数字电视系 统。 按图象质量和图像格式等，数字电视可以分为标准清晰度电视( s d t v ) 和高清晰 度电视( h d t v ) 两种级别，因而数字电视不都是高清晰度电视。 按传输数字电视信号的途径和方式等，数字电视主要有卫星数字电视、有线数字电 视和地面数字电视三种系统。 按服务方式，数字电视可分为服务于合法用户的条件接收数字电视和面向一般公众 的数字电视广播。 1 1数字电视技术的优点 数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点： ( 1 ) 在图像质量改进方面：电视信号数字化后，信噪比可不随数字信号处理次数逐次下 降，信号稳定而可靠，不受非线性失真影响。数字标准清晰度电视( s d t v ) 和数字 高清晰度电视( h d t v ) 使图像和声音质量得到了极大地提高。在h d t v 系统中， 人们已经能够欣赏到清晰鲜艳、生动逼真、接近电影水平的高质量电视画面和优美 动听的环绕立体声音响。 ( 2 ) 在节目制作手段方面：数字摄像机、数字录像机、数字磁盘录像机、非线性编辑系 统、电脑动画到虚拟演播室、视频服务器和电视中心网络化等，使电视台可以节目 资源共享、制作快捷、无磁带编辑以及存储方便，大大提高了节目质量、制作能力 和工作效率。 ( 3 ) 在业务融合方面：电视系统的全面数字化使我们可以在同一个系统中安排不同级别、 不同图像质量的业务，使计算机、通信和广播电视网络的业务融合成为可能。 ( 4 ) 在传输方面：压缩技术的突破和多种新的高效编码方法和调制技术的出现，使得大 信息量的高清晰度数字电视也能在原来的普通电视频带内传输，原来只能传一路模 拟电视的通道现在能传多套数字s d t v ，拓宽了业务能力。同时很容易实现加密， 第一章绪论 解密，加扰和解扰技术，便于专业应用以及广播应用。 1 2 数字电视的发展概况 1 2 1 国际上数字电视的发展状况 数字电视的发展有着广阔的前景，纵观全球，在过去的几年中全球各国都在大力发 展数字电视及其相关产业，并取得了很大进展。由于客观情况、标准和制式等不同，各 国的数字电视发展状况也不尽相同，但一些数字电视发展比较迅速的国家，特别是美国、 日本、欧洲等国数字电视发展模式、发展趋势、技术标准的选择对我国有一定的指导和 借鉴意义。 一、日本 日本的数字电视研究与开发进展较快，已于2 0 0 3 年在东京、大阪和横滨开始播出地 面数字电视，2 0 0 6 年实现地面数字电视全国覆盖，主要是h d t v 节目，到2 0 1 1 年全国范 围内的所有电视台都将采用数字信号发送，彻底结束模拟信号发送的历史。为了实现这 个目标，日本通过反复试验制定了符合本国国情的i s d b 数字电视标准。在用户需求方 面，日本的数字电视凭借其高质量的电视画面，在2 0 0 2 年6 月举办的世界杯足球赛期 间充分带动了日本广播电视卫星数字电视产品的市场需求，至今日本的观众对广播电视 卫星( b s ) 数字电视机产品热情丝毫不减。 二、欧洲 欧洲的数字电视兴起比较早，目前无论从技术上还是用户模式上都处在稳定的成熟 时期。以英、法、德为代表的西欧国家制定了欧洲地区统一的数字电视标准d v b ， 并且为世界其他各国制定相关标准提供了依据和参考。早在1 9 9 6 年欧洲数字电视的卫 星广播就已经开播，目前用户已超过5 0 0 万，并已扩展至东欧；有线电视网络中数字电 视的广播从1 9 9 7 年开始。在1 9 9 8 年1 1 月英国就开始数字电视的地面广播，现在已经 成为全球数字电视普及率最高的国家。除了英国，西班牙、荷兰、瑞典和法国等西欧国 家也相继引入数字电视服务。 三、美国 美国的数字电视发展目前也是遥遥领先。美国是世界上较早发展数字电视的国家， 在技术领域不仅完成了数字电视三大标准的制订工作，而且已经率先实现了商用播出。 美国制定了严格的数字电视普及时间表，2 0 0 4 年1 月起1 3 寸以上的电视分阶段安装数 字高频头，2 0 0 7 年1 月1 日起全部电视内义务内置数字高频头，2 0 0 8 年地面传输数字 电视全面普及，并停止模拟电视广播。 四、其他 韩国在汉城进行地面数字电视试验之后，决定采用美国的a t s c 标准。并且在2 0 0 3 第一章绪论 年有六个城市开展地面数字电视业务，到2 0 0 4 年推广到全部省会城市，2 0 0 5 年全国开 播。同时韩国政府计划在2 0 1 0 年结束模拟信号传输，届时其国内的数字电视普及率将 达到9 5 。 