數字電視傳輸第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數字電視有線傳輸系統能量擴散R｜S糾錯編碼卷積交織基帶整形字節到符號的映射數字視頻編碼數字音頻編碼數據編碼節目流多路復用傳輸流多路復用．．．QAM調制射頻功率放大器(a)發射側電路框圖射頻IQIFIQ差分編碼分為16QAM、32QAM、64QAM三種調制方式第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數字電視有線傳輸系統解能量擴散R｜S糾錯解碼卷積解交織數字視頻編碼數字音頻編碼數字編碼節目流多路解復用傳輸流多路解復用．．．QAM解調高頻調諧器(b)接收側電路框圖有線電視網數據VA數據第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五DVB-C傳輸標準結構圖基帶物理接口與同步數據時鐘同步反轉與數據加擾RS編碼卷積交織差分解碼字節到符號的映射基帶成型QAM調制與接口時鐘和同步產生碼率控制接口與QPSK解調器匹配濾波器與均衡符號到字節的映射卷積去交織RS解碼解擾與去同步反轉基帶物理接口與同步數據載波和時鐘提取碼率控制差分編碼第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五DVB-C傳輸標準基帶物理接口與同步基帶物理接口負責DVB-C傳輸系統與外部系統間的信號碼型、數據格式和通信協議等方面的轉換同步DVB-C傳輸系統的時鐘與外部系統時間的同步。第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五DVB-C傳輸標準同步反轉與數據加擾同步MPEG-2的TS包同步數據加擾8個TS包的數據為周期進行，每8個TS包數據加擾后偽隨機序列發生器重新進行一次初始化初始化序列為100101010000000在每8個TS包中的第一個TS包鏈接頭加入特殊的指示信息以指示解擾器何時對其中的偽隨機序列發生器進行初始化。第一個TS包的同步字節逐比特取反其他TS包鏈接頭中的同步字節保持不變第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五能量擴散能量擴散數字視頻編碼數字音頻編碼數據編碼節目流多路復用傳輸流多路復用．．．傳輸流以固定數據長度組織成數據幀結構第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五能量擴散（續1）同步

1字節187字節MPEG-2傳送MUX包同步1R

187字節∫∫∫∫同步2R

187字節∫∫∫∫同步8R

187字節同步1R

187字節∫∫∫∫隨機化的傳送包：同步字節和隨機化序列RPRBS周期=1503字節同步1

或同步nR

187字節里德·所羅門RS（204，88，t=8）誤碼保護包RS(204,88,8)204字節同步1

或同步n203字節∫∫∫∫∫∫∫∫同步1

或同步n同步1

或同步n203字節交織幀：交織深度I=12字節固定長度數據幀結構第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五能量擴散（續2）目的使數字電視信號的能量不過分集中在載頻上或“1”、“0”電平相對應的頻率上，從而減少對其他通信設備的干擾，并有利于載波恢復做法將二進制數據較集中的“0”或“1”按一定的規律使之分散開來規律由偽隨機發生器的生成多項式決定數據隨機化過程也稱數據擾碼過程收、發兩端同步進行第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五能量擴散（續3）123456789101112131415100101010000000初始序列00000011…EX-OREX-ORAND隨機/去隨機數據輸出去隨機/隨機數據輸入使能DVB標準采用的偽隨機二進制序列發生器的生成多項式：第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五DVB-C傳輸系統糾錯編碼由于有線電視傳輸信道的途距較短受到的外界干擾也較少采用一級糾錯編碼一次交織方案與DVB-S系統中的完全相同第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五R-S碼（續1）R-S碼的基本參數輸入信息可分為k×mbit一組，碼長n=2m-1符號或m(2m-1)bit信息段k個符號或bit糾錯能力t個符號或mtbit監督段n-k=2t符號或m(n-k)=2mtbit最小距離d=2t+1符號或md=m(2t+1)bit第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五R-S碼（續3）舉例[RS(204,188,t=8)]有一組信息，碼長n=204字節，其中，信息碼元k=188字節，校驗碼元n-k=16字節R-S碼的碼長n、信息碼元k和糾錯能力t之間應符合如下關系又因為校驗碼元n-k=16字節，可得第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數據交織與解交織糾錯編碼在實際應用中往往要結合數據交織技術能量擴散外碼R｜S糾錯編碼內碼卷積交織數字視頻編碼數字音頻編碼數據編碼節目流多路復用傳輸流多路復用．．．第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數據交織和解交織（續1）突發錯誤碼元差錯成串成群地出現，即在短時間內出現大量誤碼。一串差錯稱為一個突發錯誤。突發錯誤總是以差錯碼元開頭，以差錯碼元結束，并且中間碼元差錯概率超過某個標準值。隨機錯誤碼元出現差錯與前、后碼元是否出現差錯無關，每個碼元獨立地按一定的規律產生差錯第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數據交織和解交織（續2）交織器是數據順序隨機化使信道的突發錯誤分散開來分類周期交織偽隨機交織第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數據交織和解交織（續3）數據交織通過交織和解交織將一個有記憶的突發信道改造為基本上是無記憶的隨機獨立差錯的信道，然后再用糾隨機獨立差錯的碼來糾錯分類塊交織卷積交織第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五塊交織原理發送端將已編碼的數據構成一個m行n列的矩陣，按列寫入隨機存儲器RAM，再按行讀出送至接收端接收端將接收到的信號按行順序寫入RAM，再按列讀出。第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五卷積交織原理圖發送端交織接收端交織M2M3M4M4M3M2MM性質與塊交織相似箭頭表示的4個開關自上而下往返同步工作表示能存儲M比特的移位寄存器接收端的寄存器與發送端互補第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五卷積交織設發送端待發送的一組信息為發送端交織器為碼元分組交織矩陣，25個碼元分成5行5列，按行輸入當A01輸入交織器時，將直通輸出至第一行第一列的位置當A02輸入交織器經M=5位延遲后，輸出至第二行第二列的位置當A03輸入交織器經2M=2×5=10位延遲后，輸出至第三行第三列的位置第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五卷積交織（續1）若用矩陣表示交織器的輸入，因它是按行寫入每行5個碼元，即當A04輸入交織器經3M=3×5=15位延遲后，輸出至第四行第四列的位置當A05輸入交織器經4M=4×5=20位延遲后，輸出至第五行第五列的位置第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五卷積交織（續2）經過并行N個存儲器后M2M3M4MA01A02A03A04A05A06A07A08A09A10A11A12A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25úúúúúú?ùêêêêêê?é第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五卷積交織（續3）按行讀出送入信道的碼元序列為在信道仍受到兩個突發干擾，第一個為5位，即A01A22A18A14A10；第二個為4為A11A07A03A24。接收端收到的碼元序列為第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五卷積交織（續4）在接收端送入解交織器，解交織器結構與發送端交織器結構互補，且同步運行輸入輸出4M3M2MM第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五卷積交織（續5）按行讀出并送入信道譯碼器的碼序列為第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五字節到符號的映射字節指傳輸流中的每個字節的數據，通常每個字節的數據量永遠不變，為8bit符號指送到數字調制器的去的一組數據，一般是并行送出的，每組數據稱作一個符號。采用的數字調制的方法不同，一個符號所包含的比特數目就不相等。16QAM為4bit32QAM為5bit針對不同的數字調制方法，要把字節數據映射成一個一個符號，再進行數字調制。第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五字節到符號的映射在卷積交織后，字節到符號的映射要精確地執行在每種情況下，符號Z的MSB由字節V的MSB所取代。相應的下一個符號的有效位將被下一個字節的有效位代替第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五字節到符號的映射在2m-QAM調制中，處理器將從k比特映射到n個符號，如：8k=n×m例如64QAM（m=6,k=3,n=4）b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0字節V字節V+1字節V+2符號Z符號Z+1符號Z+2符號Z+3第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五字節到符號的映射76543210Xa1Xb1

