開路地面電視7-等級(jí)調(diào)制

1、第六章：DVB-T的等級(jí)調(diào)制一、等級(jí)調(diào)制定義 在DVB-T系統(tǒng)中，我們首先回憶一下QPSK，16QAM和64QAM三種調(diào)制的星座圖，我們發(fā)現(xiàn)相鄰象限字符之間或相限內(nèi)部字符都是等距的，例如16QAM調(diào)制中的字符0011與0001之間，字符0011與0111之間；64QAM調(diào)制中的字符與之間，字符與之間，這種字符的映射稱為均勻映射，見圖1。16QAM 非等級(jí)調(diào)制QPSK 非等級(jí)調(diào)制64QAM 非等級(jí)調(diào)制圖1： 非等級(jí)調(diào)制（=1）QPSK，16QAM，64QAM星座圖DVB-T系統(tǒng)引入等級(jí)調(diào)制的概念，相鄰象限之間的字符采用非均勻映射，我們定義一個(gè)參數(shù)阿爾法 ，=1，2，4，它代表與坐標(biāo)X，Y軸最近的

2、字符與坐標(biāo)軸的距離；=1對(duì)應(yīng)非等級(jí)調(diào)制，字符均勻映射，=2和4對(duì)應(yīng)等級(jí)調(diào)制，它可以將不同坐標(biāo)象限中的調(diào)制星座圖間距拉開，詳見圖2與圖3中的顯示。從調(diào)制角度，我們可以理解成將一個(gè)QPSK與另一個(gè)QPSK調(diào)制相“疊加”，形成一個(gè)16QAM，見圖2中的16QAM星座圖；同樣我們可以將一個(gè)16QAM疊加到QPSK上面而形成一個(gè)64QAM調(diào)制，見圖3中的64QAM星座圖。我們將疊加后形成的調(diào)制定義為低等級(jí)調(diào)制（Low Priority）或（LP），而原來的調(diào)制定義為高等級(jí)調(diào)制（High Priority）或（HP）, 高等級(jí)調(diào)制（HP）的信號(hào)比低等級(jí)調(diào)制（LP）所需要的載噪比（C/N）較低，比較容易接收

3、，這也是它們的定義的由來。通過選擇等級(jí)調(diào)制中的特殊參數(shù)阿爾法=2和4，我們不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的等級(jí)調(diào)制中，雖然相鄰象限間的字符間距拉開，但是同一象限間的字符間距縮??；也就是高等級(jí)流（HP）的抗干擾能力提高，但是代價(jià)是降低低等級(jí)流（LP）的抗干擾能力。16QAM 等級(jí)調(diào)制 =264QAM 等級(jí)調(diào)制 =2圖2：等級(jí)調(diào)制（=2）16QAM，64QAM星座圖16QAM 等級(jí)調(diào)制 =464QAM 等級(jí)調(diào)制 =4圖3：等級(jí)調(diào)制（=4）16QAM，64QAM星座圖二、等級(jí)調(diào)制的技術(shù)特點(diǎn)DVB-T系統(tǒng)中等級(jí)調(diào)制的主要特點(diǎn)是：（1）在一個(gè)射頻模擬頻道中傳送兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)字電視傳輸流（2）選擇不同的糾錯(cuò)碼及調(diào)制方式每一

4、個(gè)傳輸流具有自己的信道特性及覆蓋范圍高級(jí)碼流（HP）總是選擇QPSK調(diào)制，其傳輸效率不高，但是所需要的C/N比低，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋區(qū)域大。低等級(jí)碼流（LP）是對(duì)高等級(jí)碼流的再調(diào)制，可以看成是高等級(jí)碼流的額外噪音，對(duì)傳輸有惡化的作用，為了克服這一問題，通?？梢圆扇煞N方法：方法一：提高阿爾法的數(shù)值，選擇=2和4，這樣可以完全抵消由于低等級(jí)碼流引入而造成的額外噪聲。方法二：如果可以允許高等級(jí)碼流的比特率有所降低，那么可通過調(diào)節(jié)糾錯(cuò)碼FEC的方式進(jìn)行補(bǔ)償。表1，2，3分別給出非等級(jí)調(diào)制和等級(jí)調(diào)制時(shí)所需的最低理論C/N比，我們可以清楚地看到，在同樣的FEC數(shù)值，同樣的調(diào)制方式，同樣的傳輸