新加坡正向数字化迈进中，经过复杂的试验后，选择了欧洲d v b 标准，并于2 0 0 1 年9 月开始了交互式电视的试播，2 0 0 3 年地面数字电视广播开始。 南美国家巴西通过对欧洲、美国和日本数字电视标准的测试，决定采取日本的地面 数字电视标准i s d b - t 。 中国的台湾地区以及澳大利亚等国在数字电视方面分别制定了模拟转数字的时间 表，对数字电视技术进行了积极的探索。 1 2 2 我国数字电视的发展状况 我国对数字电视的跟踪研究从2 0 世纪8 0 年代末就已经开始了，在“八五”期间， 国务院组织成立了国家高清晰度电视研究开发协调领导小组，国家科委组织成立了 h d t v 发展战略专家组，组织实施了“八五”国家重点科技攻关项目“高清晰度电视技 术研究 ，对数字高清晰度电视进行了理论研究和计算机模拟。1 9 9 5 年，经国家高清晰 度电视研究开发协调领导小组批准，成立了国家高清晰度电视研究总体组。1 9 9 6 年7 月，由总体组负责，组织实施了“九五”国家重大科技产业工程项目“高清晰度电视功 能样机系统研究与开发工程”。经总体组和全国多所大学、研究所以及企业的共同努力， 于1 9 9 8 年6 月成功地研制出了我国第一台数字高清晰度电视功能样机系统。1 9 9 9 年1 0 月1 日建国5 0 周年之际，对天安门广场的国庆大典进行了数字高清现场直播试验，获 得了成功。目前我国中央电视台和众多省市、地方电视台都已实现了电视节目的数字卫 星传输，电视台的发送和接收设备正在逐步实现数字化。国家广电总局规定我国将在卫 星和有线电视中采用国际通用的d v b 标准，2 0 0 5 年地面传输数字电视试验广播开始， 2 0 1 0 年全国地面数字电视广播开始，2 0 1 5 年模拟广播停止。今年8 月策划已久的中国 数字电视地面广播标准也已经出台，至此我国数字电视三种制式的标准都已制定完毕。 随着我国申办2 0 0 8 年奥运会的成功，为我国数字电视的发展提供了难得的机遇，数字 电视发展前景广阔。 1 3本论文的工作内容 目前，国内外很多芯片生产商对于地面传输数字电视有较完整的解决方案，如s t 公司的s t i 5 5 1 8 ，富士通公司的s m a n m p e g 等，但这些解决方案，基本都是基于国外的 地面传输标准。中国的数字电视地面传输标准刚刚出台，针对这一标准的解决方案并不 多见，本论文的整体任务是研究开发基于d m b t h 标准的地面传输数字电视接收设备， 第一章绪论 包括数字电视机顶盒和车载移动电视，并相应的提出了硬件和软件方面的解决方案。 机顶盒部分，信源解调使用了凌讯科技公司与清华大学联合开发的解调芯片 l g s 8 8 1 3 8 9 1 3 ，信源解码使用了意法半导体的s t 5 1 0 5 。 本文的第一章介绍了数字电视的概念、原理及其优点，介绍了数字电视技术的发展 状况。 本文第二章着重介绍了应用于数字电视方面的主要技术和标准。 本文第三章介绍了基于d m b t h 标准的数字电视机顶盒硬件结构和各芯片的主要 功能和特点。 本文第四章介绍了数字电视机顶盒信道部分的p c b 板的设计、制作。 本文第五章介绍了数字电视机顶盒信道部分的硬件和底层驱动的调试。 本人在数字移动地面接收机项目中负责信道部分的硬件设计、制作和调试工作。 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 2 1 d m b - t h 传输标准 2 1 1 综述 本标准定义了在4 8 5 m h z 8 6 2 m h z 频段中，每8 m h z 数字电视频带内，地面数字电 视广播无线传输信号的规范。 地面数字电视广播无线传输是新一代广播电视系统的重要组成部分，不但必须具有 支持传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应新一代广播电视服务的可扩展功 能。地面数字电视广播系统支持固定( 含室内、外) 接收和移动接收两种模式。在固定 接收模式下，可以提供标准数字电视业务、高清晰度电视业务、数字声音广播业务、多 媒体广播和数据服务业务：在移动接收模式下，可以提供标准数字电视业务、数字声音 广播业务、多媒体广播和数据服务业务。 地面数字电视广播系统支持多频网和单频网两种组网模式，可根据应用业务的特性 和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式，达到业务特性与传 输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。 