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中國地面數字電視廣播標準的技術要點 主流應用 產業(yè)基礎 上海交通大學上海高清數字科技產業(yè)有限公司2006年12月19日 報告提綱 地面數字電視廣播業(yè)務與技術需求地面數字電視廣播標準介紹國標接收技術介紹及固定覆蓋性能國標接收技術實現指南國標接收技術的主流應用國標接收技術產業(yè)化進程國標接收技術專利策略 一 地面數字電視廣播業(yè)務與技術需求 我國現有電視收視群體分布 模擬有線電視約1 26億戶城市及東部沿海 節(jié)目 50套 清晰 衛(wèi)星數字電視少量用戶 模擬地面電視約2 3 約2 2億戶城郊及中西部地區(qū) 節(jié)目 5套 模糊 不穩(wěn)定 無線覆蓋是最主要的接收方式 我國有約2 3的用戶通過模擬無線方式接收電視號 全國共有3 5億戶家庭 其中有線接收為1 26億戶 無線接收超過2億戶 他們大多分布在城郊和農村 這些用戶迫切需要更多更穩(wěn)定的電視節(jié)目 數字電視為地面電視帶來新的生機 單頻網 大面積固定覆蓋家庭接收 移動電視車輛 船只 樓宇 商場 戶外等 便攜電視個人便攜 地面數字電視廣播 數字電視為地面電視帶來新的生機 更大的節(jié)目傳輸容量和頻譜利用率 每個信道可以傳送多達10套的標清節(jié)目或2套高清節(jié)目鄰頻道的啟用與規(guī)劃更靈活的服務模式 包括標清 高清 高速移動 手持接收等大區(qū)單頻組網成為可能 支持移動電視或小功率多發(fā)射機組網以及填縫發(fā)射等成為建設社會主義新農村 提高農民文化素質的經濟可靠有效的手段 數字化后我國電視業(yè)務分布 地面數字電視首要解決城郊和農村固定覆蓋 有線數字電視整體平移 有線電視數字化 衛(wèi)星數字電視分發(fā)為主 覆蓋隨政策逐步放開 解決廣大中西部用戶看電視難的首要問題 同時也需要滿足新媒體業(yè)務需要 車載 樓宇 便攜的商業(yè)模式正在形成 手機電視標準另定 車載電視大中型城市 便攜電視大中型城市 手機電視標準制定 地面數字電視廣播的基本需求 地面數字電視廣播需求一是大功率 大面積 點到多點 連續(xù)播出的應用是在必須考慮鄰頻道 同頻道 數字 模擬干擾存在情況下的應用是基于現有模擬電視發(fā)射點位置 發(fā)射設備 發(fā)射條件 功率 塔高 覆蓋 的應用 地面數字電視廣播需求二最重要的是頻譜規(guī)劃首要指標是覆蓋范圍和覆蓋效果 地面數字電視廣播需求三需要支持單頻網需要支持高速移動接收 250km h 地面數字電視廣播系統(tǒng)關鍵技術需求 覆蓋范圍要求 接收系統(tǒng)的靈敏度指標 決定覆蓋范圍能力的基本指標 靈敏度越小意味著能夠有效地覆蓋相同的面積的發(fā)射功率越小 發(fā)射信號峰均比指標 決定對發(fā)射機峰值功率的要求 該指標是實現上述用較小功率數字信號發(fā)射來簡單替換原有模擬覆蓋的重要因素 也是用同等發(fā)射功率來有效擴大覆蓋的有利因素 抗信道衰落能力 在惡劣 頻率選擇性衰落 動態(tài) 時變 信道情況下 數字電視接收系統(tǒng)的靈敏度指標會有一定的惡化 甚至引起接收無條件失敗 特別在單頻網環(huán)境中 將增加惡劣多徑的可能性 在實驗室中 常以抗多徑的強度和長度能力來檢驗接收機抗惡劣信道能力 在瑞利信道下 以可承受的最大多普勒速度來評判接收系統(tǒng)動態(tài)能力 頻率規(guī)劃要求 抗模擬同 鄰頻干擾能力 抗數字同 鄰頻干擾能力高低將決定頻譜規(guī)劃的有效性 以及能否提高頻譜的利用率 二 中國地面數字電視廣播標準介紹 地面數字電視系統(tǒng)組成 有線 衛(wèi)星節(jié)目源 數字信號源 編碼器復用器 數字發(fā)射系統(tǒng) 地面調制 地面發(fā)射 數據業(yè)務 數字電視接收系統(tǒng) 地面解調 信源解碼 數字電視顯示 發(fā)端調制技術 收端解調技術 獨立顯示 天饋 發(fā)射塔 本地節(jié)目 一體顯示 調諧器 SFN MFN地面廣播覆蓋網 地面數字電視國標技術特點 使用能實現信道估計與均衡的PN序列作為幀頭使用先進的信道編碼抗衰落的系統(tǒng)信息保護 