数字电视传输(DVB-C).ppt

数字电视原理,第六章 数字电视传输,2/98,数字电视有线传输系统,能 量 扩 散,RS纠错编码,卷积交织,基带整形,字节到符号的映射,节目流多路复用,传输流多路复用,QAM调制,射频功率放大器,(a)发射侧电路框图,射频,I,Q,IF,I,Q,差分编码,分为16QAM、32QAM、64QAM 三种调制方式,3/98,数字电视有线传输系统,解 能 量 扩 散,RS纠错解码,卷积解交织,节目流多路解复用,传输流多路解复用,QAM解调,高频调谐器,(b)接收侧电路框图,有线电视网数据,V,A,数据,4/98,DVB-C传输标准,结构图,数据,时钟,字节到符号的映射,基带 成型,RS解码,数据,码率控制,差分 编码,5/98,DVB-C传输标准,基带物理接口与同步 基带物理接口 负责DVB-C传输系统与外部系统间的信号码型、数据格式和通信协议等方面的转换 同步 DVB-C传输系统的时钟与外部系统时间的同步。,6/98,DVB-C传输标准,同步反转与数据加扰 同步 MPEG-2的TS包同步 数据加扰 8个TS包的数据为周期进行，每8个TS包数据加扰后伪随机序列发生器重新进行一次初始化 初始化序列为100101010000000 在每8个TS包中的第一个TS包链接头加入特殊的指示信息以指示解扰器何时对其中的伪随机序列发生器进行初始化。 第一个TS包的同步字节逐比特取反 其他TS包链接头中的同步字节保持不变,7/98,能量扩散,能 量 扩 散,节目流多路复用,传输流多路复用,传输流以固定数据长度组织成数据帧结构,8/98,能量扩散（续1）,固定长度数据帧结构,9/98,能量扩散（续2）,目的 使数字电视信号的能量不过分集中在载频上或“1”、“0”电平相对应的频率上，从而减少对其他通信设备的干扰，并有利于载波恢复 做法 将二进制数据较集中的“0”或“1”按一定的规律使之分散开来 规律由伪随机发生器的生成多项式决定 数据随机化过程也称数据扰码过程 收、发两端同步进行,10/98,能量扩散（续3）,1,0,0,1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,初始序列,00000011,EX-OR,EX-OR,AND,随机/去随机数据输出,去随机/随机数据输入,使能,DVB标准采用的伪随机二进制序列发生器的生成多项式：,11/98,DVB-C传输系统,纠错编码 由于有线电视传输信道的途距较短 受到的外界干扰也较少 采用 一级纠错编码 一次交织 方案与DVB-S系统中的完全相同,12/98,R-S码（续1）,R-S码的基本参数 输入信息可分为kmbit一组， 码长n=2m-1符号或m(2m-1)bit 信息段 k个符号或bit 纠错能力 t个符号或mt bit 监督段 n-k=2t符号或m(n-k)=2mt bit 最小距离 d=2t+1符号或md=m(2t+1) bit,13/98,R-S码（续3）,举例RS(204,188,t=8) 有一组信息，码长n=204字节，其中，信息码元k=188字节，校验码元n-k=16字节 R-S码的码长n、信息码元k和纠错能力t之间应符合如下关系,又因为校验码元n-k=16字节，可得,14/98,数据交织与解交织,纠错编码在实际应用中往往要结合数据交织技术,能 量 扩 散,外码RS纠错编码,节目流多路复用,传输流多路复用,15/98,数据交织和解交织（续1）,突发错误 码元差错成串成群地出现，即在短时间内出现大量误码。一串差错称为一个突发错误。 突发错误总是以差错码元开头，以差错码元结束，并且中间码元差错概率超过某个标准值。 