2 1 2 系统框图 地面数字电视广播系统发送端完成从m p e g t s 传送码流到地面电视信道传输信号 的转换。输入数据码流经过扰码器( 随机化) 、前向纠错编码( f e c ) ，然后进行比特 流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合( 复 用) 后并经过帧体数据处理形成帧体，帧体与相应的帧头( p n 序列) 复接为信号帧( 组 帧) ，经过基带后处理形成输出信号( 8 m h z 带宽内) 。该信号经变频形成射频信号 ( 4 8 5 m h z 8 6 2 m h z 频段范围内) 。 本系统的发送端原理如下图2 一l 所示。 第_ 章数字电视地面传输的主要标准和技术 i 帧头卜 弋 基正 帧 组 带 交 数据输入 一匝吲鬻卜 复 体 后 上 数 帧 处变 射 据 理频 i 系统信息卜 用 处 理 - - - 图2 一l 发送端原理框图 出 数据输入接口符合g b t1 7 9 7 5 1 标准。 射频输出接口符合s j t1 0 3 5 1 标准。 2 1 3 编码和调制 ( 1 ) 扰码 为了确保传输的m p e g t s 数据有足够多的二进制变化，输入的m p e g t s 码流数 据需要用扰码进行随机化。 扰码是一个最大长度的二进制伪随机序列。该最大长度二进制伪随机序列由图2 所 示的线性反馈移位寄存器生成。其生成多项式定义为： g 纠= j + 一4 公式( 2 1 ) 该l f s r 的初始状态定义为1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 。 输入的b i t 码流( b y t e 码字从m s b 至i l s b ) 与p n 序列进行逐位模二加后产生数据 扰乱码。扰码器的移位寄存器每个信号帧复位一次到初始状态。 初始相位i ooi ololooooooo 图2 2 扰码器组成框图 ( 2 ) 前向纠错码 扰码后的比特流接着进行前向纠错编码。 f e c 的具体参数见表2 一l ： 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 表2 一lf e c 码参数 编号 块长 l l 特】信息比特对应的内码码率 码率17 4 8 8 3 0 0 8 o 4 码率27 4 8 84 5 1 2o 6 码率3 7 4 8 8 6 0 1 60 8 前向纠错编码由外码( b c h 码) 和内码( l d p c ) 级联实现。 b c h 码采用( 1 0 2 3 ，1 0 1 3 ) 的缩短码( 7 6 2 ，7 5 2 ) ，码字长7 6 2 比特，其中信息位 长7 5 2 比特，监督位长1 0 比特，该b c h 码字的生成多项式为： g b c 新x ) = 1 乜川公式( 2 2 ) 三种码率的前向纠错码使用同样的b c h 码。 l d p c 码采用了基于矩阵分解中的两个信息符号的r s 码法，构造l d p c 码的循环 置换矩阵，得到其生成矩阵g 口。如下所示： g 弘= g o ，og o ，i a g o p l i g l ，og i 1 人 g l ，c 1 o mm g j ， m m g “og 洲人g “c lo o 人o 1 人o mom o 人i 其中，i 是b b 阶单位矩阵，o 是b b 阶零阵，而g ，是b x b 循环矩阵，令0 f k 一1 ， 0 c l 。 l d p c 码的循环矩阵为g l ， 三种不同码率的f e c 码的结构分别为： 1 ) 码率为0 4 的f e c ( 7 4 8 8 3 0 0 8 ) 码2 先由4 个b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) 码和l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码级联构成，然后将l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码前面的5 个校验位删除。l d p c ( 7 4 9 3 ，3 0 4 8 ) 码的生成矩阵g 们具有 上式所示的矩阵形式，其中参数k = 2 4 ，c = 3 5 和b ：1 2 7 。 