地面数字电视传输技术-在线教程十(81-90)

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81. 地面数字电视传输国际标准有哪些 ？
目前三个地面数字电视传输国际标准分别是：
(1) 美国的高级电视系统委员会（Advanced Television Systems Committee，ATSC）标准，
采用格形编码的八电平残留边带（Trellis-Coded 8-Level Vestigial Side-Band (8-VSB)）调制。
ATSC 数字电视标准是高级电视系统委员会 ATSC 开发的，它为了在单个 6MHz 频道
中传输高质量视频和音频（HDTV）以及辅助数据而设计的，用于地面广播和有线分配系统。
它能够可靠地在 6MHz 地面信道中传输 19.4 Mbit/s 的数据吞吐量，在有线电视信道中数
据吞吐量为 38.8Mbit/s。有两种有效的操作模式：8-VSB “地面同播模式”便于更好地抵
抗 NTSC 干扰；16-VSB “高码率模式”主要用于更干净的有线信道。
此系统可以抵抗许多类型的干扰：现存的模拟电视节目、白噪声、脉冲噪声、相位噪声、
连续波和无源反射（多径）。系统提供固定的接收，不支持移动接收。
此系统使用单载波调制方案，即八电平残留边带 (8-VSB) 调制，用于单发射机（多频
网 MFN）实现。不管怎么，有限的频道转发器和陷波器是可能的。
虽然此系统是为 6MHz 频道开发和测试的，但它能应用于任何信道带宽（6、7、8MHz），
只是相应地改变数据容量。
(2) 欧洲的数字视频地面广播（Digital Video Terrestrial Broadcasting – Terrestrial，DVB-T）
标准，采用编码正交频分复用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）
调制；
DVB-T 系统是欧洲数字视频广播组织开发的。DVB-T 标准是一系列标准中的一个，其
它还有卫星（DVB-S）和有线（DVB-C）数字视频广播等，此系列标准考虑到数字视频和
音频的传输，以及将来的多媒体节目。
对于地面广播，此系统在现存的已分配给模拟电视传输的 UHF 频谱内广播。8MHz 信
道内传输的有效净比特码率在 4.98~31.67Mbit/s 范围内，取决于信道编码参数、调制类型
和保护间隔的选择。
系统设计本质上要具有内在的适应性，以便能够适应所有的信道。它不仅能够处理高斯
信道，而且也能适应 Ricean 和 Rayleigh 信道。它能够抵抗高电平（0dB）、长延时的静态
和动态多径失真。此系统能可靠地克服延时信号的干扰，包括地势或建筑物反射的回波，或
者单频网环境中远方发射机发射的信号。
系统具有许多可选择的参数，以适应大范围的载噪比和信道特性。它允许固定、便携或
者移动接收，相应的有用比特码率要进行折衷。可选择的参数范围允许广播业者选择一种模
式，以适应将来的应用。
DVB-T 采用编码的正交频分复用（COFDM）多载波调制技术，有两种操作模式：“2k
模式”和“8k 模式”，分别进行 2k 和 8k 点FFT 运算。系统可以选择不同的 QAM 调制
级数和不同的内码码率，也允许两层分级信道编码和调制。此外，长度可选择的保护间隔允
许系统支持不同的网络配置，例如大范围的 SFN 和单发射机网（MFN）。“2k 模式”适用
于单发射机广播，以及具有有限发射机距离的小的 SFN 网。“8k 模式”既能用于单发射机
广播，也能用于小的和大的 SFN 网。
(3) 日本的地面综合业务数字广播（Integrated Service Digital Broadcasting－ Terrestrial，
ISDB-T），采用的频带分段传输正交频分复用（Bandwidth Segmented Transmission OFDM，
BST-OFDM）。
ISDB-T 系统是日本无线电工商业协会（Association of Radio Industries and Businesses，
ARIB）开发的，它系统地综合了各种类型的数字内容，每一种可包括从 SDTV 到 HDTV 的
多节目视频、多节目音频、图形和文本等。
因为 ISDB 概念覆盖了各种服务，因此系统不得不面对各种需求，而且一个业务可能和另一个业务是不同的。为了综合不同的业务需求，系统提供了可选择的调制和误码保护方
案和灵活的组合，以便面对这些综合业务的每种需求。
系统采用的调制方法称为频带分段传输（BST）OFDM，由一组共同的称为 BST 段的
基本频率块组成。每段的带宽为 BW/14 MHz，这里 BW 指的是地面电视信道带宽（6、7 或
8MHz，依赖于所处地区）。例如，对于 6MHz 信道，每段占据 6/14 MHz = 428.6KHz 频谱，
7 段等于 6×7/14MHz = 3MHz。
在 OFDM 特性之外，BST-OFDM 对不同的 BST 段采用不同的载波调制方案和内码
编码码率，依此提供了分级传输特性。每个数据段有其自己的误码保护方案（内码编码码率、
时间交织深度）和调制类型（QPSK 、DQPSK、16-QAM 或者 64QAM），那么每段能满足
不同的业务需求。许多段可以灵活地组合到一起，提供宽带业务（例如 HDTV）。通过传输
不同传输参数的 OFDM 段群，可以达到分级传输。
82. 世界上三种地面数字电视标准主要参数有何异同 ？

