数字电视传输(DVB-C)

1、数字电视原理数字电视原理第六章第六章 数字电视传输数字电视传输2/98数字电视有线传输系统数字电视有线传输系统能能量量扩扩散散RS纠纠错错编编码码卷卷积积交交织织基基带带整整形形字字节节到到符符号号的的映映射射数字视频编码数字视频编码数字音频编码数字音频编码数据编码数据编码节节目目流流多多路路复复用用传传输输流流多多路路复复用用QAM调调制制射射频频功功率率放放大大器器(a)发射侧电路框图发射侧电路框图射射频频IQIFIQ差差分分编编码码分为分为16QAM、32QAM、64QAM 三种调制方式三种调制方式3/98数字电视有线传输系统数字电视有线传输系统解解 能能量量扩扩散散RS纠纠错错解解码码

2、卷卷积积解解交交织织数字视频编码数字视频编码数字音频编码数字音频编码数字编码数字编码节节目目流流多多路路解解复复用用传传输输流流多多路路解解复复用用QAM解解调调高高频频调调谐谐器器(b)接收侧电路框图接收侧电路框图有有线线电电视视网网数数据据VA数数据据4/98DVB-C传输标准传输标准n结构图结构图基带物基带物理接口理接口与同步与同步数据时钟同步反同步反转与数转与数据加扰据加扰RS编码编码卷积卷积交织交织差分差分解码解码字节到字节到符号的符号的映射映射基带基带成型成型QAM调制与调制与接口接口时钟和同步产时钟和同步产生码率控制生码率控制接口与接口与QPSK解调器解调器匹配滤匹配滤波器与波器

3、与均衡均衡符号符号到字到字节的节的映射映射卷积卷积去交去交织织RS解码解码解扰与解扰与去同步去同步反转反转基带物基带物理接口理接口与同步与同步数据载波和时钟提取载波和时钟提取码率控制差分差分编码编码5/98DVB-C传输标准传输标准n基带物理接口与同步基带物理接口与同步u 基带物理接口基带物理接口 负责负责DVB-C传输系统与外部系统间的信号码型、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数据格式和通信协议等方面的转换u 同步同步 DVB-C传输系统的时钟与外部系统时间的同步。传输系统的时钟与外部系统时间的同步。6/98DVB-C传输标准传输标准n同步反转与数据加扰同步反转

4、与数据加扰u 同步同步 MPEG-2的的TS包同步包同步u 数据加扰数据加扰 8个个TS包的数据为周期进行，每包的数据为周期进行，每8个个TS包数据加包数据加扰后伪随机序列发生器重新进行一次初始化扰后伪随机序列发生器重新进行一次初始化 初始化序列为初始化序列为100101010000000 在每在每8个个TS包中的第一个包中的第一个TS包链接头加入特殊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。列发生器进行初始化。a)第一个第一个TS包的同步字节逐比特取反包的同步字节逐比特取反b)其他其他TS包链接头中的同步字节保持不

5、变包链接头中的同步字节保持不变7/98能量扩散能量扩散能能量量扩扩散散数字视频编码数字视频编码数字音频编码数字音频编码数据编码数据编码节节目目流流多多路路复复用用传传输输流流多多路路复复用用传输流以固定数传输流以固定数据长度组织成数据长度组织成数据帧结构据帧结构8/98能量扩散（续能量扩散（续1）同步同步1字节字节187字节字节MPEG-2传送传送MUX包包同步同步1R187字节字节 同步同步2R187字节字节 同步同步8R187字节字节同步同步1R187字节字节 随机化的传送包：同步字节和随机化序列随机化的传送包：同步字节和随机化序列RPRBS周期周期=1503字节字节同步同步1或同步或同步

6、nR187字节字节里德里德所罗门所罗门RS（204，188，t=8）误码保护）误码保护包包RS(204,188,8)204字节字节同步同步1或同步或同步n203字节字节 同步同步1或同步或同步n同步同步1或同步或同步n203字节字节交织帧：交织深度交织帧：交织深度I=12字节字节固定长度数据帧结构固定长度数据帧结构9/98能量扩散（续能量扩散（续2）n目的目的u 使数字电视信号的能量使数字电视信号的能量不过分集中不过分集中在载频上在载频上或或“1”、“0”电平相对应的频率上，从而电平相对应的频率上，从而减少减少对其他通信设备的干扰，并对其他通信设备的干扰，并有利有利于载波于载波恢复恢复n做法做

