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DTMB,英文全称为Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting,中文全称为"数字电视地面广播"。

基本信息

  • 中文名

    数字电视地面广播

  • 外文名

    Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting

  • 缩写

    DTMB

  • 标准号

    GB20600-2006

  • 支持

    DMB-TH

折叠 编辑本段 基本概述

DTMB,全称Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting。

标准号 GB20600-2006

中文 数字电视地面广播传输

英文 digital television terrestrial broadcasting system

DTMB与DMB-TH为统一展示方式,即支持DMB-TH即支持DTMB,具体使用根据各地发射台提供服务不同而不同。

数字电视地面、有线、卫星传输方式中,数字电视地面传输系统环境最为复杂,也因其技术要求最高、受众广而备受关注。地面系统的标准化工作也十分重要。目前已有美国高级电视系统委员会(ATSC)、欧洲数字视频地面广播(DVB-T)和日本地面综合业务数字广播(ISDB-T)三个国际电联批准的地面数字电视广播传输国际标准。1999年我国设立数字电视研发及产业化并成立国家数字电视领导小组,明确宣示自主制定技术标准。针对我国数字电视应用的具体标准,2006年推出了我国数字电视地面标准DTMB。

国家广播电影电视总局支持下,我国于2006年8月18日正式颁布了《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》(GB20600-2006)地面数字电视广播传输标准,实现了固定电视和公共交通移动电视的数字电视信号传送。DTMB于2007年8月1号成为中国广播业地面电视信号的强制标准。 为中国广播业提供视频传送设备的所有数字电视系统供应商将采用该标准中的数字视频调制知识产权(IP)。 DTMB标准同时使用了时域同步正交频分复用和残留边带复用技术。

Stratix II FPGA是实现这一标准的最佳选择,原因在于该器件提供实际应用中复杂信号处理所需的全部逻辑、数字信号处理(DSP)模块和存储器。 清华DTV副总监潘博士说:"这一新技术非常适合采用FPGA。Altera的支持和设计工具帮助我们轻松地将创新算法推向市场。" Stratix II FPGA体系结构提供系统时序结构、通道编码和前向纠错等功能。调制器利用灵活的Stratix II FPGA,可以实现标准清晰(SD)和高清晰电视(HDTV) 4.813 Mbps至32.48 Mbps的数据速率传输。 北京吉兆电子有限公司副总工程师刘宁说:"清华DTV是DTMB标准的主要制定者之一,直接采用它的方案使我们能够把精力放在系统级的开发上,节省了自己研发所需的时间和成本,将大大加速终端产品的面世时间,降低系统成本,从而让我们在竞争激烈的市场中脱颖而出。"

2006年5月开始的为期一个月的实验室和现场性能测试表明DTMB系统能有效支持包括高清晰度电视(HDTV)、标清电视(SDTV)和多媒体数据广播等多种业务,同时完全满足大范围固定覆盖和移动接收需要。2007年6月4日,香港电信管理局(OFTA)正式宣布从7月1日起采用DTMB进行试播。2009年,澳门也宣布了将采用与香港相同模式进行播出的计划。2008年1月1日起国内多个城市开始了DTMB试播。奥运期间,7个奥运比赛城市播出了HDTV节目,为DTMB的大范围推广积累了经验。经过长期积累和DTMB颁布两年多来的推广实验,DTMB的产业链已经非常成熟。DTMB系统的影响力正在不断延伸,形成与其他自主创新技术或标准相互促进的局面。譬如:DTMB是一个支持多种音视频编码标准的透明传输系统。在其推广实践中,最早使用的是MPEG-2标准,但随着AVS标准产业化的日益成熟,DTMB+AVS模式取得了很好的效果。

经过长期的技术创新,DTMB整体性能超过了地面数字电视已有的国际标准。相比于商用化推广最为成功的DVB-T系统,其快速捕获和同步跟踪更稳健;系统频谱利用效率改善超过10%;支持单天线高清电视移动接收;移动性能更好;系统信噪比门限改善接近50%,覆盖性能更好;抗脉冲干扰能力更强。但此优势并非一成不变,欧洲第二代地面视频广播系统DVB-T2的出现使DTMB在信噪比门限及抗脉冲干扰能力方面的优势不复存在。DTMB只有坚持技术创新才能继续保持我们这数字电视领域的领先地位。

