地面数字电视国家标准技术解读

时间：2008-07-22 23:44:28 来源：作者：

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-TC-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。
　　6.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。（见表2）

　　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。（见表3）

　　7.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。
　　8.系统同步快
　　TDS-OFDM 是靠PN 序列进行同步的，仅在时域进行，同步时间约为1 毫秒，相当于相邻PN 序列的时间间隔。这一优点已在广电测试中得到验证。而C-OFDM 的同步技术实现复杂，同步时间为几十毫秒左右。
　　9.易于构筑单频网
DVB-T 在MPEG 码流层进行单频网同步，其实现技术比较复杂。国标DTMB 的帧结构以整秒为单位，能
够在传输物理层对单频网进行同步，实现设备简单，建网成本低。

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