83. DVB-T 信号传输帧结构如何 ？
DVB-T 系统得传输帧结构采用了分层帧结构，1 个超帧保护 4 个 OFDM 符号帧，1
个符号帧含 68 OFDM 符号。
一个 OFDM 符号传送节目信息载波数 1512（对于 2k 模式） 或 6048（对于 8k 模
式），是恒定的。除数据载波外，还发送导频（分散的和连续的）和 TPS 等附加信息。
导频（分散核连续的）在OFDM符号帧中都有固定位置，它被随机码序列 PRBS (生成
多项式：x11+x2+1) 调制。分散导频用作信道特性的估值；连续导频用作定时和载波频率的
同步，它们的幅度比数据子载波高 ＋2.5dB。
TPS 载波用于给出传输方案的参数，即信道编码和调制参数。每1个 OFDM 符号含 1
TPS 比特，在 OFDM 符号帧中有 68/17 bit，在星座图中有固定位置。TPS 载波采用
DBPSK 调制。

84. DVB-T 系统如何传输信令、同步和信道估计信息 ？
要使系统工作起来，在传输帧结构中还要加入其它辅助数据。就像保护间隔一样，以传输数据量减少为代价来减少回波干扰对系统性能的影响，加入其它辅助数据后也会消耗传输
资源。所以，所有的多载波系统都尝试着把此类开销减至最小：

?? 在DVB-T 系统和ISDB-T 中，使TPS（传输参数信令）导频信号分布在整个信道内来
作为带内信令。
?? 在DVB-T 系统和ISDB-T 中，使连续导频信号分布在整个信道内，用于系统同步。
?? 在DVB-T 系统和ISDB-T 中，使分散导频信号分布在整个信道内，而使接收端能够进
行信道估计。
?? 在其它系统中尽量避免使用导频子载波。其中有的在保护间隔内传输PN 序列；有的
在OFDM 符号上叠加MC-CDMA 信号。总之，他们尽量在正常的传输中叠加其它的信号，
而不增加额外开销。
在DVB-T 中，TPS 和导频的位置示意图如下图所示。尽管插入信道中的导频信号占有
10%的比特率，但是这10% 运用于信道估计时，会显著提高DVB-T 的移动接收能力。
85. DVB-T 系统采用了何种 FEC 方案 ？
在DVB-T 中 FEC 采用了分组码和卷积码的串行级联码，即里德－所罗门 RS 码和常规
的卷积码，以及Byte 和比特交织技术，然后通过凿孔处理获得期望的整体编码码率，表示
为比值X/Y (比如 1/2、2/3、3/4、5/6、7/8)，其中X 表示编码前实际的数据比特，Y 表
示编码后传输的数据比特。很显然保护比特越多，保护就越好，但编码效率就越低。
这种保护策略被证明具有较好的鲁棒性：在维特比内码解码后，RS 码解码可以校正长
的突发误码。
DVB-T 通过内交织和外交织实现信号分集。在外交织中，通过把8 个 MPEG-TS 包的 Byte
离散而提高时间分集；而内交织把比特净荷映射到不同的子载波上而提高频率分集。
以大容量存储和增大时延为代价，通过把一组COFDM 符号进行交织可以进一步得到时
间分集。例如在日本的ISDB-T 系统中提供了500ms 的时间分集（超过500 个COFDM 符号），
这样系统能够提供更好的移动接收和抵抗脉冲噪声的能力。
86. DVB-T 采用了怎样的调制星座图 ？
为了把数据映射到传输子载波上去，DVB-T 系统采用了常规的或分级的星座图。
在用常规星座图时，保护和交织后的数据比特转化为一组2bit(QPSK)、4bit (16QAM) 或
6bit (64QAM) 的数组，然后再进一步分为 I 路同相分量和 Q 路正交分量，代表它们在星
座图中调制点的位置，这意味着这些比特被看作是广播信号的频域表示。从前面 OFDM 调制
分析可知，要得到正交频分复用 OFDM 多载波调制信号，需要进行快速傅立叶反变换，得到
它们的时域表示，然后上变换并发射出去。
而在使用分级星座图时，处理过程本质上是一样的，但不同的是它们被应用到两个不同
的MPEG-TS 码流上，如图所示。