Xc1

Xd1

Xa2Xb2

Xc2

Xd2XaXbXcXd1

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：16-VSB中每個符號需4bit信息，所以一個字節映射成兩個符號第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五π/2旋轉不變QAM星座的獲得相位混淆接收端的相干載波是從發送信號中取得的。由于信號集的布局不同，它可以在不同程度上產生相位不定度。相位混淆程度與星座有關。解決的途徑將差分的概念應用到QAM調制中去，使星座信號點的角度取決于相對差值，而與角度的絕對值不直接掛鉤。這種不受相干載波相位混淆的QAM星座稱為π/2旋轉不變QAM星座第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五π/2旋轉不變QAM星座的獲得方法為獲得π/2旋轉不變QAM星座圖，每個符號的兩個最高有效位進行差分編碼。第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五π/2旋轉不變QAM星座的獲得字節到m比特符號轉換差分編碼

映射

自交織器輸出第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五π/2旋轉不變QAM星座的獲得消除相位模糊度用差分編碼得到的兩個最高位來規定信號矢量所處的象限而其余比特用來規定每個象限中信號矢量的配置并使這種配置呈現出π/2的旋轉對稱性第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五π/2旋轉不變QAM星座的獲得00100100011111101011110100011000第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五基帶成形采用平方根升余弦濾波器滾將系數為0.15第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制QAM調制正交幅度調制是用兩個獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調制，利用這種已調信號在同一帶寬內頻譜正交的性質來實現兩路并行的數字信息傳輸是一種節省頻帶的數字調制方法廣泛應用于有線電視的下行傳輸及HDTV的地面廣播傳輸優點有較高的頻帶利用率有較高的信噪比第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制（續1）MQAM調制器原理框圖串并轉換調制器Ⅰ移相90°+二進制信息電平轉換電平轉換調制器Ⅰ振蕩器MQAM輸出第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制（續2）16QAM產生方法用兩路正交的四電平振幅鍵控信號疊加而成用兩路獨立的四相移相鍵控信號疊加而成串/并轉換移相90°+二進制

信息2→4電平轉換振蕩器16QAM2→4電平轉換LPFLPF調制器Ⅰ調制器Ⅱ第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制（續3）電平轉換真值表輸入輸出輸入輸出a1a2b1b200-100-101-301-310+110+111+311+3第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制（續4）經2→4電平轉換后，可得到-1、-3、+1、+3四個電平則調制器Ⅰ輸出的四個信號則調制器Ⅱ輸出的四個信號第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制（續5）將I信號和Q信號線性相加后，可得到16QAM星座圖31-1-331-1-3-1-3-1-31133(-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)第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制（續6）QAM頻譜利用率分析設輸入的二進制速率為10Mb/s2→4電平轉換的輸入為10Mb/s÷4=2.5Mb/s信息論知識可得，1MHz最高可傳輸PCM信號2bit，所以它的基帶最高頻率為2.5/2MHz設調制信號的頻率為Ω，則帶寬為2Ω，則

Ω=2.5/2MHz，2Ω=2.5MHz。即10Mb/s的二進制數，經16QAM調制后，的模擬信號的帶寬為2.5MHz，則頻譜利用率為第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五MQAM調制（續7）QAM頻譜利用率分析16QAM調制的頻譜利用率為4b/(s·