中國數(shù)字地面電視解調方案的相關設計探討
發(fā)布時間:2008/9/24 0:00:00 訪問次數(shù):454
中國從1996年開始對國際上的數(shù)字電視地面廣播技術進行跟蹤研究。經(jīng)過多年不懈的努力,中國在2006年8月頒布了《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調制》標準(也常被稱作dtmb,標準編號為gb 20600-2006),并定于從2007年8月開始正式強制性實施。地面國標在傳輸技術上采用更先進的信道編碼技術,結合了時域和頻域的信道同步和均衡技術,并采用巧妙的幀體數(shù)據(jù)結構,在多項技術上取得了創(chuàng)新突破,是真正完整的自主知識產(chǎn)權創(chuàng)新體系。
2008年1月1日,香港特別行政區(qū)率先開始了基于中國數(shù)字地面電視傳輸標準的廣播商業(yè)運營。2008年5月1日“央視高清”高清頻道的正式開播,標志著地面國標技術進入正式實施階段。在廣電總局的指導下,包括北京、上海、深圳的“6+2”個奧運城市借鑒北京地面廣播試驗測試和實踐的經(jīng)驗,開展“央視高清”轉播服務和本地的高清電視節(jié)目廣播。國內(nèi)各電視機及機頂盒廠商在等待多年之后,終于開始相關產(chǎn)品的實質性產(chǎn)品化設計及批量生產(chǎn)。
dtmb標準回顧
根據(jù)標準文本可看出,dtmb標準是單載波系統(tǒng)和多載波系統(tǒng)相融合的產(chǎn)物。載波數(shù)、pn類型、星座點、nr編碼和ldpc編碼碼率、交織深度等多個參數(shù)選項總共衍生出330種組合。然而,其中有些參數(shù)選項明顯是為了某種載波調制方式而設的,將它們應用到另一種載波調試方式則意義不大。在這330種模式中,大約260種是我們認為有實用價值的。事實上,相關部門研究制定的《地面數(shù)字電視接收機通用規(guī)范》也只對其中的7種模式作了要求。減少模式有利于降低產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)成本并快速將方案推向實際應用。
drx398yz的系統(tǒng)原理框圖
每個dtmb的信號幀均由用于同步和信道估計的pn序列以及數(shù)據(jù)載荷部分組成。單載波模式下的數(shù)據(jù)載荷在時域進行調制,而多載波模式下的數(shù)據(jù)載荷在頻域進行調制。對于標準的多載波部分,使用頻域處理是傳統(tǒng)的解決方案,這使得與頻譜相關的各類信道失真(諸如模擬同頻干擾、單頻干擾等)可以很方便地得到偵測、抑制或補償。對于標準的單載波部分,則最好使用時域的判決反饋均衡器,以便偵測時域相關的失真(諸如回波、相位抖動等)。均衡器的工作不僅基于pn序列,而且在數(shù)據(jù)載荷部分也能繼續(xù)。雖然這類時域均衡器的實現(xiàn)成本可能較高,但它們的性能好,還是物有所值的。
pn420和pn945幀頭由循環(huán)pn序列構成,并發(fā)送功率高于幀內(nèi)數(shù)據(jù)載荷部分。這使得多載波解調器可以僅依賴pn序列所帶來的信道信息對頻域載荷進行糾正補償。相同的幀也可以用于單載波中,但高功率的pn要求均衡器的精度要提高,從而增加了實現(xiàn)成本。此外,這些序列的循環(huán)特性會在均衡器抽頭上形成回波的假象,并與真實信號中的回波混在一起,很難消除。因此,非循環(huán)且信號功率連續(xù)的pn595序列更適合于標準中的單載波部分。
