【正文】 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院多媒體通信中心門愛東教授 電信工程學(xué)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(xué)電信工程學(xué)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(shù)元素 ? DVBS2 應(yīng)用舉例 ?參考資料 2 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)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(hào)幀結(jié)構(gòu) 3 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)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(biāo)準(zhǔn) 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(xué)電信工程學(xué)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(luò) 社區(qū)前端 第一個(gè)有線環(huán) Primary Ring 第二個(gè)有線環(huán) Secondary Ring 光節(jié)點(diǎn) 集線器 主前端 CATV 網(wǎng) 其它網(wǎng)絡(luò)的接口 約 125 2023 用戶 分布式 服務(wù)平臺(tái) 中央交互式 服務(wù)平臺(tái) 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) (TCP/IP) HFC Hybrid Fiber Coax 混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò) 衛(wèi)星 地面 地面 地面 地面 5 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)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(tái) ?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(jī) （ 天線 、 機(jī)頂盒 ） ； ?視頻廣播最有效的覆蓋方式 ——一顆衛(wèi)星和一個(gè)頻道就可覆蓋整個(gè)國(guó)家； ?前端設(shè)施成本低廉 ， 包括衛(wèi)星和廣播中心； ?點(diǎn)波束衛(wèi)星能夠提供本地到本地的業(yè)務(wù)； ?隨著信源壓縮和信道傳輸技術(shù)的快速發(fā)展 ， 衛(wèi)星廣播頻道價(jià)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(zhǎng) 。 ?中國(guó)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(xué)電信工程學(xué)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(gè)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(gè)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(hào)呈現(xiàn)出不同的形式 ， 因此以不同的計(jì)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(hào)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(hào)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(hào)率 。 ? 對(duì)通信系統(tǒng)的評(píng)估中通常還定義了 凈荷速率 ， 它是指在傳輸?shù)姆?hào)中扣除由于信道編碼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(xué)電信工程學(xué)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?cái)?shù) ， 單位是 bit/s/Hz， 表示通信系統(tǒng)的有效性 。 ? 對(duì)于帶通調(diào)制信號(hào) ， 那么奈奎斯特帶限定理表明 ， 理論上沒有碼間串?dāng)_的最大頻譜效率為 1符號(hào) (碼元 )/s/Hz。 ? 頻譜效率主要 用于衡量各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的效率 ， 在數(shù)量上等效于每個(gè)調(diào)制符號(hào)所映射的比特?cái)?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(dá) 5bit/s/Hz； ? 64QAM理論最高頻譜效率達(dá) 6bit/s/Hz。 8 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multimedia Telemunication Centre, BUPT ? 數(shù)字信號(hào)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(xué)家哈利 ?奈奎斯特在 1928年為解決電報(bào)傳輸問題提出了數(shù)字波形在無噪聲線性信道上傳輸時(shí)的無失真條件 ，稱為奈奎斯特準(zhǔn)則 。 ? 奈奎斯特第一準(zhǔn)則： 抽樣點(diǎn)無失真準(zhǔn)則 ， 或無碼間串?dāng)_ （ ISI Free)準(zhǔn)則 ? 奈奎斯特第二準(zhǔn)則：轉(zhuǎn)換點(diǎn)無失真準(zhǔn)則 ， 或無抖動(dòng)（ Jitter Free） 準(zhǔn)則 ? 奈奎斯特第三準(zhǔn)則：波形面積無失真準(zhǔn)則 。 引言： 頻譜效率和滾降系數(shù) —有效性 9 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)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(yīng) ???????? ?2/,02/,)( 020SSftjSffffeThfH ?? 理想低通濾波器時(shí)域響應(yīng) )()(sin)(000 ttfttfhthSS?????第一準(zhǔn)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(shí)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(gè)實(shí)偶對(duì)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(gè)時(shí)間函數(shù)的乘積 。 因此 ， 奈奎斯特濾波器以及相應(yīng)的奈奎斯特脈沖為無窮多個(gè) 。 10 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)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(yīng) ?? 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(shí)域響應(yīng)： 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(shí) ， 升余弦滾降濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)比較困難 ， 而且當(dāng)傳輸過程中發(fā)生線性失真時(shí)產(chǎn)生的符號(hào)間干擾也比較嚴(yán)重 。 在實(shí)際工程中 ， а的范圍一般定在 ～ 之間 。 11 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)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(hào)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(cuò)誤的比特?cái)?shù)占信源發(fā)送的原始碼流總比特?cái)?shù)的比例 。 ?對(duì)于多元調(diào)制信號(hào) ， 由于接收機(jī)的判決是基于符號(hào)的 ， 所以更常采用 誤符號(hào)率 或誤字率 ， 即接收端發(fā)生符號(hào)錯(cuò)誤的比例 。 ?線性調(diào)制系統(tǒng)的誤符號(hào)率與其星座圖中星座點(diǎn)間的歐幾里德距離有確切的函數(shù)關(guān)系 。 ?一般地說 ， 星座點(diǎn)越密集 ， 接收端符號(hào)判決錯(cuò)誤的概率越大 。 12 北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)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?jìng)鬏斝盘?hào)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(hào)的平均功率與加性噪聲的平均功率之比； ?它們都以對(duì)數(shù)的方式來計(jì)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(hào)的功率包括了傳輸信號(hào)的功率和調(diào)制載波的功率 ， 而信噪比中僅包括傳輸信號(hào)的功率 。 ? 對(duì)同一個(gè)傳輸系統(tǒng)而言 ， 載噪比要比信噪比大 ， 兩者之間相差一個(gè)載波功率 。 當(dāng)然載波功率與傳輸信號(hào)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(biāo)；而在基帶傳輸系統(tǒng)中 ， 一般采用信噪比指標(biāo) 。 ? 實(shí)際數(shù)字通信系統(tǒng)的 可靠性 性能常以一個(gè)載噪比對(duì)誤碼率的關(guān)系曲線來描述的 ， 曲線的橫坐標(biāo)為 C/N， 縱坐標(biāo)為 BER。 對(duì)某個(gè) 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(xué)電信工程學(xué)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(duì)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(shí)系統(tǒng) a， b的效率無法進(jìn)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(dá)到增強(qiáng)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(xué)電信工程學(xué)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(guān)系 S：信號(hào)功率 N：噪聲功率 E：信號(hào)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(xué)電信工程學(xué)院多媒體通信中心門愛東教授 Men Aidong, Multim