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

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 .

2、1 3.1 术语和定义 . . 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O FDM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

3、） 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 （规范性附录） LD PC码 字比特映射向量 . 30 附 录 D （规范性附录） LD PC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

4、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 16QA M星座映射 . 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（B f=8MHz） . 17 图 17 OFDM符号子载波结构示意图（B f=2MHz） . 17 图 18 广播信道调制信号理论功率谱（B f=8MHz） . 18 图 19 广播信道调制信号理论功率谱（B f=2MHz） . 19 图 20 调

5、制信号频谱模板（B f=8MHz） . 19 图 21 调制信号频谱模板（B f=2MHz） . 20 表1 T 0和T 1取值 . 7 表 2 字节交织器参数M I . 9 表3 LDPC编码配置. . 9 表4 比特交 织器参数取值 . 10 表 5 连续导频在O FDM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（B f=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（B f=2MHz）. 20 表A1

6、 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 220.12006 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

7、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

8、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

9、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 i nterval 发送符号之间的过渡信号，用

10、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 i dentifier 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 符号星座映射 constella tion 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 log ical 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

11、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 scramble 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

12、.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 lo gical 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 beacon 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 cycli c prefix 位于OFDM数据体前的一段数据，其内容是OFDM数据体尾部

13、数据的拷贝。 3.1.17 业务逻辑信道 service log ical 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 下列缩略语适用于本标准。 BPSK （Binary Phase Shift Keying） 二进制相移键控 CP （Cyclic Prefix） 循环前缀 CLCH （Control Logi cal Channel） 控制逻辑信道 FEC （Forward Error Correction） 前向纠错码

14、GI （Guard Interval） 保护间隔 IFT （Inverse Fouri er Transform） 逆傅立叶变换 LDPC （Low Density Parity Check） 低密度奇偶校验码 LSB （Least Signi ficant Bit） 最低有效位 MSB （Most Signif icant Bit） 最高有效位 GY/T 220.12006 3 MUX （Multiplex） 复接 OFDM （Orthogonal F requency Division Multiplexing） 正交频分复用 PLCH （Physical Log ical Channel

15、） 物理层逻辑信道 PN （Pseudo-random Noi se Sequence） 伪随机噪声序列 QAM （Quadratur e Amplitude Modulation） 正交幅度调制 QPSK （Quadrature Phas e Shift Keying） 正交相移键控 RS （Reed-Solomon Codes） 里德所罗门码 SLCH （Service Logi cal 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。 fB 物理层带宽

16、H LDPC奇偶校验矩阵 bI 比特交织器列数 bM 比特交织器行数 IM 字节交织器行数 bN 同步信号的子载波数 IDN 发射机标识信号的子载波数 SN OFDM符号的子载波数 VN OFDM符号的有效子载波数 ()cP i 复伪随机扰码序列 ()St 物理层射频信号 ()bSt 同步信号 ()IDSt 发射机标识信号 ()nSt OFDM符号 bT 同步信号的符号长度 CPT OFDM符号的循环前缀长度 GIT 保护间隔长度 IDT 发射机标识信号的符号长度 ST OFDM符号的符号长度 UT OFDM符号的数据体长度 GIT 保护间隔长度 ()wt 窗函数 ()bXi 同步信号频域伪随

17、机序列 ()IDXi 发射机标识信号频域伪随机序列 ( )bf 同步信号的子载波间隔 ( )IDf 发射机标识信号的子载波间隔 ()Sf 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 220.12006 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（fB ）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

18、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

19、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 SLCHPLCH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

20、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LDP

21、C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 ()IDSt为频带受限的伪随机信号，用于标识不同发射机。 ()IDSt长度记为IDT ，取值为 36.