2 ) 码率为0 6 的f e c ( 7 4 8 8 4 5 1 2 ) 码： 先由6 个b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) 码和l d p c ( 7 4 9 3 ，4 5 7 2 ) 码级联构成，然后将l d p c ( 7 4 9 3 ，4 5 7 2 ) 码前面的5 个校验位删除。l d p c ( 7 4 9 3 ，4 5 7 2 ) 码的生成矩阵g 们具有上 式所示的矩阵形式，其中参数k = 3 6 ，c = 2 3 和b = 1 2 7 。 3 ) 码率为0 8 的f e c ( 7 4 8 8 6 0 1 6 ) 码： 先由8 个b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) 码和l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 9 6 ) 码级联构成，然后将l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 9 6 ) 码前面的5 个校验位删除。l d p c ( 7 4 9 3 ，6 0 9 6 ) 码的生成矩阵g 。具有上 7 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 式所示的矩阵形式，其中参数k = 4 8 ，c = l l 和b = 1 2 7 。 ( 3 ) 符号星座映射 a 概述 前向纠错编码后的比特流要转换成均匀的n q a m ( n ：星座点数) 符号流( 最先进 入的第一个比特是符号码字l s b ) 。本标准包含以下三种符号映射关系：6 4 q a m 、 1 6 q a m 、4 q a m 。各种符号映射加入相应的功率归一化因子，使各种符号映射的平均功 率趋同。 以下星座图已经考虑功率归一化要求。 j iu 1 0 0 0 0 01 0 0 0 0 11 0 0 0 1 l1 0 0 0 1 01 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 ll 1 0 1l 1 7 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 11 0 1 0 1 11 0 1 0 1 01 0 1 1 1 01 0 1 l l l1 0 1 1 0 11 0 1 l 5 b r l ( b 5 b 4 b 1 1 l o 1 1 l l1 1 1 0 1 11 1 1 0 1 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 l1 1 1 1 0 11 1 1 1 0 0 3 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1l l l ll l 1 01 1 0 1 1 01 1 0 1 1 11 1 0 1 0 11 1 0 1 0 0 1 一75 - 3 1l357 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1l0 1 0 0 1 00 1 0 1 1 00 1 0 1 1 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 0 - 1 0 1 1 0 0 00 l 1 0 0 10 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 00 1 1 1 1 00 1 1 1 1 l0 1 1 1 0 10 1 1 1 0 0 - 3 0 0 1 0 0 00 0 1 0 0 10 0 1 0 1l 0 0 1 0 1 00 0 1 1 1 0 1 1 1 l 0 0 1 1 0 1l l 5 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 10 0 0 0 1l 0 0 0 0 1 00 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 10 0 0 1 0 0 7 b 6 4 0 a m 映射 图2 36 4 0 a m 映射 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 对于6 4 q a m ，每6 比特对应于1 个星座符号。f e c 编码输出的比特数据被拆分成6 l g 特 为一组的符号( b 。b 。