国标CTTB单载波技术简介

国标单载波简介

一、ADTB-T技术的本质

上海交通大学等单位提出并研制成功的高级数字电视地面广播传输技术

ADTB-T，是针对我国数字电视地面广播实际业务需求及技术要求，发展的一套支

持大容量、高速度、单载波移动和固定接收以及单频组网的新技术。该技术在承

接单载波系统覆盖范围性能好、抗同邻频干扰能力强的基础上，进一步的解决了

抗恶劣、动态信道干扰，以及单频组网的国际性难题，具有广泛的应用前景。

ADTB-T已经成为2006年8月颁布的国标《数字电视地面传输系统帧结构、信道

编码和调制技术规范》的主要技术基础之一。

ADTB-T系列技术主要包括以下部分：

1.1单载波调制

所谓单载波调制技术，是将需要传输的数据流调制到单个载波上进行传送，

目前应用最为广泛的是QAM，OQAM，PSK等星座映射方式。单从调制技术本身来

看，具有信号峰均比低；接收灵敏度号；对载波偏差、相位噪声不敏感；实现简

单等优点。但传统的单载波技术对付信道衰落的能力较差。在国标中，单载波调

制方式已经成为“帧体数据处理”模式中的一种，在国标的所有支持模式中，超

过一半均为单载波调制。必须指出，单纯的调制技术是无法满足数据可靠传输的

需要，还需要数据结构、信道编解码方案、同步与均衡算法的支持来保持单载波

本身的优势，进一步提高对付信道衰落的能力。

1.2简洁有效的数据结构

数据结构的简洁有利于接收系统的低成本实现，有利于快速同步与均衡。一

个简洁的数据结构的基本单元至少包括3部分：确知信息、系统信息以及编码数

据。ADTB-T技术的一大特点就是数据结构以“帧”为基本单元，包括帧头（确

知信息）、加强保护的系统信息、经高效编码保护的数据信息。帧头应该选择具有伪随机特性的序列（PN），插入的周期应该在500微秒到

1毫秒之间，序列长度应大于判决反馈均衡器的级数，这样既保证了传输效率，

又能够提高抗信道动态衰落的能力。

在国标中，满足以上帧头要求的帧格式如图1：

1.2.1帧头格式

国标中明确规定了“帧头模式2采用10阶最大长度伪随机二进制序列截短

而成，帧头信号的长度为595个符号，是长度为1023的m序列的前595个码片。

帧头信号的平均功率与帧体信号的平均功率相同。”由于均衡器抽头1.3高效信道编码方案与低阶星座映射的结合

近年来，随着信道编译码技术的飞速发展，基于软输入多次迭代的信道编码

方案不断出现，其代表是Turbo乘积（TPC）编码与低密度校验（LDPC）编码。

这2类码都有一个特性：越是高效率的编码，其性能越容易接近香农限。而对于

单载波调制，在均衡输出期望已经消除信道频率选择性衰落的影响，输出数据是

“白”的，更容易体现高效TPC与LDPC的性能。另一方面，低阶星座映射能够

提供更大的欧氏距离，这对于均衡收敛带来很大的好处。所以，高效信道编码方

案与低阶星座映射的结合既保证了频谱效率又提升了抗信道衰落的性能。

在国标中采用以下的组合就可以实现5.197Mbps到25.989Mbps的码率传输：

应该注意到，LDPC基于比特节点和校验节点之间迭代运算的各种译码算法

不可避免要使用大量分散的RAM块；并且不同码率的编码不能像传统的卷积编码

可以通过穿孔来实现，这将导致不同码率的码有各自的校验矩阵，各自的解码实

现。所以与传统的维特比译码与RS译码相比，LDPC的硬件复杂度和实现成本将

会有较大的提高，特别在同时实现多种码率的LDPC解码时，硬件复杂度将进一

步提高，采用ADTB-T的高效信道编码与低阶星座映射结合的技术有利于接收芯

片复杂度的降低。

1.4基于双导频及已知序列的同步技术

采用双导频技术：双导频信号仅仅占用0.2dB的信号功率，可以用于载波

恢复、时钟恢复、均衡等。采用双导频技术，可以在信道条件特别恶劣的情况下，

进行载波/时钟恢复。下图为国标中添加双导频的频谱图。

在导频信号不存在的情况下，可以利用PN序列来检测一定范围的载波偏差。

对于相邻2帧的PN头信号，这两段信号之间的发送延时为，由于PN序列良好的

自相关性有利于分离多径的影响，就不妨设这两段已知信号是一段完全一样的

PN序列，记为PN(t)以及PN(t-T1)，其中0≤t≤T;T

载波偏差，这两段信号不再相等，互相之间有12fTΔπ的初始相位偏差，如果

ππ221≤ΔfT则可以通过两段数据的相关后提取相位得到fΔ的估计。

1.5改进的均衡接收技术

ADTB-T的均衡技术在传统的LMS算法基础上，依靠国标中的简洁数据结构，

采用NR准正交解映射与均衡结合的新算法，同时开发了一批专利保护的重叠结

构技术，突破了单载波抗0dB多径、高速移动接收的难题。同时，均衡LMS算

法能够自适应的对付单频干扰、窄带干扰。这是单载波技术能够很好的对付模拟