22、0 s 。发射机标识信号见式（1）： 12( )( )01() () , 0IDID IDCPNjif tTIDID IDiIDSt Xie tTN=.（1） GY/T 220.12006 6 式中： IDN 发射机标识信号的子载波数 ()IDX i 承载发射机标识序列的BPSK调制信号 ()IDf 发射机标识信号的子载波间隔，取值为39.0625kHz IDCPT 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IDN 根据不同物理层带宽(fB )取值如下： 256, 864, 2fIDfBMHzNBMHz=.（2） 承载发射机标识序列的BPSK调制信号 ()ID

23、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）： 8fBMHz= ： 12 ( 1), 1 95() 0, 0 96 1591 2 ( 65), 160 255IDTxID i iXi i iTxID i i = 或 .（3） 2fBMHz= ： 12 ( 1), 1 18() 0, 0 19 4412 ( 27), 45 63IDTxID i iXi i iTxID i i = 或 .（4） 发射机标识序列 ()TxID k 长度为 191 比特（ 8fBMHz= ）或 37 比特（ 2fBMHz= ），定义见附录 A。 4.3.2.2 同步信号 同步信

24、号 ()bSt为频带受限的伪随机信号，长度记为bT ，取值为 204.8 s 。同步信号见式（5）： 12( )01() () , 0bbNjiftbb bibSt Xie t TN=.（5） 式中： bN 同步信号的子载波数 ()bX i 承载二进制伪随机序列 ()bPN k 的BPSK调制信号 ()bf 同步信号的子载波间隔，取值为4.8828125kHz 同步信号的子载波数bN 根据不同物理层带宽(fB )取值如下： 2048, 8512, 2fbfBMHzNBMHz=.（6） 承载二进制序列伪随机 ()bPN k 的 BPSK 调制信号 ()bX i 由 ()bPN k 映射产生，映射

25、方式见式（6）和式（7）： 8fBMHz= ： 12 ( 1), 1 768( ) 0, 0 769 12791 2 ( 512), 1280 2047bbbPN i iXi i iPN i i = 或 .（7） 2fBMHz= ： 12 ( 1), 1 157( ) 0, 0 158 3541 2 ( 198), 355 511bbbPN i iXi i iPN i i = 或 .（8） 二进制伪随机序列 ()bPN k 由图 5 所示线性反馈移位寄存器产生，生成多项式为：11 91xx+。移位GY/T 220.12006 7 寄存器初始值对每个同步信号均相同，为 01110101101（见

26、图 5）。 1 0 1 0 1 1 0+10 11图5 同步信号伪随机序列生成器 4.3.3 OFDM 符号 OFDM符号由循环前缀（CP）和OFDM数据体构成(见图6)。OFDM数据体长度（UT ）为 409.6 s ，循环前缀长度（CPT ）为 51.2 s ，OFDM符号长度（ST ）为 460.8 s 。OFDM符号的生成方法见5.7节。 CP OFDM数据体TUTCPTS图6 OFDM 符号 4.3.4 保护间隔 发射机标识信号、同步信号和相邻OFDM符号之间，通过保护间隔（GI）相互交叠，保护间隔的长度（GIT ）为 2.4 s 。相邻符号经过窗函数 ()wt 加权后，前一个符号的

27、尾部GI与后一个符号的头部GI相互叠加，叠加方式见图7。窗函数 ()wt 定义见式（9）： 图7 保护间隔间的交叠 ()() ()0101 01 010.5 0.5cos( / ), 0( ) 1, 0.5 0.5cos( ( ) / ), 2GI GIGI GIGI GI GItT t Twt T t T T TTTtT TT T tTT T+ =+ + + +.（9） 式中： 0T 数据体长度，取值见表1 1T 循环前缀长度，取值见表1 表1 T 0和T 1取值 信号 T0 ( s ) T1 ( s ) 发射机标识信号 25.6 10.4 同步信号1）409.6 0 OFDM符号 409.

28、6 51.2 1） 注：符号交叠时，每时隙中两段同步信号作为一段信号处理，两段同步信号间不加保护间隔 GY/T 220.12006 8 保护间隔信号的选取方式见图8。 CPGI GI数据体TGIT1T0TGI复制复制图8 保护间隔信号选取 4.4 物理层的输入和输出 物理层的输入为上层数据流，输出为射频信号。 5 子系统说明 5.1 RS 编码和字节交织 RS编码和字节交织按照按列输入和输出， 按行编码的方式进行。 RS码采用码长为240字节的RS(240,K)截短码。该码由原始的RS（255,M）系统码通过截短产生,其中 M=K+15。K为一个码字中信息序列的字节数，校验字节数为(240K)