b 。b ：b 。b 。) ，该符号的星座映射是同相分量i = b 2 b 。b 。：正交分景q = b s b 。b 。， 星座点坐标对应的i 和q 的取值为一7 ，一5 ，一3 ，一1 ，+ 1 ，+ 3 ，+ 5 和+ 7 。其星座映射见2 3 图。 c 16 0 a m 映射- 对于1 6 q a m ，每4 比特对应于1 个星座符号。f e c 编码输出的比特数据被拆分成 4 比特为一组的符号( b 3 b , z b l b o ) ，该符号的星座映射是同相分量i = b l b o ；正交分量q = b 3 b 2 ，星座点坐标对应的i 和q 的取值为- 6 ，- 2 ，+ 2 ，+ 6 。其星座映射见2 4 图。 jl v l 0 0 01 0 0 11 0 1 11 0 1 0 6 b 1 1 ( b 3 b 1 1 0 01 1 0 11 1 l ll l l o 2 - 6- 2 26 0 l o oo l o l0 l l lo l l 0 2 o o o o0 0 0 10 0 1 l0 0 1 0 。- 6 图2 41 6 q a m 映射 d 4 0 a m 映射 对于4 q a m ，每2 比特对应于1 个星座符号。f e c 编码输出的比特数据被拆分成2 比特为一组的符号( b l b o ) ，该符号的星座映射是同相分量i _ b o ；正交分量q = b l ，星座 点坐标对应的i 和q 的取值为_ 4 5 ，+ 4 5 。其映射见2 5 图。 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 j i y b i t 顺序 ( b l b o ) 1 0l l 4 5 - 4 5 4 5。】 o o 0 1 - 4 5 图2 54 q a m 映射 ( d ) 符号交织 时域符号交织编码是在多个信号帧的基本数据块之间进行的。数据信号( 即数据码 的星座符号) 的基本数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码，如图7 所示，其 中变量b 表示交织宽度( 支路) ，变量m 表示交织深度( 延迟缓存器) 。进行符号交织 的基本数据块的第一个符号与支路0 同步。交织去交织对的总时延为m ( b - - 1 ) b 符 号。取决于应用情况，基本数据块间交织的编码器有2 种工作模式： 模式l ：无交织： _ 模式2 ：b = 5 2 ，m = 7 2 0 符号，交织解交织总延迟为5 1 0 个信号帧。 善三乙 层。1 一 ( e ) 频域交织 图2 6 卷积式数据块间交织 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 频域交织在载波数c = 3 7 8 0 模式下使用，载波数的定义参见第4 6 节。频域交织的目 的是将调制星座点符号映射到帧体包含的3 7 8 0 个有效载波上。频域交织为帧体内的符号 交织。 2 1 4 复帧 ( a ) 复帧结构 本系统的数据帧结构如图2 7 所示，是一种四层结构。其中，一个基本帧称为信 号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成。超帧定义为一组信号帧。分帧定义为一组超帧。 帧结构的顶层称为日帧( c a l e n d a rd a yf r a m e ，c d f ) 。信号结构是周期的，并与自然时间保持 同步。 0 0 芝2 | 2 4 ：0 1 i 么一i 乎令 图2 7 分级复帧结构 a m ( b ) 信号帧 信号帧是系统帧结构的基本单元，一个信号帧由帧头和帧体两部分时域信号组成。 帧头和帧体信号的基带符号率相同。 帧头部分由p n 序列构成，帧头长度有三种选项。帧头信号采用i 路和q 路相同的 4 q a m 调制。 帧体部分包含3 6 个符号的系统信息和3 7 4 4 个符号的数据，共3 7 8 0 个符号。 ( c ) 超帧 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 超帧的时间长度定义为1 2 5 毫秒，8 个超帧为1 秒，这样便于与定时系统( 例如g p s ) 校准时间。 超帧中的第一个信号帧定义为首帧，由系统信息的相关信息指示。 ( d ) 分帧 一个分帧的时间长度为1 分钟，包含4 8 0 个超帧。 ( e ) 日帧 日帧以一个公历自然日为周期进行周期性重复，由1 4 4 0 个分帧构成，时间为2 4 小 时。