12中国数字电视地面广播传输系统解读Word文件下载.docx
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发送端原理如图1所示。
图1发送端原理框图
2、3接口
数据输入接口支持标准GB/T17975.1信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第1部分：
系统。
射频输出接口符合标准SJ/T10351电视发射设备通用技术条件。
2、4编码和调制
2、4、1加扰
为了保证传输数据的随机性以便于传输信号处理，输入的数据码流数据需要用扰码进行加扰。
扰码是一个最大长度二进制伪随机序列，扰码序列周期为215-1。
该序列由图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（x）=1+x14+x15…………………………………………
（1）
该线性反馈移位寄存器的初始相位定义为100101010000000。
输入的比特码流（来自输入接口的数据字节的MSB在前）与PN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在信号帧开始时复位到初始相位。
图2扰码器组成框图
国家标准规定的输入数据流的扰码周期为一个信号帧长度。
根据调制方式与编码效率的不同，扰码周期分别为2-12个TS包不等。
2、4、2前向纠错
扰码后的比特流接着进行前向纠错编码。
前向纠错编码由外码（BCH）和内码（LDPC）级联实现。
编码效率共三种。
FEC码的具体参数见表1。
FEC码参数
号编
TS包数量
BCH（762，752）数量（个）
信息比特
LDPC
块长[比特]
对应的编码效率
码率1
2
4
3008
LDPC（7493，3048）
7488
0.4
码率2
3
6
4512
LDPC（7493，4572）
0.6
码率3
8
6016
LDPC（7493，6096）
0.8
系统外码采用BCH（762，752）码，固定编码效率。
内码采用LDPC码，其输出码长固定，根据编码效率的不同，LDPC输入信息比特各不相同。
在进行LDPC编码时，将删除LDPC输出码块中前5个校验比特。
BCH码是一种特别重要的循环码，是以三个发明人的字头命名的循环码。
所谓循环码是指，一个（n,k）循环码是码长为n、有k个信息位的线性分组码，任一码字的每次向左或向右循环移位，得到的是另一个码字。
BCH码解决了生成多项式与纠错能力的关系，可以方便地得到能纠正多个随机错误的码。
对于任意选定的正整数m和t,必定存在一个长为2m-1的BCH码，它能够纠正t个随机错误（或检测2t个错误），而且生成多项式的次数即是校验位数，不大于mt。
因此，这种码的信息位数k≥2m-mt-1。
如果找不到合适长度的循环码，可以把循环码的信息位截短，这种码称为截短循环码。
一般情况下，可以由（n,k）码组集合中，挑出前面i个（0<
i<
k）信息位为0的所有码组，组成一个（n-i,k-i）的截短循环码。
BCH（762，752）码由BCH（1023，1013）系统码缩短而成。
在752比特数据扰乱码前添加261比特0成为1013比特，编码成1023比特（信息位在前）。
然后去除前261比特0，形成BCH（762，752）码字。
一个BCH（762，752）码块，能纠正1比特误码。
该BCH码的生成多项式为：
GBCH（x）=1+x3+x10………………………………………………………
（2）
三种码率的前向纠错码使用同样的BCH码。
LDPC码的生成矩阵Gqc的结构如（3）式所示：
………………………（3）
其中，I是b×
b阶单位矩阵，O是b×
b阶零阵，而Gi,j是b×
b循环矩阵，取
，
。
BCH码字按顺序输入LDPC编码器时，最前面的比特是信息序列矢量的第一个元素。
LDPC编码器输出的码字信息位在后，校验位在前。
LDPC码由循环矩阵Gi,j生成。
Gi,j和校验矩阵在标准的附录A和B中给出。
三种不同内码码率的FEC码的结构分别为：
1）码率为0.4的FEC（7488,3008）码：
先由4个BCH（762,752）码和LDPC（7493,3048）码级联构成，然后将LDPC（7493,3048）码前面的5个校验位删除。
LDPC（7493,3048）码的生成矩阵Gqc具有（3）式所示的矩阵形式，其中参数k=24，c=35和b=127。
2）码率为0.6的FEC（7488,4512）码：
先由6个BCH（762,752）码和LDPC（7493,4572）码级联构成，然后将LDPC（7493,4572）码前面的5个校验位删除。
LDPC（7493,4572）码的生成矩阵Gqc具有（3）式所示的矩阵形式，其中参数k=36，c=23和b=127。
3）码率为0.8的FEC（7488,6016）码：
