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大綱信道編碼與調(diào)制的概念/數(shù)字電視信號(hào)主流的調(diào)制方式匯總信道編碼與調(diào)制的意義信道編碼的技術(shù)原理調(diào)制的技術(shù)原理信道編碼和調(diào)制的相關(guān)參數(shù)和測(cè)量可以根據(jù)你實(shí)際的了解來(lái)修改整理??偣泊蟾?5-60頁(yè),1個(gè)半小時(shí)時(shí)間。2一、數(shù)字電視廣播系統(tǒng)組成框圖3二元碼產(chǎn)生誤碼的情況二、信道編碼

數(shù)字電視信號(hào)在傳輸中往往由于各種原因,使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼,從而使接收端產(chǎn)生圖象跳躍、不連續(xù)、出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。所以通過(guò)信道編碼這一環(huán)節(jié),對(duì)數(shù)碼流進(jìn)行相應(yīng)的處理,使系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力,可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生,保證傳輸?shù)目煽啃?。信源編碼:降低數(shù)據(jù)率,提高信息量效率,實(shí)現(xiàn)了傳輸?shù)目赡苄裕岣邆鬏斝市诺谰幋a的要求

對(duì)信道編碼的要求主要有以下幾點(diǎn):(1)編碼效率高,抗干擾能力強(qiáng);(2)對(duì)信號(hào)有良好的透明性;(3)傳輸信號(hào)的頻譜特性與傳輸信道的通頻帶有最佳的匹配性;(4)編碼信號(hào)內(nèi)包含有數(shù)據(jù)定時(shí)信息和幀同步信息,以便接收端準(zhǔn)確地解碼;(5)編碼的數(shù)字信號(hào)具有適當(dāng)?shù)碾娖椒秶?;?)發(fā)生誤碼時(shí),誤碼的擴(kuò)散蔓延小。信道編碼具體的兩個(gè)措施(1)增加糾錯(cuò)能力(即差錯(cuò)控制編碼)——即使數(shù)據(jù)流在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò),也能自動(dòng)糾正;采用差錯(cuò)控制技術(shù):附加一些數(shù)據(jù)信息以實(shí)現(xiàn)最大的檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力。(2)減少發(fā)生差錯(cuò)的可能性——使數(shù)據(jù)流的頻譜特性適應(yīng)傳輸通道的頻譜特性,以求信號(hào)能量經(jīng)由通道傳輸時(shí)損失最小;采用頻譜成型技術(shù):涉及到傳輸碼型的選區(qū)和轉(zhuǎn)換,主要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行處理。差錯(cuò)控制編碼的基本原理

差錯(cuò)控制編碼其基本原理:在被傳信息碼元的基礎(chǔ)上新增加一些冗余碼元,稱(chēng)為監(jiān)督碼元,這些監(jiān)督碼元與被傳信息碼元之間以某種確定的規(guī)則建立一定的關(guān)系(約束)用來(lái)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)在接收端按照既定的規(guī)則校驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元的關(guān)系,一旦傳輸發(fā)生差錯(cuò),則信息碼元與監(jiān)督碼元的關(guān)系就受到破壞,接收端便可實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)(發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤碼元)甚至糾正錯(cuò)誤,輸出原信息碼元以降低傳輸效率為代價(jià),換取了傳輸信號(hào)誤碼率的降低差錯(cuò)控制編碼的方式1.反饋重發(fā)(ARQ,自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求)方式 這種方式中,接收端發(fā)現(xiàn)誤碼后通過(guò)反饋信道請(qǐng)求發(fā)送端重發(fā)數(shù)據(jù)。因此,接收端需要有誤碼檢測(cè)和反饋信道。

發(fā)收能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的碼應(yīng)答信號(hào)92.前向糾錯(cuò)(FEC)方式發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)包括信息碼元以及供接收端自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和糾正誤碼的監(jiān)督碼元。

