数字卫视系统采用QPSK调制方式,并运用卷积码和截短Rs码级联的误码保护方法,视频信号采用MPEG-2压缩编码,传送码流为固定长度的数据包,内含1个字节的同步字和187个数据字节,图6中展示了数据包的结构。
卫星数字视频广播的特点是可用频段宽,覆盖面积大,并可直接服务到户,为此限制卫星转发器的发射功率,提高抗干扰性和可靠性是系统设计的主要目标。
第二,有线电视数字视频广播DVB—C
鉴于有线电视信号是在同轴电缆或在光纤内传送,所以射频功率的利用率最佳,加上它是一个封闭体系,很少受外界干扰,所以信噪比可以提得高,当然长距离传输中各种失配所引起的回波干扰必须加以考虑。鉴于DVB—C是利用目前的模拟电视频道,相对而言带宽较窄,但信道信噪比高,所以欧洲广播联盟EBU等组织倾向于使用多电平QAM调制方式,而ATSC建议用16VSB调制。
第三,地面数字视频广播DVB—T
由于DVB—T的电磁波直接在地球周界传送,特别是地物和地貌对电波产生明显的影响,尤其是多路径于扰,使得同一信息通过不同渠道而传送到同一副接收天线,其时延根据测试约在-4~+30μs之间,这种重复信号少则4~6路多至10~20路,形成层层重影,对数字信号而言引起严重码间干扰。即使提高发射功率也无法降低误码率,因此抗多路径干扰成为地面广播中首要考虑的问题,很多人通过研究倾向于采用正交频分复用OFDM技术,它把一个高速率的串行数据转换成上千个低速的不同载频的独立码流,以这种多载波并行传输来替代串行脉冲序列,由于每个子信道的频带很窄,所以有效地防止由多路径传输引起的频率选择性衰落。当然为了提高传输的可靠性,仍需采用截短Rs码(204、188)作为外码,以信息率可变卷积码作为内码。而美国根据他们的分析与实验,仍然采用残留边带调制,当然在系统中同样采用RS码、格状编码、交织,并引入自适应均衡技术用以对抗多径衰落,能有效地消除码间干扰,目前美国采用8电平VSB来传送HDTV电视信号,其实际的频谱利用率可达到5.3,而且调制方案实施简单,并有长期成熟经验,在表1中列举了三种调制方法的带宽效率,单位为bps/Hz,其含义是每赫芝中能传送的位数,而表2中可看出三种调制技术实施中的难易和应用地区。
1.QPSK调制和卫视发射系统
模拟基带信号去调制正弦载波时往往去控制振幅、频率和相位,分别叫做调幅AM、调频FM、调相PMo同样经过纠错、交织、卷积的脉冲序列的基带信号,也不宜在信道中进行长距离传输,也要进行调制,也把这些数码信号去控制正弦载波的振幅、频率和相位中的一个参量或两个参量,用以控制振幅的称为振幅键控ASK,控制频率的叫做频率键控FSK,控制相位的谓之相位键控PSK。
相位键控有绝对调相和差分调相之分。以未调波的相位为基准的调制称为绝对调相PSK。现以二进制绝对调相为例,设码元为“1”时已调载波相位和未调载波的相位同相,而码元为“0”时两者的相位差为180°。如果把基带信号B(t)与载波Uc(t)一起送到乘法器,则乘法器输出是绝对调相的已调波。图7中展示了绝对调相的有关波形,不难看出,在输出波形中无载波成分,信号能量的利用率高,其频带和数字调幅波相等,并未扩展额外的带宽,体现了它的优越性。
正交相移键控QPSK有两个调相器,首先把载波发生器所产生的载波分成两路,一路是正弦载波,另一路是余弦载波,即两路载波相移90°,然后分别进行相位键控,正弦载波的相位调制器输出的已调波电压uA(t)的相位为0和π弧度,而余弦载波的相位调制器B输出的已调波UB(t)的相位分别是π/2和-π/2,它们均分别对应于基带信号中的“0”和“l”,显而易见,在QPSK中把双相变成四相,并且相邻相位均相差90°,谓之正交,为了适应双相变成四相,必须使数字基带脉冲序列B(t)也进行串并转换,使一个脉冲序列变成两个脉冲序列,即奇次码元BA(t)组成的脉冲序列和偶次码元BR(t)组成的脉冲序列如图8所示。同一时刻并行传送BA(t)和BB(t)各一个码元,谓之位对,显然位对的四种组合(11、10、00、01)对应于正交调相器输出的四种相位,对应于脉冲序列BA(t)的“1”、
