數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)介紹

1、數(shù)字電視地面廣播 系統(tǒng)介紹,幾種數(shù)字電視傳輸方式比較,有線傳輸質(zhì)量高本地節(jié)目多建設(shè)成本高維護(hù)成本高建設(shè)周期長,地面建設(shè)成本低維護(hù)成本低建設(shè)周期短本地節(jié)目多技術(shù)難度高頻率資源緊,衛(wèi)星覆蓋面積大本地節(jié)目少政策需突破,寬帶雙向功能強(qiáng)政策需突破改造成本高,地面數(shù)字電視組網(wǎng)應(yīng)用,數(shù)字電面電視組網(wǎng)系統(tǒng)圖,國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),2006年8月，國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)“數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)

2、幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制”GB20600-2006頒布，將于2007年8月強(qiáng)制執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在UHF和VHF頻段中，每8MHz數(shù)字電視頻帶內(nèi)，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。標(biāo)準(zhǔn)適用于地面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)字多路電視/高清晰度電視固定和移動(dòng)廣播業(yè)務(wù)的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)。地面數(shù)字電視業(yè)務(wù)采用技術(shù)必須符合該標(biāo)準(zhǔn)定義。,國標(biāo)發(fā)端系統(tǒng)框圖,首先對(duì)外部輸入的MPEG-2 TS包（188字節(jié)）碼流進(jìn)行擾碼（隨機(jī)化）和前

3、向糾錯(cuò)編碼（FEC）。前向糾錯(cuò)編碼（FEC）由BCH（762，752）和LDPC碼組成.LDPC碼采用了三種不同的碼率：LDPC（7488，3048）; LDPC（7488，4572）;LDPC（7488，6096）,擾碼,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，輸入的數(shù)據(jù)碼流數(shù)據(jù)需要用擾碼進(jìn)行加擾。（能量擴(kuò)散）擾碼是一個(gè)最大長度二進(jìn)制偽隨機(jī)序列。該序列由下圖所示的線性反饋移位寄存器生成。其生成多項(xiàng)式定義為：G(x)= 1+

4、 x14+x15,前向糾錯(cuò)編碼,前向糾錯(cuò)編碼由外碼（BCH）和內(nèi)碼（LDPC）級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。編碼效率共三種，F(xiàn)EC碼的具體參數(shù)見下表。系統(tǒng)外碼采用BCH（762，752）碼，固定編碼效率。內(nèi)碼采用LDPC碼，其輸出碼長固定，根據(jù)編碼效率的不同，LDPC輸入信息比特各不相同。,星座映射與交織,本標(biāo)準(zhǔn)包含以下幾種符號(hào)映射關(guān)系：64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、4QAM-NR。映射與LDPC碼的組合決定了系統(tǒng)的基本性能和傳

5、輸效率。,星座映射,前向糾錯(cuò)編碼產(chǎn)生的比特流要轉(zhuǎn)換成均勻的nQAM（n：星座點(diǎn)數(shù)）符號(hào)流。 我公司使用的是16QAM。每4比特對(duì)應(yīng)于1個(gè)星座符號(hào)。FEC編碼輸出的比特?cái)?shù)據(jù)被拆分成4比特為一組的符號(hào)（b3b2b1b0），該符號(hào)的星座映射是同相分量I = b1b0；正交分量Q = b3b2，星座點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的I 和Q的取值為-6，-2，2，6。其星座映射見下圖。,,符號(hào)交織 –時(shí)域交織,完成了星座映射的數(shù)據(jù)符號(hào)接著要進(jìn)行交織處理，根據(jù)載波數(shù)量

6、的不同，系統(tǒng)采用的交織方式也不同。載波數(shù)量為C=3780時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)采用符號(hào)交織和頻域交織；當(dāng)單載波工作模式時(shí)，系統(tǒng)僅采用符號(hào)交織。時(shí)域符號(hào)交織編碼是在多個(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，如下圖所示，其中變量B表示交織寬度（支路數(shù)目），變量M表示交織深度（延遲緩存器中緩存單元）。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。基本數(shù)據(jù)塊間交織的編碼器有2