5、信道時(shí)，等級(jí)調(diào)制所需的C/N比比非等級(jí)調(diào)制要高，例如采用16QAM調(diào)制，F(xiàn)EC采用1/2，選擇高斯信道，非等級(jí)調(diào)制的C/N為8.8dB（表1），而采用等級(jí)調(diào)制（=2）的C/N為13dB（圖2），采用等級(jí)調(diào)制（=4）的C/N為17.3dB（表2），低等級(jí)碼流（LP）的碼流率直接由它的調(diào)制方式和糾錯(cuò)碼決定，但是它所需的C/N比卻比非等級(jí)調(diào)制的高出許多，具體數(shù)據(jù)見下表：Viterbi糾錯(cuò)后BER=210-4RS糾錯(cuò)后BER10-11QEF條件下的最小C/N值比特率(Mbit/s)調(diào)制方式糾錯(cuò)碼高斯信道萊斯信道瑞利信道保護(hù)間隔1/4保護(hù)間隔1/8保護(hù)間隔1/16保護(hù)間隔1/32QPSK1/23,13,

6、65,44,985,535,856,03QPSK2/34,95,78,46,647,377,818,07QPSK3/45,96,810,77,648,298,789,05QPSK5/66,98,013,18,299,229,7610,05QPSK7/87,78,716,38,719,6810,2510,5616-QAM1/28,89,611,29,9511,0611,7112,5616-QAM2/311,111,614,213,2714,7515,6116,0916-QAM3/412,513,016,714,9316,5917,5618,1016-QAM5/613,514,419,316,59

7、18,4319,5220,1116-QAM7/813,915,022,817,4219,3522,4921,1164-QAM1/214,414,716,014,9316,5917,5618,1064-QAM2/316,517,119,319,9122,1223,4224,1364-QAM3/418,018,621,722,3924,8826,3527,1464-QAM5/619,320,025,324,8827,6529,2730,1664-QAM7/820,121,027,926,1329,0330,7431,67注釋：斜體是近似值QEF（Quasi Error Free）代表近乎無錯(cuò)，即：

8、每小時(shí)的錯(cuò)碼小于1個(gè)，BER大于10-11表1：非等級(jí)調(diào)制信道最小理論C/N比值Viterbi糾錯(cuò)后BER=210-4RS糾錯(cuò)后BER10-11QEF條件下的最小C/N值比特率(Mbit/s)調(diào)制方式糾錯(cuò)碼高斯信道萊斯信道瑞利信道保護(hù)間隔1/4保護(hù)間隔1/8保護(hù)間隔1/16保護(hù)間隔1/32等級(jí)調(diào)制QPSK映射16-QAM1/224.85.46.94.985.535.856.032/37.17.79.86.647.377.818.043/48.49.011.87.468.298.789.05+1/213.013.314.94.985.535.856.032/315.115.317.96.647.

9、377.818.043/416.316.920.07.468.298.789.055/616.917.822.48.299.229.7610.057/817.918.724.18.719.6810.2510.56等級(jí)調(diào)制QPSK映射16-QAM1/243.84.46.04.985.535.856.032/35.96.68.66.647.377.818.043/47.17.910.77.468.298.789.05+1/217.317.819.64.985.535.856.032/319.119.622.36.647.377.818.043/420.120.824.27.468.298.789.

