GYT220.9-2008移动多媒体广播第9部分：卫星分发信道帧结构、信道编码和调制.pdf

'GY中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T220.9—2008移动多媒体广播第9部分：卫星分发信道帧结构、信道编码和调制Mobilemultimediamroadcasting—Part9:framestructure,channelcodingandmodulationforsatellitedistributionchannel2008-12-02发布2008-12-02实施国家广播电影电视总局发布 GY/T220.9—2008目次前言.................................................................................II引言.................................................................................III1范围.................................................................................12规范性引用文件.......................................................................13术语、定义、缩略语和约定.............................................................13.1术语和定义........................................................................13.2缩略语............................................................................23.3符号和操作符......................................................................33.4版本号............................................................................33.5保留..............................................................................34系统描述.............................................................................34.1综述..............................................................................34.2分发数据适配......................................................................44.3分发数据帧结构....................................................................54.4传输速率适配、能量扩散、外编码、卷积交织和内编码..................................74.5分发同步信号生成..................................................................84.6星座映射.........................................................................104.7基带成形.........................................................................104.8正交调制.........................................................................11附录A（资料性附录）调制时刻与广播信道及分发信道发送时刻的时间关系....................16附录B（规范性附录）UTC时间及秒信息的表示.............................................17附录C（规范性附录）CRC解码模型.......................................................18附录D（资料性附录）系统传输符号率选择................................................19附录E（资料性附录）系统时钟的生成....................................................20参考文献.............................................................................21I GY/T220.9—2008前言GY/T220《移动多媒体广播》为系列标准。