GB 20600-2006 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制

ICS33.160

M63

中华人民共和国国家标准

GB20600—2006

数字电视地面广播传输系统帧结构、

信道编码和调制

FramingStructure,ChannelCodingandModulation

forDigitalTelevisionTerrestrialBroadcastingSystem

2006-08-18发布2007-08-01实施

中国人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

GB20600—2006

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、符号、约定和缩略语1

3.1术语和定义1

3.2符号和约定2

3.3缩略语3

4系统描述3

4.1综述3

4.2系统框图3

4.3接口4

4.4编码和调制4

4.4.1加扰4

4.4.2前向纠错4

4.4.3符号星座映射5

4.4.4符号交织8

4.4.5频域交织8

4.5复帧9

4.5.1复帧结构9

4.5.2信号帧9

4.5.3超帧10

4.5.4分帧10

4.5.5日帧10

4.6信号帧10

4.6.1信号帧结构10

4.6.2帧头10

4.6.3系统信息15

4.6.4数据符号17

4.7帧体数据处理17

4.8基带后处理17

4.9射频信号17

4.10基带信号频谱特性和谱模板17

4.10.1频谱特性17

4.10.2带外谱模板18

4.11系统净荷数据率20

附录A（规范性附录）LDPC码循环矩阵Gi,j定义21

附录B（规范性附录）LDPC码校验矩阵定义75

I

GB20600—2006

附录C（规范性附录）NR映射81

附录D（规范性附录）PN420定义83

附录E（规范性附录）PN945定义94

附录F（规范性附录）频域交织图样113

附录G（规范性附录）系统信息映射表122

参考文献124

图1发送端原理框图3

图2扰码器组成框图4

图364QAM映射5

图432QAM映射6

图516QAM映射6

图64QAM映射7

图7卷积式数据块间交织8

图8复帧的四层结构9

图9信号帧结构10

图10PN420结构10

图118阶m序列生成结构11

图1210阶m序列生成结构13

图13PN945结构13

图149阶m序列生成结构13

图155阶m序列生成结构16

图16帧体信息结构16

图17成形滤波后基带信号频谱特性18

图18同一个发射台的数字电视发射机位于模拟电视发射机的上邻频或下邻频时的频谱模板18

图19严格条件下的频谱模板19

表1FEC码参数4

表2PN420初始相位11

表3PN945初始相位14

表4系统信息第3～0比特定义15

表5系统信息第4比特定义16

表6谱模板的转折点19

表7严格条件下谱模板的转折点20

表8系统净荷数据率(Mbps)20

II

GB20600—2006

前言

本标准的全部技术内容为强制性。

本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E、附录F、附录G均为规范性附录

本标准提出单位：国家标准化管理委员会

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：数字电视地面传输国家特别工作组

本标准主要起草人：杨知行、杨林、张文军、管云峰、张晓林、王匡、葛建华、朱维乐、张平、任

品毅、陈江、唐朝京。

III

GB20600—2006