pn420和pn945幀頭又分為固定和旋轉兩種。在固定模式下,每幀的pn序列都是相同的;在旋轉模式下,每幀pn序列的起始相位都不同。由于回波的影響,前一幀的數(shù)據(jù)載荷會延后疊加到當前幀pn序列的前半部分,后半部分可仍舊保持“干凈”。傳統(tǒng)的處理此類失真的辦法是在時間上進行濾波以減少影響。但在旋轉模式下,pn序列的各部分均可以通過“干凈”的窗口,這使得更多更好的信道算法可以得到運用。高級的解調芯片可以基于旋轉模式提供更好的接收性能。
還有一類參數(shù)組合不太實用,即多載波的qpsk-nr模式。nr編碼的碼率是0.5,且只能結合碼率為0.8的ldpc碼使用,這使得總的編碼碼率為0.4。該組合的效率并沒有碼率為0.4的ldpc碼高,因此在多載波模式下,應優(yōu)先使用ldpc 0.4模式。在單載波模式下,nr解碼器的短延遲使其能成為時域均衡器的一部分,有助于提高判決反饋均衡器的性能。
dtmb解調芯片的設計挑戰(zhàn)
芯片設計的主要挑戰(zhàn)總是如何提供一款性能優(yōu)越且成本相對較低的產(chǎn)品。對于dtmb這樣較復雜的標準來說,做到這一點并不容易,需要仔細斟酌哪些特性是有用的,并能解決實際碰到的問題。當將dtmb與dvb-t、atsc和isdb-t進行比較時,dtmb在接收機成本方面處在劣勢。因此,設計重點不僅在于如何降低解調芯片的成本,同時也在于如何降低接收機的整體成本。
降低接收機的整體成本無非有以下幾種方式:將外部電路集成到芯片內(nèi);降低對外部電路的性能要求或者擯棄外部電路;仔細考慮合適的芯片封裝形式;縮小pcb面積。此外,如果現(xiàn)有的其他制式的解調產(chǎn)品可以快速切換到dtmb制式,也能有效地降低設計成本和縮短產(chǎn)品上市時間。
任何解調產(chǎn)品的設計都是從仔細選擇針對中頻信號的高性能數(shù)模轉換器(adc)開始的。如果adc的性能不好,后續(xù)的數(shù)字邏輯設計無法彌補性能損失。為保證系統(tǒng)的低成本,通常采用廉價的低頻晶振。高級的解調芯片甚至可以復用高頻頭內(nèi)部的基準時鐘,
中國從1996年開始對國際上的數(shù)字電視地面廣播技術進行跟蹤研究。經(jīng)過多年不懈的努力,中國在2006年8月頒布了《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調制》標準(也常被稱作dtmb,標準編號為gb 20600-2006),并定于從2007年8月開始正式強制性實施。地面國標在傳輸技術上采用更先進的信道編碼技術,結合了時域和頻域的信道同步和均衡技術,并采用巧妙的幀體數(shù)據(jù)結構,在多項技術上取得了創(chuàng)新突破,是真正完整的自主知識產(chǎn)權創(chuàng)新體系。
2008年1月1日,香港特別行政區(qū)率先開始了基于中國數(shù)字地面電視傳輸標準的廣播商業(yè)運營。2008年5月1日“央視高清”高清頻道的正式開播,標志著地面國標技術進入正式實施階段。在廣電總局的指導下,包括北京、上海、深圳的“6+2”個奧運城市借鑒北京地面廣播試驗測試和實踐的經(jīng)驗,開展“央視高清”轉播服務和本地的高清電視節(jié)目廣播。國內(nèi)各電視機及機頂盒廠商在等待多年之后,終于開始相關產(chǎn)品的實質性產(chǎn)品化設計及批量生產(chǎn)。
dtmb標準回顧
根據(jù)標準文本可看出,dtmb標準是單載波系統(tǒng)和多載波系統(tǒng)相融合的產(chǎn)物。載波數(shù)、pn類型、星座點、nr編碼和ldpc編碼碼率、交織深度等多個參數(shù)選項總共衍生出330種組合。然而,其中有些參數(shù)選項明顯是為了某種載波調制方式而設的,將它們應用到另一種載波調試方式則意義不大。在這330種模式中,大約260種是我們認為有實用價值的。事實上,相關部門研究制定的《地面數(shù)字電視接收機通用規(guī)范》也只對其中的7種模式作了要求。減少模式有利于降低產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)成本并快速將方案推向實際應用。