7、法u 将二进制数据将二进制数据较集中较集中的的“0”或或“1”按一定按一定的的规律规律使之使之分散分散开来开来u 规律由规律由伪随机发生器的生成多项式伪随机发生器的生成多项式决定决定n数据随机化过程也称数据扰码过程数据随机化过程也称数据扰码过程u 收、发两端收、发两端同步同步进行进行10/98能量扩散（续能量扩散（续3）123456789101112131415100101010000000初始序列初始序列00000011EX-OREX-ORAND随机随机/去随机去随机数据输出数据输出去随机去随机/随机随机数据输入数据输入使能使能DVB标准采用的伪随机二进制序列发生器的生成多项式：标准采用的伪

8、随机二进制序列发生器的生成多项式：15141xx 11/98DVB-C传输系统传输系统n纠错编码纠错编码u 由于有线电视传输信道的途距较短由于有线电视传输信道的途距较短u 受到的外界干扰也较少受到的外界干扰也较少u 采用采用 一级纠错编码一级纠错编码 一次交织一次交织 方案与方案与DVB-S系统中的完全相同系统中的完全相同12/98R-S码（续码（续1）nR-S码的基本参数码的基本参数u 输入信息可分为输入信息可分为kmbit一组，一组，u 码长码长n=2m-1符号或符号或m(2m-1)bitu 信息段信息段 k个符号或个符号或bitu 纠错能力纠错能力 t个符号或个符号或mt bitu 监督

9、段监督段 n-k=2t符号或符号或m(n-k)=2mt bitu 最小距离最小距离 d=2t+1符号或符号或md=m(2t+1) bit13/98R-S码（续码（续3）n举例举例RS(204,188,t=8)u 有一组信息，码长有一组信息，码长n=204字节，其中，信息字节，其中，信息码元码元k=188字节，校验码元字节，校验码元n-k=16字节字节u R-S码的码长码的码长n、信息码元、信息码元k和纠错能力和纠错能力t之间之间应符合如下关系应符合如下关系tknnm212 u 又因为校验码元又因为校验码元n-k=16字节，可得字节，可得8 t14/98数据交织与解交织数据交织与解交织n 纠错编

10、码在实际应用中往往要结合数据交织技术纠错编码在实际应用中往往要结合数据交织技术能能量量扩扩散散外外码码RS纠纠错错编编码码内内码码卷卷积积交交织织数字视频编码数字视频编码数字音频编码数字音频编码数据编码数据编码节节目目流流多多路路复复用用传传输输流流多多路路复复用用15/98数据交织和解交织（续数据交织和解交织（续1）n突发错误突发错误u 码元差错码元差错成串成群成串成群地出现，即在短时间内出地出现，即在短时间内出现大量误码。一串差错称为一个突发错误。现大量误码。一串差错称为一个突发错误。u 突发错误突发错误总是总是以差错码元开头，以差错码元以差错码元开头，以差错码元结束，并且中间码元差错概率

11、结束，并且中间码元差错概率超过超过某个标准某个标准值。值。n随机错误随机错误u 码元出现差错与前、后码元是否出现差错码元出现差错与前、后码元是否出现差错无无关关，每个码元，每个码元独立独立地按一定的规律产生差错地按一定的规律产生差错16/98数据交织和解交织（续数据交织和解交织（续2）n交织器交织器u 是数据顺序随机化是数据顺序随机化u 使信道的突发错误分散开来使信道的突发错误分散开来u 分类分类 周期交织周期交织 伪随机交织伪随机交织17/98数据交织和解交织（续数据交织和解交织（续3）n数据交织数据交织u 通过交织和解交织将一个有记忆的突发信道通过交织和解交织将一个有记忆的突发信道改造为基

12、本上是无记忆的随机独立差错的信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道，然后再用纠随机独立差错的码来纠错u 分类分类 块交织块交织 卷积交织卷积交织18/98块交织块交织n 原理原理u发送端将已编码的数据构成一个发送端将已编码的数据构成一个m行行n列列的矩阵的矩阵，按列写入按列写入随机存储器随机存储器RAM，再，再按行读出按行读出送至接收端送至接收端u接收端将接收到的信号接收端将接收到的信号按行顺序写入按行顺序写入RAM，再，再按列读出按列读出。19/98卷积交织原理图卷积交织原理图发送端交织发送端交织接收端交织接收端交织M2M3M4M4M3M2MMn 性质

13、与块交织相似性质与块交织相似n 箭头表示的箭头表示的4个开关自上而下往返同步工作个开关自上而下往返同步工作n表示能存储表示能存储M比特的移位寄存器比特的移位寄存器n接收端的寄存器与发送端互补接收端的寄存器与发送端互补20/98卷积交织卷积交织n 设发送端待发送的一组信息为设发送端待发送的一组信息为),(25242322212019181716151413121110090807060504030201AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX n 发送端交织器为码元分组交织矩阵，发送端交织器为码元分组交织矩阵，25个码元个码元分成分成5行行5列，按行输入列，按行输入 u 当当A01输