7、種工作模式：模式1：B=52，M=240 符號(hào)，交織/解交織總延遲為170個(gè)信號(hào)幀，總時(shí)延為100ms；模式2：B=52，M=720 符號(hào)，交織/解交織總延遲為510個(gè)信號(hào)幀, 總時(shí)延為300ms。,,符號(hào)交織-頻域交織,頻域交織僅適用于C=3780模式，目的是將調(diào)制星座點(diǎn)符號(hào)映射到幀體包含的3780個(gè)有效子載波上。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。,系統(tǒng)信息,系統(tǒng)信息為每個(gè)信號(hào)幀提供必要的解調(diào)和解碼信息，

8、包括符號(hào)星座映射模式、LDPC編碼的碼率、交織模式信息、幀體信息模式等。,進(jìn)行頻域交織的幀體數(shù)據(jù)前36個(gè)元素為系統(tǒng)信息符號(hào)，后3744個(gè)元素為數(shù)據(jù)符號(hào)。,復(fù)用,對(duì)交織后的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行組幀。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如下圖所示，是一種四層結(jié)構(gòu)。其中，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的基本單元為信號(hào)幀，信號(hào)幀由幀頭和幀體兩部分組成。超幀定義為一組信號(hào)幀。分幀定義為一組超幀。幀結(jié)構(gòu)的頂層稱為日幀（Calendar Day Frame, CDF）。信號(hào)結(jié)構(gòu)是周期的，并與自

9、然時(shí)間保持同步。,,基帶后處理,基帶后處理（成形濾波）采用平方根升余弦（Square Root Raised Cosine，SRRC）濾波器進(jìn)行基帶脈沖成形。SRRC濾波器的滾降系數(shù)α為0.05。,射頻信號(hào),基帶信號(hào)經(jīng)過上變頻后形成最終發(fā)射的射頻信號(hào)，信號(hào)-3dB帶寬為7.56MHz?？紤]到濾波器的滾降因素，系統(tǒng)最終占用的帶寬為7.938MHz。,（2）射頻功率放大器  功放模塊內(nèi)包括輸入電平監(jiān)測、前置級(jí)、推動(dòng)級(jí)和放大輸出級(jí)。末級(jí)

10、放大器中主要采用感應(yīng)輸出管IOT、四極管包括雙向四極管的單電子管以及全固態(tài)功率放大器。,地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)構(gòu)成,（1）激勵(lì)器 激勵(lì)器主要用于音、視頻編碼和數(shù)字預(yù)校正，它是電視發(fā)射機(jī)的核心部分。發(fā)射機(jī)的絕大部分技術(shù)指標(biāo)由激勵(lì)器決定 。,（3）冷卻系統(tǒng) 主要有風(fēng)冷或液冷兩種系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)較風(fēng)冷系統(tǒng)，降低了發(fā)射機(jī)的運(yùn)行噪聲；改善了發(fā)射機(jī)機(jī)房的環(huán)境；冷卻液無論是采用乙二醇加水還是采用防凍液，其傳導(dǎo)效率都遠(yuǎn)大于風(fēng)，冷卻系統(tǒng)的

11、進(jìn)水溫度與出水溫度僅相差幾度左右，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的熱量被及時(shí)吸收釋放；降低了日常維護(hù)量。,國標(biāo)支持的傳輸數(shù)據(jù)率（Mbps）,2007年12月，廣電總局確定了中國開展地面數(shù)字電視廣播的7種推薦模式,無線電波的波段分布（根據(jù)：波長/頻率）,無線電波的傳播方式：,,無線電波的發(fā)射與接收:,,發(fā) 射 端,接 收 端,電視信號(hào)的無線傳輸,電視信號(hào)的傳播特性 (1) 視距傳播。電視信號(hào)屬于超短波波段，頻率高，波長短，沿直線方向傳播到直接可見

