ADTBT关键技术特点.doc

【流媒体网】摘要:中华人民共和国国标化委员会于8月颁布了数字电视地面原则“数字电视地面传播系统帧构造、信道编码和调制技术规范”。该原则重要技术基本之一就是上海交通大学近年积累ADTB-T技术。本文针对国内数字电视地面广播需求，阐述了ADTB-T技术特点，指出了ADTB-T技术详细内容。本文进一步以国标ADTB-T技术某些测试成果，推广应用状况辅证了国标ADTB-T技术优势。 一、数字电视地面广播需求 1.1地面数字电视广播系统业务需求 地面数字电视广播系统是广播电视体系中重要构成某些，它与卫星数字电视广播系统和有线数字电视广播系统以及其他辅助系统一起互相协同提供全面受众覆盖。当前，国内有约2/3顾客通过模仿无线方式接受电视号。全国共有3.5亿户家庭，其中有线接受为1.26亿户，无线接受超过2亿户，她们大多分布在城郊和农村，这些顾客迫切需要更多更稳定电视节目。制定数字电视地面原则重要目是为广大无线接受顾客提供可靠数字电视接受方案和规范。国家关于主管部门也充分看到了以上国内电视广播体系特点，从她们多次公开发言中可以预见，当来年8月后，该原则正式执行后，地面固定覆盖仍是主流业务，解决广大中西部顾客看电视难将是首要解决问题，原则应用将重要集中于地面固定覆盖上。另一方面，原则新技术将催生新媒体，车载、楼宇、便携商业模式逐渐形成，而手机电视原则将会另行制定。 此外，在自然灾害、战争等状况下，较之有线电视和卫星电视而言，地面电视是最有效具备迅速恢复广播电视覆盖能力传播系统。 1.2地面数字电视广播系统技术规定 数字电视地面广播原则研究开发和制定，一方面需要最大限度满足国内数字电视地面广播业务需求。针对国内地面数字电视业务需求，对于地面数字电视系统技术规定总结如下： 覆盖范畴规定 广电总局提出数字电视地面广播各项业务需求中，对覆盖范畴规定是最主线。在数字电视时代，鉴别覆盖范畴能力根据应当是：运用既有模仿发射点，以尽量小功率发射来有效覆盖所有区域。影响覆盖范畴因素重要有如下两点。 第一，接受系统敏捷度指标是决定覆盖范畴能力基本指标。越小敏捷度规定意味着越小发射功率可以有效地覆盖相似面积。 第二，发射信号峰均比指标将决定对发射机峰值功率规定。该指标是实现上述用较小功率数字信号发射来简朴替代原有模仿覆盖重要因素，也是用同等发射功率来有效扩大覆盖有利因素。值得注意是，发射信号峰均比对于低成本进行模仿电视向数字电视过渡也是很重要。低峰均比指标意味着对发射机线性度规定低，可以直接启用模仿发射机。 在以上2个指标得到保证前提下，才可以通过多频网、局部单频网、同频转发补点等手段完毕全国有效覆盖。 抗信道衰落能力 在恶劣（频率选取性衰落）、动态（时变）信道状况下，数字电视接受系统敏捷度指标会有一定恶化，甚至引起接受无条件失败。特别在单频网环境中，将增长恶劣多径也许性。在实验室中，普通以抗0dB多径能力来检查接受机抗恶劣信道能力；在瑞利信道下，以可承受最大多普勒速度来评判接受系统动态能力。 频率规划规定 在模仿电视向数字电视过渡时期中，数字电视频谱资源将会更紧张，只有有效启用邻频发射才干有效地提高全网频谱运用率。此时，接受系统将受到模仿同/邻频干扰、数字同/邻频干扰。虽然在全数字电视时期，如果可以支持邻频工作，将进一步提高频谱运用率，简化频率规划过程。 抗模仿同/邻频干扰能力、抗数字同/邻频干扰能力高低将决定频谱规划有效性，以及能否提高频谱运用率。 二、ADTB-T技术本质 上海交通大学等单位提出并研制成功高档数字电视地面广播传播技术ADTB-T，是针对国内数字电视地面广播实际业务需求及技术规定，发展一套支持大容量、高速度、单载波移动和固定接受以及单频组网新技术。该技术在承办单载波系统覆盖范畴性能好、抗同邻频干扰能力强基本上，进一步解决了抗恶劣、动态信道干扰，以及单频组网国际性难题，具备广泛应用前景。ADTB-T已经成为8月颁布国标数字电视地面传播系统帧构造、信道编码和调制技术规范重要技术基本之一。 ADTB-T系列技术重要涉及如下某些： 2.1单载波调制 所谓单载波调制技术，是将需要传播数据流调制到单个载波上进行传送，当前应用最为广泛是QAM，OQAM，PSK等星座映射方式。单从调制技术自身来看，具备信号峰均比低；接受敏捷度号；对载波偏差、相位噪声不敏感；实现简朴等长处。但老式单载波技术对付信道衰落能力较差。在国标中，单载波调制方式已经成为“帧体数据解决”模式中一种，在国标所有支持模式中，超过一半均为单载波调制。