数字电视传输(DVB-C)ppt课件.ppt

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数字电视原理第六章数字电视传输1 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数字视频编码数字音频编码数据编码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IQIFIQ差分编码分为16QAM、32QAM、64QAM三种调制方式2 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数字视频编码数字音频编码数字编码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VA数据3 DVB-C传输标准结构图基带物理接口与同步数据时钟同步反转与数据加扰RS编码卷积交织差分解码字节到符号的映射基带成型QAM调制与接口时钟和同步产生码率控制接口与QPSK解调器匹配滤波器与均衡符号到字节的映射卷积去交织RS解码解扰与去同步反转基带物理接口与同步数据载波和时钟提取码率控制差分编码4 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。5 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6 能量扩散能量扩散数字视频编码数字音频编码数据编码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7 能量扩散（续1）同步1字节187字节MPEG-2传送MUX包同步1R187字节∫∫∫∫同步2R187字节∫∫∫∫同步8R187字节同步1R187字节∫∫∫∫随机化的传送包：同步字节和随机化序列RPRBS周期=1503字节同步1或同步nR187字节里德·所罗门RS（204，88，t=8）误码保护包RS(204,88,8)204字节同步1或同步n203字节∫∫∫∫∫∫∫∫同步1或同步n同步1或同步n203字节交织帧：交织深度I=12字节固定长度数据帧结构8 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9 能量扩散（续3）123456789101112131415100101010000000初始序列00000011…EX-OREX-ORAND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：10 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11 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)bit12 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13 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纠错编码内码卷积交织数字视频编码数字音频编码数据编码节目流多路复用传输流多路复用．．．14 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15 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16 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17 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。18 卷积交织原理图发送端交织接收端交织M2M3M4M4M3M2MM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19 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20 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21 卷积交织（续2）经过并行N个存储器后M2M3M4MA01A02A03A04A05A06A07A08A09A10A11A12A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25úúúúúúûùêêêêêêëé22 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23 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4M3M2MM24 卷积交织（续5）按行读出并送入信道译码器的码序列为25 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。26 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27 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）b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0a5a4a3a2a1a0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+328 字节到符号的映射76543210Xa1Xb1Xc1Xd1Xa2Xb2Xc2Xd2XaXbXcXd1111+151110+131101+111100+91011+71010+51001+31000+10111-10110-30100-70011-90010-110001-130000-150101-5XaXbXcXd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29 π/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π/2旋转不变QAM星座30 π/2旋转不变QAM星座的获得方法为获得π/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。31 π/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32 π/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π/2的旋转对称性33 π/2旋转不变QAM星座的获得0010010001111110101111010001100034 基带成形采用平方根升余弦滤波器滚将系数为0.1535 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36 MQAM调制（续1）MQAM调制器原理框图串并转换调制器Ⅰ移相90°+二进制信息电平转换电平转换调制器Ⅰ振荡器MQAM输出37 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16QAM2→4电平转换LPFLPF调制器Ⅰ调制器Ⅱ38 MQAM调制（续3）电平转换真值表输入输出输入输出a1a2b1b200-100-101-301-310+110+111+311+339 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Ⅰ输出的四个信号则调制器Ⅱ输出的四个信号40 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)41 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Ω，则带宽为2Ω，则Ω=2.5/2MHz，2Ω=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42 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)43 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44 Offset-QAM数字调制技术Offset-QAM调制电路框图输入差分处理伪随机编及输入同步QAM全数字调制I/Q合成D/A变换IC滤波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产生周期性的伪随机码，用于测试QAM调制器的性能。输入为来自卫星或PRBS的数据输出两路相互正交的10bit信号I和Q10bit的DAC电路将数字I、Q合成信号变成模拟信号可以消除数/模转换过程中产生的高频谐波分量45 Offset-QAM数字调制技术QAM全数字调制系统的特点可以对MPEG数据流进行16、32、64、128或256QAM调制对于I、Q信号进行数字式合成只需一个数/模转换器I、Q合成后直接链接到中频可以下载QAM调制所需的奈奎斯特滤波系数在滤波系数下载后，整个系统自行工作46