随机错误 码元出现差错与前、后码元是否出现差错无关，每个码元独立地按一定的规律产生差错,16/98,数据交织和解交织（续2）,交织器 是数据顺序随机化 使信道的突发错误分散开来 分类 周期交织 伪随机交织,17/98,数据交织和解交织（续3）,数据交织 通过交织和解交织将一个有记忆的突发信道改造为基本上是无记忆的随机独立差错的信道，然后再用纠随机独立差错的码来纠错 分类 块交织 卷积交织,18/98,块交织,原理 发送端将已编码的数据构成一个m行n列的矩阵，按列写入随机存储器RAM，再按行读出送至接收端 接收端将接收到的信号按行顺序写入RAM，再按列读出。,19/98,卷积交织原理图,发送端交织,接收端交织,M,2M,3M,4M,4M,3M,2M,M,性质与块交织相似 箭头表示的4个开关自上而下往返同步工作 表示能存储M比特的移位寄存器 接收端的寄存器与发送端互补,20/98,卷积交织,设发送端待发送的一组信息为,发送端交织器为码元分组交织矩阵，25个码元分成5行5列，按行输入 当A01输入交织器时，将直通输出至第一行第一列的位置 当A02输入交织器经M=5位延迟后，输出至第二行第二列的位置 当A03输入交织器经2M=25=10位延迟后，输出至第三行第三列的位置,21/98,卷积交织（续1）,若用矩阵表示交织器的输入，因它是按行写入每行5个码元，即,当A04输入交织器经3M=35=15位延迟后，输出至第四行第四列的位置 当A05输入交织器经4M=45=20位延迟后，输出至第五行第五列的位置,22/98,卷积交织（续2）,经过并行N个存储器后,A01,A02,A03,A04,A05,A06,A07,A08,A09,A10,A11,A12,A13,A14,A15,A16,A17,A18,A19,A20,A21,A22,A23,A24,A25,23/98,卷积交织（续3）,按行读出送入信道的码元序列为,在信道仍受到两个突发干扰，第一个为5位，即A01A22A18A14A10；第二个为4为A11A07A03A24。,接收端收到的码元序列为,24/98,卷积交织（续4）,在接收端送入解交织器，解交织器结构与发送端交织器结构互补，且同步运行,输入,输出,4M,3M,2M,M,25/98,卷积交织（续5）,按行读出并送入信道译码器的码序列为,26/98,字节到符号的映射,字节 指传输流中的每个字节的数据，通常每个字节的数据量永远不变，为8bit 符号 指送到数字调制器的去的一组数据，一般是并行送出的，每组数据称作一个符号。 采用的数字调制的方法不同，一个符号所包含的比特数目就不相等。 16QAM为4bit 32QAM为5bit 针对不同的数字调制方法，要把字节数据映射成一个一个符号，再进行数字调制。,27/98,字节到符号的映射,在卷积交织后， 字节到符号的映射要精确地执行 在每种情况下，符号Z的MSB由字节V的MSB所取代。 相应的下一个符号的有效位将被下一个字节的有效位代替,28/98,字节到符号的映射,在2m-QAM调制中，处理器将从k比特映射到n个符号，如： 8k=nm 例如64QAM（m=6,k=3,n=4）,b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0,a5 a4 a3 a2 a1 a0 a5 a4 a3 a2 a1 a0 a5 a4 a3 a2 a1 a0 a5 a4 a3 a2 a1 a0,字节V,字节V+1,字节V+2,符号Z,符号Z+1,符号Z+2,符号Z+3,29/98,字节到符号的映射,76543210,Xa1Xb1 Xc1 Xd1 Xa2Xb2 Xc2 Xd2,Xa Xb Xc Xd,1 1 1 1 +15,1 1 1 0 +13,1 1 0 1 +11,1 1 0 0 +9,1 0 1 1 +7,1 0 1 0 +5,1 0 0 1 +3,1 0 0 0 +1,0 1 1 1 -1,0 1 1 0 -3,0 1 0 0 -7,0 0 1 1 -9,0 0 1 0 -11,0 0 0 1 -13,0 0 0 0 -15,0 1 0 1 -5,Xa,Xb,Xc,Xd,注：16-VSB中每个符号需4bit信息，所以一个字节映射成两个符号,30/98,/2旋转不变QAM星座的获得,相位混淆 接收端的相干载波是从发送信号中取得的。 