【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(diǎn)播數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、各種計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)等 )需要傳向前端，由于用戶數(shù)為千家萬(wàn)戶，千家萬(wàn)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(yīng)”，為克服它，必須選擇抗干擾性能很強(qiáng)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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)。Hz), 則經(jīng)調(diào)制后信號(hào)的帶寬為 。一般采用四相相移鍵控調(diào)制(Quadrature PhaseShift Keying， QPSK)。美國(guó)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(guó)地理?xiàng)l件和房屋結(jié)構(gòu)情況下的室內(nèi)接收，但不能滿足移動(dòng)接收。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的幾項(xiàng)性能 (1) 采用不同壓縮標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電視信號(hào)，在選用同一種調(diào)制情況下，調(diào)制后信號(hào)的帶寬不同。Hz)、 b/(s所以，可以說(shuō)數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)數(shù)字調(diào)制后，相當(dāng)于模擬信號(hào)，可以在模擬信道中傳輸。 cosωct=cos(ωct+φi) () 當(dāng)碼元寬度為載波周期的整數(shù)倍時(shí)， BPSK信號(hào)的典型波形如圖 。 φn=0時(shí)，代表數(shù)字“ 0” 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 手機(jī)電視不同于普通的移動(dòng)電視，它要求：低功耗，總功耗不超過(guò) 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(chǔ)。 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(zhǎng)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。 QAM有較高的頻帶利用率，同時(shí)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(jìn)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(gè) 24電平轉(zhuǎn)換器，再分別送入調(diào)制器 2進(jìn)行幅度調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)線性相加，得到 16QAM的輸出信號(hào)。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 16QAM信號(hào)的形成過(guò)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(hào)的帶寬情況。Hz)。從圖 ， I、 Q軸坐標(biāo)是以等比級(jí)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(dāng)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(zhuǎn)不變的原則， 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 結(jié)果恢復(fù)載波的 φ相位無(wú)論是 0176。時(shí)，恢復(fù)載波與 Q軸同相，此時(shí) A點(diǎn)與 Q軸的位置關(guān)系相當(dāng)于 A′點(diǎn)和 I軸的位置關(guān)系，解出的代碼仍為 11。 L64767 QAM 編碼芯片是一個(gè)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(hào)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(jī)碼源。 QAM調(diào)制模塊基于 L64767芯片，它接收來(lái)自衛(wèi)星或 PRBS的數(shù)據(jù)，并對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行 QAM調(diào)制所要求的一切數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程，其輸出是兩路相互正交的 10 bit信號(hào)I和 Q。 10 bit的 DAC電路將數(shù)字 I、 Q合成信號(hào)變換成模擬信號(hào)。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 設(shè)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(yīng)上式可用下述離散化形式表達(dá)： 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(yán)格的π/2關(guān)系，由對(duì) I、 Q信號(hào)進(jìn)行抽樣來(lái)確保。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 8VSB實(shí)現(xiàn)框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 假設(shè)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(jìn)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(mén)為克服由多徑傳播的時(shí)延功率譜的擴(kuò)散而引起頻率選擇性衰落的 Rake接收技術(shù)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(duì) s(t)抽樣，［ 0， T］內(nèi)共有 個(gè)樣值，則 () 可見(jiàn)，以 fs對(duì) s(t)抽樣所得的 N個(gè)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(yīng)以及 DFT大小的限制，這種方法很難實(shí)現(xiàn)。 (2) OFDM時(shí)域原理解釋。 ① 由前面 OFDM的時(shí)域表示，我們可以直接給出相應(yīng)的等效頻域表達(dá)式，即矩陣表達(dá)式為 R=HS+N改寫(xiě)為頻域的變量表達(dá)式，即 Rn=Hn其中 τmax表示最大延時(shí)。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(cuò)碼有相同的數(shù)據(jù)。頻域交錯(cuò)提高了 TCM對(duì)同頻干擾的抵抗能力，因?yàn)樗鼘⑹雇l干擾嚴(yán)重的載波分量分散開(kāi)。這時(shí)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(méi)有超出保護(hù)間隔的長(zhǎng)度，載波上的數(shù)據(jù)就能夠被正確地解調(diào)。硬件技術(shù)的發(fā)展對(duì) 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(gè)平穩(wěn)點(diǎn)，增加載波數(shù)量會(huì) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 使接收機(jī)復(fù)雜性增加，破壞相位噪聲靈敏度。