【正文】 流速率要高于輸入的碼流速率，也即校驗(yàn)碼元要占用一部分傳輸頻帶，這是糾錯(cuò)編碼的一個(gè)代價(jià)。分組碼將串行的信息碼流分為長度為k個(gè)碼元的組，每組信息碼元在編碼器中按照一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系生成r個(gè)校驗(yàn)碼元。分組碼的解碼算法可以由其代數(shù)特性直接得到，卷積碼則通常采用樹搜索的Viterbi解碼法和序列解碼。 　　為了提高系統(tǒng)對誤碼的抵抗能力，DVB系統(tǒng)中同時(shí)使用了分組碼和卷積碼。按照碼字的循環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)碼又可分循環(huán)碼和非循環(huán)碼。按照信息碼元和校驗(yàn)碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系不同，代數(shù)碼可分為線性碼和非線性碼。按照構(gòu)造編碼的數(shù)學(xué)方法可分為代數(shù)碼、幾何碼和算數(shù)碼。DVB系統(tǒng)中使用的是糾刪碼。按照差錯(cuò)控制能力分，糾錯(cuò)編碼可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼。后兩種類型用于雙向通信系統(tǒng)中，DVB屬于單向的廣播，因此DVB系統(tǒng)中采用的是FEC。 糾錯(cuò)編碼 糾錯(cuò)編碼是數(shù)字通信系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)。同頻干擾也是一種加性的干擾。采用同頻方式廣播時(shí)，由于數(shù)字通信具有較強(qiáng)的抗干擾能力，因此DVB傳輸信號的發(fā)射功率可以遠(yuǎn)低于模擬電視的發(fā)射功率。所謂“同播(simulcast)”是指在數(shù)字電視的地面廣播中，將數(shù)字電視放置在“禁用頻道(Taboo)”上進(jìn)行廣播。 　同頻干擾 　同頻干擾僅存在于數(shù)字地面同播方式中，衛(wèi)星廣播和CATV中沒有這一干擾。沖激噪聲主要來源于閃電、各種工業(yè)電火花和電器開關(guān)的通斷等。高斯白噪聲是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中最常使用的干擾模型，實(shí)際上，數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)通常都是按高斯白噪聲信道設(shè)計(jì)的。這樣一個(gè)等效的噪聲干擾具有兩個(gè)特性：1）由于各噪聲干擾彼此是非相關(guān)的，根據(jù)概率論的有關(guān)理論，它們的合成信號服從正態(tài)分布，也就是高斯分布；2）由于各噪聲干擾的功率譜分布在范圍非常廣泛的頻率上，它們的合成信號的功率譜密度在整個(gè)頻率軸上接近于均勻分布，即在各頻率點(diǎn)處都相等，這種功率譜分布在信號處理中被成為“白”的。此外，各路回波干擾中也帶有噪聲干擾，這些噪聲干擾最終也會被帶入接收機(jī)中。噪聲干擾與回波干擾不同，它是一種加性干擾（見圖4中的c(t)），線性疊加在接收信號上的。 　噪聲干擾 　噪聲干擾實(shí)際上是任何通信系統(tǒng)都必須面對的問題，地面廣播、衛(wèi)星廣播和CATV中都會遇到。 回波干擾的頻率響應(yīng)呈現(xiàn)周期性的衰落，這在通信原理中稱為“頻率選擇性衰落”。D/U是指接收信號的平均功率與全部回波干擾的總平均功率之比，表示了回波干擾的嚴(yán)重程度。 　另外，從表1中我們還可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)延越長，回波的幅度衰減越大，即回波的平均功率是隨著時(shí)延的增大而逐漸減小的。日本的Hirofumi在大量實(shí)測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，得出如下結(jié)論：回波幅度在幾百個(gè)波長的近距離內(nèi)服從Rayleigh分布，在更大的距離范圍內(nèi)服從對數(shù)正態(tài)分布。 　前文說過，圖4中的每一路回波實(shí)際上是由多條時(shí)延在同一個(gè)符號周期內(nèi)的回波構(gòu)成，因此每一路回波的幅度和相位都是多條回波合成后的幅度和相位，是一個(gè)隨機(jī)變量。但是，接收機(jī)中的放大器在放大接收信號的同時(shí)，也會連回波一起放大；解調(diào)器在校正接收信號的相位偏移的同時(shí)，同樣會將回波的相位一起旋轉(zhuǎn)。