折叠 编辑本段 创新特点

折叠 概述

备受瞩目的地面数字电视传输国家标准已于2007年 8月 1 日正式实施。业内人士普遍认为,随着国产芯片和相关产品走向成熟,相关技术和测试的日渐完善,国标已具备实施的条件。而地面数字电视广播的实施,可能提供价值几千亿元的数字电视终端市场,中国地面数字电视产业的发展今年有望进入发展快车道。在这样的机遇下德赛公司推出了具有模式全、价格低、测试设备好、性能指标高的DTMB-T国标调制器。并且全部核心调制模块和配套软件代码均由德赛研发部门自主研发。

折叠 新技术突破

根据地面数字多媒体电视广播的服务需求、传输条件和信道特征, 国标DTMB传输系统采用了创新的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)单多载波调制方式。这种调制方式,主要针对地面数字多媒体电视广播传输信道线性时变的宽带传输信道特性(频域选择性与时域选择性同时存在的传输信道)所设计。由于TDS-OFDM适用于具有多径干扰和多普勒频移的传输信道,因此其同样适用于地面数字多媒体电视广播以外的其他宽带传输系统。

1 创新的TDS-OFDM 调制

国标DTMB系统采用了 TDS-OFDM,其特点是同步头采用了伪随机序列,在每个 OFDM 保护间隔周期性地插入时域正交编码的帧同步序列, TDS-OFDM调制按下列步骤进行。

a.输入的MPEG-TS码流经过信道编码处理后通过星座映射形成3780点的星座。

b. 采用IDFT将该3780点星座变换成长度为3780的离散样值(单载波模式不需要这一步骤)帧体(500μs)。

c. 在OFDM的保护间隔插入长度为420(或595,945)的PN序列作为帧头。

d. 将帧头和帧体组合成时间长度为555.56μs(或578.7μs,625μs)的信号帧。

e. 采用具有线性相位延迟特性的FIR低通滤波器对信号进行频域整形。

f. 将基带信号进行上变频调制到RF载波上。

2 原创的数字电视广播帧结构

为了实现快速稳定的同步,国标DTMB采用了分级帧结构, 如图1所示,它具有周期性,并且可以和绝对时间同步。帧结构的基本单元称为信号帧,225个信号帧定义为一个帧群,480个帧群定义为一个超帧。帧结构的顶层称为日帧,由超帧组成。

信号帧的帧体采用多载波调制方式或单载波调制方式,帧体的子载波数为3780或者为1。子载波数为3780时,相邻子载波的间隔为2 kHz,每个子载波符号采用MQAM调制。

(信号帧的帧体除了正常的数据流外还包含传输参数信令(TPS),用以传送系统配置信息。它由36 比特组成,并用QPSK映射为18个子载波或者星座。

国标DTMB的超帧由一个控制帧和相邻的224个信号帧构成,每个超帧的持续时间为125 ms,超帧中的第一个信号帧被定义为超帧头(控制帧),用于传输控制该超帧的信令。超帧中的每一个信号帧有惟一的帧号,它被编码在帧头的PN序列中。每个超帧由一个9bit的超帧号标识。超帧号被编码在信号帧的传输参数信令(TPS)中。TPS在超帧的每个信号帧中重复,只在新的超帧开始时才能改变。 国标传输系统的分帧包含480个超帧,分帧中的每个超帧由其超帧号惟一识别。分帧的第一个超帧编号为0,最后一个超帧编号为479,每个分帧的持续时间为60s。国标DTMB的日帧由1440个分帧组成,以一个自然日为周期进行周期性重复。在北京时间0:0:0AM,系统的帧结构被复位并开始一个新的日帧。

3 原创的广播同步传输技术

PN序列除了作为OFDM块的保护间隔以外,在接收端还可以被用做信号帧的帧同步、载波恢复与自动频率跟踪、符号时钟恢复、信道估计等用途。由于 PN 序列帧头与 数据帧体正交时分复用,且 PN 序列对于接收端来说是已知序列,因此,PN 序列和帧头与数据帧体在接收端是可以被分开的。接收端的信号帧去掉 PN 序列后可以看作是具有零填充保护间隔的OFDM。

