【正文】 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 電信工程學院多媒體通信中心 門愛東教授 Beijing DVBS2： 第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播 Digital Video Broadcasting (DVB): Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 主題概述 ?引言 ?DVBS 回顧 ?DVBS2 是什么 ？ ? DVBS2 物理層技術元素 ? DVBS2 應用舉例 ?參考資料 2 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 引言： 通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng) 信源 解碼 信道 解碼 信道 信道 編碼 信源 編碼 調(diào)制 解調(diào) 可靠性和效率 ? 傳輸子系統(tǒng)主要涉及： ?信道編碼 ?調(diào)制 ?信號幀結構 3 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT ? 數(shù)字視頻廣播及所用標準 引言： 廣播系統(tǒng)模型 信源編碼 MPEG2 MPEG4 AVS 傳輸層 地面： 8VSBT ISDBT DMBT 有線： DVBC 衛(wèi)星： DVBS DVBS2 信源編碼 MPEG2 MPEG4 AVS AV流 216M~ TS 128kb~20Mbps TS 透明傳輸 216M~ AV流 4 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 引言： 視頻廣播網(wǎng)絡 社區(qū)前端 第一個有線環(huán) Primary Ring 第二個有線環(huán) Secondary Ring 光節(jié)點 集線器 主前端 CATV 網(wǎng) 其它網(wǎng)絡的接口 約 125 2023 用戶 分布式 服務平臺 中央交互式 服務平臺 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡 (TCP/IP) HFC Hybrid Fiber Coax 混合光纖同軸網(wǎng)絡 衛(wèi)星 地面 地面 地面 地面 5 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 引言： 衛(wèi)星視頻廣播 ?衛(wèi)星是視頻廣播的理想平臺 ?衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)包括衛(wèi)星 、 廣播中心和地面接收機 （ 天線 、 機頂盒 ） ； ?視頻廣播最有效的覆蓋方式 ——一顆衛(wèi)星和一個頻道就可覆蓋整個國家； ?前端設施成本低廉 ， 包括衛(wèi)星和廣播中心； ?點波束衛(wèi)星能夠提供本地到本地的業(yè)務； ?隨著信源壓縮和信道傳輸技術的快速發(fā)展 ， 衛(wèi)星廣播頻道價格越來越低廉 ， 甚至在歐洲出現(xiàn)了 Freetoair DBS； ?DBS 用戶數(shù)量快速增長 。 ?中國也將發(fā)射直播星 ， 和 S 波段多媒體廣播星 。 6 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 引言： 比特率和波特率 —有效性 ? 比特率表示每秒可傳輸多少個二元比特 ， 單位是 bit/s。 ? 波特率是指三元及三元以上的多元數(shù)字碼流的信息傳輸速率 ， 單位是 baud/s， 表示每秒可傳輸多少個多元碼字 。 ?比特率與波特率在本質(zhì)上是一回事 ， 都表示信息傳輸?shù)乃俾?， 只是在傳輸系統(tǒng)的不同階段 ， 信號呈現(xiàn)出不同的形式 ， 因此以不同的計算方式來衡量其信息的傳輸速率 。 ?發(fā)射端在映射之后以及接收端在反映射之前 ， 信息以多元數(shù)字符號表示 ， 因此其中各環(huán)節(jié)傳輸和處理信息的速率用波特率表示 ，如調(diào)制信號的速率等 。 ?比特率和波特率容易產(chǎn)生混淆 ， 為了避免造成人們的困惑 ， 許多書上稱波特率為符號率 。 ? 對通信系統(tǒng)的評估中通常還定義了 凈荷速率 ， 它是指在傳輸?shù)姆栔锌鄢捎谛诺谰幋a和同步字段等一切額外花銷后的 “ 純 ” 信息速率 ， 單位通常是 bit/s。 7 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 引言： 頻譜效率和滾降系數(shù) —有效性 ? 頻譜效率定義為 每赫茲 (Hz) 帶寬的傳輸頻道上每秒可傳輸比特數(shù) ， 單位是 bit/s/Hz， 表示通信系統(tǒng)的有效性 。 ? 對于帶通調(diào)制信號 ， 那么奈奎斯特帶限定理表明 ， 理論上沒有碼間串擾的最大頻譜效率為 1符號 (碼元 )/s/Hz。 ? 頻譜效率主要 用于衡量各種數(shù)字調(diào)制技術的效率 ， 在數(shù)量上等效于每個調(diào)制符號所映射的比特數(shù) 。 ? BPSK 或 2ASK， 理論最高頻譜效率為 1bit/s/Hz； ? QPSK 理論最高頻譜效率為 2bit/s/Hz； ? 8PSK理論最高頻譜效率為 3bit/s/Hz； ? 16APSK理論最高頻譜效率為 4bit/s/Hz； ? 32APSK理論最高頻譜效率為 5bit/s/Hz； ? 32QAM理論最高頻譜效率達 5bit/s/Hz； ? 64QAM理論最高頻譜效率達 6bit/s/Hz。 8 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT ? 