發(fā)射信號在傳輸過程中雖然也會發(fā)生幅度衰減和相位旋轉(zhuǎn)，但到達(dá)接受機(jī)后通過放大器會將接收信號的功率恢復(fù)到一個(gè)標(biāo)稱值，相位旋轉(zhuǎn)在解調(diào)時(shí)也會得到補(bǔ)償。 　回波干擾是由于反射或信道的線性失真所引起的，在這個(gè)過程中，回波的幅度會有較大的衰減，相位也回發(fā)生旋轉(zhuǎn)。表1中所列的回波參數(shù)是一組平原地區(qū)的實(shí)測數(shù)值，以前曾用于美國NTSC測試鬼影消除器，后被廣泛用于數(shù)字電視系統(tǒng)的研究中，我國“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“HDTV傳輸制式關(guān)鍵技術(shù)的研究”中也采用了這組回波參數(shù)。如果將回波的時(shí)延看作一個(gè)隨機(jī)序列的話，日本的Hirofumi經(jīng)過大量分析和研究，認(rèn)為其概率分布符合泊松分布。例如回波時(shí)延為1微秒時(shí)，對波特率為1M符號/秒的傳輸信號，每一個(gè)傳輸符號的回僅能干擾到其后的一個(gè)傳輸符號，此時(shí)圖4中的移位寄存器只有一個(gè)；但如對波特率為6M符號/秒的傳輸信號，每一個(gè)傳輸符號的回波能干擾到其后的六個(gè)傳輸符號，此時(shí)圖4中的移位寄存器將有六個(gè)。發(fā)射信號s(t)首先通過一系列延時(shí)為T的移位寄存器，這里的T就是對應(yīng)的數(shù)字通信系統(tǒng)的符號周期，移位寄存器的個(gè)數(shù)與回波的最大時(shí)延成及傳輸信號的速率正比；然后從每個(gè)移位寄存器后輸出，經(jīng)過幅度衰減和相位旋轉(zhuǎn)后就相當(dāng)于一條回波；再將這些回與發(fā)射信號相加，就得到了經(jīng)過回波干擾的接收信號r(t)。在統(tǒng)計(jì)時(shí)一般將時(shí)延范圍在同一個(gè)符號周期內(nèi)的回波疊加在一起，作為這一符號周期的總回波干擾，而在建立回波干擾的信道模擬時(shí)回波的時(shí)延就均為相應(yīng)數(shù)字通信系統(tǒng)的符號周期T的整數(shù)倍。也就是說，以發(fā)射信號到達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻為記時(shí)起點(diǎn)，而計(jì)算的回波到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間。 　從接收機(jī)的角度來看，回波干擾相當(dāng)于將發(fā)射信號延時(shí)，再進(jìn)行幅度衰減和相位旋轉(zhuǎn)后，疊加在原發(fā)射信號上，因此回波信號對通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有影響的特性有三項(xiàng)：回波的時(shí)延、回波的幅度衰減和回波的相位旋轉(zhuǎn)。造成ISI的原因有很多，實(shí)際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會不可避免地造成一定的ISI，只是其程度一般較之由回波產(chǎn)生的ISI要輕?；夭ǜ蓴_在模擬電視中造成的就是重影，而在數(shù)字電視系統(tǒng)中造成的是數(shù)字通信中所謂的“符號間干擾（ISI：InterSymbolInterference）”。有線電視系統(tǒng)中，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的阻抗不匹配也可能會造成一定的回波干擾，但程度要比地面廣播中的輕。下面我們討論一下三類干擾的特性。干擾信號從本質(zhì)上講不是恒定信號，而是隨機(jī)信號。因此本文就以這一信道模型為基礎(chǔ)介紹一下DVB廣播信道的主要特性。這個(gè)模型發(fā)表于國際電子和電氣工程師協(xié)會（IEEE）學(xué)報(bào)上，并曾用于美國先進(jìn)電視系統(tǒng)（ATV）的測試中。圖4所示就是等效基帶DVB廣播信道，它可以直接用于DVB傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。