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 為了保證傳輸數據的隨機性以便于傳輸信號處理 輸入的數據碼流數據需要用擾碼進行加擾 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 前向糾錯編碼由外碼 BCH碼 和內碼 LDPC 級聯實現 采用了三種不同的碼率以滿足各種服務需求 并且為了降低實現成本 三種不同碼率的前向糾錯碼使用同樣的BCH碼 同時LDPC碼具有相同的結構 達到了硬件實現的資源共享 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 本標準包含以下幾種符號映射關系 64QAM 32QAM 16QAM 4QAM 4QAM NR 1 4QAM與4QAM NR的符號映射對應于高速移動服務業(yè)務的需求 可以支持標準清晰度電視廣播 能夠兼顧覆蓋范圍和接收質量的服務需求 2 4QAM 16QAM與32QAM符號映射可對應于中碼率服務業(yè)務的需求 可以支持多路標準清晰度電視廣播 能夠兼顧覆蓋范圍和頻率資源利用的服務需求 3 32QAM和64QAM符號映射對應于高碼率服務業(yè)務的需求 可以同時支持高清晰度電視和多路標準清晰度電視的廣播 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 本標準采用了時域符號交織技術以提高抗脈沖噪聲干擾能力 時域符號交織編碼是在多個信號幀之間進行的 數據信號的數據塊間交織采用基于星座符號的卷積交織編碼 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 本標準采用了創(chuàng)新的幀信號結構 該結構是周期性的 以信號幀為基本單位 每個信號幀由訓練序列 系統(tǒng)信息 幀體數據三部分組成 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 幀體數據塊復接系統(tǒng)信息后 用C個子載波調制 有兩種工作模式 C 1或C 3780 在載波數C 1模式下 作為可選項 對幀頭和幀體經過組幀后形成的基帶數據在 0 5符號速率位置插入雙導頻 在載波數C 3780模式下使用頻域交織 將調制星座點符號映射到幀體包含的3780個有效載波上 地面數字電視國標發(fā)端系統(tǒng)框圖 基帶后處理 成形濾波 采用平方根升余弦 SquareRootRaisedCosine SRRC 濾波器進行基帶脈沖成形 SRRC濾波器的滾降系數 為0 05 三 國標中接收技術介紹及固定覆蓋性能 國標交大接收技術介紹 交大接收技術基礎 簡潔有效的數據結構 數據結構以 幀 為基本單元 包括幀頭 確知信息 加強保護的系統(tǒng)信息 經高效編碼保護的數據信息 幀頭應該選擇具有偽隨機特性的序列 PN 插入的周期應該在500微秒到1毫秒之間 序列長度應大于判決反饋均衡器的級數 這樣既保證了傳輸效率 又能夠提高抗信道動態(tài)衰落的能力 正交序列聯合擴頻序列的方式來保護傳輸中的系統(tǒng)信息高效信道編碼方案與低階星座映射的結合基于雙導頻及已知序列的同步技術改進的均衡接收技術 已實現的國標參數介紹 幀體數據處理 C 1或C 3780典型幀頭格式為PN595 該種格式結構簡單 更適合快速同步與均衡 并且保證了低的峰均比三種信道編碼碼率 0 4 0 6 0 8 均可支持 同時也提供了僅使用0 8碼率編碼就可以支持高 中 低碼率傳輸的可能 大大減少了芯片復雜度 有利于成本的降低4QAM NR調制模式更適合超高速的移動接收4QAM調制方式提供更高碼率 10 396Mbps 的移動接收16QAM調制模式可以支持更低接收門限的高碼率固定接收32QAM調制模式能提供更高碼率 26Mbps 的固定接收2種交織方式均可支持正交序列聯合擴頻序列的方式來保護傳輸中的系統(tǒng)信息雙導頻插入 更利于同步捕獲 同時支持無雙導頻 部分適合固定覆蓋應用的國標模式 國標系統(tǒng)技術性能 接收靈敏度 注 測試值越小 表示接收機的接收靈敏度越高 以上的測試結果完全可以滿足數字電視地面?zhèn)鬏數母采w范圍要求 其性能與目前已有的其它數字電視地面?zhèn)鬏敇藴氏啾?