例如,信号 s(t) 经过地面传输信道后,接收端收到的基带信号 r(t) 包括两部分:PN 序列 rPN(t) 和帧体 rIDFT(t)。

经过信道估计后,得到多径干扰后的PN 信号,从接收到的信号 r(t) 中减掉 PN 信号后,就可得到零填充保护间隔的 OFDM 符号,同时得到信道的单位脉冲响应 h(t)。

理论和实践已经证明,具有零填充保护间隔的OFDM与具有循环前缀保护间隔的OFDM(例如DVB-T的COFDM)在理论上是等价的,如图2所示。

折叠 主要技术特点

国标DTMB以时域正交频分复用(TDS-OFDM)调制技术为核心,形成了自有知识产权体系,具有自己鲜明的技术特点。

1 传输效率或频谱效率高

在欧洲DVB-T中,用于同步和信道估计的导频载波数量占总载波的10%。国标DTMB的PN序列放在OFDM保护间隔中,既作为帧同步、又作为OFDM的保护间隔。

欧洲DVB-T C-OFDM用10%的子载波传送用于同步和信道估计等的导频信号,同时存在循环前缀的保护间隔,而TDS-OFDM将时间保护间隔同时用于传输信道估计信号,因此DVB-T系统的传输效率只能达到国标DTMB系统的90%。

传输效率在多载波技术和单载波技术进行比较时,被认为是多载波技术的弱点,国标DTMB的核心技术正是针对解决这个问题而开发的。

2 抗多径干扰能力强

多载波系统和单载波系统相比,OFDM系统具有抗多径干扰的能力,抵抗多径干扰的大小相应于其保护间隔的长度。由于国标的时间保护间隔中插入的是已知的(系统同步后)PN序列,在给定信道特性的情况下,PN序列在接收端的信号可以直接算出,并去除。去掉PN序列后的OFDM信号与时间保护间隔为零值填充的OFDM信号等价,而时间保护间隔为零值填充的OFDM与时间保护间隔为周期延拓的OFDM在同样信道下的性能是等价的。而且,在多径延迟超过时间保护间隔的情况下,国标DTMB仍能工作。TDS-OFDM可以把几个OFDM帧的PN序列联合处理,使抵抗多径干扰的延时长度不受保护间隔长度的限制,而传统的OFDM保护间隔长度设计要求必须大于多径干扰的延时长度。

3 信道估计性能良好

在AWGN信道下,TDS-OFDM的信道估计性能优于C-OFDM。这是由于TDS-OFDM用于信道估计的PN序列具有20dB左右的扩频增益,同时又没有C-OFDM做信道估计时特有的插值误差。尽管国标DTMB的样机功能还有待改善,但其AWGN信道的测试结果仍优于基于C-OFDM的国内外系统。 对于多径信道,TDS-OFDM的PN序列与多径信道造成的干扰信号是统计正交的。虽然TDS-OFDM信道估计的性能无法在原理上与C-OFDM直接比较,但是它与其他传输系统中采用PN序列进行信道估计的性能相当。

4 适于移动接收

移动接收产生了多普勒效应和遮挡干扰,使传输信道具有随时间变化的特性(时变特性)。而需要强调的是任何OFDM系统的信号处理都是基于信道传输特性准时不变的假设(应用FFT的基本条件),即在一个OFDM符号的时间内,假设信道是不变的,信道的变化被认为是在OFDM符号间发生的。TDS-OFDM的信道估计仅取决于OFDM的当前符号,而C-OFDM的信道估计需要4个连续的OFDM符号。因此,C-OFDM在移动情况下,要考虑4个OFDM符号的信道变化影响,而TDS-OFDM只需考虑1个OFDM符号的信道变化影响。可以看出,国标DTMB系统更适于移动接收,其移动特性优于欧洲 DVB-T 系统。测试结果证明,国标DTMB系统的高清电视移动接收性能居国际领先水平。

2011年12月,国际电信联盟在修订地面数字电视国际标准时,将我国的数字电视地面多媒体广播系统DTMB标准纳入其中,DTMB标准也正式成为继美、欧、日之后的第四个数字电视国际标准。

折叠 编辑本段 工作模式

DTMB支持HDTV、SDTV、数据广播、互联网、消息传送等多种业务模式,支持固定、便携、步行和高速移动接收,支持单频网、多频网等多种组网方式。通过组合不同的载波模式、信道编码、符号星座映射方式、帧头模式等,DTMB共支持330种工作模式。

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