——第1部分：广播信道帧结构、信道编码和调制；——第2部分：复用；——第3部分：电子业务指南；——第4部分：紧急广播；——第5部分：数据广播；——第6部分：条件接收；——第7部分：接收解码终端技术要求；——第8部分：复用器技术要求和测量方法。本部分为GY/T220的第9部分。本部分的附录B、附录C为规范性附录，附录A、附录D和附录E为资料性附录。本部分由全国广播电视标准化技术委员会归口。本部分起草单位：国家广播电影电视总局广播科学研究院、北京华信泰机电设备有限公司、北京泰美世纪科技有限公司、上海瑞高信息技术有限公司。本部分主要起草人：闫鸣生、海波、宋伯炜、吴敏、陶涛、顾伟峰、封斌。II GY/T220.9—2008引言GY/T220的本部分的发布机构提请注意如下事实，使用者声明符合本部分时，可能使用涉及本部分有关内容相关授权的和正在申请的专利。本部分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。专利持有人已向本部分的发布机构保证，愿意同任何申请人在合理和非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部分的发布机构提交。下表列出专利权利人的信息：专利权利人联系地址联系人邮政编码电话电子邮件北京华信泰机电设备有北京市海淀区知春路61号4层东姚迎春10019068379146bjhxt@vip.163.com限公司区请注意除专利许可声明中已经识别出的专利外，本部分的某些内容有可能涉及其他专利。本部分的发布机构不应承担识别这些专利的责任。III GY/T220.9—2008移动多媒体广播第9部分：卫星分发信道帧结构、信道编码和调制1范围GY/T220的本部分规定了移动多媒体广播卫星分发信道帧结构、信道编码和调制。本部分适用于通过分发信道向地面转发系统分发移动多媒体广播信道数据，使地面转发系统与卫星广播信道同步分发移动多媒体广播视频、音频和数据信号。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GY/T220的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误内容）或修订版均不适合于本部分。然而，鼓励根据本部分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部分。GB/T17700－1999卫星数字电视广播信道编码和调制标准GY/T220.1-2006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GY/T220.2-2006移动多媒体广播第2部分：复用3术语、定义、缩略语和约定3.1术语和定义下列术语和定义适用于GY/T220的本部分。3.1.1基准时钟referenceclock由高精度参考时钟源产生的时钟信号。3.1.2系统时钟systemclock由基准时钟产生的，用于分发信道的数据和时间同步信号的驱动时钟。3.1.3系统零时刻systeminitialtime对应于PNS1和PNS2移位寄存器状态均为初始值的时刻，其中PNS1和PNS2为在物理层分发信道的两个正交信道上分别叠加的伪随机序列。3.1.4系统时间systemtime由系统零时刻开始，以系统时钟驱动的系统时钟脉冲计数累加值。3.1.5分发数据符号率distributiondatasymbolrate分发信道数据的传输符号率。3.1.6时隙timeslot移动多媒体广播系统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。3.1.7分发同步信号distributionsynchronizationsignal物理层传输信号帧中调制有分发信道的时间、频率同步信息的一段信号，用于地面转发系统的时间频率同步。1 GY/T220.9—20083.1.8分发数据包distributiondatapackage物理层分发信道的传输数据中包含了某一个时隙、单个物理频点对应传输的一段分发信道数据。3.1.9分发传输包distributiontransferpackage分发数据包中固定长度为188字节的数据段，其内容包含分发数据调制信息和一段分发数据。3.1.10分发传输帧distributiontransferframe由19个分发传输包组成具有固定长度的数据段，其内容包含分发数据调制信息和一段分发数据。