GY T 220.1-2006 移动多媒体广播 第1部分 广播信道帧结构、信道编码和调制.pdf
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1、 中华人民共和国广播电影电视行业标准 GY/T 220.12006 移动多媒体广播 第1 部分:广播信道 帧结构、信道编码和调制 Mobile Multimedia Broadcasting Part 1: Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Broadcasting Channel 2006-10-24 发布 2006-11-01实施 国家广播电影电视总局 发布GYGY/T 220.12006 I 目 次 前言 III 引言 . IV 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语、定义、缩略语、符号和约定 1 3.1 术
2、语和定义 1 3.2 缩略语 2 3.3 符号和操作符 3 4 系统描述 3 4.1 综述 4 4.2 物理层结构 4 4.3 物理层帧结构 5 4.4 物理层的输入和输出 8 5 子系统说明 8 5.1 RS编码和字节交织 8 5.2 LDPC编码 9 5.3 比特交织 . 10 5.4 星座映射 . 10 5.5 频域OFDM符号形成 . 12 5.6 扰码 . 15 5.7 OFDM调制 . 16 5.8 成帧 . 17 5.9 调制后的射频信号 . 17 附 录 A (规范性附录) 发射机标识序列 21 附 录 B (规范性附录) RS(240,K)生成方式 28 附 录 C (规范性
3、附录) LDPC码字比特映射向量 30 附 录 D (规范性附录) LDPC码奇偶校验矩阵H . 53 附 录 E (资料性附录) 系统净荷数据率 . 159 图1 移动多媒体广播系统广播信道物理层逻辑信道 4 图2 物理层功能框图 5 图3 基于时隙划分的帧结构 5 图4 信标结构 5 图5 同步信号伪随机序列生成器 7 图6 OFDM符号 7 图7 保护间隔间的交叠 7 图8 保护间隔信号选取 8 图9 字节交织器与RS(240,K)编码 9 图10 比特交织 10 GY/T 220.12006 II 图11 BPSK星座映射 11 图12 QPSK星座映射 11 图 13 16QAM星座
4、映射. 12 图14 信号分布图案 13 图 15 产生扰码的线性反馈移位寄存器 16 图 16 OFDM符号子载波结构示意图(Bf=8MHz) . 17 图 17 OFDM符号子载波结构示意图(Bf=2MHz) . 17 图 18 广播信道调制信号理论功率谱(Bf=8MHz) . 18 图 19 广播信道调制信号理论功率谱(Bf=2MHz) . 19 图 20 调制信号频谱模板(Bf=8MHz) . 19 图 21 调制信号频谱模板(Bf=2MHz) . 20 表1 T 0和T1取值 7 表 2 字节交织器参数MI 9 表3 LDPC编码配置 9 表4 比特交织器参数取值. 10 表 5 连
5、续导频在OFDM符号中的位置. 13 表6 用于传输系统信息的连续导频. 14 表7 传输指示信息. 14 表8 扰码移位寄存器初始值. 15 表 9 带内功率定义为 0dB时频谱模板中各点相对功率值(Bf=8MHz). 20 表 10 带内功率定义为 0dB时频谱模板中各点相对功率值(Bf=2MHz) 20 表A1 发射机标识序列 21 表B1 RS(240,240)生成多项式系数 28 表B2 RS(240,224)生成多项式系数 28 表B3 RS(240,192)生成多项式系数 28 表B4 RS(240,176)生成多项式系数 29 表E1 系统净荷数据率 . 159 GY/T 22
6、0.12006 III 前 言 本标准为GY/T 220移动多媒体广播标准系列的第1部分。 本标准的附录 A、B、C、D 为规范性附录。 本标准的附录 E 为资料性附录。 本标准由全国广播电视标准化技术委员会归口。 本标准起草单位:国家广播电影电视总局广播科学研究院、北京泰美世纪科技有限公司。 本标准主要起草人:杨庆华、陶涛、葛启宏、梁毅斌、宋挥师、白栋。 GY/T 220.12006 IV 引 言 本标准的发布机构提请注意如下事实,使用者声明符合本标准时,可能使用涉及本标准有关内容的 相关授权的和正在申请的专利。 本标准的发布机构对于专利的范围、有效性和验证资料不提出任何看法。 专利持有人已