10、055/621.122.026.08.299.229.7610.057/821.922.828.58.719.6810.2510.56注釋：斜體是近似值表2：等級(jí)調(diào)制QPSK/16QAM=2，4條件下信道最小理論C/N比值Viterbi糾錯(cuò)后BER=210-4RS糾錯(cuò)后BER10-11QEF條件下的最小C/N值比特率(Mbit/s)調(diào)制方式糾錯(cuò)碼高斯信道萊斯信道瑞利信道保護(hù)間隔1/4保護(hù)間隔1/8保護(hù)間隔1/16保護(hù)間隔1/32等級(jí)調(diào)制QPSK映射64-QAM1/218.99.511.44.985.535.856.032/312.112.714.86.647.377.818.033/413.7

11、14.317.57.468.298.789.05+1/214.614.916.49.9511.0611.7112.062/316.917.619.413.2714.7515.6116.093/418.619.122.214.9316.5917.5618.105/620.120.825.816.5918.4319.5220.117/821.122.227.617.4219.3520.4921.11等級(jí)調(diào)制QPSK映射64-QAM1/226.57.18.74.985.535.856.032/39.09.911.76.647.377.818.043/410.811.514.57.468.298.78

12、9.05+1/216.316.718.29.9511.0611.7112.062/318.919.521.713.2714.7515.6116.093/421.021.624.514.9316.5917.5618.105/621.922.727.316.5918.4319.5220.117/822.923.829.617.4219.3520.4921.11注釋：斜體是近似值.由于64QAM信號(hào)劣質(zhì)的性能,=4的QPSK/64-QAM結(jié)果沒被包括。表3：等級(jí)調(diào)制QPSK/64QAM=1，2條件下信道最小理論C/N比值對(duì)于上面的表1，2，3，我們還有3點(diǎn)說明，以方便讀者理解。（1）在表1中我們可以

13、看出正常的QPSK、FEC=1/2時(shí)的C/N比是3.1dB，在表3的前半部分Alpha=1時(shí)，同樣的QPSK、FEC=1/2時(shí)，其C/N比為8.9dB，由于等級(jí)調(diào)制帶來的損失為5.8dB，通過調(diào)節(jié)Alpha的值，在表3的后半部分Alpha=2數(shù)時(shí)，對(duì)于QPSK、FEC=1/2，其C/N比回到了6.5，可以改善為2.4dB。（2）通常LP碼流或者是QPSK或者是16QAM，與QPSK等級(jí)調(diào)制疊加以后的星座圖是16QAM和64QAM，我們可以得出結(jié)論，在Alpha1的均勻等級(jí)調(diào)制情況下，正常16QAM的C/N比等于LP的QPSK的C/N比，正常64QAM的C/N比等于LP的16QAM的C/N比（見

14、表1和表3中的數(shù)值）也就是說LP碼流的C/N比等效于它的整體星座圖的C/N比（3）表2和表3中的號(hào)上面是HP碼流，號(hào)下面是LP碼流，對(duì)于總碼流率來講，是LP于HP碼流率總和。三、等級(jí)調(diào)制的服務(wù)模式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商通過選擇不同的調(diào)制方式，糾錯(cuò)碼而獲得最大的帶寬輸出。例如：在固定覆蓋接收的情況下，選擇64QAM、FEC=2/3時(shí)，有用帶寬是24Mb/s，進(jìn)一步運(yùn)營商還有如下兩個(gè)參數(shù)要進(jìn)行選擇：（1）2k和8k模式?jīng)Q定了是否進(jìn)行單頻網(wǎng)（SFN）和多頻網(wǎng)（MFN）的運(yùn)行，以及單個(gè)發(fā)射機(jī)之間的最大覆蓋距離。（2）保護(hù)間隔決定了運(yùn)營區(qū)域，在城市與在農(nóng)村的反射波延遲是不同的。在上面所談的2個(gè)問題之外，我們還可以采

15、用等級(jí)調(diào)制對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，我們以下面幾個(gè)實(shí)例給出等級(jí)調(diào)制的幾種應(yīng)用。應(yīng)用：同時(shí)兼顧室外固定接收和室內(nèi)便攜接收對(duì)于固定接收，由于采用室外方向性接收天線，增益強(qiáng)高，相應(yīng)覆蓋較大；對(duì)于室內(nèi)便攜接收，由于采用全向天線，增益低，再加上建筑物的屏蔽，相應(yīng)的覆蓋范圍小。下面的圖形展示當(dāng)一個(gè)碼流被分成HP和LP兩個(gè)碼流后的覆蓋情形。非等級(jí)調(diào)制覆蓋LPHPLPHP正常碼流等級(jí)調(diào)制固定接收覆蓋等級(jí)調(diào)制室內(nèi)便攜接收覆蓋覆蓋HP碼流所需的C/N比較低，可以同時(shí)被固定天線與室內(nèi)便攜天線收到。對(duì)于HP碼流，其固定接收的覆蓋范圍會(huì)比非等級(jí)調(diào)制的正常碼流大一些，對(duì)于LP碼流，固定接收的覆蓋范圍沒有明顯降低。我們舉例說明，

