信道编码与调制

1、大纲 信道编码与调制的概念/数字电视信号主流的调制方式汇总 信道编码与调制的意义 信道编码的技术原理 调制的技术原理 信道编码和调制的相关参数和测量可以根据你实际的了解来修改整理。总共大概45-60页，1个半小时时间。2一、数字电视广播系统组成框图一、数字电视广播系统组成框图 3二元码产生误码的情况二、信道编码二、信道编码 数字电视信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生，保证传输的可靠性。信源编码信源编

2、码：降低数据率，提高信息量效率，实现了传输的可能性，提高传输效率 信道编码的要求信道编码的要求 对信道编码的要求主要有以下几点：对信道编码的要求主要有以下几点： （1）编码效率高，抗干扰能力强；（2）对信号有良好的透明性；（3）传输信号的频谱特性与传输信道的通频带有最佳的匹配性； （4）编码信号内包含有数据定时信息和帧同步信息，以便接收端准确地解码； （5）编码的数字信号具有适当的电平范围； （6）发生误码时，误码的扩散蔓延小。 信道编码具体的两个措施信道编码具体的两个措施（1）增加纠错能力）增加纠错能力(即差错控制编码即差错控制编码)即使数据流在传输过程中出现差错，也能自动纠正； 采用差错控

3、制技术：附加一些数据信息以实现最大的检错纠错能力。（2）减少发生差错的可能性减少发生差错的可能性使数据流的频谱特性适应传输通道的频谱特性，以求信号能量经由通道传输时损失最小； 采用频谱成型技术：涉及到传输码型的选区和转换，主要对基带信号进行处理。差错控制编码的基本原理差错控制编码的基本原理 差错控制编码差错控制编码其基本原理其基本原理： 在被传信息码元的基础上新增加一些冗余码元，称为监督码元，这些监督码元与被传信息码元之间以某种确定的规则建立一定的关系(约束)用来进行检错和纠错 在接收端按照既定的规则校验信息码元与监督码元的关系，一旦传输发生差错，则信息码元与监督码元的关系就受到破坏，接收端便

4、可实现检错(发现错误码元)甚至纠正错误，输出原信息码元 以降低传输效率为代价，换取了传输信号误码率的降低以降低传输效率为代价，换取了传输信号误码率的降低差错控制编码的方式差错控制编码的方式1.反馈重发反馈重发(ARQ，自动重发请求，自动重发请求)方式方式 这种方式中，接收端发现误码后通过反馈信道请求发送端重发数据。因此，接收端需要有误码检测和反馈信道。 发收能够发现错误的码应答信号92.2.前向纠错前向纠错(FEC)(FEC)方式方式 发送端发送的数据内包括信息码元以及供接收端自动发现错误和纠正误码的监督码元。 3.3.混合纠错混合纠错(HEC)(HEC)方式方式 误码量少时接收端检知后能自动

5、纠错，误码量超过纠错能力时接收端能通过反馈信道请求发送端重发有关信息。 发收能够纠正错误的码应答信号 采用前向纠错码（FEC）在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要储存，不需要反馈，实时性好。所以在广播系统（单向传输系统）都采用这种信道编码方式。差错控制编码的分类差错控制编码的分类RS编码（里德编码（里德-所罗门码）所罗门码） DVB-C在信道编码中，采用了（204，188，t=8）的RS码。 信息包长度：204字节 信息段：188 RS纠错码（监督段）：2t16字节 纠错能力：总码长204字节内的8个差错字节。 DTV-ATSC在信

6、道编码中，采用了（207，187，t=8）的RS码。可纠正10个字节的错误。 7. 交织码交织码 交织前的字节排列（原始帧示意图） 进入传输信道的交织帧示意图进入传输信道的交织帧示意图 去交织后的字节排列去交织后的字节排列 为了克服传输信道中突发干扰造成的连续性码元错误，在数字电视有线传输系统中，又采用了数据交织技术。数据交织的基本思想是噪声均化，即设法将危害较大的、较为集中的噪声干扰分摊开来，使不可恢复的信息损伤最小。 卷积码卷积码 卷积码在N段内的若干个码字间加进相关性，译码时不是根据单个码字而是一串码字来做判决，在任何一个码组中的监督码元不仅与本组的k个信息码元有关，而且与前面N-1段的