在北京时间0 0 ：0 0 ：0 0 a m 或其它选定的参考时间，日帧被复位，开始一个新的日帧。 2 1 5 信号帧 ( a ) 信号帧结构 一个基本帧称为信号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成，为适应不同应用，定义 了三种可选帧头长度。三种帧头所对应的信号帧的帧体长度和超帧的长度保持不变。对 于下图信号帧结构1 ，每2 2 5 个信号帧组成一个超帧；对于下图信号帧结构2 ，每2 0 0 个信号帧组成一个超帧。 信号帧包含帧头和帧体两个部分，根据帧头的不同，有两种结构。 l 帧头篙? 射 帧体( 含系统信息和数据) ( 3 7 8 0 个符号) ( 5 0 0 u s ) 信号帧结构l i 帧头瑟? 射 帧体( 含系统信息和数据) ( 3 7 8 0 个符号) ( 5 0 0 u s ) 信号帧结构2 图2 8 信号帧结构 ( b ) 帧头 1 ) 帧头模式1 帧头模式l 采用的p n 序列定义为循环扩展的8 阶m 序列。可由一个f i b o n a c c i 型线性反馈移位寄存器实现，经“0 ”到+ l 值及“l 到1 值的映射变换为非归零的 二进制符号。 长度为4 2 0 个符号的帧头信号( p n 4 2 0 ) ，由一个前同步、一个p n 2 5 5 序列和一 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 个后同步构成。前同步和后同步定义为p n 2 5 5 序列的循环扩展。l f s r 的初始条件 值确定所产生的p n 序列的相位。在一个超帧中共有2 2 5 个信号帧。每个超帧中各 信号帧的帧头采用不同相位的p n 信号作为信号帧识别符。 产生序列p n 2 5 5 的l f s r 的生成多项式定义为： g 俐= j 7 i x “科科公式( 2 3 ) 该8 比特l f s r 的初始相位参考p n 4 2 0 定义，在每个超帧开始时复位。 产生该最大长度的伪随机二进制序列的结构如下图2 9 所示。 图2 98 阶1 1 1 序列生成结构 基于该l f s r 的初始状态，可产生2 5 5 个不同相位的p n 4 2 0 序列，从序号0 到 序号2 5 4 。本标准选用其中的2 2 5 个p n 4 2 0 序列，从序号0 到序号2 2 4 。对应于每 个超帧中的2 2 5 个信号帧，每个信号帧的帧头采用不同相位的p n 4 2 0 信号作为信号 帧识别符。为了尽量减小相邻序号的相关性，经过计算机优化选择，形成表中的序 号排列。 p n 4 2 0 定义中的每个p n 4 2 0 序列的前8 比特确定了产生该序列的l f s r 的初始 状态。 帧头信号的平均功率是帧体信号的平均功率2 倍。 p n 4 2 0 在p n 2 5 5 序列前填充8 2 个符号作为前同步，后面填充8 3 个符号作为后 同步。 图2 1 0p n 4 2 0 结构 2 ) 帧头模式2 帧头模式2 采用的p n 序列定义为循环扩展的9 阶m 序列。可由一个f i b o n a c c i 型线 性反馈移位寄存器实现，经“0 ”n + i 值及“l ”到1 值的映射变换为非归零的二进制 符号。 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 长度为9 4 5 个符号的帧头信号( p n 9 4 5 ) ，其中9 4 5 个符号由一个前同步、一个p n 5 l l 序列和一个后同步构成。前同步和后同步定义为p n 5 1 l 序列的循环扩展。l f s r 的初始 条件值确定所产生的p n 序列的相位。在一个超帧中共有2 0 0 个信号帧。每个超帧中各 信号帧的帧头采用不同相位的p n 信号作为信号帧识别符。 长度为5 1 1 的p n 序列的生成多项式定义为： g 仅) = 1 + 亡+ 0 + + p公式( 2 - 4 、) 该9 比特l f s r 的初始相位在每个超帧开始时复位。 产生该最大长度的伪随机二进制序列的结构如下图2 一1 1 所示。 图2 1 l 9 阶1 1 1 序列生成结构 基于该l f s r 的初始状态，可产生5 1 1 个不同相位的p n 9 4 5 序列，从序号0 到 序号5 1 0 。本标准选用其中的2 0 0 个p n 9 4 5 序列，从序号0 到序号1 9 9 。对应于每 个超帧中的2 0 0 个信号帧。每个信号帧的帧头采用不同相位的p n 9 4 5 信号作为信号 帧识别符。