【正文】 在雙向傳輸中，用戶端的數(shù)據(jù) (如用戶上網(wǎng) (Inter)數(shù)據(jù)、視頻點播數(shù)據(jù)、計算機數(shù)據(jù)、各種計費數(shù)據(jù)等 )需要傳向前端，由于用戶數(shù)為千家萬戶，千家萬戶的數(shù)據(jù)匯集到前端，數(shù)據(jù)中夾雜著各種噪聲也一起涌向前端，形成所謂的“漏斗效應”，為克服它，必須選擇抗干擾性能很強的調(diào)制方式。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (2) 數(shù)字電視有線傳輸時，由于采用光纖或同軸電纜作為傳輸媒介，傳輸條件較好，干擾較弱，一般采用多電平正交幅度調(diào)制 (Multilevel Quadrature Amplitude Modulation，MQAM)方式。不同的傳輸方式采用的調(diào)制方式不同。而且，不同的傳輸方式 (衛(wèi)星、地面廣播、有線 )采用不同的調(diào)制方式。圖像壓縮編碼已提出了 MPEG系列標準。Hz), 則經(jīng)調(diào)制后信號的帶寬為 。一般采用四相相移鍵控調(diào)制(Quadrature PhaseShift Keying， QPSK)。美國采用多電平殘留邊帶調(diào)制 (Multilevel Vestigial Side Band， MVSB)方式，這種調(diào)制方式的頻譜利用率較高，雖然它能滿足美國地理條件和房屋結構情況下的室內(nèi)接收，但不能滿足移動接收。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 數(shù)字電視信號經(jīng)調(diào)制后的幾項性能 (1) 采用不同壓縮標準的數(shù)字電視信號，在選用同一種調(diào)制情況下，調(diào)制后信號的帶寬不同。Hz)、 b/(s所以，可以說數(shù)字電視信號經(jīng)數(shù)字調(diào)制后，相當于模擬信號，可以在模擬信道中傳輸。 cosωct=cos(ωct+φi) () 當碼元寬度為載波周期的整數(shù)倍時， BPSK信號的典型波形如圖 。 φn=0時，代表數(shù)字“ 0” 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 手機電視不同于普通的移動電視，它要求：低功耗，總功耗不超過 100 mW。四相移相鍵控等效于二電平正交調(diào)幅，它是討論正交幅度調(diào)制的基礎。 QPSK的功率譜密度如圖 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 內(nèi)碼使用卷積編碼，這一系統(tǒng)允許使用不同比特收縮卷積碼 (Punctured Convolutional Codes)，但都基于 1/2卷積碼，其約束長度 K＝ 7。 ，是 Nyquist頻率， Ts為矩形脈沖寬度。圖 和圖 A到 S的特性有一一對應的關系。 QAM有較高的頻帶利用率，同時有較高的信噪比。從圖中可以看出， QPSK的頻譜利用率為 2 b/(s二進制串行數(shù)據(jù)輸入以后，以 4 bit為一組，分別取出 2 bit送入上、下兩個 24電平轉換器，再分別送入調(diào)制器 2進行幅度調(diào)制，調(diào)制后的信號線性相加，得到 16QAM的輸出信號。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 16QAM信號的形成過程 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 2) QAM的頻譜利用率分析 下面分析 16QAM信號的帶寬情況。Hz)。從圖 ， I、 Q軸坐標是以等比級數(shù)排列的，所以我們稱它為均勻星座圖。 Ts為矩形脈沖寬度。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 數(shù)字有線電視采用與衛(wèi)星同樣的 MPEG2壓縮編碼的傳輸流。當提取的相干載波發(fā)生 90176。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 根據(jù)表 ，如圖 。如圖， a1b1的矢量安排滿足 π/2的旋轉不變的原則， 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 結果恢復載波的 φ相位無論是 0176。時，恢復載波與 Q軸同相，此時 A點與 Q軸的位置關系相當于 A′點和 I軸的位置關系，解出的代碼仍為 11。 L64767 QAM 編碼芯片是一個專用于衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的高集成化器件，具有 QAM調(diào)制數(shù)字信號處理的全部功能。 (4) I、 Q合成后直接連到中頻。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (2) 偽隨機碼源。 QAM調(diào)制模塊基于 L64767芯片，它接收來自衛(wèi)星或 PRBS的數(shù)據(jù)，并對輸入的數(shù)據(jù)進行 QAM調(diào)制所要求的一切數(shù)字信號處理過程，其輸出是兩路相互正交的 10 bit信號I和 Q。 