DVB廣播信道本身是一個(gè)高頻模擬信道，無論其中的傳輸信號還是干擾和失真都為高頻模擬波形，但在針對中頻以下的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)建立模型時(shí)，信道中的傳輸信號和干擾信號經(jīng)過解調(diào)后最終都將被轉(zhuǎn)換成對基帶數(shù)字通信系統(tǒng)的影響，呈現(xiàn)為基帶數(shù)字信號的形式。因此對于不同的通信系統(tǒng)同一個(gè)信道可能會建立出不同的信道模型。但如果僅分析傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響的信道特性，上述三種廣播信道則可歸納為統(tǒng)一的信道模型中。 　DVB廣播信道包括衛(wèi)星廣播信道、有線電視廣播信道和地面廣播信道。可以說，傳輸系統(tǒng)中的所有環(huán)節(jié)和技術(shù)都是為適應(yīng)信道特性服務(wù)的，信道特性是傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 　與壓縮編、解碼系統(tǒng)不同，數(shù)字傳輸系統(tǒng)中糾錯(cuò)解碼器的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)較糾錯(cuò)編碼器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，解調(diào)器的結(jié)構(gòu)也較調(diào)制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接收端的同步系統(tǒng)也遠(yuǎn)較發(fā)射端的同步系統(tǒng)復(fù)雜，此外在接收機(jī)中還需要發(fā)射機(jī)中沒有的均衡器，因此傳輸系統(tǒng)中接收機(jī)的成本遠(yuǎn)高于發(fā)射機(jī)的成本。 　中頻濾波的目的是濾除信號頻帶之外的噪聲，并實(shí)現(xiàn)與射頻部分的接口。實(shí)現(xiàn)平方根升余弦滾降信號的過程稱為“波形成形”，通過采用合適的濾波器對多元碼流進(jìn)行濾波實(shí)現(xiàn)，由于生成的是基帶信號，因此這一過程又稱“基帶成形濾波”。根據(jù)奈奎斯特第一準(zhǔn)則，在實(shí)際通信系統(tǒng)中一般均使接收波形為升余弦滾降信號。 　為了避免相鄰傳輸信號之間的串?dāng)_，多元符號需要有合適的信號波形。 　除上述5個(gè)主要部分外，DVB傳輸系統(tǒng)還有幾個(gè)次要一些的部分： 　基帶接口負(fù)責(zé)DVB傳輸系統(tǒng)與MPEG2復(fù)/分接系統(tǒng)間的適配，因?yàn)樯鲜鰞蓚€(gè)系統(tǒng)接口的信號碼型和電平可能有所不同，基帶接口負(fù)責(zé)其間的轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)這三種同步建立完成之后，接收機(jī)才能開始正常工作。糾錯(cuò)編/解碼、數(shù)據(jù)交織/反交織以及均衡都是按數(shù)據(jù)幀進(jìn)行的，因此接收機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前還必須提取出幀同步。第二種同步是傳輸幀同步。為了保證正確地采樣信息，接收機(jī)中必須采取措施將本地時(shí)鐘與信號頻率間的偏差控制在系統(tǒng)允許的范圍之內(nèi)，這種措施稱為“鎖相”，實(shí)現(xiàn)鎖相的設(shè)備稱為鎖相環(huán)。由于晶體振蕩器固有的頻率漂移，即其振蕩頻率會在一定范圍內(nèi)圍繞標(biāo)稱值波動，使得符號時(shí)鐘和比特時(shí)鐘與發(fā)送信號的頻率間產(chǎn)生偏差。為了準(zhǔn)確地在采樣點(diǎn)處讀寫信號數(shù)值，接收機(jī)首先需要生成一個(gè)在標(biāo)稱頻率上與發(fā)送符號或比特的頻率一致的本地讀寫控制信號，這個(gè)讀寫控制信號稱為符號時(shí)鐘或比特時(shí)鐘，接收機(jī)中的解碼及其它信號處理都是在符號時(shí)鐘或比特時(shí)鐘的控制下進(jìn)行的。第一種同步是比特和符號同步。同步問題在模擬通信系統(tǒng)中也存在，比如在同步解調(diào)時(shí)，接收機(jī)必須首先生成一個(gè)在頻率和相位都與發(fā)送載波一致的本地載波，解調(diào)器才能進(jìn)行解調(diào)，即接收機(jī)需要與發(fā)射機(jī)保持載波上的同步。