为了尽量减小相邻序号的相关性，经过计算机优化选择，形成表中的序 号排列。 帧头信号的平均功率是帧体信号的平均功率2 倍。 p n 9 4 5 在p n 5 11 序列前填充2 1 7 个符号作为前同步，后面填充2 1 7 个符号 作为后同步。 i前同薯；7 个 p n 5 1 1 后同步2 1 7 个符号 图2 1 2p n 9 4 5 结构 ( c ) 系统信息 系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括符号映射方式、l d p c 编码 的码率、交织模式信息、帧体信息模式等。本系统中预设了6 4 种不同的系统信息模式， 并采用扩频技术传输。这6 4 种系统信息在扩频前可以用系统信息由6 个信息比特 ( s s s 4 s 3 s 2 s i s o ) 来表示，其中s 5 为m s b ，定义如下： 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 第3 - 0 比特( s 3 s 2 s i s 0 ) ：编码调制模式。 表2 2 系统信息第3 0 比特定义 第3 0 比特 表示含义 ( $ 3 s 2 s i s 0 ) 0 0 0 0 超帧的首帧指示符号 0 0 0 14 q a m ，l d p c 码率1 0 0 1 0 4 q a m ，l d p c 码率2 0 0 1 l4 q a m ，l d p c 码率3 0 1 0 0 保留 0 1 0 1保留 0 1 l o 保留 0 1 1 l 保留 1 0 0 0保留 1 0 0 1 1 6 q a m ，l d p c 码率1 1 0 1 0 1 6 q a m ，l d p c 码率2 l o l l 1 6 q a m ，l d p c 码率3 1 1 0 0 保留 1 1 0 l 6 4 q a m ，l d p c 码率1 1 1 1 0 6 4 q a m ，l d p c 码率2 l l l l 6 4 q a m ，l d p c 码率3 第4 比特( s 4 ) ：交织信息。 表2 3 系统信息第4 比特定义 第5 比特( s 5 ) ：保留。 第4 比特表示含义 0 交织模式1 l 交织模式2 该6 比特扩频前的系统信息将采用扩频技术成为3 2 比特长的系统信息矢量，即用长 度为3 2 的w a l s h 序列和长度为3 2 的随机序列来映射保护。 通过以下步骤，可以得到6 4 个3 2 比特长的系统信息矢量，通过参考频域交织图样 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 定义将26 种系统信息与这6 4 个系统信息矢量一一对应，对于传输的任何一种系统模式， 通过参考频域交织图样定义可以得到需要在信道上传输的3 2 比特长的系统信息矢量。 1 产生3 2 个3 2 位长的w a l s h 矢量。它们衍生于3 2 位长的w a l s h 块。基本w a l s h 块见公式( 2 5 ) ，w a l s h 块的系统化产生方法见公式( 2 6 ) 。 w = ：- ： hh w 2 2 lh hi 其中h 为上一阶的w a l s h 块，即( 剃) 。 公式( 2 5 ) 公式( 2 6 ) 2 将上述3 2 个3 2 位长的w a l s h 矢量取反，连同原有的3 2 个w a l s h 矢量，共可以 得到6 4 个矢量。再将每个矢量经过“+ l ”到1 值及“1 ”到0 值的映射，得到6 4 个二 进制矢量。 3 这6 4 个矢量与一个长度为3 2 的随机序列按位相异或后得到“个系统信息矢量。 该随机序列由一个5 比特的移位寄存器产生一个长度为3l 的5 阶最大长度序列后再加 上一个0 产生。该3 1 位最大长度序列的生成多项式定义为： g 仅) j + x + 一十一十，公式( 2 7 ) 初始相位为0 0 0 0 1 ，在每个信号帧开始时复位。 可采用如下图2 1 3 所示的l f s r 结构产生。 l 口i 斋田i 晶i 斋 伪随机二进 序列输出 初始相位0 0 0 0l 图2 1 35 阶m 序列生成结构 4 将这3 2 比特采用i 、q 相同的4 q a m 调制映射成为3 2 个复符号。 这样经过保护后，每个系统信息矢量长度为3 2 个复符号，在其前面再加4 个复符号 作为数据帧体模式的指示，全零的四个比特指示载波数c = i 对应的帧体数据模式，这四 个比特的其他数值保留将来使用。