建立HP 和LP 流的分级调制星座图
两个MPEG-TS 码流经过以上所述的信道编码后，它们接着会被内交织器融合在一起。映
射是按照4bits(16QAM) 或 6 bits (64QAM) 进行的，但是在这些比特中最高比特位（MSB）
是来自HP 码流，其余剩下的来自LP 码流，如图所示。总而言之，在星座图上每个点是来自
两个MPEG-TS 码流。其中HP 码流选择星座图的象限，然后LP 码流在那个给定的象限中决定
具体的星座点。
87. DVB-T 系统的 C/N 值是多少 ？
在不同的编码码率、调制方式和信道模型下，DVB-T 系统C/N 的理论仿真门限如下
表所示。

88. DVB-T 如何进行信道估计 ？
由于宽带的 DTV 信号回波将产生频率选择衰落（fading），需要利用分散导频对信道
估计和校正。对于移动接收，由于 Doppler 效应，将引起子载波频率偏移，也需要对信道
估计和校正。

由于导频信号数量多，且散布在频域数据中，能够较为及时地发现和估计信道特性的变
化。DVB-T 全信道估计每 4 个符号有效一次 (1.024 ms)，对于时变的传输信道，DVB-T 估
计至少要比 ATSC 快 23.5 倍。
为进一步降低多径造成的码间干扰，欧洲系统又使用了“保护间隔”的技术，即在每个
OFDM块前加入一定长度的该符号后段重复数值，由此抵御多径的影响。
89. DVB-T 有哪些不足 ？
(1) 有效频带损失严重：
导频信号和保护间隔至少占据了有效带宽的10% 左右，若采用大的保护间隔，此数值
将超过 30%。欧洲方案的综合频带利用率比美国的VSB方案多损失 6% 至 23%。
(2) 信道估计采用迭代逼近算法，对信道估计仍然不足：
信道估计算法需要迭代时间（次数），导致系统同步时间较长，并且存在迭代误差。其
次迭代所需的导频信号与 FFT 运算互为需求，导频是在 FFT 之后插入的，而 FFT 计算又
需要首先同步（导频），然后才能计算 FFT。
(3) 在交织深度、抗脉冲噪声干扰及信道编码等方面的性能存在明显不足：
欧洲强调在卫星、有线和地面传输方案中使用相同的信道编码模块，以保证其三者之间
的兼容性，因为信道编码模块在实现中所占比例不大，这种部分兼容方式阻止了在地面广播
方案中采用更有效的其它信道编码方法，例如，Turbo、LDPC 和更深的交织，使其在地面
数字电视移动接收中表现不是完美。因此，日本 ISDB-T 增加了更深的交织，以便于在隧
道、楼房阴影等复杂地段的移动接收。
(4) COFDM 只有 2K 和 8K 两个极端模式：
在 OFDM 调制中，子载波相互正交，有效载荷与子载波数目无关，在DVB-T 中，8k 载
波数比2k 载波数多4 倍，但是两个系统的比特率是一样的！
由于正交规则，在以短的符号持续时间为代价的情况下，较少的子载波意味着较大的载
波间隔。而大的载波间隔可以容忍多普勒频移产生的回波，所以适于移动接收。但是，较短
的符号持续时间意味着较短的保护间隔，这样限制了接收回波的最大延迟，也就限制了使用
大的传输蜂窝或大的SFN 的网络，不利于频率规划。反之，大的子载波数目意味着较小的载
波间隔，但是符号持续时间大了。相应的，减小了多普勒容忍能力（移动接收的能力），但
是可以有较好的抵抗长延迟回波，适应大的传输蜂窝或大的SFN 的网络，提供了网络频率规
划的灵活性。
简言之，子载波数目的选择不影响传播能力，但是要在接收移动性（多普勒频移）和频
率规划灵活性（最大回波延迟）之间折衷。
在欧洲 DVB-T 中，2K 非常适合于低码率移动接收，但在实际中很少有采用 2K 模式组
建单频网 SFN。而8K 模式更适合于高码率固定接收和组建大规模的 SFN 网络，但8K 模式
移动接收性能不好。
因此，在日本 ISDB-T BST-OFDM 和清华 DMB-T TDS-OFDM 中，采取了折中的 4K 模式，
兼顾移动性和 SFN 范围。而且在欧洲新制定的地面数字电视广播手持设备标准 DVB-H 中也
增加了一种 4K 模式。
90. 有哪些国家和地区采用了 DVB-T COFDM 多载波调制方式 ？
到目前为止，已有 33 个国家和地区宣布采用 DVB-T 标准，包括澳大利亚、芬兰、德
国、荷兰、葡萄牙、西班牙、瑞士、瑞典、英国、新加坡、奥地利、比利时、克罗地亚、捷
克、丹麦、爱沙尼亚、法国、匈牙利、爱尔兰、意大利、拉脱维亚、立陶宛、新西兰、挪威、
菲律宾、波兰、俄罗斯、斯洛伐克、斯洛文尼亚、乌克兰、南非、越南、***等。

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