由于信号集的布局不同，它可以在不同程度上产生相位不定度。 相位混淆程度与星座有关。 解决的途径 将差分的概念应用到QAM调制中去，使星座信号点的角度取决于相对差值，而与角度的绝对值不直接挂钩。 这种不受相干载波相位混淆的QAM星座称为/2旋转不变QAM星座,31/98,/2旋转不变QAM星座的获得,方法 为获得/2旋转不变QAM星座图，每个符号的两个最高有效位进行差分编码。,32/98,/2旋转不变QAM星座的获得,字节到m比特符号转换,差分编码,映射,自交织器输出,33/98,/2旋转不变QAM星座的获得,消除相位模糊度 用差分编码得到的两个最高位来规定信号矢量所处的象限 而其余比特用来规定每个象限中信号矢量的配置 并使这种配置呈现出/2的旋转对称性,34/98,/2旋转不变QAM星座的获得,00 10 01 00,01 11 11 10,10 11 11 01,00 01 10 00,35/98,基带成形,采用平方根升余弦滤波器 滚将系数为0.15,36/98,MQAM调制,QAM调制 正交幅度调制 是用两个独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输 是一种节省频带的数字调制方法 广泛应用于有线电视的下行传输及HDTV的地面广播传输 优点 有较高的频带利用率 有较高的信噪比,37/98,MQAM调制（续1）,MQAM调制器原理框图,+,二进制信息,电平转换,电平转换,MQAM输出,38/98,MQAM调制（续2）,16QAM 产生方法 用两路正交的四电平振幅键控信号叠加而成 用两路独立的四相移相键控信号叠加而成,串/并转换,移相90,二进制 信息,24电平转换,振荡器,16QAM,24电平转换,调制器,调制器,39/98,MQAM调制（续3）,电平转换真值表,40/98,MQAM调制（续4）,经24电平转换后，可得到-1、-3、+1、+3四个电平 则调制器输出的四个信号,则调制器输出的四个信号,41/98,MQAM调制（续5）,将I信号和Q信号线性相加后，可得到16QAM星座图,3,1,-1,-3,3,1,-1,-3,-1,-3,-1,-3,1,1,3,3,(-3,3) (-1,3) (1,3) (3,3),(-3,1) (-1,1) (1,1) (3,1),(-3,-1) (-1,-1) (1,-1) (3,-1),(-3,-3) (-1,-3) (1,-3) (3,-3),42/98,MQAM调制 （续6）,QAM频谱利用率分析 设输入的二进制速率为10Mb/s 24电平转换的输入为10Mb/s4=2.5Mb/s 信息论知识可得，1MHz最高可传输PCM信号2bit，所以它的基带最高频率为2.5/2MHz 设调制信号的频率为，则带宽为2，则 =2.5/2MHz，2=2.5MHz。 即10Mb/s的二进制数，经16QAM调制后，的模拟信号的带宽为2.5MHz，则频谱利用率为,43/98,MQAM调制 （续7）,QAM频谱利用率分析 16QAM调制的频谱利用率为4b/(sHz) 16=24 同理可证明 64QAM调制 64=26 频谱利用率为6b/(sHz) 128QAM调制 126=27 频谱利用率为7b/(sHz) QPSK调制相当于4QAM 4=22 频谱利用率为2b/(sHz),44/98,Offset-QAM数字调制技术,QAM调制广泛应用于数字电视有线网传输 高精度数字QAM调制系统的硬件电路设计L64767QAM编码芯片 具有QAM调制数字信号处理的全部功能 将数字卫星接收下来的信号经QPSK数字解调后，再送入L64767进行QAM数字调制，调制后的数字可送往数字电视有线网中,45/98,Offset-QAM数字调制技术,Offset-QAM调制电路框图,微控制器,先进行差分处理，使数据由双极性变为单极性,1.切换输入到QAM调制器，完成输入的重同步，产生伪随机数据用于测试 2.无外部输入时，由PR