3.1.11适配包adaptivepackage长度为188字节，其内容固定、不包含分发数据调制信息和分发数据的特殊传输包。3.1.12调制时刻thetimeofmodulation当前分发数据包对应的时隙起始点在地面转发系统中发射的系统时间。3.1.13系统时间循环周期systemtimeperiodicityPNS1和PNS2的循环周期的最小公倍数所确定的系统时钟计数值。3.1.14系统时间循环周期数thecountofsystemtimeperiodicity系统上电或系统复位开始，系统时间循环周期个数。3.1.15频点thenumberofradiofrequency频点编号的缩写，每个频点唯一对应一个中心频率。参见GB/T200.1-2006表3。3.1.16广播信道调制输出时刻themodulationoutputtimeofbroadcastingchannel某时隙起点在广播调制器上的调制输出的UTC时刻，该时刻包括日期、时、分、秒等信息。3.1.17秒偏移量secondoffsetUTC时间信息中秒信息的小数部分，100ns精度。3.2缩略语下列缩略语适用于GY/T220的本部分。BCD(BinaryCodedDecimal）8421-BCD码BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)二进制相移键控CRC(CyclicRedundancyCheck）循环冗余校验MJD(ModifiedJulianDate）修正的儒略日期PNS(Pseudo-randomNoiseSequence)伪随机噪声序列QAM(QuadratureAmplitudeModulation)正交幅度调制OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)正交频分复用QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)正交相移键控UTC(UniversalTimeCoordinated）世界协调时bslbf(bitstring,leftbitfirst)比特串，左位在先rpchof(remainderpolynomialcoefficients,highestorderfirst)多项式余数，高阶在先2 GY/T220.9—2008simsbf(signedinteger,mostsignificantbitfirst)有符号整数，高位在先uimsbf(unsignedinteger,mostsignificantbitfirst)无符号整数，高位在先3.3符号和操作符下列符号适用于GY/T220的本部分。fB基准时钟频率值fsys系统时钟频率值n一个分发数据包中的分发数据帧数目I，Q调制信号的同相位正交相位分量Rs分发系统传输符号率PNS1伪随机噪声序列1PNS2伪随机噪声序列2P1PNS1伪码循环周期P2PNS2伪码循环周期Tsit系统时间循环周期的时间值tsys0系统零时刻tmod调制时刻Nsys系统时间循环周期NPNS系统时间循环周期数。以下操作符适用于GY/T220的本部分。×乘法⊕二进制模二加法mod模运算⊗卷积操作符3.4版本号用于标识本部分的版本，以支持系统的兼容性识别。当前版本号为1，后续版本号递增。3.5保留如未加特殊说明，本部分中的所有保留位应置为‘1’。4系统描述4.1综述移动多媒体广播系统可通过卫星进行大面积广播覆盖。对于卫星覆盖的阴影区，需要采用地面转发系统对信号进行增补。为了提高转发信号的质量，采用独立的分发信道向地面转发系统分发广播信道数据，供地面转发系统与卫星广播信道同步广播。移动多媒体广播及卫星分发系统框图见图1。广播前端由两部分组成：广播信道调制和分发信道调制。广播信道调制，采用GY/T220.1-2006标准，输出的信号通过卫星转发后直接供用户终端接收。分发信道调制对广播信道调制部分完成比特交织后的数据和控制信息进行适配、数据封装、能量扩散、分发信道编码，与同步信号复合后再进行调制，形成分发信道上行信号，由卫星发往地面转发系统。地面转发系统对分发信道下行信号进行解调及同步信号提取，经数据解包与延迟控制后重新进行OFDM调制，生成与卫星广播信号同步的转发信号，供用户终端接收。3 GY/T220.9—2008前端广播信道调制传输指示广播信道上行信...连续导OFDM号信息频频域符...比特交号...织形成分X星I发数速能外卷内座基正分发信道上行信号数据率量积编映带交卫星广编YQ据封适扩码交码射成调播适装配散织TXTY形制信系统时钟配同步信道生成号生成下分发信道调制行分发信道下行信信号号分发信号解调广播信道同步转发信数据解包号与同步信号提OFDM调制用户终端基准时与延迟控制取钟地面转发系统图1移动多媒体广播及卫星分发系统框图4.2分发数据适配分发信道的输入是广播信道调制部分完成比特交织后的数据和控制信息，分发数据按照逐时隙、逐频点的顺序输入，即先传同一时隙不同频点的数据，再传下一时隙不同频点的数据，并且同一时隙中同一频点的数据传输完毕后再按图2规定频点次序传输同一时隙下个频点的数据，分发信道的分发数据结构见图2。