12、的地方，即視距傳播。視距(最大直視距離)與發(fā)射天線相接收天線的高度有關(guān)。 (2) 多徑傳播。電視信號(hào)經(jīng)地面或遇到障礙物(如大建筑物等)會(huì)產(chǎn)生反射，直射信號(hào)和反射信號(hào)在接收天線上相互干擾，形成多徑傳播。嚴(yán)重的多徑傳播對(duì)數(shù)字電視接收結(jié)果表現(xiàn)為馬賽克或黑屏無信號(hào)。

13、 (3) 繞射傳播。電視信號(hào)的繞射能力很弱，特別是UHF頻段，幾乎沒有繞射能力。因此，在高大障礙物后面常常會(huì)形成“陰影區(qū)”。在“陰影區(qū)”，電視信號(hào)的接收質(zhì)量較差。,電波的多徑傳播,電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會(huì)產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。 由于多途徑傳播使得信號(hào)場強(qiáng)分布相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，有?/p>

14、地方信號(hào)場強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào)場強(qiáng)減弱。另外，不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不同。,八木接收天線,由一受激單元，反射單元和一個(gè)或多個(gè)引向單元構(gòu)成的端射陣。實(shí)際上反射單元可以由一些單元或一反射面組成。,它有很好的方向性，較偶極天線有高的增益?！　∨c饋線相連的稱有源振子，或主振子。比有源振子稍長一點(diǎn)的稱反射器，起著削弱從這個(gè)方向傳來的電波或從本天線發(fā)射去的電波的作用；比有源振子略短的稱引向器，它能增強(qiáng)從這一側(cè)方向傳來的或向這個(gè)方向發(fā)射出去

15、的電波。引向器可以有許多個(gè)。引向器越多，方向越尖銳、增益越高。,天線結(jié)構(gòu),工作原理,八木天線的工作原理（以三單元天線接收為例）：引向器略短于二分之一波長，主振子等于二分之一波長，反射器略長于二分之一波長，兩振子間距四分之一波長。此時(shí)，引向器對(duì)感應(yīng)信號(hào)呈“容性”，電流超前電壓90°；引向器感應(yīng)的電磁波會(huì)向主振子輻射，輻射信號(hào)經(jīng)過四分之一波長的路程使其滯后于從空中直接到達(dá)主振子的信號(hào)90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，

16、兩者相位相同，于是信號(hào)迭加，得到加強(qiáng)。反射器略長于二分之一波長，呈感性，電流滯后90°，再加上輻射到主振子過程中又滯后90°，與從反射器方向直接加到主振子上的信號(hào)正好相差了180°，起到了抵消作用。一個(gè)方向加強(qiáng)，一個(gè)方向削弱，便有了強(qiáng)方向性?！　∮性凑褡邮顷P(guān)鍵的一個(gè)單元。有兩種常見形態(tài)：折合振子與直振子。直振子其實(shí)就是二分之一波長偶極振子，折合振子是其變形。有源振子與饋線相接的地方必需與主梁保持良好的絕緣，

17、而折合振子中點(diǎn)仍與大梁相通。,天線架設(shè),1、架設(shè)八木時(shí)天線的振子是和大地平行好還是垂直與大地好？ 收、發(fā)天線保持相同“姿勢(shì)”:振子水平時(shí)，發(fā)射的電波其電場與大地平行，稱“水平極化波”，振子與地垂直時(shí)發(fā)射的電波屬“垂直極化波”。可視情況下，收發(fā)雙方要保持相同的極化方式 。但如果天線接收的是反射信號(hào)，有時(shí)需要改變接收天線的極化。 2、隨著天線高度的增加，信號(hào)強(qiáng)度的變化是很弱-強(qiáng)-弱-較強(qiáng)變化的。大部份情況下

18、越高越容易收到強(qiáng)信號(hào)，但不一定越高越強(qiáng)。 3、整個(gè)線路還要注意接頭的連接、防水、防扯、固定等問題 。,單頻網(wǎng),單頻網(wǎng)是由處于多個(gè)不同地點(diǎn)、處于同步運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)射臺(tái)組成，它們?cè)谕粫r(shí)間以相同的頻率發(fā)射相同的節(jié)目，以實(shí)現(xiàn)對(duì)一定服務(wù)區(qū)的可靠覆蓋。優(yōu)點(diǎn)利于頻率規(guī)劃，節(jié)約頻率資源，提高頻譜利用率；多點(diǎn)同頻發(fā)射，可使覆蓋盲區(qū)獲得較好覆蓋；降低發(fā)射成本，節(jié)約功率，降低高頻輻射影響，改善環(huán)保；在覆蓋區(qū)中移動(dòng)接收不需要換頻。實(shí)