14、入交织器时，将直通输出至第一行第一列输入交织器时，将直通输出至第一行第一列的位置的位置u 当当A02输入交织器经输入交织器经M=5位延迟后，输出至第二行位延迟后，输出至第二行第二列的位置第二列的位置u 当当A03输入交织器经输入交织器经2M=25=10位延迟后，输出位延迟后，输出至第三行第三列的位置至第三行第三列的位置21/98卷积交织（续卷积交织（续1）n 若用矩阵表示交织器的输入，因它是按行写入每若用矩阵表示交织器的输入，因它是按行写入每行行5个码元，即个码元，即u 当当A04输入交织器经输入交织器经3M=35=15位延迟后，输出位延迟后，输出至第四行第四列的位置至第四行第四列的位置u 当

15、当A05输入交织器经输入交织器经4M=45=20位延迟后，输出位延迟后，输出至第五行第五列的位置至第五行第五列的位置 252423222120191817161514131211100908070605040302011AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX22/98卷积交织（续卷积交织（续2）n 经过并行经过并行N个存储器后个存储器后M2M3M4MA01A02A03A04A05A06A07A08A09A10A11A12A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25 23/98卷积交织（续卷积交织（续3）n 按行读出送入信道的码元序列为按行读出送入

16、信道的码元序列为),(05091317212504081216202403071115192302061014182201AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX n 在信道仍受到两个突发干扰，第一个为在信道仍受到两个突发干扰，第一个为5位，即位，即A01A22A18A14A10；第二个为；第二个为4为为A11A07A03A24。n 接收端收到的码元序列为接收端收到的码元序列为),( 05091317212504081216202403071115192302061014182201AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX 24/98卷积交织（续卷积交织（续4）n 在接

17、收端送入解交织器，解交织器结构与发送端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，且同步运行交织器结构互补，且同步运行050913172125190812162024030711151923020610141822013AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX输入输入 252423222120191817161514131211100908070605040302014AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX输出输出4M3M2MM25/98卷积交织（续卷积交织（续5）n按行读出并送入信道译码器的码序列为按行读出并送入信道译码器的码序列为),(2524232

18、2212019181716151413121110090807060504030201AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAX 26/98字节到符号的映射字节到符号的映射n 字节字节u 指传输流中的每个字节的数据，通常每个字节的数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，为据量永远不变，为8bitn 符号符号u 指送到数字调制器的去的一组数据，一般是并行送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。出的，每组数据称作一个符号。u 采用的数字调制的方法不同，一个符号所包含的比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。特数目

19、就不相等。 16QAM为为4bit 32QAM为为5bitn 针对不同的数字调制方法，要把字节数据映射成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。一个一个符号，再进行数字调制。27/98字节到符号的映射字节到符号的映射n在卷积交织后，在卷积交织后， 字节到符号的映射要精确字节到符号的映射要精确地执行地执行n在每种情况下，符号在每种情况下，符号Z的的MSB由字节由字节V的的MSB所取代。所取代。n相应的下一个符号的有效位将被下一个字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节的有效位代替28/98字节到符号的映射字节到符号的映射n 在在2m-QAM调制中，处

20、理器将从调制中，处理器将从k比特映射到比特映射到n个个符号，如：符号，如：u 8k=nmu 例如例如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 字节字节V字节字节V+1字节字节V+2符号符号Z符号符号Z+1符号符号Z+2符号符号Z+329/98字节到符号的映射字节到符号的映射76543210Xa1Xb1Xc1 Xd1X

21、a2Xb2Xc2 Xd2Xa Xb Xc Xd1 1 1 1 +151 1 1 0 +131 1 0 1 +11 1 1 0 0 +91 0 1 1 +71 0 1 0 +51 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 -90 0 1 0 -11 0 0 0 1 -130 0 0 0 -15 0 1 0 1 -5XaXbXcXd注：注：16-VSB中每个符号需中每个符号需4bit信息，信息，所以一个字节映射成两个符号所以一个字节映射成两个符号30/98/2旋转不变旋转不变QAM星座的获得星座的获得n相位混淆相位混淆

22、u 接收端的相干载波是从发送信号中取得的。接收端的相干载波是从发送信号中取得的。u 由于信号集的布局不同，它可以在不同程度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。上产生相位不定度。u 相位混淆程度与星座有关。相位混淆程度与星座有关。n解决的途径解决的途径u 将差分的概念应用到将差分的概念应用到QAM调制中去，使星座调制中去，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。绝对值不直接挂钩。u 这种不受相干载波相位混淆的这种不受相干载波相位混淆的QAM星座称星座称为为/2旋转不变旋转不变QAM星座星座31/98/2旋转不变旋转不