25ms需传送的分发信道数据分发数分发数分发数分发数分发数分发数分发数据分发数据分发数据据包据包据包据包据包据包包包包(T0,F0)(T0,F1)(T0,Fp)(T1,F0)(T1,F1)(T1,Fp)(T39,F0)(T39,F1)(T39,Fp)分发数据分发数据包包头字节交织器配置变更广播信道时隙号频点编号中心频率信号带宽加扰模式映射模式保留同步标识指示保留字6比特8比特32比特4比特4比特2比特6比特1比特1比特8比特图2分发信道的分发数据结构图2中的分发数据包(Tm,Fp)表示第m个时隙、第p个频点上所需传输的分发信道数据。分发数据包的结构见表1。表1分发数据包结构语法位数（比特）标识符分发数据包(){时隙号6uimsbf字节交织器同步标识1bslbf配置变更指示1bslbf广播信道保留字8bslbf频点编号8uimsbf4 GY/T220.9—2008表1分发数据包结构（续）中心频率32uimsbf信号带宽4bslbf加扰模式4uimsbf映射模式2bslbf保留6分发数据27648×nbslbf}时隙号6位字段，参见GY/T220.1-2006表7。字节交织器同步标识1位字段，参见GY/T220.1-2006表7。配置变更指示1位字段，参见GY/T220.1-2006表7。广播信道保留字8位字段，参见GY/T220.1-2006表7。频点编号8位字段，参见GY/T220.2-2006表3。中心频率32位字段，参见GY/T220.2-2006表3。信号带宽4位字段，参见GY/T220.2-2006表3。加扰模式4位字段，取值参见GY/T220.1-2006表8。映射模式2位字段，参见GY/T220.2-2006表9。分发数据27648×n位字段，广播信道调制部分完成比特交织后的数据。分发数据包中分发数据的数据量字段长度见表2。表2分发数据包中分发数据的数据量信号带宽分发数据包的符号数量调制方式n分发数据的比特数BPSK1276482MHz27648QPSK25529616QAM4110592BPSK51382408MHz138240QPSK1027648016QAM205529604.3分发数据帧结构将一个分发数据包的分发数据拆分成n个分发数据帧。分发数据帧由分发数据帧头和净荷组成。分发数据帧头长度为21字节，净荷的长度为3456个字节。一个分发数据帧拆分到19个分发传输包中，每个分发传输包长度为188字节，分发数据帧的生成见图3。其中，第1个分发传输包由5字节包头、21字节分发数据帧头和162字节分发数据组成，其余18个分发传输包均由5字节包头和183字节分发数据组成。5 GY/T220.9—2008分发数据包(Tm,Fn)分发数据包包分发数据头分发数据帧0分发数据帧1分发数据帧n-1分发数据分发数据分发数据分发传输包0分发传输包1分发传输包18分发数据帧头分发传输包头图3分发数据帧的生成4.3.1分发数据帧头分发数据帧头见表3。表3分发数据帧头语法位数（比特）标识符分发数据帧头(){时隙号6uimsbf字节交织器同步标识1bslbf配置变更指示1bslbf广播信道保留字8bslbf频点编号8uimsbf中心频率32uimsbf信号带宽4bslbf加扰模式4uimsbf映射模式2bslbf保留6调制时刻32uimsbf保留4扩展段标识4bslbf扩展段40bslbfCRC_1616rpchof}调制时刻32位字段，表示当前分发数据包对应的时隙起始点在地面转发系统中发射的系统时间。参见附录A。6 GY/T220.9—2008扩展段标识4位字段，表示扩展段携带信息的类型，定义见表4。表4扩展段标识值描述数据包所对应的时隙起始点在0x0广播信道调制器上的调制输出时刻0x1～0xF保留扩展段40位字段，用以传输扩展段标识所定义的系统信息位字段。当扩展段标识值为0x0时，表示数据包所对应的时隙起始点在广播信道调制器上的广播信道调制输出时刻。该字段在每个0时隙所对应的分发数据包的第一个分发数据帧头内定义。数据格式见附录B。当扩展段标识值为0x1～0xF时，该字段保留。CRC_1616位字段。包含了CRC值，用于本帧分发信息帧头的循环冗余校验。在处理完不含CRC_16本身的帧分发信息帧头信息后，附录C定义的CRC解码器的寄存器输出为零。其它字段其它字段参见表1。4.3.2分发传输包头分发传输包头见表5。表5分发传输包头语法位数标识符分发传输包头(){起始码字28bslbf包计数值12uimsbf}起始码字28位字段，取值见表6。表6起始码字取值取值应用场合0x4760581分发数据包的第一个分发传输包0x4720581分发数据包的其他分发传输包0x4760585保留0x4720585保留0x471FFFF适配包包计数值12位字段，在一个分发数据包内每个分发传输包该字段逐包递增，增量为1。