7、向本标准的发布机构保证,愿意同任何申请人在合理和无歧视的条款和条件下,就使 用授权许可进行协商。该专利持有人的声明已向本标准的发布机构提交。 下表列出专利权利人的信息: 专利权利人 联系地址 北京泰美世纪科技有限公司 北京市海淀区蓝靛厂东路2号, 2号院2号楼2单元11F (100097)联系人:叶睿睿 通信地址:北京市海淀区蓝靛厂东路 2 号,2 号院 2 单元2号楼 11F 邮政编码:100097 电子邮件: 电话:010-88865631 请注意除标准专利许可声明中已经识别出的专利外,GY/T 220 的本部分的某些内容有可能涉及其 它专利。GY/T 220 本部分的发布机构不应承担识别
8、这些专利的责任。 GY/T 220.12006 1 移动多媒体广播 第1 部分:广播信道帧结构、信道编码和调制 1 范围 本标准规定了在30MHz3000MHz的频率范围内,移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、 信道编码和调制。 本标准适用于在30MHz3000MHz的频率范围内,通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信 息等多媒体信号的广播系统。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的 修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不
9、注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 GB/T 7400.2 广播电视名词术语 无线电广播 GB/T 7400.11 数字电视术语 3 术语、定义、缩略语、符号和约定 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1.1 保护间隔 guard interval 发送符号之间的过渡信号,用于符号间平滑。 3.1.2 导频 pilot OFDM符号中位于特定位置上的一部分子载波,用来发送辅助终端解调的信号。 3.1.3 发射机标识信号 transmitter identifier signal 位于物理层信号帧中每个时隙开始处的一段信号,用于区分不同的发射机。 3.1.4 符号星座映
10、射 constellation mapping 将待传输的符号对应到星座图上信号矢量的过程。 3.1.5 控制逻辑信道 control logical channel 用于传送系统控制信息的物理层逻辑信道,信道参数固定不变。 3.1.6 离散导频 scattered pilot 在相邻OFDM符号中具有不同位置的导频。 3.1.7 连续导频 continual pilot 在相邻OFDM符号中具有相同位置的导频。 3.1.8 GY/T 220.12006 2 前向纠错码 forward error correction code 利用增加冗余信息获得纠错能力的编码结构。 3.1.9 扰码 sc
11、ramble code 用于数据随机化的二进制序列。 3.1.10 上层数据流 upper-layer data stream 由上层协议分配的、经由物理层某一逻辑信道向终端广播的数据流。 3.1.11 时隙 time slot 物理层信号帧中的具有固定时间长度的信号片断,可由终端单独接收。 3.1.12 数据子载波 data sub-carrier OFDM符号中用于承载上层数据流的子载波。 3.1.13 物理层逻辑信道 physical logical channel 物理层承载上层业务数据流的传输通道,每个物理层逻辑信道独立编码调制,可以占用一个或多个 时隙。 3.1.14 信标 bea
12、con 每个时隙开始处的一段信号,包括发射机标识信号和同步信号。 3.1.15 虚拟子载波 virtual sub-carrier 不承载任何信号的OFDM子载波,载波发送功率为0。 3.1.16 循环前缀 cyclic prefix 位于OFDM数据体前的一段数据,其内容是OFDM数据体尾部数据的拷贝。 3.1.17 业务逻辑信道 service logical channel 用于传送业务的物理层逻辑信道,信道参数可配置。 3.1.18 有效子载波 valid sub-carrier OFDM符号中承载实际信号的子载波,包括数据子载波、离散导频和连续导频。 3.2 缩略语 下列缩略语适用于