引言

电视产业和事业的发展一直以收视质量与服务能力的提高为中心而进行，数字电视作为新一代的电

视技术，其收视质量大幅度提高；同时，数字化技术的采用为更多的其它服务创造了发展空间。数字电

视的发展将对整个电子信息行业的发展有重大意义。

数字电视地面广播系统是广播电视体系中的重要组成部分。它与卫星数字电视广播系统和有线数字

电视广播系统以及其它辅助系统一起相互协同提供全面的受众覆盖，是我国广播电视综合覆盖网中重要

的部分。

本标准规定了数字电视地面广播传输系统信号的帧结构、信道编码和调制方式。体现本标准具有自

主创新特点、并能提高系统性能的主要关键技术有：能实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列

帧头设计和符号保护间隔填充方法、低密度校验纠错码（LDPC）、系统信息的扩频传输方法等。本标

准支持4.813Mbps~32.486Mbps的系统净荷传输数据率，支持标准清晰度电视业务和高清晰度电视业务，

支持固定接收和移动接收，支持多频组网和单频组网。

本标准的发布机构提请注意，使用者声明符合本标准时，可能使用涉及本标准第4章中有关内容的

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。

下表列出有关专利权利人的信息：

专利持有人联系地址

清华大学北京海淀区清华园1号清华大学

上海奇普科技公司上海市虹漕路461号软件大厦4层

上海交通大学上海市东川路800号

西安电子科技大学陕西省西安市太白南路2号

浙江大学浙江省杭州市浙大路38号

电子科技大学四川省成都市建设北路二段五号电子科技大学科研处

联系人：安耀辉

通讯地址：北京市复兴路3号中国科技会堂622室

邮政编码：100038

电子邮件：anyh@

电话：010-68522669

传真：010-68525379

网址：

请注意除上述已经识别出的专利外，本标准的某些内容有可能涉及专利。本标准的发布机构不承担

识别这些专利的责任。

IV

GB20600—2006

数字电视地面广播传输系统帧结构、

信道编码和调制

1范围

本标准规定了在UHF和VHF频段中，每8MHz数字电视频带内，数字电视地面广播传输系统信号的

帧结构、信道编码和调制方式。

本标准适用于地面传输的数字多路电视/高清晰度电视固定和移动广播业务的帧结构、信道编码和

调制系统。

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/T1583彩色电视图象传输标准

GB/T7400.2广播电视名词术语无线电广播

GB/T7400.11数字电视术语

GB/T7402利用电视信号传送标准时间频率

GB/T7615共用天线电视系统天线部分

GB/T14857演播室数字电视编码参数规范(GB/T14857-1993,eqvCCIR601-3)

GB/T17975.1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(GB/T17975.1－

2000,idtISO/IEC13818-1:1996)

GB/T17700卫星数字电视广播信道编码和调制标准(GB/T17700－1999,eqvITU/R

BO.1211)

SJ/T10351电视发射设备通用技术条件

EN300744V1.4.1(2001-01),EuropeanStandard(Telecommunicationsseries),DigitalVideo

Broadcasting(DVB);Framingstructure,channelcodingandmodulationfordigitalterrestrialtelevision