分发数据包内第一个分发传输包的该字段置为0x000。4.4传输速率适配、能量扩散、外编码、卷积交织和内编码系统按照GB/T17700－1999传输速率要求，根据分发信道的传输带宽确定了系统分发数据的传输符号率，参见附录D。当系统分发传输能力大于需要传输的数据时，必须采用插入适配包的形式进行传输速率适配，适配方法为：当分发信道尚未完成对分发传输包数据封装时，分发信道自动插入适配包发送，至完成对分发传输包数据封装时为止。7 GY/T220.9—2008适配包长度为188字节，适配包包头的起始码字取值见表6，包计数值为0xFFF，包内容由183字节0xFF组成。能量扩散、外编码、卷积交织和内编码遵照GB/T17700－1999第4.4条的规定。4.5分发同步信号生成分发同步信号为两路扩频信号Tx、Ty，这两路扩频信号所使用的扩频序列分别为二进制伪随机序列PNS1和PNS2。其中Tx上调制有同步信息编码数据，Ty上的调制信息保留。4.5.1PNS1、PNS2信号生成PNS1、PNS2信号生成器的移位时钟与系统时钟同步，且频率相同。系统时钟的产生参见附录E。13431PNS1由图4所示的PNS1伪随机序列生成器产生，生成多项式为：x+x+x+x+1，移位寄存器初始值为0110101010010。0110101010010图4PNS1伪随机序列生成器181716131210863PNS2由图5所示的PNS2伪随机序列生成器产生，生成多项式为：x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+1，移位寄存器初始值为011010101001010101。011010101001010101图5PNS2伪随机序列生成器4.5.2同步信息编码18PNS1的每个伪码循环周期调制1比特同步信息编码数据，在每个系统时间循环周期内共调制2-118个比特同步信息编码数据。以系统零时刻开始，每个系统时间循环周期内调制的2-1个比特同步信息编码数据，共分为1024个同步信息编码帧。其中0～1022帧每个同步信息编码帧的长度为256比特，第1023帧同步信息编码帧的长度为255比特。系统零时刻开始调制同步信息编码的第0帧第1比特数据。同步信息编码帧格式定义见表7。表7同步信息编码帧格式（256或255比特）系统时间循环周期数32uimsbf信息类别8bslbf帧标志16bslbf帧计数值10uimsbf保留字14或13bslbf信息数据段160bslbfCRC_1616rpchof系统时间循环周期数表示从系统复位开始至当前经历了多少个系统时间循环周期，初值为零，每经过时间Tsit（见公式1）后，系统时间循环周期数加1。信息类别8位字段，指示本帧信息数据段的信息类别，定义见表8。表8信息类别8 GY/T220.9—2008值描述0x00无信息0x01扩展时间信息0x02–0xFF保留帧标志16位字段，指示同步信息编码帧的标识，由“1110101110010000”组成。帧计数值0～1023,系统零时刻开始为0，每帧加1。保留字0～1022帧同步信息编码帧的保留字长度为14比特，第1023帧的保留字长度为13比特。信息数据段160位字段，其信息内容由信息类别字段决定，当信息类别字段为0x00或保留值时，本字段内容为全1。当信息类别字段为0x01时，本字段内容为扩展时间信息，定义见表9。表9扩展时间信息语法位数标识符扩展时间信息(){UTC时间信息40bslbf秒偏移量26uimsbf保留94bslbf}UTC时间信息40位字段，表示当前同步信息编码帧第一比特的PNS1的第一个比特在分发信道上行站发送的UTC时刻，数据格式参见附录B。秒偏移量26位字段，表示当前同步信息编码帧第一比特的PNS1的第一个比特在分发信道上行站发送时刻所对应的秒偏移量，秒偏移量格式见附录B。CRC_1616位字段，包含了CRC值，用于本帧除本字段外的信息编码循环冗余校验。CRC的解码模型见附录C。4.5.3分发同步信号生成分发同步信号的两个支路Tx、Ty通过异或方式产生，其中PNS1与同步信息编码生成Tx，PNS2与逻辑“1”异或生成Ty，如图6所示。PNS1异或Tx同步信息编码PNS2异或T“1”y图6分发同步信号Tx、Ty的生成以图4所示移位寄存器的初始值状态为PNS1的伪码循环周期起点，每个PNS1的伪码循环周期调制1比特同步信息编码信息。PNS2上的调制信息保留，调制信息内容全部为“1”。4.5.4系统零时刻与系统时间的产生9 GY/T220.9—2008系统零时刻对应于PNS1和PNS2移位寄存器状态均为初始值的时刻。以该时刻为起始时刻，根据系统时钟脉冲进行累加计数，即产生系统时间。系统时间有效值为0～（Nsys-1）。经过时间Tsit（见公式1）后，PNS1和PNS2移位寄存器状态同时回到初始值，此时累加计数器清零，系统时间为零并重新开始累加计数。