3.混合糾錯(cuò)(HEC)方式

誤碼量少時(shí)接收端檢知后能自動(dòng)糾錯(cuò),誤碼量超過(guò)糾錯(cuò)能力時(shí)接收端能通過(guò)反饋信道請(qǐng)求發(fā)送端重發(fā)有關(guān)信息。發(fā)收能夠糾正錯(cuò)誤的碼應(yīng)答信號(hào)采用前向糾錯(cuò)碼(FEC)在接收端解碼后,不僅可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,而且能夠判斷錯(cuò)誤碼元所在的位置,并自動(dòng)糾錯(cuò)。這種糾錯(cuò)碼信息不需要儲(chǔ)存,不需要反饋,實(shí)時(shí)性好。所以在廣播系統(tǒng)(單向傳輸系統(tǒng))都采用這種信道編碼方式。差錯(cuò)控制編碼的分類(lèi)RS編碼(里德-所羅門(mén)碼)DVB-C在信道編碼中,采用了(204,188,t=8)的RS碼。信息包長(zhǎng)度:204字節(jié)信息段:188RS糾錯(cuò)碼(監(jiān)督段):2t=16字節(jié)糾錯(cuò)能力:總碼長(zhǎng)204字節(jié)內(nèi)的8個(gè)差錯(cuò)字節(jié)。DTV-ATSC在信道編碼中,采用了(207,187,t=8)的RS碼??杉m正10個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤。

7.交織碼交織前的字節(jié)排列(原始幀示意圖)進(jìn)入傳輸信道的交織幀示意圖去交織后的字節(jié)排列為了克服傳輸信道中突發(fā)干擾造成的連續(xù)性碼元錯(cuò)誤,在數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)中,又采用了數(shù)據(jù)交織技術(shù)。數(shù)據(jù)交織的基本思想是噪聲均化,即設(shè)法將危害較大的、較為集中的噪聲干擾分?jǐn)傞_(kāi)來(lái),使不可恢復(fù)的信息損傷最小。卷積碼卷積碼在N段內(nèi)的若干個(gè)碼字間加進(jìn)相關(guān)性,譯碼時(shí)不是根據(jù)單個(gè)碼字而是一串碼字來(lái)做判決,在任何一個(gè)碼組中的監(jiān)督碼元不僅與本組的k個(gè)信息碼元有關(guān),而且與前面N-1段的信息碼有關(guān)。DVB-C糾錯(cuò)編碼與交織技術(shù)

采用一級(jí)RS前向糾錯(cuò)+一級(jí)交織(深度I=12)RS(204,188,T=8)編碼,是在188字節(jié)TS包中加入16字節(jié)的校驗(yàn)字節(jié),最多可以糾正一個(gè)RS碼字內(nèi)的不超過(guò)8個(gè)字節(jié)的誤碼。

RS編碼效率=188/204三、調(diào)制技術(shù)傳輸信息有兩種方式:基帶傳輸和調(diào)制傳輸由信源直接生成的信號(hào)叫基帶信號(hào),其頻率比較低。直接傳送基帶信號(hào),不經(jīng)頻譜搬移時(shí),則稱(chēng)之為基帶傳輸。基帶傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,但難以長(zhǎng)距離傳輸,因?yàn)橐话愕膫鬏斝诺涝诘皖l處的損耗都是很大的。

調(diào)制就是用基帶信號(hào)對(duì)載波波形某個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制,形成適合于線路傳送的信號(hào)。當(dāng)已調(diào)制信號(hào)到達(dá)接收端時(shí),再進(jìn)行解調(diào),即將經(jīng)過(guò)調(diào)制器變換過(guò)的模擬信號(hào)去掉載波恢復(fù)成原來(lái)的基帶信號(hào)。模擬與數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)對(duì)比在模擬電視系統(tǒng)中,一套節(jié)目的視、音頻信號(hào)通過(guò)調(diào)制后占用一個(gè)8MHz的標(biāo)準(zhǔn)模擬信道,載波的頻譜成份(或功率)集中在各載頻附近,如上圖所示。在數(shù)字電視系統(tǒng)中,多套節(jié)目的TS碼流通過(guò)調(diào)制占用一個(gè)8MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻道,數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜對(duì)稱(chēng),能量均勻,因此,數(shù)字頻道的載頻應(yīng)安排在8MHZ頻道的中央位置,如下圖所示。幅度0~6MHz視頻圖像載頻伴音載頻色副載波8MHz幅度8MHZ中心頻率數(shù)字傳輸?shù)某S谜{(diào)制方式正交振幅調(diào)制(QAM)相移鍵控調(diào)制(QPSK)殘留邊帶調(diào)制(VSB)編碼正交頻分調(diào)制(COFDM)頻譜規(guī)劃世界三大數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB系統(tǒng)的調(diào)制方式相移鍵控調(diào)制(QPSK)QPSK調(diào)制,Q表示正交,PSK表示二相調(diào)制。QPSK可以看成是兩個(gè)正交的PSK二相調(diào)制信號(hào)的合成。所謂“正交”,是指將兩個(gè)信號(hào)分別調(diào)制在頻率完全相同,而相位相差90o的兩個(gè)載波上進(jìn)行傳輸?shù)囊环N調(diào)制方式。其調(diào)制原理如下圖所示。