3术语、定义、符号、约定和缩略语

3.1术语和定义

下列术语和定义适用于本标准

3.1.1

加扰scrambling

用二进制伪随机序列与信息数据逐位模二相加的技术，籍此使数据呈现更强的随机性。

3.1.2

前向纠错码forwarderrorcorrectioncoding

在发送端引入数据冗余性的信道编码技术，籍此在接收端获得一定的纠错能力。

3.1.3

符号星座映射symbolconstellationmapping

将待传输符号对应成星座图上的信号矢量的过程。

1

GB20600—2006

3.1.4

交织interleaving

改变数据或数据块的发送顺序的技术，籍此使原本相邻的数据或数据块经受相对独立的信道畸变。

3.1.5

基本数据块datablock

待传输的信源码流经过加扰码、前向纠错编码、映射与交织后形成的特定长度（3744个符号）数据

块。

3.1.6

系统信息systeminformation

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编码码率模式、

交织模式、帧体数据处理模式等的指示。

3.1.7

帧体framebody

基本数据块和系统信息组合后经帧体数据处理形成的3780个符号长度的数据块。

3.1.8

帧头frameheader

一段已知的伪随机序列，可用于系统同步、信道估计与均衡。

3.1.9

信号帧signalframe

帧头和帧体的组合后形成的数据块。

3.2符号和约定

以下符号适用于本标准。

B卷积符号交织的交织宽度

b,b,b,b,b,b星座映射比特数据

543210

C系统子载波数

FBody(k)经帧体数据处理后的数据块

Fc射频载波中心频率

Frame(t)组帧后的基带信号

Gxxx(x)不同长度的最大长度伪随机二进制序列生成多项式

GBCH(x)BCH编码生成多项式

GLDPC编码生成矩阵

qc

HWalsh矩阵的子矩阵

I星座映射同相分量（实部）

M卷积符号交织的交织深度

H(f)成形滤波器频率响应

h(t)成形滤波器冲激响应

Q星座映射正交分量（虚部）

S(t)射频信号表达式

s,s,s,s,s,s系统信息比特数据

543210

WWalsh矩阵

2n

X(k)待进行帧体数据处理的数据符号，包括系统信息和星座映射后数据符号

xiNR映射前信息比特

yiNR映射衍生比特

2

GB20600—2006

⊕异或运算

?卷积运算

3.3缩略语

以下缩略语适用于本标准。

BCHBose-Chaudhuri-HocquenghemcodeBCH纠错码

FECForwardErrorCorrection前向纠错

GPSGlobalPositioningSystem全球定位系统

LDPCLowDensityParityCheck低密度奇偶校验码

LFSRLinearFeedbackShiftRegister线性反馈移位寄存器

LSBLeastSignificantBit最低有效位

MSBMostSignificantBit最高有效位

NRNordstromRobinsonNordstromRobinson准正交编码映射

PNPseudo-randomNoise伪随机序列

QAMQuadratureAmplitudeModulation正交幅度调制

SFNSingleFrequencyNetwork单频网

4系统描述

4.1综述

数字电视地面广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分，不但必须具有支持传统电视广播服务

的基本功能，而且还要具有适应广播电视服务的可扩展功能。数字电视地面广播传输系统支持固定（含

室内、外）接收和移动接收两种模式。在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰

度电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供标准清晰

度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务。

数字电视地面广播传输系统支持多频网和单频网两种组网模式，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，并支持多业务的混合模式，以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系统框图

数字电视地面广播传输系统发送端完成从输入数据码流到地面电视信道传输信号的转换。输入数据

码流经过扰码器（随机化）、前向纠错编码（FEC），然后进行从比特流到符号流的星座映射，再进行

交织后形成基本数据块。基本数据块与系统信息组合（复用）后，经过帧体数据处理形成帧体。而帧体

与相应的帧头（PN序列）复接为信号帧（组帧），经过基带后处理转换为基带输出信号（8MHz带宽内）。

该信号经正交上变频转换为射频信号（UHF和VHF频段范围内）。

本系统的发送端原理如图1所示。

图1发送端原理框图

3

GB20600—2006

4.3接口

数据输入接口支持标准GB/T17975.1。

射频输出接口符合标准SJ/T10351。

4.4编码和调制

4.4.1加扰

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。

扰码是一个最大长度二进制伪随机序列。该序列由图2所示的线性反馈移位寄存器生成。其生成多

项式定义为：

G(x)1+x14+x15……………………（1）

该LFSR的初始相位定义为100101010000000。

输入的比特码流（来自输入接口的数据字节的MSB在前）与PN序列进行逐位模二加后产生数据扰

乱码。扰码器的移位寄存器在信号帧开始时复位到初始相位。

图2扰码器组成框图

4.4.2前向纠错

扰码后的比特流接着进行前向纠错编码。前向纠错编码由外码（BCH码）和内码（LDPC）级联

实现。

FEC码的具体参数见表1。

表1FEC码参数

编号块长[比特]信息比特对应的编码效率

码率1748830080.4

码率2748845120.6

码率3748860160.8

BCH（762，752）码由BCH（1023，1013）系统码缩短而成。在752比特数据扰乱码前添加261

比特0成为1013比特，编码成1023比特（信息位在前）。然后去除前261比特0，形成762比特BCH

码字。该BCH码的生成多项式为：

310

G(x)=1+x+x………（2）

BCH

三种码率的前向纠错码使用同样的BCH码。

LDPC码的生成矩阵Gqc的结构如（3）式所示：

?G0,0G0,1LG0,c?1IOLO?

??

GGLGOILO

?1,01,11,c?1?

G………（3）

qc?MMGMMMOM?

,

?ij?

?GGLGOOLI?

?k?1,0k?1,1k?1,c?1?

