信道編碼與調(diào)制

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)和測量可以根據(jù)你實(shí)際的了解來修改整理?？偣泊蟾?5-60頁，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?，提高傳輸效率信道編碼的要求

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)，誤碼量超過糾錯(cuò)能力時(shí)接收端能通過反饋信道請(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RS編碼（里德-所羅門碼）DVB-C在信道編碼中，采用了（204，188，t=8）的RS碼。信息包長度：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。可糾正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_來，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)，則稱之為基帶傳輸?；鶐鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，但難以長距離傳輸，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)過調(diào)制器變換過的模擬信號(hào)去掉載波恢復(fù)成原來的基帶信號(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，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載波的四種相位來傳遞的。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)，這一過程可以簡稱為“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，簡稱調(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)長短不一，看出已調(diào)矢量波相位、幅度均有變化，說明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簡單，硬件復(fù)雜度低；但QAM調(diào)制沒有導(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)和測量

輸出電平測量點(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過高容易增加非線性產(chǎn)物造成信號(hào)失真，無法收到清晰圖像質(zhì)量，過低受干擾程度大，不能滿足接收電平要求

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)門限值對(duì)于8MHz的64QAM為23.5db，低于此值，星座圖將無法鎖定，圖象就會(huì)從滿意的效果轉(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>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)無誤碼

1E-081E-071E-061E-051E-041E-033534333231302928272624232221好的BER并不說明有好的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