23、变QAM星座的获得星座的获得n 方法方法u 为获得为获得/2旋转不变旋转不变QAM星座图，每个符号星座图，每个符号的两个最高有效位进行差分编码。的两个最高有效位进行差分编码。：反反转转：逻逻辑辑与与：逻逻辑辑或或异异或或 :)()()()()()()()(1111kkkkkkkkkkkkkkkkkkIBBAQBBAQQABAIABAI32/98/2旋转不变旋转不变QAM星座的获得星座的获得字节到字节到m比特符号比特符号转换转换差分编差分编码码映射映射QIkIkQMSBAk qkbB )b,b,b(qbit011q 自交织自交织器输出器输出833/98/2旋转不变旋转不变QAM星座的获得星座的获

24、得n消除相位模糊度消除相位模糊度u 用差分编码得到的两个最高位来规定信号矢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量所处的象限u 而其余比特用来规定每个象限中信号矢量的而其余比特用来规定每个象限中信号矢量的配置配置u 并使这种配置呈现出并使这种配置呈现出/2的旋转对称性的旋转对称性34/98/2旋转不变旋转不变QAM星座的获得星座的获得QI00 10 01 0001 11 11 1010 11 11 0100 01 10 0010QIkk 00QIkk 11QIkk 01QIkk 11ba11ba11ba11baAA35/98基带成形基带成形n采用平方根升余弦滤波器采用平方根升余弦滤

25、波器n滚将系数为滚将系数为0.1536/98MQAM调制调制nQAM调制调制u 正交幅度调制正交幅度调制 是用两个独立的是用两个独立的基带信号基带信号对两个相互正交的对两个相互正交的同频同频载波载波进行抑制载波的双边带调制，利用进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调这种已调信号在信号在同一带宽内频谱正交的性质同一带宽内频谱正交的性质来实现来实现两路并两路并行的数字信息传输行的数字信息传输u 是一种节省频带的数字调制方法是一种节省频带的数字调制方法u 广泛应用于有线电视的下行传输及广泛应用于有线电视的下行传输及HDTV的的地面广播传输地面广播传输u 优点优点 有较高的频带利用率有较高的频带利用率

26、 有较高的信噪比有较高的信噪比37/98MQAM调制（续调制（续1）nMQAM调制器原理框图调制器原理框图串并转换串并转换调制器调制器移相移相90+二进制信息二进制信息tcosc tsinc 电平转换电平转换电平转换电平转换调制器调制器振荡器振荡器MQAM输出输出38/98MQAM调制（续调制（续2）n16QAMu 产生方法产生方法 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用两路独立的四相移相键控信号叠加而成串串/并转换并转换移相移相90+二进制二进制信息信息tsinc 24电平转换电平转换振荡器振荡器16QAM24电平

27、转换电平转换LPFLPF调制器调制器调制器调制器IQ1a2a2b1b39/98MQAM调制（续调制（续3）n 电平转换真值表电平转换真值表输输 入入输输 出出输输 入入输输 出出a1a2b1b200-100-101-301-310+110+111+311+340/98MQAM调制（续调制（续4）n 经经24电平转换后，可得到电平转换后，可得到-1、-3、+1、+3四个电平四个电平n 则调制器则调制器输出的四个信号输出的四个信号tsin3tsin1tsin1tsin3cccc 、n 则调制器则调制器输出的四个信号输出的四个信号tcos3tcos1tcos1tcos3cccc 、41/98MQAM

28、调制（续调制（续5）n 将将I信号和信号和Q信号线性相加后，可得到信号线性相加后，可得到16QAM星座图星座图31-1-331-1-3IQ-1-3QI-1-31133(-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) 42/98MQAM调制调制 （续（续6）n QAM频谱利用率分析频谱利用率分析 u设输入的二进制速率为设输入的二进制速率为10Mb/su24电平转换的输入为电平转换的输入为10Mb/s4=2.5Mb/su信息论

29、知识可得，信息论知识可得，1MHz最高可传输最高可传输PCM信号信号2bit，所以它的基带最高频率为，所以它的基带最高频率为2.5/2MHzu设调制信号的频率为设调制信号的频率为 ，则带宽为，则带宽为2 2 ，则，则 = =2.5/2MHz，2=2.5MHz。 u即即10Mb/s的二进制数，经的二进制数，经16QAM调制后，的调制后，的模拟信号的带宽为模拟信号的带宽为2.5MHz，则频谱利用率为，则频谱利用率为)Hzs/(b4MHz5 . 2s/Mb10 43/98MQAM调制调制 （续（续7）nQAM频谱利用率分析频谱利用率分析u 16QAM调制的频谱利用率为调制的频谱利用率为4b/(sHz) 16=24u 同理可证明同理可证明 64QAM调制调制a)64=26b)频谱利用率为频谱利用率为6b/(sHz) 128QAM调制调制a)126=27b)频谱利用率为频谱利用率为7b/(sHz) QPSK调