前置的这四个比特也采用i 、q 相同的4 q a m 映射为4 个复符号。 该3 6 个系统信息符号通过复用模块与信道编码后的数据符号复合成帧体数据，其复 用结构为t3 6 个系统信息符号连续的排列于帧体数据的前3 6 个符号位置，如下图2 一 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 1 4 的结构： 3 2 个调制和码率等模式 4 个帧体模式符号3 7 4 4 个数据符号 符号 系统信息( 3 6 个符号) + 数据( 3 7 4 4 个符号) 图2 1 4 帧体信息结构 ( d ) 数据符号 数据长度为3 7 4 4 个符号，其星座图为第4 3 3 节定义的n q a m 。 2 1 6 帧体数据处理 映射后3 7 4 4 个数据符号复接系统信息后，形成帧体，用c 个子载波调制，占用的r f 带宽为7 5 6 m h z ，时域信号块长度为5 0 0 微秒。 c 有两种模式：c = i 或c = 3 7 8 0 ； 令x ( k ) 为对应帧体信息的符号； 当c = i 时，生成的时域信号可表示为： f b o d y ( k ) = x ( k )k = 0 , 1 ，人人，3 7 7 9 公式( 2 8 ) 当c = 3 7 8 0 时，相邻的两个子载波间隔为2 k h z ，对帧体信息符号x ( k ) 进行频域交织， 得到x ( n ) ，然后按下式进行变换得到时域信号： f b 。d y ( k ) ：= 7 1 芦cx ( 刀) p ，2 。c 七：0 ，l ，人人，3 7 7 9公式( 2 9 ) 吖l ，= l 2 1 7 基带后处理 基带后处理( 成型滤波) 采用平方根升余弦( s q u a r er o o tr a i s e dc o s i n e ，s r r c ) 滤波器进行基带脉冲成形。s r r c 滤波器的滚降系数a 为0 0 5 。 平方根升余弦滤波器频率响应表达式如下式所示： 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 p ( 厂) = 1 i f l ( 1 - a ) 2 t , 圭+ 三c 。s ( ! 学 ) i c ，一口，2 e ( 1 + a ) 2 t , 其中t 。为输入信号的符号周期( 1 7 5 6u s ) ，q 为根升余弦滤波器滚降系数。 2 1 、8 基带信号频谱特性 成型滤波后基带信号( 不插双导频) 参考频谱特性如下图2 1 5 所示。 图2 1 5 成型滤波后基带信号频谱特性 上图所示频谱在不同频点所对应的归一化频谱参考数值如下表2 4 所示。 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 表2 4 基带信号频率点与归一化频谱对应表 频率频谱d b频率频谱d b频率频谱d b频率频谱d b m h zm h z m h zm h z 85 33 83 9lo43 9 7 5 3 3 7 62 3 2o4 24 6 65 13 7 5 2 3o4 54 8 55 13 603 6o55 l - 4 54 83o3 7 5265 1 - 4 2 _ 4 62 o 3 7 62 3 7 5 3 43 91o3 83 985 3 3 91 l003 91 1 2 1 9 射频信号 调制后的r f 信号由下式描述： s ( t ) = r e e x p ( j 2 x f j ) x p ( t ) 固f r a m e ( t ) ) 公式( 2 - 1 1 ) 其中， s ( t ) 一l 玎信号； f c 一载波频率： p ( os r r c 滤波器的脉冲成型函数； f r a m e ( t )一组帧后的基带信号。 2 1 10 系统传输速率 在不同数据块间隔、内码码率和调制方式下，本标准支持的净荷数据率如表2 5 所示。 表2 5 系统的传输数据率( m b p s ) 信号帧长度信号帧长度4 2 0 0 个符号 内码码率0 40 6o 8 调 4 q a m 5 4 1 4 8 1 2 21 0 8 2 9 制 1 6 q a m1 0 8 2 9 1 6 2 4 32 1 6 5 8 6 4 q a m 1 6 2 4 32 4 3 6 53 2 4 8 6 第二章数字电视地面传输的主要标准和技术 信号帧长度信号帧长度4 7 2 5 个符号 内码码率 0 40 6 0 8 调 4 q a m 4 8 1 37 2 1 99 6 2 6 制1 6 q