其中，I是b×b阶单位矩阵，O是b×b阶零阵，而Gi,j是b×b循环矩阵，取0≤i≤k?1，0≤j≤c?1。

BCH码字按顺序输入LDPC编码器时，最前面的比特是信息序列矢量的第一个元素。LDPC编码

器输出的码字信息位在后，校验位在前。

LDPC码由循环矩阵Gi,j生成。Gi,j的定义详见附录A。

LDPC码的校验矩阵定义详见附录B。

三种不同内码码率的FEC码的结构分别为：

4

GB20600—2006

a）码率为0.4的FEC（7488,3008）码：

先由4个BCH（762,752）码和LDPC（7493,3048）码级联构成，然后将LDPC（7493,3048）码前

面的5个校验位删除。LDPC（7493,3048）码的生成矩阵Gqc具有（3）式所示的矩阵形式，其中参数

k=24，c=35和b=127。

b）码率为0.6的FEC（7488,4512）码：

先由6个BCH（762,752）码和LDPC（7493,4572）码级联构成，然后将LDPC（7493,4572）码前

面的5个校验位删除。LDPC（7493,4572）码的生成矩阵Gqc具有（3）式所示的矩阵形式，其中参数

k=36，c=23和b=127。

c）码率为0.8的FEC（7488,6016）码：

先由8个BCH（762,752）码和LDPC（7493,6096）码级联构成，然后将LDPC（7493,6096）码前

面的5个校验位删除。LDPC（7493,6096）码的生成矩阵Gqc具有（3）式所示的矩阵形式，其中参数

k=48，c=11和b=127。

4.4.3符号星座映射

概述

前向纠错编码产生的比特流要转换成均匀的nQAM（n：星座点数）符号流（最先进入的FEC编码

比特作为符号码字的LSB）。本标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、

4QAM-NR。各种符号映射加入相应的功率归一化因子，使各种符号映射的平均功率趋同。

以下星座图已经考虑功率归一化要求。

64QAM映射

对于64QAM，每6比特对应于1个星座符号。FEC编码输出的比特数据被拆分成6比特为一组的

符号（bbbbbb），该符号的星座映射是同相分量I=bbb；正交分量Q=bbb，星座点坐标对应的

543210210543

I和Q的取值为-7，-5，-3，-1，1，3，5和7。其星座映射见图3。

Q

●●●●7●●●●

●●●●5●●●●BIT

bbbbbb

543210

●●●●3●●●●

●●●●1●●●●

-7-5-3-11357I

●●●●-1●●●●

●●●●-3●●●●

●●●●-5●●●●

●●●●-7●●●●

图364QAM映射

5

GB20600—2006

32QAM映射

对于32QAM，每5比特对应于1个星座符号。FEC编码输出的比特数据被拆分成5比特为一组的

符号（bbbbb）。星座点坐标对应的同相分量I和正交分量Q的取值为-7.5，-4.5，-1.5，1.5，4.5，7.5。

43210

其星座映射见图4。

图432QAM映射

16QAM映射

对于16QAM，每4比特对应于1个星座符号。FEC编码输出的比特数据被拆分成4比特为一组的

符号（bbbb），该符号的星座映射是同相分量I=bb；正交分量Q=bb，星座点坐标对应的I和Q

32101032

的取值为-6，-2，2，6。其星座映射见图5。

图516QAM映射

4QAM映射

对于4QAM，每2比特对应于1个星座符号。FEC编码输出的比特数据被拆分成2比特为一组的

符号（bb），该符号的星座映射是同相分量I=b；正交分量Q=b，星座点坐标对应的I和Q的取值

1001

为-4.5，4.5。其映射见图6。

6

GB20600—2006

Q

BIT

bb

10

1011

●4.5●

-4.54.5I

0001

●-4.5●

图64QAM映射

4QAM-NR映射

4QAM-NR映射方式是在4QAM符号映射之前增加NR准正交编码映射。按照4.4.4节描述的交织

方法对FEC编码后的数据信号进行基于比特的卷积交织，然后进行一个8比特到16比特的NR准正交

预映射（具体映射关系见附录C），再把预映射后每2个比特按照节4QAM调制方式映射到星座

符号，直接与系统信息复接。

NR映射关系如下描述：

NR映射将每8个FEC编码比特映射为16个比特，将这16个比特表示为：

xxxxxxxxyyyyyyyy

0123456701234567

其中：xxxxxxxx为信息比特，yyyyyyyy为衍生比特，取值均为0或者1，其约

0123456701234567

束关系满足下式：

y0=x7+x6+x0+x1+x3+(x0+x4)(x1+x2+x3+x5)+(x1+x2)(x3+x5)………………

……（4-1）