13、本标准。 BPSK (Binary Phase Shift Keying) 二进制相移键控 CP (Cyclic Prefix) 循环前缀 CLCH (Control Logical Channel) 控制逻辑信道 FEC (Forward Error Correction) 前向纠错码 GI (Guard Interval) 保护间隔 IFT (Inverse Fourier Transform) 逆傅立叶变换 LDPC (Low Density Parity Check) 低密度奇偶校验码 LSB (Least Significant Bit) 最低有效位 MSB (Most Signif
14、icant Bit) 最高有效位 GY/T 220.12006 3 MUX (Multiplex) 复接 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 正交频分复用 PLCH (Physical Logical Channel) 物理层逻辑信道 PN (Pseudo-random Noise Sequence) 伪随机噪声序列 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 正交幅度调制 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 正交相移键控 RS (Reed-Solomon Co
15、des) 里德所罗门码 SLCH (Service Logical Channel) 业务逻辑信道 TxID (Transmitter Identifier) 发射机标识 TS (Time Slot) 时隙 3.3 符号和操作符 以下符号适用于本标准。 f B 物理层带宽 H LDPC奇偶校验矩阵 b I 比特交织器列数 b M 比特交织器行数 I M 字节交织器行数 b N 同步信号的子载波数 ID N 发射机标识信号的子载波数 S N OFDM符号的子载波数 V N OFDM符号的有效子载波数 () c P i 复伪随机扰码序列 () St 物理层射频信号 () b St 同步信号 ()
16、ID St 发射机标识信号 () n St OFDM符号 b T 同步信号的符号长度 CP T OFDM符号的循环前缀长度 GI T 保护间隔长度 ID T 发射机标识信号的符号长度 S T OFDM符号的符号长度 U T OFDM符号的数据体长度 GI T 保护间隔长度 () wt 窗函数 () b Xi 同步信号频域伪随机序列 () ID Xi 发射机标识信号频域伪随机序列 ( ) b f 同步信号的子载波间隔 ( ) ID f 发射机标识信号的子载波间隔 () S f OFDM符号的子载波间隔 以下操作符适用于本标准。 T矩阵转置操作符 卷积操作符 4 系统描述 GY/T 220.120
17、06 4 4.1 综述 本标准定义了在30MHz3000MHz频率范围内,移动多媒体广播系统广播信道物理层各功能模块,给 出了移动多媒体广播信道物理层传输信号的帧结构、信道编码、调制技术以及传输指示信息。本标准定 义的广播信道物理层带宽( f B )包括8MHz和2MHz两种选项。广播信道物理层以物理层逻辑信道的形式 向上层业务提供传输速率可配置的传输通道,同时提供一路或多路独立的广播信道。物理层逻辑信道支 持多种编码和调制方式用以满足不同业务、不同传输环境对信号质量的不同要求。本标准定义的广播信 道物理层支持单频网和多频网两种组网模式, 可根据应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和 参
18、数。物理层支持多业务的混合模式,达到业务特性与传输模式的匹配,实现业务运营的灵活性和经济 性。 4.2 物理层结构 本节概括描述移动多媒体广播系统广播信道物理层结构。广播信道物理层通过物理层逻辑信道 (PLCH) 为上层业务提供广播通道。 物理层逻辑信道分为控制逻辑信道 (CLCH) 和业务逻辑信道 (SLCH) 。 控制逻辑信道用于承载广播系统控制信息,业务逻辑信道用于承载广播业务。物理层只有一个固定的控 制逻辑信道,占用系统的第0时隙发送。业务逻辑信道由系统配置,每个物理层带宽内业务逻辑信道的 数目可以为139个,每个业务逻辑信道占用整数个时隙,见图1。 时隙 1 时隙 2 时隙 3 时隙