它的優(yōu)點(diǎn)是可以利用數(shù)字信號處理理論和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，具有設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、實(shí)現(xiàn)方便的特點(diǎn)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中采用的是時(shí)域均衡。符號間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)會使整個(gè)系統(tǒng)無法工作，必須對其進(jìn)行校正，這個(gè)校正的過程稱為均衡。符號間串?dāng)_與噪聲干擾不同，它來自傳輸信號本身，某個(gè)采樣點(diǎn)處的符號間串?dāng)_來自于相鄰信號采樣點(diǎn)。 　均衡 為了防止傳輸符號間的相互串?dāng)_，數(shù)字通信系統(tǒng)中大都采用升余弦滾降信號波形。應(yīng)該注意的是，經(jīng)過映射后生成的多元符號仍是基帶數(shù)字信號。多元符號的元數(shù)就等于調(diào)制星座的容量。映射將多個(gè)二元比特轉(zhuǎn)換為一個(gè)多元符號，這種多元符號可以是實(shí)數(shù)信號（在ASK調(diào)制中），也可以是二維的復(fù)信號（在PSK和QAM調(diào)制中）。實(shí)際上，數(shù)字調(diào)制的主要目的在于控制傳輸效率，不同的數(shù)字調(diào)制技術(shù)正是由其映射方式區(qū)分的，其性能也是由映射方式?jīng)Q定的。DVB傳輸系統(tǒng)是數(shù)字傳輸系統(tǒng)，因此其中采用的調(diào)制技術(shù)是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。為進(jìn)行長途傳輸，必須采用調(diào)制傳輸?shù)姆绞??；鶐鬏斁褪菍⑿旁瓷傻幕鶐盘栔苯觽魉停缫纛l市話、計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?　數(shù)字調(diào)制 　傳輸信息有兩種方式：基帶傳輸和調(diào)制傳輸。數(shù)據(jù)交織改變了信號的傳輸順序，將連續(xù)發(fā)生的誤碼分散到多組RS碼中，落在每組RS碼中的誤碼數(shù)量就會大大減少，不會超出RS碼的糾錯(cuò)能力，RS碼能夠?qū)⑵浼m正過來。這些連續(xù)誤碼落在一組外層RS碼中，就可能超出RS碼的糾錯(cuò)能力而造成信息失真。 　內(nèi)層的卷積糾錯(cuò)編碼雖然具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，但一旦發(fā)生無法糾正的誤碼時(shí)，這種誤碼常常呈現(xiàn)連續(xù)發(fā)生的形式，也就是說，經(jīng)卷積解碼器糾錯(cuò)后輸出的碼流中的誤碼常顯連續(xù)的形式。兩層糾錯(cuò)編碼大大提高了糾正誤碼的能力，如果內(nèi)層糾錯(cuò)編碼將傳輸誤碼糾正到103的水平，即平均每一千個(gè)傳輸數(shù)碼中存在一個(gè)誤碼的話，經(jīng)過外層糾錯(cuò)編碼后，誤碼率一般可降至105的水平；而如果內(nèi)層糾錯(cuò)編碼將傳輸誤碼糾正到104的水平的話，經(jīng)過外層糾錯(cuò)編碼后，誤碼率一般可降至108的水平。如果把整個(gè)通信系統(tǒng)，包括傳輸信道看成一個(gè)傳輸鏈路的話，那末處于外層的糾錯(cuò)編/解碼一般被稱為外層糾錯(cuò)編碼，而處于內(nèi)層的糾錯(cuò)編/解碼一般被稱為內(nèi)層糾錯(cuò)編碼。 　任何糾錯(cuò)編碼的糾錯(cuò)能力都是有限的，當(dāng)信道中的干擾較嚴(yán)重，在傳輸信號中造成的誤碼超出糾錯(cuò)能力時(shí)，糾錯(cuò)編碼將無法糾正錯(cuò)誤。由于一組傳輸信號和它們的運(yùn)算結(jié)果間保持著一定的關(guān)系，如果傳輸過程中發(fā)生了錯(cuò)誤，使得傳輸信號或運(yùn)算結(jié)果中產(chǎn)生了錯(cuò)誤數(shù)碼，這種關(guān)系就會遭到破壞。糾錯(cuò)編碼是數(shù)字通信特有的，是模擬通信所不具備的。 　從信號功率譜的角度看，擾亂過程相當(dāng)于將數(shù)字信號的功率譜拓展了，使其分散開了，因此擾亂過程又被稱為“能量分散”。由于二進(jìn)制數(shù)值運(yùn)算的特殊性質(zhì)，用偽隨機(jī)序列對輸入的TS碼流進(jìn)行擾亂后，無論原TS碼流是何種分布，擾亂后的數(shù)據(jù)碼流中的“0”與“1”的概率都接近50%。