先由8个BCH（762,752）码和LDPC（7493,6096）码级联构成，然后将LDPC（7493,6096）码前面的5个校验位删除。
LDPC（7493,6096）码的生成矩阵Gqc具有（3）式所示的矩阵形式，其中参数k=48，c=11和b=127。
2、4、3符号星座映射
概述
前向纠错编码产生的比特流要转换成均匀的nQAM（n：
星座点数）符号流（最先进入的FEC编码比特作为符号码字的LSB）。
本标准包含以下五种符号映射关系：
64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、4QAM-NR（准正交编码映射）。
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。
64QAM映射
对于64QAM，每6比特对应于1个星座符号。
FEC编码输出的比特数据被拆分成6比特为一组的符号（b5b4b3b2b1b0），该符号的星座映射是同相分量I=b2b1b0；
正交分量Q=b5b4b3，星座点坐标对应的I和Q的取值为-7，-5，-3，-1，1，3，5和7。
其星座映射见图3。
图364QAM映射
32QAM映射
对于32QAM，每5比特对应于1个星座符号。
FEC编码输出的比特数据被拆分成5比特为一组的符号（b4b3b2b1b0）。
星座点坐标对应的同相分量I和正交分量Q的取值为-7.5，-4.5，-1.5，1.5，4.5，7.5。
其星座映射见图4。
图432QAM映射
16QAM映射
对于16QAM，每4比特对应于1个星座符号。
FEC编码输出的比特数据被拆分成4比特为一组的符号（b3b2b1b0），该符号的星座映射是同相分量I=b1b0；
正交分量Q=b3b2，星座点坐标对应的I和Q的取值为-6，-2，2，6。
其星座映射见图5。
图516QAM映射
4QAM映射
对于4QAM，每2比特对应于1个星座符号。
FEC编码输出的比特数据被拆分成2比特为一组的符号（b1b0），该符号的星座映射是同相分量I=b0；
正交分量Q=b1，星座点坐标对应的I和Q的取值为-4.5，4.5。
其映射见图6。
图64QAM映射
4QAM-NR映射
4QAM-NR映射方式是在4QAM符号映射之前增加一个编码效率为1/2的NR准正交编码映射，它的符号星座图与4QAM完全相同。
首先对FEC编码后的数据信号进行基于比特的卷积交织，然后进行一个8比特到16比特的NR准正交预映射（具体映射关系在附录C中给出），再把预映射后每2个比特按照4QAM调制方式映射到星座符号，直接与系统信息复接。
2、4、4符号交织
完成了星座映射的数据符号接着要进行交织处理，根据载波数量的不同，系统采用的交织方式也不同。
载波数量为C=3780时，系统同时采用符号交织和频域交织；
当单载波工作模式时，系统仅采用符号交织。
对于4QAM、16QAM、32QAM和64QAM等映射方式，无须比特交织处理，而是在映射完成后进行时域符号交织。
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（即星座映射输出的符号）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（支路数目），变量M表示交织深度（延迟缓存器中缓存单元）。
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1：
B=52，M=240符号，交织/解交织总延迟为170个信号帧，总时延为100ms；
⏹模式2：
B=52，M=720符号，交织/解交织总延迟为510个信号帧,总时延为300ms。
图7卷积式数据块间交织
在采用4QAM-NR映射方式时，首先对数据流进行比特交织，然后再映射，而映射后的符号无须再交织。
2、4、5频域交织
频域交织仅适用于C=3780模式，目的是将调制星座点符号映射到帧体包含的3780个有效子载波上。
频域交织为帧体内的符号块交织，交织大小等于子载波数3780。
进行频域交织的帧体数据前36个元素为系统信息符号，后3744个元素为数据符号。
为了使频域交织输出的36个系统信息符号集中放置，首先将这36个系统信息符号插入到3744个数据符号中，具体插入位置如下：
0，140，279，419，420，560，699，839，840，980，1119，1259，1260，1400，1539，1679，1680，1820，1959，2099，2100，2240，1379，2519，2520，2660，2799，2939，2940，3080，3219，3559，3360，3500，3639，3779。
具体交织运算过程在规范中有说明。
具体交织图样见标准的附录F。
2、5复用
2、5、1复用结构
对交织后的数据符号进行组帧。
本系统的数据帧结构如图8所示，是一种四层结构。