必要指出，单纯调制技术是无法满足数据可靠传播需要，还需要数据构造、信道编解码方案、同步与均衡算法支持来保持单载波自身优势，进一步提高对付信道衰落能力。 2.2简洁有效数据构造 数据构造简洁有助于接受系统低成本实现，有助于迅速同步与均衡。一种简洁数据构造基本单元至少涉及3某些：确知信息、系统信息以及编码数据。ADTB-T技术一大特点就是数据构造以“帧”为基本单元，涉及帧头（确知信息）、加强保护系统信息、经高效编码保护数据信息。 帧头应当选取具备伪随机特性序列（PN），插入周期应当在500微秒到1毫秒之间，序列长度应不不大于判决反馈均衡器级数，这样既保证了传播效率，又可以提高抗信道动态衰落能力。 在国标中，满足以上帧头规定帧格式如图1： 2.2.1帧头格式 国标中明确规定了“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，帧头信号长度为595个符号，是长度为1023m序列前595个码片。帧头信号平均功率与帧体信号平均功率相似。” 由于均衡器抽头最佳维纳解是： 其中R是均衡输入有关矩阵，pr是均衡输入数据与盼望恢复值之间有关矢量。只有采用非循环简洁伪随机二进制序列作为帧头，才干保证在帧头阶段（均衡器抽头收敛最佳时期），信道输入R是对角阵，这有助于信道均衡迅速收敛到最佳解。 帧头功率与帧体信号平均功率相似保证了单载波信号低峰均比特性。 2.2.2系统信息 国标中采用ADTB-T技术中walsh正交序列联合扩频序列方式来保护传播中系统信息，使得系统信息在多径时变信道时有很强抗衰落特性。通过该方式保护系统信息具备很强鲁棒性，这对于将来多模式混合新业务浮现时，需要在不同帧传播不同模式，有很大意义。 2.3高效信道编码方案与低阶星座映射结合 近年来，随着信道编译码技术飞速发展，基于软输入多次迭代信道编码方案不断浮现，其代表是Turbo乘积（TPC）编码与低密度校验（LDPC）编码。这2类码均有一种特性：越是高效率编码，其性能越容易接近香农限。而对于单载波调制，在均衡输出盼望已经消除信道频率选取性衰落影响，输出数据是“白”，更容易体现高效TPC与LDPC性能。另一方面，低阶星座映射可以提供更大欧氏距离，这对于均衡收敛带来很大好处。因此，高效信道编码方案与低阶星座映射结合既保证了频谱效率又提高了抗信道衰落性能。 在国标中采用如下组合就可以实现5.197Mbps到25.989Mbps码率传播： 应当注意到，LDPC基于比特节点和校验节点之间迭代运算各种译码算法不可避免要使用大量分散RAM块；并且不同码率编码不能像老式卷积编码可以通过穿孔来实现，这将导致不同码率码有各自校验矩阵，各自解码实现。因此与老式维特比译码与RS译码相比，LDPC硬件复杂度和实现成本将会有较大提高，特别在同步实现各种码率LDPC解码时，硬件复杂度将进一步提高，采用ADTB-T高效信道编码与低阶星座映射结合技术有助于接受芯片复杂度减少。 2.4 基于双导频及已知序列同步技术 采用双导频技术：双导频信号仅仅占用0.2 dB信号功率，可以用于载波恢复、时钟恢复、均衡等。采用双导频技术，可以在信道条件特别恶劣状况下，进行载波/时钟恢复。下图为国标中添加双导屡屡谱图。 在导频信号不存在状况下，可以运用PN序列来检测一定范畴载波偏差。对于相邻2帧PN头信号，这两段信号之间发送延时为，由于PN序列良好自有关性有助于分离多径影响，就不妨设这两段已知信号是一段完全同样PN序列，记为PN(t)以及PN(t-T1)，其中0tT;TTI。这样在接受端仅考虑载波偏差，这两段信号不再相等，互相之间有12fT初始相位偏差，如果221fT则可以通过两段数据有关后提取相位得到f预计。2.5 改进均衡接受技术 ADTB-T均衡技术在老式LMS算法基本上，依托国标中简洁数据构造，采用NR准正交解映射与均衡结合新算法，同步开发了一批专利保护重叠构造技术，突破了单载波抗0dB多径、高速移动接受难题。同步，均衡LMS算法可以自适应对付单频干扰、窄带干扰。这是单载波技术可以较好对付模仿同/邻频（单频）干扰、数字同/邻频（窄带）干扰理论基本。 三、国标ADTB-T技术某些测试成果与分析 符合国标参数PN595+单载波+多载波融合接受机在今年7月在北京已经作了测试。测试成果表白，以交大时域技术为基本单多载波融合接受机继承了交大长年研发技术优势，与固定覆盖性能关于各技术指标上与国标其她模式相比均有较明显优势，这些指标涉及敏捷度、抗同频/邻频性能、峰均比等。同步，该融合接受机可以支持900多公里移动接受，远超过国标中其她模式。 