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 R S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 R S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k mbit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mtbit监督段n k 2t符号或m n k 2mtbit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R S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 2 5 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 3 5 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 4 5 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4bit32QAM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 n m例如64QAM m 6 k 3 n 4 b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0 a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0 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 Xa1Xb1Xc1Xd1Xa2Xb2Xc2Xd2 XaXbXcXd 1111 15 1110 13 1101 11 1100 9 1011 7 1010 5 1001 3 1000 1 0111 1 0110 3 0100 7 0011 9 0010 11 0001 13 0000 15 0101 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 00100100 01111110 10111101 00011000 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 2 4电平转换 振荡器 16QAM 2 4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2 4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 s2 4电平转换的输入为10Mb s 4 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 s Hz 16 24同理可证明64QAM调制64 26频谱利用率为6b s Hz 128QAM调制126 27频谱利用率为7b s Hz QPSK调制相当于4QAM4 22频谱利用率为2b s Hz 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PRBS产生周期性的伪