(a)串/并變換(b)調(diào)制原理圖(c)星座圖ABQPSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特,這些信息比特是通過(guò)載波的四種相位來(lái)傳遞的。QPSK調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):信號(hào)的平均功率恒定,不受幅度衰減影響,抗幅度失真能力強(qiáng);缺點(diǎn):只利用了載波的相位,所有星座點(diǎn)只分布在半徑相同的圓周上。星座點(diǎn)較多時(shí),星座點(diǎn)間的距離很近,容易受噪聲干擾的影響,不易增加頻帶利用率QAM調(diào)制也可稱(chēng)為多電平正交幅度-相位復(fù)合調(diào)制。由這一更加準(zhǔn)確的全稱(chēng)可知,QAM調(diào)制有兩個(gè)重要的工作步驟:第一步是將一組二進(jìn)制的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為一組X進(jìn)制的多電平模擬信號(hào),這一過(guò)程可以簡(jiǎn)稱(chēng)為“映射”;第二步是對(duì)載波進(jìn)行幅度和相位的復(fù)合調(diào)制,簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)制。下圖所示是QAM調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)方框圖。正交振幅調(diào)制(QAM)對(duì)于2m-QAM的調(diào)制解調(diào)器,每個(gè)QAM符號(hào)的bit數(shù)為m。如16QAM=24QAM,即m=4,表示此類(lèi)調(diào)制方式每個(gè)符號(hào)是4bit,即調(diào)制和解調(diào)均以4bit為單位進(jìn)行。正交振幅調(diào)制(QAM)星座點(diǎn)不在一個(gè)圓上,點(diǎn)間距較遠(yuǎn),解調(diào)時(shí),區(qū)分相鄰已調(diào)矢量容易,誤碼率比相同點(diǎn)數(shù)的PSK低坐標(biāo)原點(diǎn)和各矢量點(diǎn)連續(xù)長(zhǎng)短不一,看出已調(diào)矢量波相位、幅度均有變化,說(shuō)明QAM方式既調(diào)幅又調(diào)相64QAM星座DVB-C帶寬、符號(hào)率、傳輸速率換算有線網(wǎng)絡(luò)帶寬:8MHz滾降系數(shù):a=0.16符號(hào)率=8/(1+0.16)=6.896MB64(26)QAM調(diào)制效率:6調(diào)制器可傳輸速率:6.896*64=41.37MbpsRS編碼效率:188/204復(fù)用器允許輸出碼率:41.37*188/204=38.01a=0a=0.5a=11/2T3/4T1/T10.5fS(f)不同多進(jìn)制QAM傳輸率比較m數(shù)值愈大,調(diào)制效率愈高、頻帶利用率也愈高,但是抗干擾能力相對(duì)愈差,對(duì)傳輸環(huán)境的質(zhì)量指標(biāo)要求就愈高正交頻分調(diào)制(COFDM)首先在規(guī)定的高頻帶寬B內(nèi)均勻安排以N=2r個(gè)子載波,再將高碼率的串行數(shù)據(jù)流變換成N個(gè)低碼率的并行流,對(duì)N個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制(QPSK或QAM)然后再將各路已調(diào)波以頻分多路的形式混合,便得到總帶寬為B、頻分復(fù)用的OFDM信號(hào)。COFDM表示基帶信號(hào)已經(jīng)施加了糾錯(cuò)編碼消除多徑干擾的原理:串行數(shù)據(jù)分為并行傳輸,擴(kuò)大了符號(hào)周期殘留邊帶調(diào)制(VSB)