同/邻频（单频）干扰、数字同/邻频（窄带）干扰的理论基础。

1.6地面数字电视国标发端系统框图1随机化：为了保证传输数据的随机性以便于传输信号处理，输入的数据码

流数据需要用扰码进行加扰。

2前向纠错编码：前向纠错编码由外码（BCH码）和内码（LDPC）级联实

现，采用了三种不同的码率以满足各种服务需求，并且为了降低实现成本，三种

不同码率的前向纠错码使用同样的BCH码，同时LDPC码具有相同的结构，达

到了硬件实现的资源共享。

3星座映射与交织：本标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、

16QAM、4QAM、4QAM-NR。

(1)4QAM与4QAM+NR的符号映射对应于高速移动服务业务的需求，可以支

持标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和接收质量的服务需求。

(2)4QAM、16QAM与32QAM符号映射可对应于中码率服务业务的需求，

可以支持多路标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和频率资源利用的服务需

求。

(3)32QAM和64QAM符号映射对应于高码率服务业务的需求，可以同时支

持高清晰度电视和多路标准清晰度电视的广播。

本标准采用了时域符号交织技术以提高抗脉冲噪声干扰能力。时域符号交织

编码是在多个信号帧之间进行的。数据信号的数据块间交织采用基于星座符号的

卷积交织编码。

4信息系统：系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括符号

星座映射模式、LDPC编码的码率、交织模式信息、帧体信息模式等。

5帧体数据处理：帧体数据块复接系统信息后，用C个子载波调制。有两种

工作模式：C=1或C=3780。

在载波数C=1

模式下，作为可选项，对帧头和帧体经过组帧后形成的基带数据在±0.5符号速率位置插入双导频。在载波数C=3780模式下使用频域交织，

将调制星座点符号映射到帧体包含的3780个有效载波上。

6组帧：本标准采用了创新的帧信号结构。该结构是周期性的，以信号帧为

基本单位，每个信号帧由训练序列、系统信息、帧体数据三部分组成。

7基带后处理：基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦（SquareRootRaised

Cosine，SRRC）滤波器进行基带脉冲成形。SRRC滤波器的滚降系数α为0.05。

二、国标ADTB-T技术的部分测试结果与分析

符合国标参数的PN595+单载波+多载波的融合接收机在今年7月在北京已经

作了测试。测试结果表明，以交大时域技术为基础的单多载波融合接收机继承了

交大长年的研发技术优势，与固定覆盖性能有关的各技术指标上与国标的其他模

式相比均有较明显的优势，这些指标包括灵敏度、抗同频/邻频性能、峰均比等。

同时，该融合接收机能够支持900多公里的移动接收，远超过国标中的其他模式。按照国标中的要求，定义以下码率：

部分具体测试结果如下：

2.1接收灵敏度工作模式最小信号接收电平(dBm)低码率-95.5中码率-91高码率-84.5甚高码率-81

注：测试值越大，表示系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强。

2.2动态多径信道下的最大多普勒频移

注：测试值越大，表示系统抗动态多径干扰和高斯噪声能力越强。

在使用UHF频段时，最大多普勒频移649Hz意味着约900公里的移动速度，

而其它数字电视地面传输系统已公开的最多也只有150Hz左右。

2.3同频保护率

注：测试值越小，表示系统的抗同频干扰能力越强。

从测试结果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技术接收，即

使是多载波也能取得较好的抗模拟同频的能力；而采用其它模式和技术，即使是

单载波性能要差7dB以上。2.4上、下邻频保护率

从测试结果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技术接收，即

使是多载波也能取得较好的抗模拟、数字邻频的能力；而采用其它模式和技术，

无论是单载波还是多载波性的抗数字邻频能力要差8dB以上，抗模拟邻频的能力

要比PN595单载波差3dB。

2.5峰值平均功率比

值得注意的是，当采用PN420或者PN945作为帧头模式时，由于帧头功率加

倍，即使再选用单载波调制方式也不能得到峰均比低的优势了。