在傳輸相近的數據率時有3dB到6dB的優(yōu)勢 上海東方明珠單點覆蓋 經對比 交大方案用一塔發(fā)射就能超過歐洲標準用四塔組網發(fā)射的覆蓋效果 同頻保護率 均衡LMS算法能夠驅動均衡器成為窄帶凹陷的濾波器 保證均衡輸出的信號時 平 的 所以自適應的對付單頻干擾 模擬電視信號實際就是3個單頻信號 注 測試值越小 表示系統(tǒng)的抗同頻干擾能力越強 上 下鄰頻保護率 均衡LMS算法能夠驅動均衡器成為窄帶凹陷的濾波器 保證均衡輸出的信號時 平 的 所以自適應的對付單頻干擾 鄰頻信號實際就是窄帶信號 注1 調制器輸出未加濾波器 注2 測試值越小 表示系統(tǒng)的抗鄰頻干擾能力越強 從測試結果可以看出 國標的這些模式抗鄰頻性能已經達到啟用鄰頻的要求 峰均比性能 注 測試值越小 表示系統(tǒng)對功率放大器的線性動態(tài)范圍要求越低 值得注意的是 當采用PN420或者PN945作為幀頭模式時 由于幀頭功率加倍 單載波調制方式峰均比會有一定的惡化 但同時得到信道估計的3dB增益 4QAM NR可以支持高速移動接收 注 測試值越大 表示系統(tǒng)抗動態(tài)多徑干擾和高斯噪聲能力越強 在使用UHF頻段時 最大多普勒頻移649Hz意味著約900公里的移動速度 而其它數字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)已公開的最多也只有150Hz左右 430km h 國標系統(tǒng)發(fā)端知識產權介紹 部分 共計14項專利覆蓋整個發(fā)端系統(tǒng) 國標系統(tǒng)收端知識產權狀況 部分 共計30項專利覆蓋整個收端系統(tǒng) 四 國標接收機技術實現指南 接收機框圖 地面數字電視射頻信號經天線接收至高頻頭 Tuner 輸出中頻信號 該中頻信號經AGC做自動增益控制后AD采樣 采樣率需至少滿足2倍的中頻帶寬 即大于15 12Msample s 該采樣信號經過載波恢復 定時恢復后進入均衡器進行信道補償和載波相位跟蹤 均衡器恢復后的信號同時進行3780FFT 均衡輸出和FFT的輸出同時進行參考信息的提取和識別 用以判斷發(fā)送模式 若是多載波信號 則選取FFT的輸出進行信息處理 若是單載波的信號 則直接選取均衡和相位跟蹤后的信號進行信息處理 信息處理部分包括卷積解交織 LDPC BCH 解碼以及解擾 輸出TS流 載波恢復 載波環(huán)路可以捕獲的載波頻率偏差約為 160khz 定時恢復 定時同步同樣可以用導頻信號來實現 當不存在定時頻率偏差時 對于2倍符號率 15 12M 的采樣信號 其導頻信號應準確的落在處 當存在采樣頻率偏差時 可以通過導頻的偏移位置來糾正定時偏差 在導頻不存在時 仍可以通過PN相關后 得到相關峰值的索引值得到定時偏差估計 均衡器 抽頭更新方程 LDPC解碼與BCH解碼 LDPC解碼框圖 BCH解碼框圖 五 國標技術的主流應用 四級辦臺 有線啟動 省臺上星 出口帶動 廣播數字化 美國彩電滲透率與廣播業(yè)務的關系 電視機價格 時間 家庭滲透率 三大電視網開播NTSC 60年代中期 以上描述的結論是 必須廣播先行 廣播先行 先上什么業(yè)務呢 固定高清 移動高清 移動標清 固定標清 數字電視新型業(yè)務模式的探索 數字電視新型業(yè)務模式 車載 便攜 火車 磁浮 手機 站牌 樓宇 一 從1984年起的中央 省 市 縣四級辦格局 二 與國外電視相比 同時占用三種物理信道 三 同時具有喉舌功能和產業(yè)功能兩個屬性 因此 在設計地面廣播業(yè)務模式時必須考慮 政治屬性 公益性特點和普遍服務原則產業(yè)屬性 可持續(xù)發(fā)展機制中國城鄉(xiāng)二元結構決定了地面電視技術必須采用多種模式 要考慮中國大多數城鄉(xiāng)居民的消費需求和能力 人均年可支配收入和文化消費比例 中國廣播電視的三個基本特點 2005年上半年全國廣電收入分級構成 單位 億元 中國農村電視基本狀況 4 55萬個5 85萬部26億元27 36萬人 4 84萬個6 44萬部414億元58 18萬人94 91 6 2 47 地面數字電視的主流應用 以上描述的結論是 根據對國家戰(zhàn)略 國外經驗 市場需求 廣電現狀 商業(yè)模式 技術特點的綜合分析 地面數字電視的主流應用應該是解決我國大多數城鄉(xiāng)居民的無線固定覆蓋問題 