按照国标中规定，定义如下码率： 某些详细测试成果如下：注：测试值越大，表达系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强。 3.2动态多径信道下最大多普勒频移注：测试值越大，表达系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强。 在使用UHF频段时，最大多普勒频移649Hz意味着约900公里移动速度，而其他数字电视地面传播系统已公开最多也只有150Hz左右。 3.3同频保护率 注：测试值越小，表达系统抗同频干扰能力越强。 从测试成果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技术接受，虽然是多载波也能获得较好抗模仿同频能力；而采用其他模式和技术，虽然是单载波性能要差7dB以上。 3.4上、下邻频保护率 从测试成果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技术接受，虽然是多载波也能获得较好抗模仿、数字邻频能力；而采用其他模式和技术，无论是单载波还是多载波性抗数字邻频能力要差8dB以上，抗模仿邻频能力要比PN595单载波差3dB。 3.5峰值平均功率比 值得注意是，当采用PN420或者PN945作为帧头模式时，由于帧头功率加倍，虽然再选用单载波调制方式也不能得到峰均比低优势了。四、ADTB-T技术推广应用 在前端发射系统方面，基于国标交大技术调制器已经实现了与北广电子、上海明珠、北京吉兆、浙大宏远、意大利泰克诺、美国哈里斯、德国罗德斯瓦茨、日本营电等十余家国内外数字电视发射机和专业测试设备集成，并已在上海、湖南、山东、安徽、河南等地商业运营近2年，采用国标交大技术发射机已实现销售过百台，总发射功率超过50千瓦。从实际商用状况看，国标交大技术因其具备较低发射机非线性指标规定、优越抗领频性能、独特单频组网技术等，为各地电视台带来了低成本、高可靠、安全、可持续运营地面数字电视广播技术解决方案，为国内发射机产业带来了难得发展机遇。 国标拟定后，全国各地省、市、县广播电视机构纷纷积极联系上海交大，规定使用国标交大技术，迅速解决长期困扰本地有线电视网外老百姓看电视难问题。通过近年在全国各地大量广播工程技术实践，国标交大技术已得到了全国广大基层广电顾客高度承认，基于国标交大技术大面积固定覆盖系统解决方案“神州家家通”受到各地基层广电热烈欢迎。上海交大已建成大面积固定覆盖实验示范平台涉及：湖南株洲（市县地面电视组网覆盖）、上海崇明（三岛地面电视组网覆盖）、河南安阳（市级地面电视覆盖）、安徽凤阳（县级地面电视覆盖）等，形成了适应国内各地不同类型应用广播工程示范体系。迄今为止，实际安装顾客超过3万，可靠运营平均时间超过1年，明确顾客订单数超过100万。在示范工程推动下，国标拟定后，又有不少省市与上海交大获得联系，但愿启动国标地面数字电视家家通应用，解决本地覆盖问题。其中，安徽、湖南等省已经完毕全省覆盖合同谈判，明确但愿使用国标交大技术覆盖全省，上述两省潜在顾客数量就超过了万。此外，意向使用交大技术启动覆盖业务地区还涉及新疆、内蒙古、广西、江苏、福建、贵州、江西等省份。 除了大面积固定覆盖，上海交大也同步推出了符合各地不同业务需求移动电视、高清广播示范工程，其中涉及上海城区五点单频网车载移动电视、山东威海车载公交移动电视和上海城区“新视觉”高清晰度数字电视地面广播示范工程。 地面数字电视代替地面模仿电视是一种相称复杂转换过程，作为行业应用主管单位，国家广电总局高度注重国标拟定后广播推动工作，并高度承认采用国标交大技术开展国内大面积地面数字电视覆盖业务。广电总局广播科学研究院已决定与交大在上海崇明、安徽共同进行地面电视覆盖政策研究，为国标全方位实行后频谱规划提供工程实行根据。 五 本文小结 本文针对中华人民共和国地面数字电视广播实际需求，简介了ADTB-T技术特点以及ADTB-T技术在国标中应用。从技术原理以及测试状况可以看出，ADTB-T系列技术是符合中华人民共和国地面数字电视广播实际规定一套核心技术。本文进一步指出ADTB-T不但仅指单载波调制，ADTB-T技术是一套完整调制与解调技术体系，涉及了单载波调制、高效信道编解码、低阶星座映射、固定简洁数据构造、鲁棒同步技术以及改进均衡算法这一系列技术。在国标中详细体当前PN595+单载波+高效信道编码+扩频保护系统信息+低阶星座映射+双导频+均衡技术。