drx398yz的系統(tǒng)原理框圖
每個dtmb的信號幀均由用于同步和信道估計的pn序列以及數(shù)據(jù)載荷部分組成。單載波模式下的數(shù)據(jù)載荷在時域進行調制,而多載波模式下的數(shù)據(jù)載荷在頻域進行調制。對于標準的多載波部分,使用頻域處理是傳統(tǒng)的解決方案,這使得與頻譜相關的各類信道失真(諸如模擬同頻干擾、單頻干擾等)可以很方便地得到偵測、抑制或補償。對于標準的單載波部分,則最好使用時域的判決反饋均衡器,以便偵測時域相關的失真(諸如回波、相位抖動等)。均衡器的工作不僅基于pn序列,而且在數(shù)據(jù)載荷部分也能繼續(xù)。雖然這類時域均衡器的實現(xiàn)成本可能較高,但它們的性能好,還是物有所值的。
pn420和pn945幀頭由循環(huán)pn序列構成,并發(fā)送功率高于幀內(nèi)數(shù)據(jù)載荷部分。這使得多載波解調器可以僅依賴pn序列所帶來的信道信息對頻域載荷進行糾正補償。相同的幀也可以用于單載波中,但高功率的pn要求均衡器的精度要提高,從而增加了實現(xiàn)成本。此外,這些序列的循環(huán)特性會在均衡器抽頭上形成回波的假象,并與真實信號中的回波混在一起,很難消除。因此,非循環(huán)且信號功率連續(xù)的pn595序列更適合于標準中的單載波部分。
pn420和pn945幀頭又分為固定和旋轉兩種。在固定模式下,每幀的pn序列都是相同的;在旋轉模式下,每幀pn序列的起始相位都不同。由于回波的影響,前一幀的數(shù)據(jù)載荷會延后疊加到當前幀pn序列的前半部分,后半部分可仍舊保持“干凈”。傳統(tǒng)的處理此類失真的辦法是在時間上進行濾波以減少影響。但在旋轉模式下,pn序列的各部分均可以通過“干凈”的窗口,這使得更多更好的信道算法可以得到運用。高級的解調芯片可以基于旋轉模式提供更好的接收性能。
還有一類參數(shù)組合不太實用,即多載波的qpsk-nr模式。nr編碼的碼率是0.5,且只能結合碼率為0.8的ldpc碼使用,這使得總的編碼碼率為0.4。該組合的效率并沒有碼率為0.4的ldpc碼高,因此在多載波模式下,應優(yōu)先使用ldpc 0.4模式。在單載波模式下,nr解碼器的短延遲使其能成為時域均衡器的一部分,有助于提高判決反饋均衡器的性能。
dtmb解調芯片的設計挑戰(zhàn)
芯片設計的主要挑戰(zhàn)總是如何提供一款性能優(yōu)越且成本相對較低的產(chǎn)品。對于dtmb這樣較復雜的標準來說,做到這一點并不容易,需要仔細斟酌哪些特性是有用的,并能解決實際碰到的問題。當將dtmb與dvb-t、atsc和isdb-t進行比較時,dtmb在接收機成本方面處在劣勢。因此,設計重點不僅在于如何降低解調芯片的成本,同時也在于如何降低接收機的整體成本。
降低接收機的整體成本無非有以下幾種方式:將外部電路集成到芯片內(nèi);降低對外部電路的性能要求或者擯棄外部電路;仔細考慮合適的芯片封裝形式;縮小pcb面積。此外,如果現(xiàn)有的其他制式的解調產(chǎn)品可以快速切換到dtmb制式,也能有效地降低設計成本和縮短產(chǎn)品上市時間。
任何解調產(chǎn)品的設計都是從仔細選擇針對中頻信號的高性能數(shù)模轉換器(adc)開始的。如果adc的性能不好,后續(xù)的數(shù)字邏輯設計無法彌補性能損失。為保證系統(tǒng)的低成本,通常采用廉價的低頻晶振。高級的解調芯片甚至可以復用高頻頭內(nèi)部的基準時鐘,