聚焦 神州家家通是利用國標技術解決我國有線網沒有能力覆蓋的用戶收看電視節(jié)目的新系統(tǒng) 中國地面數字電視廣播市場增長預測 單位 百萬用戶 0 5 15 3 49 3 奧運拉動 全面應用 模擬關閉 國標地面數字電視市場規(guī)模 利用國標技術開展 神州家家通 業(yè)務的邊界條件 1 系統(tǒng)可以支持鄰頻工作 對發(fā)射機不能提出極高要求 2 前期的產品是機頂盒 必須完全符合國標 但可以單模 3 運營商對接收機價格要求非常嚴格 4 終端產品由地方運營商選擇制造企業(yè) 我們就是以上要求完成產業(yè)化準備工作的 六 國標技術產業(yè)化進程 交大地面數字電視產業(yè)化準備 芯片 ADTB T數字電視地面廣播接收解調芯片HD2802AHD2805A VTP I高清視頻格式轉換處理器HD1801A VDP II高清視頻解碼芯片HD2201A 國內領先 國際領先 國內先進 國家科技進步二等獎上海市科技進步一等獎上海市發(fā)明一等獎 完整的地面數字電視接收機芯片設計能力 包括信道接收機解調芯片 高清信源解碼芯片 高清格式轉換芯片 信源SOC芯片 交大地面數字電視產業(yè)化準備 芯片 數字電視地面廣播接收解調芯片HD2802A 數字電視地面廣播接收解調芯片HD2805A 數字電視地面廣播接收解調芯片HD2805AQFP160 2004 50 11um半導體工藝傳輸效率高覆蓋范圍大大容量高速移動接收 2005 100 18um半導體工藝上海設計流片傳輸效率高覆蓋范圍大低成本解決方案 2005 80 18um半導體工藝上海設計流片傳輸效率高覆蓋范圍大低成本解決方案 國標接收解調芯片HD2806A 預計 2006 120 13um半導體工藝上海設計流片符合國標低功耗 600mW覆蓋范圍大低成本解決方案 HD2806A 2006年Q4 采用國標C 1 595模式 低碼率模式5Mbps 4QAM NR 中碼率固定 移動模式10Mbps 4QAM 高碼率固定模式20Mbps 16QAM 25Mbps 32QAM 具備自動切換模式功能 A D PLL PWM PDM集成進芯片 外圍主器件為Turner 16MBitSDRAM VCXO 該芯片采用0 13um工藝 SMIC 功耗600毫瓦以內 HD2807A 2007年7月 在以上性能基礎上 形成具備MEPG 2標清解碼能力的SoC HD2808A 2007年12月 實現最優(yōu)的C 1和最優(yōu)的C 3780的融合 芯片開發(fā)計劃 交大地面數字電視產業(yè)化準備 發(fā)射機 交大地面數字電視產業(yè)化準備 接收機 便攜 家用 車載 標清 高清 交大地面數字電視產業(yè)化準備 系統(tǒng)方案 主要設備供應商及產業(yè)聯盟 信源 科學亞特蘭大 湯姆遜等 發(fā)射機 上海明珠科技 意大利泰克諾 北廣科技 日本瑩電 德國羅德斯瓦茨 美國哈里斯 清華吉兆等 機頂盒 銀河電子 天柏寬網 同洲電子 創(chuàng)維電子 海信電子 上廣電 湘計算機 湖南德通等 CA 永新同方 中視聯 算通 三洲迅馳 Irdedo等 系統(tǒng)的產業(yè)應用 試驗示范工程 移動 高清 固定 崇明島 東西長80公里 南北寬13至18公里 神州家家通 上海崇明三島覆蓋 上海崇明無線數字電視用戶 神州家家通 上海崇明三島覆蓋 神州家家通 上海崇明三島覆蓋 2005年3月19日 崇明農民向媒體反映 盼望看到更多電視節(jié)目 2005年10月 崇明完成技術試驗 信號播出 神州家家通 湖南株洲市縣組網 神州家家通 湖南株洲市縣組網 神州家家通 河南安陽市級覆蓋 神州家家通 河南安陽市級覆蓋 神州家家通 走遍神州 ADTB T廣播單頻網系統(tǒng) 移動電視 上海單頻網系統(tǒng) 移動電視 上海單頻網系統(tǒng) 南京西路廣電大廈400W 虹橋路廣播大廈600W 滬太路廣視大廈200W 教育電視臺200W 東方電視臺200W ADTB T出租車載接收系統(tǒng) 移動電視 上海出租車 ADTB T公交車電子站牌 移動電視 上海公交車電子站牌 移動電視 上海多媒體募捐箱 2006年5月31日 上海文廣 新視覺 高清頻道首次地面廣播播出試驗 城市高清 上海新視覺高清地面廣播 謝謝大家