但在實(shí)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(yīng)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(yīng)選擇較大的 N值，同時(shí)應(yīng)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(hào)的映射 此處的字節(jié)指的是傳輸流中每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，通常每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量永遠(yuǎn)不變，為 8 bit。相應(yīng)地，下一個(gè)符號(hào)的有效位將被下一個(gè)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(wèn)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(wù)的動(dòng)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(guó)提出許多 MAC協(xié)議，歸結(jié)起來(lái)可分為兩大類： 分布式協(xié)議和集中式協(xié)議。 77 畫(huà)出 64QAM數(shù)字電視信號(hào)調(diào)制框圖，計(jì)算它的頻譜利用系數(shù)理論值，并說(shuō)明整個(gè)計(jì)算過(guò)程。 713 說(shuō)明 64QAM調(diào)制如何獲得 π/2旋轉(zhuǎn)不變的星座圖。Hz)。集中式協(xié)議提供了更好的定時(shí)機(jī)制來(lái)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(kuò)展分布式排隊(duì)隨機(jī)接入?yún)f(xié)議 )、 ATT貝爾實(shí)驗(yàn)室的 ADAPt(自登記 )協(xié)議、佐治亞理工學(xué)院的 CPR(集中式優(yōu)先級(jí)預(yù)約 )協(xié)議、 TDMA(時(shí)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(shù)的升級(jí) 。 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(hào)的轉(zhuǎn)換 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 美國(guó)有線電視網(wǎng)曾采用過(guò) 16VSB數(shù)字調(diào)制，在調(diào)制之前要進(jìn)行字節(jié)到符號(hào)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(gè)符號(hào)所包含的比特?cái)?shù)目就不相等。表 為 4種典型數(shù)字調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難易比較。但是如果兩個(gè)發(fā)射塔相距較遠(yuǎn)，發(fā)自兩塔的電磁波的時(shí)間延遲比較長(zhǎng)，系統(tǒng)就需要較大的保護(hù)間隔。可以預(yù)料到， OFDM調(diào)制方案可以改善移動(dòng)信源電視廣播傳播的操作，并且在大規(guī)模的傳播中簡(jiǎn)化中繼網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)樵贠BL中，即使在保護(hù)間隔內(nèi)，也會(huì)有短延遲的多徑信號(hào)和嚴(yán)重 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 的錯(cuò)誤出現(xiàn)，所以有必要確定保護(hù)間隔的長(zhǎng)度，以避免冗余碼不能進(jìn)行充分的糾錯(cuò)。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (6) 實(shí)際應(yīng)用：因?yàn)閿?shù)字廣播系統(tǒng)的音頻和視頻編碼朝著國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，所以數(shù)字開(kāi)路廣播鏈路的信源編碼采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?？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(hù)間隔的長(zhǎng)度為 2 μs。為了獲得較強(qiáng)的抗多徑衰落的能力， OFDM的每一個(gè)載波采用 DQPSK調(diào)制方法，并且每個(gè)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(cuò)：信源數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為 T的卷積糾錯(cuò)，當(dāng)信源的比特率為 Mb/s和 Mb/s時(shí)，卷積碼的速率分別為它的 1/2和 3/4。 OFDMOBL試驗(yàn)的一般結(jié)構(gòu)如圖 ，其技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表 。 Sn為信源信號(hào)序列中第 n個(gè)值 。 H為信道矩陣，反映信道的復(fù)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(shí)際發(fā)送的并行碼元信號(hào)周期 Tp≥NTs，即大于串行信息碼元周期的 N倍，而為給定信號(hào)帶寬的 B中所選用的子載波數(shù)。符號(hào)總的持續(xù)時(shí)間 Ttotal=T＋ Δ, Δ是保護(hù)間隔， T是有用信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。 在接收端，先對(duì) s(t)抽樣得到 {Sn}，再對(duì) {Sn}求 DFT(離散傅里葉變換 )即得 {Ck}。滿足奈奎斯特準(zhǔn)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(jì) 60年代。信號(hào)頻率選擇性的衰減，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)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(gè)邊帶全部通過(guò)，而另一個(gè)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(guò)程及 I、 Q抽取樣值的合成過(guò)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(shù) 1. 8VSB的實(shí)現(xiàn)原理 美國(guó)地面廣播采用 8VSB數(shù)字調(diào)制。k) (0≤k≤+∞) () 如果假設(shè)在每一周期中僅取 4個(gè)等間隔樣點(diǎn)，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(yīng)同相及正交樣本序列構(gòu)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(lái)進(jìn)行補(bǔ)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(hào)合成為一路碼流。 ② 當(dāng)沒(méi)有外部數(shù)據(jù)輸入時(shí)，由偽隨機(jī)碼源 PRBS產(chǎn)生周期性的偽隨機(jī)碼，用于系統(tǒng)測(cè)試 QAM調(diào)制器的性能。 (6) 在濾波系數(shù)下載后，整個(gè)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(chǔ)，加上輸入信號(hào)預(yù)處理電路、 I/Q合成電路、 D/A變換電路，就構(gòu)成了基帶數(shù)字 QAM調(diào)制系統(tǒng)。圖