NsysT=……………………………………………………(1)sitfsysNP=×P…………………………………………………(2)sys12式(1)中：Tsit──系统时间循环周期的时间值fsys──系统时钟频率值Nsys──系统时间循环周期式(2)中：P1──PNS1伪码循环周期P2──PNS2伪码循环周期4.6星座映射内编码之后两个支路（X、Y）的数据信号与系统时钟同步，且速率值与系统时钟的频率值相同。数据信号(X、Y)与分发同步信号（Tx、Ty）进行星座映射，生成I、Q信号，映射方式如图7所示，星座图中已经进行了功率归一化。Q比特顺序:XYTXTY1010100000100000..11..1011100120200110001....9202119911−−202202202202I1110110001100100..9..−1111..11012020111010111..−202图7星座映射4.7基带成形10 GY/T220.9—2008在正交调制前，I和Q信号将进行平方根升余弦滚降滤波，滚降系数α为0.35。基带平方根升余弦滚降滤波器具有式(3)定义的理论函数：H(f)=1,当ff1(+α)N其中，fN=2fsys为奈奎斯特频率。4.8正交调制基带信号经过正交上变频后产生射频信号，射频信号见式(4)：St()Reexp(=×{j2πft)×⊗[Framet()Ft()]}………………………(4)c式中：S(t)──射频信号fc──载波频率Frame(t)──成形后的基带信号F(t)──射滤波器冲激响应11 GY/T220.9—2008附录A（资料性附录）调制时刻与广播信道及分发信道发送时刻的时间关系tmodT1T2调制时间(Tmod)t0t1t2t图A.1调制时刻示意图t0：系统零时刻。t1：卫星上行站分发信道发送时刻。t2：卫星上行站广播信道发送时刻。T1=t1–t0T2=t2–t1；T2的值所对应的时间应不小于地面转发设备的最大处理时间。tmod：调制时刻，tmod=t0+Tmod。Tmod：调制时间，Tmod=mod(T1+T2，Tsit)。16 GY/T220.9—2008附录B（规范性附录）UTC时间及秒信息的表示UTC时间见图B.1。40位字段（uimsbf），前16位表示MJD日期码；后24位按4位BCD编码，共6个数字分别表示时、分、秒的时间。3924230H10H1M10M1S10S1MJD日期UTC时间图B.1UTC时间其中：H10为BCD码表示的小时十位；H1为BCD码表示的小时个位；M10为BCD码表示的分钟十位；M1为BCD码表示的分钟个位；S10为BCD码表示的秒十位；S1为BCD码表示的秒个位；MJD日期的转换见GY/T220.2-2006附录B。秒信息秒信息由秒时刻及秒偏移量组成，见图B.2。32位字段，高6位为秒时刻（uimsbf），取值0～59，低26位为秒偏移量（uimsbf），取值范围0～9999999。表示按照100ns步长，从UTC时间的秒时刻开始至所表示的时刻的计数值。3126250秒时刻，取值0～59秒偏移量，100ns分辨率，取值范围0～9999999图B.2秒信息17 GY/T220.9—2008附录C（规范性附录）CRC解码模型图C.1指定了16比特的CRC（循环冗余校验）解码器。接到的数据与CRC_16校验（最高位在前）+Z(0)...Z(4)+Z(5)...Z(11)+Z(12)...Z(15)图C.116比特的CRC解码器模型下面是CRC计算的多项式：16125x+x+x+1。18 GY/T220.9—2008附录D（资料性附录）系统传输符号率选择分发系统在给定卫星传输带宽的情况下，根据GB/T17700－1999传输速率与卫星带宽的关系，可确定系统最大传输符号率Rsmax，参照本标准附录E定义系统传输符号率为：6Rs=2.5×10×N≤Rsmax其中N为整数。19 GY/T220.9—2008附录E（资料性附录）系统时钟的生成系统时钟通过对高精度的基准时钟进行锁相倍频/分频产生，基准时钟可由外部提供（移动多媒体广播信道通过基带物理接口输入给分发信道的数据同步时钟）或内部高稳晶振产生。基准时钟频率为5MHz或10MHz，系统时钟频率fsys大于分发数据传输的最低速率要求，且为2.5MHz的整数倍。20 GY/T220.9—2008参考文献[1]GB/T2659-2000世界各国和地区名称代码[2]GB/T7400.2广播电视名词术语无线电广播[3]GB/T7400.11数字电视术语[4]GB/T17975.1－2000信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第1部分：系统21 中华人民共和国广播电影电视行业标准移动多媒体广播第9部分：卫星分发信道帧结构、信道编码和调制GY/T220.9－2008*国家广播电影电视总局广播电视规划院出版发行责任编辑：王佳梅查询网址：www.abp.gov.cn北京复兴门外大街二号联系电话：（010）8609342486092923邮政编码：100866版权专有不得翻印'