7、信息码有关。DVB-C纠错编码与交织技术纠错编码与交织技术 采用一级RS前向纠错+一级交织（深度I=12） RS（204，188，T=8）编码，是在188字节TS包中加入16字节的校验字节，最多可以纠正一个RS码字内的不超过8个字节的误码。 RS编码效率=188/204三、调制技术三、调制技术传输信息有两种方式：基带传输基带传输和调制传输调制传输 由信源直接生成的信号叫基带信号，其频率比较低。直接传送基带信号，不经频谱搬移时，则称之为基带传输 。基带传输系统的结构较为简单，但难以长距离传输，因为一般的传输信道在低频处的损耗都是很大的。 调制就是用基带信号对载波波形某个参数进行控制，形成适合于线

8、路传送的信号。 当已调制信号到达接收端时，再进行解调，即将经过调制器变换过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带信号。 模拟与数字调制信号的频谱结构对比 在模拟电视系统中，一套节目的视、音频信号通过调制后占用一个8MHz的标准模拟信道，载波的频谱成份(或功率)集中在各载频附近，如上图所示。 在数字电视系统中，多套节目的TS码流通过调制占用一个8 MHz的标准频道，数字调制信号的频谱对称，能量均匀，因此，数字频道的载频应安排在8 MHZ频道的中央位置，如下图所示。 幅幅度度06MHz视频视频8 MHz幅度幅度8MHZ中心频率中心频率数字传输的常用调制方式数字传输的常用调制方式 正交振幅调制(QAM)

9、 相移键控调制(QPSK) 残留边带调制(VSB) 编码正交频分调制(COFDM)频谱规划频谱规划上行业务过渡带广播业务网管下行控制模拟电视增值数据业务5MHz下行业务65MHz87MHz108MHz119MHz582MHz862MHz数字电视模拟电视231MHz447MHz686MHz数字电视世界三大数字电视标准世界三大数字电视标准DVB系统的调制方式系统的调制方式相移键控调制相移键控调制(QPSK)QPSK调制，Q表示正交，PSK表示二相调制。 QPSK可以看成是两个正交的PSK二相调制信号的合成。所谓“正交”，是指将两个信号分别调制在频率完全相同，而相位相差90的两个载波上进行传输的一种

10、调制方式。其调制原理如下图所示。（a）串/并变换 （b）调制原理图 （c）星座图QPSK中每次调制可传输中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。波的四种相位来传递的。QPSK调制方式的优缺点调制方式的优缺点优点：信号的平均功率恒定，不受幅度衰减影响，抗幅度失真能力强；缺点：只利用了载波的相位，所有星座点只分布在半径相同的圆周上。星座点较多时，星座点间的距离很近，容易受噪声干扰的影响，不易增加频带利用率QAM调制也可称为多电平正交幅度-相位复合调制。由这一更加准确的全称可知，QAM调制有两个重要的工作步骤： 第一步是将一组二进制的基

11、带信号转换为一组X进制的多电平模拟信号，这一过程可以简称为“映射”； 第二步是对载波进行幅度和相位的复合调制，简称调制。下图所示是QAM调制器的基本结构方框图。 正交振幅调制正交振幅调制(QAM) 对于2m-QAM的调制解调器，每个QAM符号的bit数为m。如16QAM=24 QAM，即m=4，表示此类调制方式每个符号是4bit，即调制和解调均以4 bit为单位进行。正交振幅调制正交振幅调制(QAM)星座点不在一个圆上，点间距较远，解调时，区分相邻已调矢量容易，误码率比相同点数的PSK低坐标原点和各矢量点连续长短不一，看出已调矢量波相位、幅度均有变化，说明QAM方式既调幅又调相64QAM星座D

12、VB-C 带宽、符号率、传输速率换算带宽、符号率、传输速率换算 有线网络带宽：8MHz 滚降系数：a=0.16 符号率=8/(1+0.16)=6.896MB 64(26)QAM调制效率：6 调制器可传输速率：6.896* 64=41.37Mbps RS编码效率：188/204 复用器允许输出码率：41.37*188/204=38.01a=0a=0.5a=11/2T 3/4T1/T10.5fS(f)不同多进制不同多进制QAM传输率比较传输率比较m数值愈大，调制效率愈高、频带利用率也愈数值愈大，调制效率愈高、频带利用率也愈高，但是抗干扰能力相对愈差，对传输环境的高，但是抗干扰能力相对愈差，对传输环