19、現(xiàn)條件節(jié)目由廣播中心饋送到同步網(wǎng)中的各個(gè)發(fā)射臺(tái)；（2）有統(tǒng)一的同步參考時(shí)鐘進(jìn)行同頻。技術(shù)原理由于采用了TDS-OFDM技術(shù)，系統(tǒng)信號(hào)幀與絕對(duì)時(shí)間同步以及采用了OFDM調(diào)制方式，DTMB有實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)的先天優(yōu)勢(shì)。,單頻網(wǎng)示意圖,單頻網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備組成框圖,,,單頻網(wǎng)(SFN)建設(shè)的條件及對(duì)設(shè)備的要求,1.單頻網(wǎng)建設(shè)需具備條件:同步頻率：各發(fā)射臺(tái)發(fā)射信號(hào)的頻率相同；同步時(shí)間：各發(fā)射臺(tái)發(fā)射信號(hào)的時(shí)間相同；同步信號(hào)：各發(fā)射臺(tái)發(fā)射的信號(hào)相

20、同；同步調(diào)制：各發(fā)射臺(tái)發(fā)射信號(hào)調(diào)制模式(調(diào)制方式, 內(nèi)碼率等)相同。,2. 單頻網(wǎng)建設(shè)對(duì)設(shè)備的要求高可靠性：不間斷廣播要求設(shè)備要有高的可靠性， 高可靠性是對(duì)設(shè)備的最基本要求。,高穩(wěn)定性：系統(tǒng)設(shè)備的性能變化會(huì)引起時(shí)延和覆蓋范圍的變化。,單頻網(wǎng)設(shè)置圖示,,單頻網(wǎng)的設(shè)臺(tái)距離,發(fā)射波的遲延設(shè)計(jì)在保護(hù)間隔內(nèi)?！?在國標(biāo)中規(guī)定的保護(hù)間隔有945符號(hào)和420、595符號(hào)兩種，設(shè)定符號(hào)不同， 需設(shè)置發(fā)射臺(tái)的間距就不同。

21、　 ［945符號(hào)　125μS］時(shí)　　　　　　　　　 37.5km　 ［595符號(hào)　78.7μS］時(shí)　　　　　　　　　 23.6km　 ［420符號(hào)　55．56μS］時(shí)　　　　　　　　　 16.5km任意站點(diǎn)距離在以上規(guī)定距離內(nèi)，單頻網(wǎng)成立。,設(shè)臺(tái)距離過遠(yuǎn)后產(chǎn)生的問題示例,信號(hào)重疊區(qū)的相互干擾,直放站,直接對(duì)主發(fā)射站信號(hào)進(jìn)行放大后再放射的站點(diǎn)。應(yīng)用中要注意直放站的覆蓋區(qū)不得和主站覆蓋區(qū)

22、相重疊，否則可能出現(xiàn)干擾情況，雖然新增了部份覆蓋區(qū)，但影響了原來的覆蓋區(qū)。,,直放站系統(tǒng)圖,,改善接收效果經(jīng)驗(yàn)總結(jié),位于城區(qū)西向高樓層的用戶，其接收機(jī)可以直接收到發(fā)射臺(tái)信號(hào)，效果最好；位于城區(qū)東向的用戶、低樓層的用戶，其接收機(jī)只能間接收到發(fā)射臺(tái)信號(hào)（如反射波）。 接收不良時(shí)，可以：1、改變天線位置：上下左右前后小范圍移動(dòng)；加長天線（注意接頭匹配和密封）；天線極化。2、雙天線。3、使用放大器。,天線放大器的使用,放大器需靠近