為了保證在任何情況下進(jìn)入DVB傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)碼流中“0”與“1”的概率都能基本相等，傳輸系統(tǒng)首先用一個(gè)偽隨機(jī)序列對輸入的TS碼流進(jìn)行擾亂處理。但TS碼流經(jīng)過編碼處理后，可能會在其中出現(xiàn)連續(xù)的“0”或連續(xù)的“1”。但是，在實(shí)際信道中總是存在這樣或那樣的干擾，無失真的理想指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用中是達(dá)不到的，在進(jìn)入接收端分接器的TS碼流中總會混有一定數(shù)量的誤碼，因此傳輸系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中所要達(dá)到的目標(biāo)就是使傳輸誤碼足夠少，以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的誤碼指標(biāo)。 　DVB傳輸系統(tǒng)是由發(fā)射端和接收端兩部分構(gòu)成的，而且兩部分中的技術(shù)環(huán)節(jié)是一一對應(yīng)的。這三種傳輸系統(tǒng)中的技術(shù)和參數(shù)有所不同，但如果拋開具體形式，它們在本質(zhì)上卻具有相同的基本結(jié)構(gòu)。為能全面介紹DVB傳輸系統(tǒng)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)，我們在下文中以廣播信道上的DVB傳輸系統(tǒng)為例進(jìn)行討論。 　盡管DVB可適用于多種傳輸媒介，但廣播仍是DVB最主要的傳輸媒介，決大多數(shù)用戶將通過廣播信道接收DVB節(jié)目，因此DVB標(biāo)準(zhǔn)是以DVBS、DVBC、DVBT和DVBSC四個(gè)適用于廣播信道的標(biāo)準(zhǔn)為核心的。SDH和ATM技術(shù)近年來發(fā)展十分迅速，兩者相結(jié)合，將在下一世紀(jì)成為臺與臺之間交換遠(yuǎn)程交換節(jié)目的主要途徑。與PDH一樣，SDH也具有規(guī)定的速率級別，；但與PDH不同的是，SDH只有一種國際體制，為世界各國所接受。由于數(shù)字微波系統(tǒng)在傳輸過程中會引入一定的誤碼，這些誤碼可能對編碼圖像或聲音產(chǎn)生損傷，因此DVBPDH傳輸系統(tǒng)中需要信道編解碼器。PDH常被用于臺與臺之間交換節(jié)目，以數(shù)字微波為傳輸媒介。PDH網(wǎng)中傳輸速率被規(guī)定為有限的幾種，稱為PDH速率級別，只有符合速率級別的比特流才可以進(jìn)入PDH網(wǎng)中傳輸。當(dāng)進(jìn)行數(shù)字廣播時(shí)，根據(jù)傳輸媒介，選用相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)，通過糾錯(cuò)編碼和調(diào)制，將TS碼流變換成射頻信號。QPSK具有很強(qiáng)的抵抗幅度干擾的能力，但傳輸效率比較低，僅為2bit/s/Hz。 　在數(shù)字通信系統(tǒng)中，定性而論，傳輸效率越高，傳輸可靠性越差；效率越低，可靠性越高，即提高有效性與提高可靠性是一對矛盾，實(shí)際通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是在這兩者之間作綜合考慮。近年來，四維調(diào)制等高維調(diào)制技術(shù)的研究也得到了迅速發(fā)展，并已應(yīng)用于高速M(fèi)ODEM中，為進(jìn)一步提高傳輸效率奠定了基礎(chǔ)。更有將幅度與相位聯(lián)合調(diào)制的QAM技術(shù)，目前數(shù)字微波中廣泛使用的256QAM的頻帶利用率可達(dá)8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。數(shù)字通信中的調(diào)制技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬調(diào)制技術(shù)。 　由于傳輸信道的頻帶資源總是有限的，因此提高傳輸效率是通信系統(tǒng)所追求的最重要的指標(biāo)之一。對于這種情況，數(shù)字通信系統(tǒng)中采用了糾錯(cuò)編碼措施，進(jìn)一步提高對傳輸干擾的抵抗能力。上述例子中我們假設(shè)傳輸干擾較小，因此最終沒有發(fā)生信息丟失。可見，盡管傳輸信號受到了一定的干擾和失真，但并未造成信息的丟失。然