29、。RS(240,K)码提供4种模式，分别为K =240，K=224，K=192，K=176。 RS码的每个码元取自域GF(256)，其域生成多项式为8432() 1pxxxxx= +。RS(240,K)的生成多项式见附录B。 截短码RS(240,K)采用如下方式进行编码：在K个输入信息字节01 1(, )Kmm mL 前添加15个全“0”字节，构造为原始的RS（255,M）系统码的输入序列01 1(0,0, ,0, , , , )Kmm mLL ，编码后生成码字01 101 25 1(0,0, ,0, , , , , , , , )KMmm m pp pLL L ，再从码字中删去添加的字节，即

30、得到240字节的截短RS码码字0 1 1 0 1 255 1(, , )KMmm m pp pLL 。 字节交织器为块交织器，结构见图9。字节交织器的列数固定为240，与RS码的码长相同，交织深度由行数IM 确定。字节交织器按列划分为信息区（图9左边阴影区）和校验区（图9右边非阴影区）。字节交织器分区与RS码适配。采用RS(240,K) 时，字节交织器的第0列至第(K-1)列存放信息字节。字节交织器中的每个字节由其在交织器中的坐标表示，例如位于交织器中第s行第t列的字节记为,s tB 。 上层数据流输入字节交织器的方式是：二进制比特流按照低位优先的方式划分为字节，逐字节按列填充至字节交织器，字

31、节交织器填充的列序号由0至(K-1)升序排列。填充第k列时，首先填充0,kB 字节，依次填充直至1,IM kB字节， 第k列填充完成， 下一字节填充至第k+1列的第0字节， 直至第(K-1)列的第(M I-1)个字节。 在字节交织器的第r行中 ()01IrM ,信息区组成一个长度为K的信息序列(),0 ,1 , 1,rr rKBB BL ，作为RS(240,K)码的输入。RS(240,K)码的输出码字为( ),0 ,1 , 1 ,0 ,1 ,239, , ,rr rK rr rKBB B pp pLL ，其中(),0 ,1 ,239,rr rKpp pL 为(240-K)个校验字节。校验字节,

32、(0 239 )ripi K 填充至字节交织器的,rKB 至,239rB 字节。 GY/T 220.12006 9 字节交织器按列顺序输出。首先输出第0列数据，直至输出第239列数据。输出第k列数据时()0239k ，依次输出0,kB ，1,kB ，1,IM kB字节。字节交织器中的全部字节（M I240字节）映射在整数个完整时隙上发送，其中字节交织器的0,0B 字节总是在时隙的起始点发送。 字节交织器包括三种模式，每种模式下M I取值规则见表2。其中，当 2fBMHz= 时，交织模式由星座映射和LDPC码率决定：交织模式1仅用于BPSK星 座映射；交织模式2仅用于QPSK星座映射；交织模式3

33、仅用于16QAM星座映射。 表2 字节交织器参数 M I 1/2 LDPC码 3/4 LDPC码 交织模式1 MI=72 MI=108 交织模式2 MI=144 MI=216 8fB MHz= 交织模式3 M I=288 MI=432 交织模式1 MI=36 MI=54 交织模式2 MI=72 MI=108 2fB MHz= 交织模式3 M I=144 MI=216 图9 字节交织器与RS（240，K）编码 5.2 LDPC 编码 经过RS编码和字节交织的传输数据按照低位比特优先发送的原则将每字节映射为8位比特流，送入LDPC编码器。字节交织器的0,0B 字节的最低位映射在LDPC输入比特块的

34、第一个比特。LDPC编码配置见表3。 表3 LDPC 编码配置 码率 信息比特长度 K 码字长度 N 1/2 4608 比特 9216 比特 3/4 6912 比特 9216 比特 GY/T 220.12006 10 LDPC输出码字 0 1 9215C,cc c= L 由输入信息比特 01 1S,Kss s= L 和校验比特 0 1 9215P,Kpp p= L组成，见式（10）： _()92160 92159216- 9215iCOL ORDER iiKpiKcsKi+ =.（10） 式中： _ ()COL ORDER i 码字比特映射向量，定义见附录 C。 K LDPC 码信息比特长度，取值见表 3。 LDPC编码的校验比特 0 1 9215,Kpp p=P L 根据校验矩阵 H求解如下方程得出： T =HC 0.（11