其中，数据帧结构的基本单元为信号帧，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（CalendarDayFrame,CDF）。
信号结构是周期的，并与自然时间保持同步。
图8复帧的四层结构
a）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（7.56Msps）。
帧头部分由PN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4QAM调制。
帧体部分包含36个符号的系统信息和3744个符号的数据，共3780个符号，C=3780时，子载波间隔为2kHz。
帧体长度是500μs（3780×
1/7.56μs）。
b）超帧
一组信号帧定义为超帧。
超帧的时间长度定义为125毫秒，8个超帧为1秒，这样便于与定时系统（例如GPS）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。
c）分帧
一个分帧的时间长度为1分钟，包含480个超帧。
d）日帧
日帧以一个公历自然日为周期进行周期性重复，由1440个分帧构成，时间为24小时。
在北京时间00:
00:
00AM或其它选定的参考时间，日帧被复位，开始一个新的日帧。
2、6信号帧
2、6、1信号帧结构
数据帧结构的基本单元为信号帧，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模式以及相应的信号帧结构，见图9a），b），c）。
三种帧头模式所对应的信号帧的帧体长度和超帧的长度都保持不变。
对于图9a）的帧结构，每225个信号帧组成一个超帧（225×
4200×
1/7.56μs=125ms）；
对于图9b），每216个信号帧组成一个超帧（216×
4375×
对于图9c），每200个信号帧组成一个超帧（200×
4725×
1/7.56μs=125ms）。
信号帧包含帧头和帧体两个部分，根据帧头的不同，有三种结构。
帧头（420个符号）（55.6μs）
帧体（含系统信息和数据）（3780个符号）（500μs）
a）采用帧头模式1的信号帧结构1
帧头（595个符号）（78.7μs）
b）采用帧头模式2的信号帧结构2
帧头（945个符号）（125μs）
c）采用帧头模式3的信号帧结构3
图9信号帧结构
信号帧结构的顶层为日帧，由1440个分帧构成。
在24小时内，传输的信号帧数量是整数。
表2所示是数据帧结构参数。
表2数据帧结构参数
信号帧结构
信号帧数量/超帧
信号帧数量/分帧
信号帧数量/日帧
结构1（555.6μs）
225
10800
155520000
结构2（578.7μs）
216
10380
149299200
结构3（625μs）
200
96000
138240000
2、6、2帧头
a、帧头模式1
帧头模式1采用的PN序列定义为循环扩展的8阶m序列，可由一个LFSR实现，经“0”到+1值及“1”到-1值的映射变换为非归零的二进制符号。
长度为420个符号的帧头信号（PN420），由一个前同步、一个PN255序列和一个后同步构成，前同步和后同步定义为PN255序列的循环扩展，其中前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，见图10。
LFSR的初始条件确定所产生的PN序列的相位。
在一个超帧中共有225个信号帧。
每个超帧中各信号帧的帧头采用不同相位的PN信号作为信号帧识别符。
前同步82个符号
PN255
后同步83个符号
图10PN420结构
产生序列PN255的LFSR的生成多项式定义为：
G255（x）=1+x+x5+x6+x8……………………………………（5）
PN420序列可以用图11所示的LFSR产生。
图118阶m序列生成结构
基于该LFSR的初始状态，可产生255个不同相位的PN420序列，从序号0到序号254。
本标准选用其中的225个PN420序列，从序号0到序号224。
帧头信号的平均功率是帧体信号的平均功率2倍。
相应PN420的定义见附录D。
b、帧头模式2
帧头模式2采用10阶最大长度伪随机二进制序列截短而成，帧头信号的长度为595个符号，是长度为1023的m序列的前595个码片。
该最大长度伪随机二进制序列由10比特LFSR产生。
该最大长度伪随机二进制序列的生成多项式为：
G1023（x）=1+x3+x10……………………………………………（6）
该10比特LFSR的初始相位为：
0000000001，在每个信号帧开始时复位。
产生该最大长度伪随机二进制序列的结构如图12所示。
图1210阶m序列生成结构
由上图产生的伪随机序列的前595码片，经“0”到+1值及“1”到-1值的映射变换为非归零的二进制符号。
在一个超帧中共有216个信号帧。
每个超帧中各信号帧的帧头采用相同的PN序列。
帧头信号的平均功率与帧体信号的平均功率相同。
c、帧头模式3