16、例如我們將一個(gè)非等級(jí)調(diào)制的碼流（64QAM，F(xiàn)EC2/3）分成一個(gè)HP碼流（QPSK，F(xiàn)EC1/2）和一個(gè)LP碼流（16QAM，F(xiàn)EC2/3）其碼流率特性和C/N比總結(jié)如下：非等級(jí)調(diào)制等級(jí)調(diào)制傳輸碼流率24.13Mb/sHP6.03Mb/sLP16.09Mb/s高斯信道C/N比16.5dBHP8.9dBLP16.9dB從有效總比特率來講，從非等級(jí)調(diào)制的24.13Mb/s降到等級(jí)調(diào)制HP與LP之和的22.12Mb/s，總帶寬降低2.01Mb/s；但是從C/N比來看，HP的C/N比有巨大改善，LP的C/N比只有微小損失。總之，總碼流率只有微小降低，但是總體的C/N比有明顯改善，其最大的好處是對(duì)室內(nèi)

17、便攜接收的巨大改善。應(yīng)用：通過等級(jí)調(diào)制改善頻道總帶寬我們知道，運(yùn)營商采用等級(jí)調(diào)制以后會(huì)改善系統(tǒng)的整體的覆蓋范圍，如下圖所示：正常碼流LPHP例如：我們將一個(gè)64QAM，F(xiàn)EC2/3的系統(tǒng)分成等級(jí)調(diào)制，例如：HP，QPSK、FEC3/4，LP，16QAM，F(xiàn)EC=3/4。很顯然采用QPSK調(diào)制的HP信號(hào)的覆蓋范圍增大，我們通過下表了解一下C/N所受到的影響：非等級(jí)調(diào)制等級(jí)調(diào)制傳輸碼流率24.13Mb/sHP9.05Mb/sLP18.10Mb/s高斯信道C/N比16.5dBHP13.7dBLP18.6dB 我們發(fā)現(xiàn)HP的C/N比比原來的信號(hào)改善2.8dB，所以HP的覆蓋范圍增大，LP的覆蓋范圍減小

18、，而總碼流率從24.13Mb/s增加到27.15Mb/s，增加幅度為3.02Mb/s。應(yīng)用：對(duì)移動(dòng)接收的帶寬改善。我們假設(shè)某個(gè)城市規(guī)劃了兩個(gè)DVBT頻點(diǎn)，一個(gè)是用于固定接收，一個(gè)用于移動(dòng)接收。同樣的兩個(gè)頻點(diǎn)，如果我們采用等級(jí)調(diào)制，HP，QPSK，F(xiàn)EC=1/2，LP，16QAM，F(xiàn)EC=3/4，其結(jié)果非常有趣，見下表：非等級(jí)調(diào)制移動(dòng)頻道12Mb/s2路節(jié)目固定頻道24 Mb/s6路節(jié)目等級(jí)調(diào)制頻道1HP15.85 Mb/s1路節(jié)目LP117.56 Mb/s4路節(jié)目等級(jí)調(diào)制頻道2HP25.85 Mb/s1路節(jié)目LP217.56 Mb/s4路節(jié)目同樣是2個(gè)射頻頻點(diǎn)，采用非等級(jí)調(diào)制，可以傳送2路移動(dòng)節(jié)目和6路固定節(jié)目，如果采用等級(jí)調(diào)制，則可傳送2路移動(dòng)節(jié)目與8路固定節(jié)目。應(yīng)用：高清電視與標(biāo)清電視同播（Simulcast）在有些國家，例如澳洲，DVBT被用于高清電視的播放。但是現(xiàn)階段并不是所有的電視機(jī)及