“0”的相位调制器uA(t)的相位分别S“0”和“π”,而对应于脉冲序列BB(t)的“1”、“O”的相应调制器B输出信号UB(t)的相位是π/2和-π/
2。由此可见,当BA(t)为“l”时UA(t)的相位为0,与其对应的B日(t)的码元也是“1”,则uB(t)的相位为霄/2,所以由UA(t)和uB(t)合成的相量U。(t)的相角等于π/4,其对应的位对是1、l;这样四种不同组合的位对与正交调相器输出信号U0(t)的相位一一对应,即
(1、1)→π/4, (0、1)→3π/4,
(O、0)→3π/4, (1、O)→-π/4。
在图8(b)中也表明了四相调制信号的相量图,也称为星座图,所以正交相移键控也写成四相键控调制。
图9中展示了QPSK调制的原理框图,为把正交键控信号分成四个信号,应有一个副载波中心频率ωc,而各有一个固定的相角,取决于数字输入信号,若用下式来表示QPSK信号式中Es可理解为单位符号的平均能量,TS指符号宽度,它等于二倍的位时钟周期,但每个信号的固定相位分别是0、π/2π、3π/2,用此合成的两个信号分别用I信号以及与其正交的Q信号来表示。按此扩大也可写成M—PSK,M=2、4、6、8…当M=2时即BPSK,M=4时即QPSK综上所述,在卫视发射系统对数据流处理 理可含有以下步骤,即
一传送用于能量扩散的随机化处理,并进行复用适配;
一采用截短Rs码(204、188)进行外编码;
一进行卷积交织处理;
一采用截短卷积码作为内编码;
一形成适合于调制的基带信号;
一实施QPSK调制。
图lO中展示了卫视发射系统功能框图,卫视广播星载转发器的主载波功率大约在Xx瓦到300瓦左右,当无视频调制时,信号功率频谱集中在载频或某几个根谱线,从而会导致对地面共用频道上其他信息载体的干扰,所以常采用能量扩散技术来避免这类干扰。
我国地方台的数字卫视信号,信源编码采用I、B、P帧,数据率可变2~15Mbps,图像分辨率可调704/576、544/576、480/576、480/280、352/28 8,视频标准为IsO/IECl3818,音频标准为ISO/IECl 1172。信道编码的输入码流符合MPEG-2传送格式,采用RS编码(204、188)、卷积交织深度为12,信息率可变1/2、2/3、3/4、5/6、7/8,约束长度N=7,使用QPSK调制,带宽效率为2bps/Hz。发射端的数码率可达216Mbps,当把信号压缩到6MHz带宽内传送时即使考虑到带宽效率,平均数据压缩比应不低于18。我国地方卫视台租用转发器频带为7MHz,所以尚有1MHz的带宽用于传送其他信息,也为未来高清晰度数字电视留出一定空间。
2.多电平正交幅度调制M—QAM
正交幅度调制是振幅调制和相位调制相结合的一种调制方法,在相同的频带宽度内能传送较高的数码率,其带宽效率可达到5~6,但它对信道的载噪比有较高的要求,很符合有线电视的特色。一个m电平的正交幅度调制有m2个信号状态,在有线数字电视传输时倾向于32QAM、64QAM,也采用更高电平的QAM如256QAM。国际上一些公司已生产出解调QAM的芯片,如ST公司的STV0197、Philips公司的TDA8048H等,当然QAM调制系统中也采用Rs码(204、188)、卷积和格状编码以及交织用于信道编码。
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