帧头模式3采用的PN序列定义为循环扩展的9阶m序列，可由一个LFSR实现，经“0”到+1值及“1”到-1值的映射变换为非归零的二进制符号。
长度为945个符号的帧头信号（PN945），由一个前同步、一个PN511序列和一个后同步构成。
前同步和后同步定义为PN511序列的循环扩展，前同步和后同步长度均为217个符号，见图13。
在一个超帧中共有200个信号帧。
前同步217个符号
PN511
后同步217个符号
图13PN945结构
产生序列PN511的LFSR的生成多项式定义为：
G511（x）=1+x2+x7+x8+x9………………………………………………（7）
PN945序列可以用图14所示的LFSR产生。
图149阶m序列生成结构
基于该LFSR的初始状态，可产生511个不同相位的PN945序列，从序号0到序号510。
本标准选用其中的200个PN945序列，从序号0到序号199。
相应PN945的定义见附录E。
标准中的帧头功能类似于DVB-T系统中的循环前缀，不同帧头长度决定了单频网中发射台之间的最大距离。
对应关系如表3所示。
表3、帧头长度与单频网发射台间最大距离的关系
帧头结构
帧头长度（µ
s）
发射台间最大距离（km）
PN420
55.6
16.7
PN595
78.7
23.6
PN945
125
37.5
2、6、3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，包括符号星座映射模式、LDPC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64种不同的系统信息模式，并采用扩频技术传输。
这64种系统信息在扩频前可以用6个信息比特（s5s4s3s2s1s0）来表示，其中s5为MSB，定义如下：
s3s2s1s0：
编码调制模式：
表4系统信息第3～0比特定义
s3s2s1s0
表示含义
0000
奇数编号的超帧的首帧指示符号
0001
4QAM，LDPC码率1
0010
4QAM，LDPC码率2
0011
4QAM，LDPC码率3
0100
保留
0101
0110
0111
4QAM-NR，LDPC码率3
1000
1001
16QAM，LDPC码率1
1010
16QAM，LDPC码率2
1011
16QAM，LDPC码率3
1100
32QAM，LDPC码率3
1101
64QAM，LDPC码率1
1110
64QAM，LDPC码率2
1111
64QAM，LDPC码率3
s4：
交织信息定义如表5所示。
表5系统信息s4定义
s4
交织模式1
1
交织模式2
s5：
保留。
该6比特系统信息将采用扩频技术变换为32比特长的系统信息矢量，即用长度为32的Walsh（一种伪随机序列）序列和长度为32的随机序列来映射保护。
通过以下步骤，可以得到64个32比特长的系统信息矢量，通过附录G将2
种系统信息与这64个系统信息矢量一一对应，对于传输的任何一种系统模式，通过附录G可以得到需要在信道上传输的32比特长的系统信息矢量。
C=1和C=3780两种模式通用的帧体结构如图15。
4个帧体模式指示符号
32个调制和码率等模式指示符号
3744个数据符号
系统信息（36个符号）+数据（3744个符号）
图15帧体信息结构
2、6、4数据符号
数据长度为3744个nQAM符号，是完成交织后的符号。
2、7帧体数据处理
3744个数据符号复接36个系统信息后，经帧体数据处理后形成帧体，用对C个子载波调制，占用的射频带宽为7.56MHz，时域信号块长度为500μs。
C有两种模式：
C=1或C=3780；
令X（k）为对应帧体信息的符号；
当C=1时，
生成的时域信号可表示为：
…………………………………（8）
在C=1模式下，作为可选项，对组帧后形成的基带数据在±
0.5符号速率位置插入双导频，两个导频的总功率相对数据的总功率为-16dB。
插入方式为从日帧的第一个符号（编号为0）开始，在奇数符号上实部加1、虚部加0，在偶数符号上实部加-1、虚部加0。
在C=3780模式下，相邻的两个子载波间隔为2kHz，对帧体信息符号X（k）进行频域交织（定义于4.4.5节，根据附录F给出的输入与输出符号的地址关系表进行），得到X（n）,然后按下式进行变换得到时域信号：
…………（9）
n=1,2,…C;
C=3780
2、8基带后处理
基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦（SquareRootRaisedCosine，SRRC）滤波器进行基带脉冲成形。
SRRC滤波器的滚降系数α为0.05。
平方根升余弦滚降滤波器频率响应表达式如下式所示：
………（10）
式中fN=1/2Ts=Rs/2为奈奎斯特频率。
α为平方根升
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