在雙邊帶調(diào)制的基礎(chǔ)上,通過(guò)設(shè)計(jì)濾波器,使信號(hào)一個(gè)邊帶的頻譜成分原則上保留,另一個(gè)邊帶頻譜成分只保留小部分(殘留)。8-VSB相當(dāng)于64-QAM,16-VSB相當(dāng)于256-QAM的性能。VSB比QAM簡(jiǎn)單,硬件復(fù)雜度低;但QAM調(diào)制沒(méi)有導(dǎo)頻信號(hào),可最大限度利用高頻功率調(diào)制總結(jié)QPSK:調(diào)制效率較低,頻帶利用率較低,要求傳送途徑的信噪比低,抗干擾能力較強(qiáng),適合衛(wèi)星廣播。QAM:調(diào)制效率較高,頻帶利用率較高,要求傳送途徑的信噪比高,抗干擾能力較差,適合有線電視電纜傳輸。VSB:抗多徑傳播效應(yīng)好(即消除重影效果好),適合地面廣播。COFDM:調(diào)制效率大范圍可選、可調(diào),抗干擾能力特強(qiáng)(抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好),適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。

四、信道編碼和調(diào)制的相關(guān)參數(shù)和測(cè)量

輸出電平測(cè)量點(diǎn)功率(電壓或電流)與同一單位的某一基準(zhǔn)值之比取常用對(duì)數(shù):10lg(P/P0)=20lg(U/U0)dBW基準(zhǔn)功率為1W,dBmW基準(zhǔn)功率為1mWXdBW=(X+30)dBmW,XdBmv=(X+60)dBμv75歐阻抗下

0dBW=30dBmW=78.75dBmv=138.75dBμv過(guò)高容易增加非線性產(chǎn)物造成信號(hào)失真,無(wú)法收到清晰圖像質(zhì)量,過(guò)低受干擾程度大,不能滿(mǎn)足接收電平要求

調(diào)制誤差率(MER)

MER是描述數(shù)字調(diào)制信號(hào)總體質(zhì)量的參數(shù),是誤差幅度的有效值與平均矢量幅度的比值,結(jié)果用dB表示。在星座圖中MER將接收符號(hào)的實(shí)際位置與其理想位置進(jìn)行比較。信號(hào)質(zhì)量降低時(shí),接收符號(hào)距離理想位置更遠(yuǎn),

MER將會(huì)減小。33MER的經(jīng)驗(yàn)門(mén)限值對(duì)于8MHz的64QAM為23.5db,低于此值,星座圖將無(wú)法鎖定,圖象就會(huì)從滿(mǎn)意的效果轉(zhuǎn)到馬賽克現(xiàn)象、靜幀或黑屏。對(duì)不同的部分MER的指標(biāo)有一些經(jīng)驗(yàn)值:在前端>38db,分前端>36db,光節(jié)點(diǎn)>34db,用戶(hù)>28db。

誤碼率(BER)BER(比特誤碼率)定義為是發(fā)生誤碼的位數(shù)與傳輸?shù)目偽粩?shù)之比,

BER一般表示成科學(xué)記數(shù)法,例如3*10-7表示傳輸10的七次方個(gè)比特信息中有三個(gè)誤碼。一切損傷及干擾最后都反映在BER上。系統(tǒng)可靠性最終都?xì)w結(jié)到BER這一指標(biāo)上。3435MER和BER的關(guān)系

在此MER范圍內(nèi)無(wú)誤碼

1E-081E-071E-061E-051E-041E-033534333231302928272624232221好的BER并不說(shuō)明有好的MER,在星座圖的決策邊框內(nèi)的點(diǎn)均能恢復(fù),但是由于存在一些偏離中心點(diǎn)(理想位置)的點(diǎn),因此產(chǎn)生矢量誤差,導(dǎo)致了MER劣化;而且好的MER也不能表明BER一定就好,在系統(tǒng)遭到中斷類(lèi)的噪聲沖擊、激光器削波、掃描脈沖干擾、松動(dòng)的接頭時(shí),BER會(huì)明顯劣化,但MER可能變化不大。。

36其他的調(diào)制參數(shù)載噪比C/N:總功率對(duì)有效帶寬內(nèi)噪聲功率的比值,用dB表示。64QAM下,只考慮高斯噪聲情況下C/N=MER為23.7dB;噪聲裕量:接收信號(hào)的載噪比C/N與BER為10-4

(FEC校正前)的載噪比之間的差值,用dB表示。等效噪聲劣化(END):實(shí)際系統(tǒng)誤碼率為110-4時(shí)的載噪比C/N與理論上誤碼率為1E-04時(shí)的載噪比的

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