y1=x7+x0+x1+x2+x4+(x1+x5)(x2+x3+x4+x6)+(x2+x3)(x4+x6)………

……………（4-2）

y2=x7+x1+x2+x3+x5+(x2+x6)(x3+x4+x5+x0)+(x3+x4)(x5+x0)………

……………（4-3）

y3=x7+x2+x3+x4+x6+(x3+x0)(x4+x5+x6+x1)+(x4+x5)(x6+x1)………

……………（4-4）

y4=x7+x3+x4+x5+x0+(x4+x1)(x5+x6+x0+x2)+(x5+x6)(x0+x2)………

……………（4-5）

y5=x7+x4+x5+x6+x1+(x5+x2)(x6+x0+x1+x3)+(x6+x0)(x1+x3)………

……………（4-6）

y6=x7+x5+x6+x0+x2+(x6+x3)(x0+x1+x2+x4)+(x0+x1)(x2+x4)………

……………（4-7）

y7=x0+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+y0+y1+y2+y3+y4+y5+y6………

……………（4-8）

其中，加法为模二加运算，乘法为模二乘运算。

7

GB20600—2006

4.4.4符号交织

时域符号交织编码是在多个信号帧的基本数据块之间进行的。数据信号（即星座映射输出的符号）

的基本数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码，如图7所示，其中变量B表示交织宽度（支

路数目），变量M表示交织深度（延迟缓存器尺寸）。进行符号交织的基本数据块的第一个符号与支路

0同步。交织/去交织对的总时延为M×(B－1)×B符号。取决于应用情况，基本数据块间交织的编码器

有2种工作模式：

a)模式1：B=52，M=240符号，交织/解交织总延迟为170个信号帧；

b)模式2：B=52，M=720符号，交织/解交织总延迟为510个信号帧。

图7卷积式数据块间交织

4.4.5频域交织

频域交织仅适用于C=3780模式，目的是将调制星座点符号映射到帧体包含的3780个有效子载波上。

3780个有效子载波的定义参见4.7部分。频域交织为帧体内的符号块交织，交织大小等于子载波数3780。

具体交织运算过程如下。

（1）数组X［3780］的前36个元素为系统信息符号，后3744个元素为数据符号。为了使交织输出

时36个系统信息符号集中放置，首先将这36系统信息符号插入到3744个数据符号中，其插入位置构

成的集合为：

{0,140,279,419,420,560,699,839,840,980,1119,1259,1260,1400,1539,1679,

1680,1820,1959,2099,2100,2240,2379,2519,2520,2660,2799,2939,2940,3080,

3219,3359,3360,3500,3639,3779}。

插入后得到的序列由数组Z［3780］表示。该插入过程可以通过以下程序完成：

j=0;

k=36;

for(i=0;i<3780;i=i+1)

{

if(i为插入位置构成集合中的元素)

{

Z[i]=X[j];

j=j+1;

}

else

{

Z[i]=X[k];

8

GB20600—2006

k=k+1;

}

}

（2）将数组Z［3780］通过以下程序进行位置调换得到最终交织输出序列Y［3780］：

for(i=0;i<3;i=i+1)

for(j=0;j<3;j=j+1)

for(k=0;k<3;k=k+1)

for(l=0;l<2;l=l+1)

for(m=0;m<2;m=m+1)

for(n=0;n<5;n=n+1)

for(o=0;o<7;o=o+1)

Y[o*540+n*108+m*54+l*27+k*9+j*3+i]=Z[i*1260+j*420+k*140+l*70+m*35+n*

7+o];

具体交织图样参见附录F。

4.5复帧

4.5.1复帧结构

本系统的数据帧结构如图8所示，是一种四层结构。其中，数据帧结构的基本单元为信号帧，信

号帧由帧头和帧体两部分组成。超帧定义为一组信号帧。分帧定义为一组超帧。帧结构的顶层称为日帧

（CalendarDayFrame,CDF）。信号结构是周期的，并与自然时间保持同步。

日帧

（24h）

01439

……

00:00:00am分帧24:00:00am

（1min）

0479

……

超帧

（125ms）

……

首帧信号帧

（555.56μs/578.703μs/625μs）

帧头帧体

PN序列数据块

图8复帧的四层结构

4.5.2信号帧

信号帧是系统帧结构的基本单元，一个信号帧由帧头和帧体两部分时域信号组成。帧头和帧体信号

的基带