在2000年前后,新一代的數字電視廣播系統在國際上開始興起,主要發達國家都在緊鑼密鼓的研制自己國家的數字電視廣播系統,來逐步取代模擬電視系統。我們知道,電視廣播系統根據其傳輸方式不同,分為衛星傳輸、地面電纜傳輸和地面無線傳輸。就數字電視地面廣播傳輸系統,在當時的美國、歐洲及日本等都已有了自己的傳輸標準。當時,在我國信息產業部與廣電總局的組織下,決心自己研制自主產權的我國數字電視地面廣播傳輸系統。
一、引述
在2001年的4月起,國家廣電總局便開始征集提案的提交,當時我國有相關科研單位和高等院校等單位相繼提交了5套技術提案;并在2001年10月開始在北京、上海及深圳三地進行數字地面廣播標準的測試工作,在2002年至2003年間測試完成之后,開始進行最后標準的制定。終于在2006年的8月完成了我國自有品牌的技術標準,發布了GB 20600-2006 《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》。該標準是在5套技術提案中,主要選用了清華大學提案和上海交通大學提案,進行了融合而成。
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GB 20600-2006是一個強制性標準,規定了在UHF和VHF頻段中,每8MHz數字電視頻帶內,數字電視地面廣播傳輸系統信號的幀結構、信道編碼和調制方式。體現本標準具有自主創新特點、并能提高系統性能的主要關鍵技術有:能實現快速同步和高效信道估計與均衡的PN序列幀頭設計和符號保護間隔填充方法、低密度校驗糾錯碼(LDPC)、系統信息的擴頻傳輸方法等。它支持4.813Mbps~32.486Mbps的系統凈荷傳輸數據率,支持標準清晰度電視業務和高清晰度電視業務,支持固定接收和移動接收,支持多頻組網和單頻組網。下述對該標準的內容做一簡要介紹,若要詳細了解該標準具體內容的請查閱下附件。
附件:GB 20600-2006 《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》
二、系統結構組成
1、概述
數字電視地面廣播傳輸系統是廣播電視系統的重要組成部分,不但必須具有支持傳統電視廣播服務的基本功能,而且還要具有適應廣播電視服務的可擴展功能。數字電視地面廣播傳輸系統支持固定(含室內、外)接收和移動接收兩種模式。在固定接收模式下,可以提供標準清晰度數字電視業務、高清晰度電視業務、數字聲音廣播業務、多媒體廣播和數據服務業務;在移動接收模式下,可以提供標準清晰度數字電視業務、數字聲音廣播業務、多媒體廣播和數據服務業務。數字電視地面廣播傳輸系統支持多頻網和單頻網兩種組網模式,可根據應用業務的特性和組網環境選擇不同的傳輸模式和參數,并支持多業務的混合模式,以達到業務特性與傳輸模式的匹配,實現業務運營的靈活性和經濟性。鑒于此,我國數字電視地面廣播傳輸系統發送端的原理框圖如下圖2-1所示。
圖2-1:我國數字電視地面廣播傳輸系統發送端的原理框圖
2、信號的變換過程
在圖中,數字電視地面廣播傳輸系統發送端完成從輸入數據碼流到地面電視信道傳輸信號的轉換。輸入數據碼流經過擾碼器(隨機化)、前向糾錯編碼(FEC),然后進行從比特流到符號流的星座映射,再進行交織后形成基本數據塊。基本數據塊與系統信息組合(復用)后,經過幀體數據處理形成幀體。而幀體與相應的幀頭(PN序列)復接為信號幀(組幀),經過基帶后處理轉換為基帶輸出信號(8MHz帶寬內)。該信號經正交上變頻轉換為射頻信號(UHF和VHF頻段范圍內)。
三、相關技術
根據圖1-1的數字電視地面廣播傳輸系統發送端,從輸入數據碼流到射頻信號的處理與轉換過程,GB 20600給出了相關技術要求
1、接口
對于接口,GB 20600只給出了數據輸入信號接口,應符合GB/T 17975.1《信息技術 運動圖像及其伴音信息的通用編碼 第1部分:系統》的要求,和射頻輸出接口,應符合SJ/T 10351《電視發射機通用技術條件》的要求。
2、編碼和調制
這一部分包括圖1-1中的隨機化、前向糾錯編碼和星座映射與交織三個模塊的內容,涉及的技術包括:加擾、前向糾錯編碼、符號星座映射、符號交織、頻域交織等。其中符號星座映射包括64QAM映射、34QAM映射、16QAM映射、4QAM映射和4QAM-NR映射。
3、復幀
數字電視地面廣播傳輸系統的數據幀結構是一種四層結構。其中,數據幀結構的基本單元為信號幀,信號幀由幀頭和幀體兩部分組成。超幀定義為一組信號幀。分幀定義為一組超幀。幀結構的頂層稱為日幀(Calendar Day Frame, CDF)。信號結構是周期的,并與自然時間保持同步。每種幀的時間長度匯總在下表3-3中。
表3-3:各種幀的時間長度
4、幀體數據處理
幀體中的數據長度為3744個nQAM符號,3744 個數據符號復接系統信息后,經幀體數據處理后形成幀體,用C (有C=1和C=3780兩個模式)個子載波調制,占用的射頻帶寬為7.56MHz,時域信號塊長度為500μs。
5、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)濾波器進行基帶脈沖成形。
6、基帶信號頻譜特性和譜模板
GB 20600給出了基帶信號的典型頻譜特性圖和帶外譜模板圖。
7、系統凈荷數據率
在不同信號幀長度、內碼碼率和調制方式下,GB 20600標準支持的凈荷數據率如下表3-7所示。
表3-7:系統凈荷數據率
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