13、境的质量指标要求就愈高质量指标要求就愈高正交频分调制(COFDM) 首先在规定的高频带宽B内均匀安排以N=2r个子载波，再将高码率的串行数据流变换成N个低码率的并行流，对N个子载波进行调制（QPSK或QAM） 然后再将各路已调波以频分多路的形式混合，便得到总带宽为B、频分复用的OFDM信号。COFDM表示基带信号已经施加了纠错编码 消除多径干扰的原理：串行数据分为并行传输，扩大了符号周期残留边带调制残留边带调制(VSB) 在双边带调制的基础上，通过设计滤波器，使信号一个边带的频谱成分原则上保留，另一个边带频谱成分只保留小部分（残留）。 8-VSB相当于64-QAM，16-VSB相当于256-Q

14、AM的性能。 VSB比QAM简单，硬件复杂度低；但QAM调制没有导频信号，可最大限度利用高频功率调制总结调制总结 QPSK：调制效率较低，频带利用率较低，要求传送途径的信噪比低，抗干扰能力较强，适合卫星广播。 QAM：调制效率较高，频带利用率较高，要求传送途径的信噪比高，抗干扰能力较差，适合有线电视电缆传输。 VSB：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 COFDM：调制效率大范围可选、可调，抗干扰能力特强（抗多径传播效应和同频干扰好），适合地面广播和同频网广播。四、信道编码和调制的相关参数和测量四、信道编码和调制的相关参数和测量 输出电平 测量点功率（电压或电流）与同一单位的

15、某一基准值之比取常用对数：10lg（P/P0）=20lg（U/U0） dBW 基准功率为1W，dBmW基准功率为1mW X dBW=（X+30）dBmW，X dBmv=(X+60) dBv 75欧阻抗下 0dBW=30dBmW78.75dBmv138.75dBv 过高容易增加非线性产物造成信号失真，无法过高容易增加非线性产物造成信号失真，无法收到清晰图像质量，过低受干扰程度大，不能满足收到清晰图像质量，过低受干扰程度大，不能满足接收电平要求接收电平要求调制误差率调制误差率(MER) MER是描述数字调制信号总体质量的参数，是误差幅度的有效值与平均矢量幅度的比值，结果用dB表示。在星座图中MER

16、将接收符号的实际位置与其理想位置进行比较。信号质量降低时，接收符号距离理想位置更远， MER将会减小。33MER的经验门限值对于8MHz的64QAM为23.5db，低于此值，星座图将无法锁定，图象就会从满意的效果转到马赛克现象、静帧或黑屏。对不同的部分MER的指标有一些经验值：在前端38db，分前端36db，光节点34db，用户28db。 误码率（误码率（BER） BER （比特误码率）定义为是发生误码的位数与传输的总位数之比， BER一般表示成科学记数法，例如3*10-7表示传输10的七次方个比特信息中有三个误码。 一切损伤及干扰最后都反映在BER上。系统可靠性最终都归结到BER这一指标上。

17、3435MERMER和和BER的关系的关系 在此MER范围内无误码 1E-08 1E-07 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 24 23 22 21 好的BER并不说明有好的MER，在星座图的决策边框内的点均能恢复，但是由于存在一些偏离中心点（理想位置）的点，因此产生矢量误差，导致了MER劣化；而且好的MER也不能表明BER一定就好，在系统遭到遭到中断类的噪声冲击、激光器削波、扫描脉冲干扰中断类的噪声冲击、激光器削波、扫描脉冲干扰、松动的接头时，BER会明显劣化，但MER可能变化不大。 36其他的调制参数其他的调制参数载

18、噪比载噪比C/N：总功率对有效带宽内噪声功率的比值，用dB表示。64QAM下，只考虑高斯噪声情况下C/N=MER为23.7dB；噪声裕量：接收信号的载噪比C/N与BER为 10-4 （FEC校正前）的载噪比之间的差值，用dB表示。等效噪声劣化（等效噪声劣化（END）：）：实际系统误码率为110-4时的载噪比C/N与理论上误码率为1E-04时的载噪比的差值，结果用dB表示相位噪声：相位噪声：由于不稳定的本振引入的发射机、接收机、变频器内部相位的随机变化。DVB-C中取偏离载波100KHz点作为相位噪声测量点。 相位抖动（相位抖动（Phase jitter）：）：由于振荡器的频率和相位的起伏引起的载波相位的不确定。相位抖动将会带来接收机取样的不确定，因为载波的再生很难跟踪相位的起伏。在星座图上，相位抖动将会使边缘的符号向中间靠拢