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地面数字电视国家标准DTMB技术解读(下)

[日期:2007-01-31]
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   杨知行(清华大学数字电视传输技术研发中心主任、教授)

    接上篇:地面数字电视国家标准DTMB技术解读(上)

DTMB的技术特点

    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. OFDM 调制时域同步技术

    在OFDM系统中同步设置是最重要的环节之一,也是OFDM系统最重要的创新焦点。

    在欧洲 DVB-T的C-OFDM中,系统同步是通过在频域OFDM符号中插入导频而实现的,即采用频域同步技术。与采用C-OFDM的DVB-T系统不同,国标DTMB采用了称为PN序列填充时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)的技术,将PN序列填充传统OFDM的保护间隔作为帧头,由于此帧头信号已知,可以在接收端被去除,因此在对抗ISI的意义上等同为零填充的保护间隔。同时,PN序列作为同步序列,又被用于实现同步。而且,在接收端可用该PN序列通过相关计算估算出无线信道的时域冲击响应时间。

2. OFDM 调制保护间隔的新定义

    在 OFDM系统中,OFDM信号结构是块结构,每个信号块称为OFDM符号,它在时域中由两部分组成:一个是数据部分,另一个是保护间隔。OFDM信号块数据部分是在频率域定义的,为了抗多径干扰必须有保护间隔,保护间隔长度一般大于传输多径信号的传播延时。

    根据OFDM符号的保护间隔中的填充信号,传统的OFDM符号有两种独立定义:第一种是零值填充的(Zero-padding)的保护间隔(简称Z-OFDM),由于接收端处理算法较为复杂,这种模式一直没有得到广泛应用,由于拥有较多优点,最近其又成为研究的对象。第二种则是被广为应用的循环前缀填充(Cyclic-Prefix)保护间隔(简称C-OFDM)。

    DTMB创新定义了以PN序列(PN-Padding)为保护间隔的OFDM信号(简称TDS-OFDM)。在 TDS-OFDM 系统中,保护间隔中填充的 PN 序列有以下重要作用:

    a. 作为OFDM 调制的保护间隔。PN序列在接收端是已知的,进而可被去除,因而理论上等同为零填充(Zero-padding)的保护间隔。

    b. 用于系统同步。PN序列作为同步序列,被用于实现系统帧同步、频率同步、时间同步等。

    c. 用于信道估计和跟踪相位噪声。在接收端可用该PN序列通过相关计算获得对于无线信道的时域冲击响应的估计,以及抑制相位噪声。

3. 与绝对时间同步的分层帧结构

    国标DTMB采用了不同于已有数字电视技术标准的、独具特色的分层复帧结构。这种与绝对时间同步的分层帧结构,可以在物理层为单频网提供与TS流对应的秒同步时钟,便于单频组网;可以与按日历日为周期的广播节目表相配合,便于进行定时接收;也有利于未来系统的功能扩展,如双向交互和定位功能等;其还有利于手持便携接收机的省电控制,这是一个重要的特性,是为适应未来数字电视广播系统应用需求而在物理层做出的安排,将有利于使未来系统更加安全可靠。

4. 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。

5. 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等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。



来源:慧聪网广电行业频道
作者:
录入: Tina

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