10 bit的 DAC電路將數(shù)字 I、 Q合成信號變換成模擬信號。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 設發(fā)信 MQAM波形可表示為 u(t) T=I(t)cos(2πfct)+Q(t)sin(2πfct) A/D變換器的抽樣速率為 fs, 則相應上式可用下述離散化形式表達： u(k) T=I(k)cos(2πfc/fs從該圖可以看出，正交調(diào)制的精度，即嚴格的π/2關系，由對 I、 Q信號進行抽樣來確保。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 8VSB實現(xiàn)框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 假設輸入的串行數(shù)據(jù)流速率為 10 Mb/s，因此 D/A變換器的輸入速率為 (10/3)Mb/s。進行與上面相似的分析，可得 16VSB的頻譜利用率為 (取滾降系數(shù) α為 ) 8－ 8 ≈ b/(s 專門為克服由多徑傳播的時延功率譜的擴散而引起頻率選擇性衰落的 Rake接收技術等。 因此，相鄰的載波頻率以波特率相間。 11j2 π ( ) j 2 πj2 π00j2 π( ) R e e R e ( e ) e R e { ( ) e }cccKKNNf t tfTTkkkkfXtstCC?? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?????1j2 π0() eN KtTkkst C??? ?第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 如以 為抽樣頻率對 s(t)抽樣，［ 0， T］內(nèi)共有 個樣值，則 () 可見，以 fs對 s(t)抽樣所得的 N個樣值 {Sn}正是 {Ck}的逆傅氏變換。然而由于載波容量，多普勒效應以及 DFT大小的限制，這種方法很難實現(xiàn)。 (2) OFDM時域原理解釋。 ① 由前面 OFDM的時域表示，我們可以直接給出相應的等效頻域表達式，即矩陣表達式為 R=HS+N改寫為頻域的變量表達式，即 Rn=Hn其中 τmax表示最大延時。信源編碼器的輸出數(shù)據(jù)是包含視頻和音頻數(shù)據(jù)的一系列數(shù)據(jù)流，它和 RS(240， 225)糾錯碼有相同的數(shù)據(jù)。頻域交錯提高了 TCM對同頻干擾的抵抗能力，因為它將使同頻干擾嚴重的載波分量分散開。這時的帶寬是9MHz，并且功率譜密度的形狀是矩形。只要多徑的延遲沒有超出保護間隔的長度，載波上的數(shù)據(jù)就能夠被正確地解調(diào)。硬件技術的發(fā)展對 OFDM裝置性能的改善起著重要的作用。數(shù)字 OBL采用 OFDM調(diào)制方案在多徑延遲條件下能保持穩(wěn)定的傳播。但是總有一個平穩(wěn)點，增加載波數(shù)量會 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 使接收機復雜性增加，破壞相位噪聲靈敏度。但在實際中 , (α為滾降系數(shù) ) 1 1 122fNt?????l b l blb111MMMBtNN??? ? ?????????? ?11 12 Nt?????第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 相應的頻譜利用率為 () 在 OFDM系統(tǒng)中，要想獲得較高的頻譜利用率，應選擇較大的 N值，同時應盡可能使?jié)L降系數(shù) α小一些。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 字節(jié)到符號的映射 此處的字節(jié)指的是傳輸流中每個字節(jié)的數(shù)據(jù)，通常每個字節(jié)的數(shù)據(jù)量永遠不變，為 8 bit。相應地，下一個符號的有效位將被下一個字節(jié)的有效位取代。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 2. 回傳信道協(xié)議 Cable TV LAN MAC/PHY 提出的媒體訪問控制 (MAC)協(xié)議，必須滿足如下要求： (1) 能滿足恒定比特速率 (CBR)、變比特速率 (VBR)和可用比特速率 (ABR)業(yè)務的動態(tài)帶寬分配要求 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 世界各國提出許多 MAC協(xié)議，歸結起來可分為兩大類： 分布式協(xié)議和集中式協(xié)議。 77 畫出 64QAM數(shù)字電視信號調(diào)制框圖，計算它的頻譜利用系數(shù)理論值，并說明整個計算過程。 713 說明 64QAM調(diào)制如何獲得 π/2旋轉不變的星座圖。Hz)。集中式協(xié)議提供了更好的定時機制來避免沖突，如 IBM公司的MLAP(MAC水平接入?yún)f(xié)議 )、 亞特蘭大科技公司的XDQRAP(擴展分布式排隊隨機接入?yún)f(xié)議 )、 ATT貝爾實驗室的 ADAPt(自登記 )協(xié)議、佐治亞理工學院的 CPR(集中式優(yōu)先級預約 )協(xié)議、 TDMA(時分多址 )協(xié)議、 PCUP(流水線循環(huán)上行 )協(xié)議等。 (3) 支持物理層技術的升級 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 用于 64QAM的字節(jié)到 m比特符號的轉換 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 美國有線電視網(wǎng)曾采用過 16VSB數(shù)字調(diào)制，在調(diào)制之前要進行字節(jié)到符號的映射，它的映射方式如圖 。采用的數(shù)字調(diào)制的方法不同，一個符號所包含的比特數(shù)目就不相等。表 為 4種典型數(shù)字調(diào)制技術實現(xiàn)的難易比較。但是如果兩個發(fā)射塔相距較遠，發(fā)自兩塔的電磁波的時間延遲比較長，系統(tǒng)就需要較大的保護間隔?？梢灶A料到， OFDM調(diào)制方案可以改善移動信源電視廣播傳播的操作，并且在大規(guī)模的傳播中簡化中繼網(wǎng)絡。因為在OBL中，即使在保護間隔內(nèi)，也會有短延遲的多徑信號和嚴重 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 的錯誤出現(xiàn)，所以有必要確定保護間隔的長度，以避免冗余碼不能進行充分的糾錯。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (6) 實際應用：因為數(shù)字廣播系統(tǒng)的音頻和視頻編碼朝著國際上統(tǒng)一的標準發(fā)展，所以數(shù)字開路廣播鏈路的信源編碼采用統(tǒng)一的標準?？紤]到中繼的距離短，接收方的定向天線、傳播能力和傳播環(huán)境等因素，保護間隔的長度為 2 μs。為了獲得較強的抗多徑衰落的能力， OFDM的每一個載波采用 DQPSK調(diào)制方法，并且每個載波的相位是正交的。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (2) 糾錯：信源數(shù)據(jù)經(jīng)過長度為 T的卷積糾錯，當信源的比特率為 Mb/s和 Mb/s時，卷積碼的速率分別為它的 1/2和 3/4。 OFDMOBL試驗的一般結構如圖 ，其技術規(guī)格見表 。 Sn為信源信號序列中第 n個值 。 H為信道矩陣，反映信道的復衰落系數(shù)， H為 Kc Kc，則 Kc為并行子系統(tǒng) (子載波 )數(shù) 。 ② 實際發(fā)送的并行碼元信號周期 Tp≥NTs，即大于串行信息碼元周期的 N倍，而為給定信號帶寬的 B中所選用的子載波數(shù)。符號總的持續(xù)時間 Ttotal=T＋ Δ, Δ是保護間隔， T是有用信號的持續(xù)時間。 在接收端，先對 s(t)抽樣得到 {Sn}，再對 {Sn}求 DFT(離散傅里葉變換 )即得 {Ck}。滿足奈奎斯特準則的濾波器 G(ω)不論在發(fā)送端或接收端都相同。多載波傳輸?shù)母拍畛霈F(xiàn)于 20世紀 60年代。信號頻率選擇性的衰減，會導致信號畸變。 10 Mb/s6 b/( s H z )5 Mhz3??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 殘留邊帶濾波器的頻率特性 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 從圖 ， VSB讓一個邊帶全部通過，而另一個邊帶只殘留了一部分余跡。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 I、 Q兩路數(shù)據(jù)抽取樣值的過程及 I、 Q抽取樣值的合成過程詳圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) MVSB(殘留邊帶 )數(shù)字調(diào)制技術 1. 8VSB的實現(xiàn)原理 美國地面廣播采用 8VSB數(shù)字調(diào)制。k) (0≤k≤+∞) () 如果假設在每一周期中僅取 4個等間隔樣點，即 fs=4fc，則有 () 而 可以表示為［＋ 1， 0，－ 1， 0， … ］抽樣序列， 可以表示為［ 0， +1， 0，－ 1， … ］抽樣序列， 相應同相及正交樣本序列構成的 u(k)樣本序列即變成為以下 形式： ［ I1， Q2，－ I3，－ Q4， I5， Q6，－ I7，－ Q8， … ］。本系統(tǒng)是在 DAC之后使用模擬放大電路來進行補償?shù)摹?I/Q合成電路將 QAM數(shù)字調(diào)制器 L64767輸出的 10 bit的 I和 Q信號合成為一路碼流。 ② 當沒有外部數(shù)據(jù)輸入時，由偽隨機碼源 PRBS產(chǎn)生周期性的偽隨機碼，用于系統(tǒng)測試 QAM調(diào)制器的性能。 (6) 在濾波系數(shù)下載后，整個系統(tǒng)自行工作。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 以這一芯片為基礎，加上輸入信號預處理電路、 I/Q合成電路、 D/A變換電路，就構成了基帶數(shù)字 QAM調(diào)制系統(tǒng)。圖