數(shù)字信號在傳輸過程中產(chǎn)生二種畸變：疊加干擾與噪聲 ， 出現(xiàn)波形失真 。 ? 瑞典科學家哈利 ?奈奎斯特在 1928年為解決電報傳輸問題提出了數(shù)字波形在無噪聲線性信道上傳輸時的無失真條件 ，稱為奈奎斯特準則 。 ? 奈奎斯特第一準則： 抽樣點無失真準則 ， 或無碼間串擾 （ ISI Free)準則 ? 奈奎斯特第二準則：轉換點無失真準則 ， 或無抖動（ Jitter Free） 準則 ? 奈奎斯特第三準則：波形面積無失真準則 。 引言： 頻譜效率和滾降系數(shù) —有效性 9 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT ? 理想低通濾波器頻域響應 ???????? ?2/,02/,)( 020SSftjSffffeThfH ?? 理想低通濾波器時域響應 )()(sin)(000 ttfttfhthSS?????第一準則 引言： 頻譜效率和滾降系數(shù) —有效性 ? 理想脈沖成形濾波器在物理上是不可實現(xiàn)的 ， 只能近似 ， 稱為奈奎斯特濾波器 ， 其 H(f) 可表示為矩形函數(shù)和任意一個實偶對稱頻率函數(shù)的卷積 ， 即奈奎斯特脈沖函數(shù)表示為 sinc(t/T) 函數(shù)與另一個時間函數(shù)的乘積 。 因此 ， 奈奎斯特濾波器以及相應的奈奎斯特脈沖為無窮多個 。 10 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT ? 常用的奈奎斯特濾波器是 升余弦成形濾波器： ?左圖為頻域響應 ?? 為滾降系數(shù) ? 若把升余弦濾波器放置在收發(fā)兩端 ， 即為 平方根升余弦函數(shù) （ SRRC） 。 ? 時域響應： 2220 41cossin)(tftftftfhthSSSS????????引言： 頻譜效率和滾降系數(shù) —有效性 ? 滾降系數(shù) а影響著頻譜效率 ， а越小 ， 頻譜效率就越高 ， 但 а過小時 ， 升余弦滾降濾波器的設計和實現(xiàn)比較困難 ， 而且當傳輸過程中發(fā)生線性失真時產(chǎn)生的符號間干擾也比較嚴重 。 在實際工程中 ， а的范圍一般定在 ～ 之間 。 11 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 引言： 誤碼率和誤符號率 —可靠性 ?用于衡量系統(tǒng) 可靠性 ?誤碼率 或誤比特率 (BER) 是指在經(jīng)過系統(tǒng)傳輸后 ，送給用戶的接收碼流中發(fā)生錯誤的比特數(shù)占信源發(fā)送的原始碼流總比特數(shù)的比例 。 ?對于多元調(diào)制信號 ， 由于接收機的判決是基于符號的 ， 所以更常采用 誤符號率 或誤字率 ， 即接收端發(fā)生符號錯誤的比例 。 ?線性調(diào)制系統(tǒng)的誤符號率與其星座圖中星座點間的歐幾里德距離有確切的函數(shù)關系 。 ?一般地說 ， 星座點越密集 ， 接收端符號判決錯誤的概率越大 。 12 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT 引言： 信噪比、載噪比與 Eb/N0 —可靠性 ? 定義 ?信噪比 (S/N) 是指傳輸信號的平均功率與加性噪聲的平均功率之比； ?載噪比 (C/N) 指已經(jīng)調(diào)制的信號的平均功率與加性噪聲的平均功率之比； ?它們都以對數(shù)的方式來計算 ， 單位為 dB。 ? 信噪比與載噪比區(qū)別在于 ， 載噪比中的已調(diào)信號的功率包括了傳輸信號的功率和調(diào)制載波的功率 ， 而信噪比中僅包括傳輸信號的功率 。 ? 對同一個傳輸系統(tǒng)而言 ， 載噪比要比信噪比大 ， 兩者之間相差一個載波功率 。 當然載波功率與傳輸信號功率相比通常都是很小的 ， 因而載噪比與信噪比在數(shù)值上十分接近 。 ? 在調(diào)制傳輸系統(tǒng)中 ， 一般采用載噪比指標；而在基帶傳輸系統(tǒng)中 ， 一般采用信噪比指標 。 ? 實際數(shù)字通信系統(tǒng)的 可靠性 性能常以一個載噪比對誤碼率的關系曲線來描述的 ， 曲線的橫坐標為 C/N， 縱坐標為 BER。 對某個 C/N， BER 越小 ， 則說明該通信系統(tǒng)的可靠性越高 。 13 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT ? C/N (SNR) ~ BER曲線 ?對于 C/N~BER曲線 ， 只能比較系統(tǒng)的抗干擾能力 （ 可靠性 ） ， 無法比較系統(tǒng)的效率 。 從上圖可以看出系統(tǒng) b 抗干擾能力優(yōu)于 a。 ?此時系統(tǒng) a， b的效率無法進行比較 ， 有可能 a 優(yōu)于 b， 也可能 b 優(yōu)于 a。 若 b 優(yōu)于 a， 則系統(tǒng) b 的整體性能優(yōu)于 a。 若 a 優(yōu)于 b， 說明系統(tǒng) b 通過犧牲效率達到增強抗干擾能力 。 引言： 信噪比、載噪比與 Eb/N0 —可靠性 a b a b 14 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT ?Eb/n0~BER 曲線 ?Eb: 每比特能量 ? n0: 單邊帶高斯白噪聲功率譜密度 ?Eb/n0 與 SNR 關系 S：信號功率 N：噪聲功率 E：信號能量 Rb：比特速率 B：信道帶寬 可以看出 Eb/n0 中已經(jīng) 考慮 了效率這一因素 。 BnRENtENSSNR bb?????0/0 /bbE S NRRBn ?引言： 信噪比、載噪比與 Eb/n0 —可靠性 15 北京郵電大學電信工程學院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multim