19、 4 时隙 5 时隙 k 时隙 k1 时隙 k2 时隙 0 时隙 38 时隙 39 信道编码、调制、时隙分配 CLCH SLCH0 SLCH1 SLCH SLCH PLCH图1 移动多媒体广播系统广播信道物理层逻辑信道 物理层对每个物理层逻辑信道进行单独的编码和调制, 其中控制逻辑信道采用固定的信道编码和调 制模式:RS编码采用RS(240,240),LDPC编码采用1/2码率,星座映射采用BPSK映射,扰码初始值为选项 0。业务逻辑信道的编码和调制模式根据系统需求可灵活配置,配置模式通过系统控制信息向终端广播。 根据编码和调制参数不同,物理层可提供不同的传输净荷,具体参数参见附录E。 物理层
20、逻辑信道的编码和调制功能框图见图2,各子模块的详细内容在第5章中定义。来自上层的输 入数据流经过前向纠错编码、交织和星座映射后,与离散导频和连续导频复接在一起进行OFDM调制。调 制后的信号插入帧头后形成物理层信号帧,再经过基带至射频变换后发射。 GY/T 220.12006 5 RS编码和 字节交织 LDPC编 码 星座映 射 比特交 织 上层数据流2 扰码 成帧 基带到 射频的 变换 OFDM频 域符号 形成 OFDM调 制 射频发射 RS编码和 字节交织 LDPC编 码 星座映 射 比特交 织 上层数据流1 离散导 频 连续导 频 传输指 示信息 RS编码和 字节交织 LDPC编 码 星
21、座映 射 比特交 织 上层数据流N图2 物理层功能框图 4.3 物理层帧结构 4.3.1 帧结构 物理层信号每1秒为1帧,划分为40个时隙。每个时隙的长度为25ms,包括1个信标和53个OFDM符号。 基于时隙划分的帧结构见图3。 图3 基于时隙划分的帧结构 4.3.2 信标 信标结构见图4,包括发射机标识信号(TxID)以及2个相同的同步信号。 图4 信标结构 4.3.2.1 发射机标识信号 发射机标识信号 () ID St 为频带受限的伪随机信号,用于标识不同发射机。 () ID St 长度记为 ID T ,取值 为 36.0 s 。发射机标识信号见式(1): 1 2()( ) 0 1 (
22、) () , 0 ID ID IDCP N jiftT IDI D I D i ID St Xie tT N = = (1) GY/T 220.12006 6 式中: ID N 发射机标识信号的子载波数 () ID X i 承载发射机标识序列的BPSK调制信号 () ID f 发射机标识信号的子载波间隔,取值为39.0625kHz IDCP T 发射机标识信号的循环前缀长度,取值为10.4 s 发射机标识信号的子载波数 ID N 根据不同物理层带宽( f B )取值如下: 256, 8 64, 2 f ID f BM H z N BM H z = = = (2) 承载发射机标识序列的BPSK调
23、制信号 () ID X i 由发射机标识序列 () TxID k 映射产生, 映射方式见式 (3) 和式(4): 8 f BM H z = : 12 (1 ) , 1 9 5 () 0 , 0 9 6 1 5 9 1 2 ( 65), 160 255 ID TxID i i Xi i i TxID i i = 或 .(3) 2 f BM H z = : 12 (1 ) , 1 1 8 () 0 , 0 1 9 4 4 12 (2 7 ) , 4 5 6 3 ID TxID i i Xi i i TxID i i = 或 (4) 发射机标识序列 () TxID k 长度为 191 比特( 8 f
24、 BM H z = )或 37 比特( 2 f BM H z = ),定义见附录 A。 4.3.2.2 同步信号 同步信号 () b St为频带受限的伪随机信号,长度记为 b T ,取值为 204.8 s 。同步信号见式(5): 1 2() 0 1 () () , 0 b b N jift bb b i b St Xie tT N = = (5) 式中: b N 同步信号的子载波数 () b X i 承载二进制伪随机序列 () b PN k 的BPSK调制信号 () b f 同步信号的子载波间隔,取值为4.8828125kHz 同步信号的子载波数 b N 根据不同物理层带宽( f B )取值如
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