DVB 信 道 編 解 碼 與 調(diào) 制 解 調(diào)

1、DVB 信 道 編 解 碼 與 調(diào) 制 解 調(diào)DVB 信 道 編 解 碼 與 調(diào) 制 解 調(diào)( 一) 梅劍平-全子一經(jīng)過信源編碼和系統(tǒng)復(fù)接后生成的節(jié)目傳送碼流，通常需要通過某種傳輸媒介才能到達(dá)用戶接收機(jī)。傳輸媒介可以是廣播電視系統(tǒng)（如地面電視廣播系統(tǒng)、衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)或有線電視廣播系統(tǒng)），也可以是電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，或存儲(chǔ)媒介（如磁盤、光盤等），這些傳輸媒介統(tǒng)稱為傳輸信道。通常情況下，編碼碼流是不能或不適合直接通過傳輸信道進(jìn)行傳輸?shù)模仨毥?jīng)過某種處理，使之變成適合在規(guī)定信道中傳輸?shù)男问?。在通信原理上，這種處理稱為信道編碼（ChannelCoding）（與信源編碼相對(duì)應(yīng)），實(shí)現(xiàn)信道編碼的系統(tǒng)稱為傳輸系

2、統(tǒng)(Tran在工程應(yīng)用中，信道編碼過程一般被分為兩環(huán)節(jié)：負(fù)責(zé)傳輸誤碼的檢測(cè)和校正的環(huán)節(jié)稱為信道編解碼，負(fù)責(zé)信號(hào)變換和頻帶搬移的環(huán)節(jié)稱為調(diào)制解調(diào)。一個(gè)實(shí)際的數(shù)字傳輸系統(tǒng)至少要包括上述兩個(gè)環(huán)節(jié)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般DVB的系統(tǒng)都是由上述兩個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成的，因此DVB系統(tǒng)常被稱為DVB信道編解碼器與調(diào)制解調(diào)器。-我們知道，MPEG-2的TS碼流是經(jīng)過了高倍壓后的數(shù)字電視信號(hào),壓縮編碼大大節(jié)省了傳輸頻道，提高了頻道利用率，但同時(shí)也付出了一個(gè)代價(jià)就是對(duì)傳輸干擾變得十分敏感。例如傳輸過程中的噪聲干擾，在模擬電視中一般僅造成雪花干擾，但在數(shù)字電視中則可能在恢復(fù)圖像中造成大塊的失真，嚴(yán)重時(shí)甚至使整個(gè)系統(tǒng)無法工作。定性

3、而論，壓縮倍數(shù)越高，數(shù)字電視對(duì)傳輸干擾的抵抗能力越弱，即同樣的傳輸干擾在解碼恢復(fù)圖像或聲音中造成的損傷就越嚴(yán)重，對(duì)傳輸可靠性的要求也就越高。美國(guó)“大聯(lián)盟（GA：GrandAlliance）”系統(tǒng)中規(guī)定，傳輸系統(tǒng)必須將傳輸誤碼糾正到10-6以下，解碼器才能正常工作；而歐洲D(zhuǎn)VB-S標(biāo)準(zhǔn)中則要求傳輸系統(tǒng)將傳輸誤碼糾正到10-10-10-11的水平?？梢钥闯?，上述指標(biāo)對(duì)數(shù)字電視的傳輸系統(tǒng)的要求是相當(dāng)高的，不僅遠(yuǎn)高于模擬電視系統(tǒng)，甚至高于一般的數(shù)字通信系統(tǒng)，如數(shù)字電話傳輸系統(tǒng)中，誤碼率通常僅要求為10-3-10-6。為滿足這種指標(biāo)要求，近年來各國(guó)在DVB的傳輸系統(tǒng)方面進(jìn)行了大量的研究，很多數(shù)字通信領(lǐng)域

4、里的前沿新技術(shù)被應(yīng)用于DVB傳輸系統(tǒng)中。-與其它事物的發(fā)展歷程一樣，DVB傳輸統(tǒng)也經(jīng)歷了一個(gè)從落后到先進(jìn)，從模擬到數(shù)字的發(fā)展過程。DVB的發(fā)展實(shí)際上起源于高清晰度電視（HDTV的研究。日本NHK于七十年代初開始HDTV的研究，于1984年公布了世界上第一個(gè)HDTV統(tǒng)方案-MSE，由于在其研究過程中數(shù)字通信技還不十分成，MUSE的傳輸系統(tǒng)采用的是模擬通信技術(shù)，使用模擬調(diào)頻技術(shù)通過衛(wèi)星進(jìn)行廣播。其后，在西歐英，法，西德等多國(guó)共同參加的尤里卡95計(jì)劃，提出了以復(fù)用模擬分量（MAC）制為基礎(chǔ)的HDTV方案D-MAC，HD-MAC的傳輸系統(tǒng)仍然采用了模擬通信技術(shù)，同樣使用了模擬調(diào)頻技術(shù)，通過衛(wèi)星進(jìn)行廣播

5、?？梢钥闯?，八十年代中期以前，模擬通信技術(shù)在新一帶電視傳輸?shù)难芯恐姓剂松巷L(fēng)。由于數(shù)字通信技術(shù)固有的“門限效應(yīng)”，有可能使得相鄰的兩個(gè)用戶中的一個(gè)戶能夠很好地接收節(jié)目，而另一個(gè)則完全收不到節(jié)目。因此當(dāng)時(shí)國(guó)際上對(duì)未來一代電視傳輸系統(tǒng)是采用數(shù)字通信技術(shù)還是模擬通信術(shù)爭(zhēng)論十分激烈，甚至不少專家權(quán)威都傾向于模擬通技術(shù)。-8年代中期以后，數(shù)字通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)和日益廣泛的應(yīng)用，在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域取代了模擬通信技術(shù)。這一變化也深刻影響到DVB及HDTV傳輸系統(tǒng)的發(fā)展。突破性的進(jìn)展發(fā)生在90年代初，由美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）組建的先進(jìn)電視顧問委員會(huì)（ACATS）對(duì)當(dāng)時(shí)向ACATS提交的六套HDTV在美

6、國(guó)被稱為“先進(jìn)電視（ATV）”系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和比較。這六套系統(tǒng)中包括ACTV和日本的MUSE兩套模擬傳輸系統(tǒng)，以及DigiCipher、DSC-HDTV、ADTV和CC-DigiCipher四套數(shù)字傳輸系統(tǒng)。從1993年ACATS公布的測(cè)試結(jié)果來看，四套數(shù)字傳輸系統(tǒng)的性能均明顯優(yōu)于模擬傳輸系統(tǒng)。這一測(cè)試結(jié)果結(jié)束了新一代數(shù)字電視及HDTV的傳輸系統(tǒng)中數(shù)字通信技術(shù)與模擬通信技術(shù)之爭(zhēng)，確立了數(shù)字通信技術(shù)的地位，從此，全數(shù)字系統(tǒng)即數(shù)字壓縮編碼和數(shù)字傳輸?shù)乃枷氤蔀閿?shù)字電視和HDTV研究的基本思想。-從那時(shí)起，全數(shù)字式的數(shù)字電視及HDTV得到了迅猛發(fā)展，各國(guó)紛紛提出了多種系統(tǒng)方案，并根據(jù)傳輸系統(tǒng)方案的不同

7、逐漸以美國(guó)和歐洲為核心形成了兩大體制：-美國(guó)在1993年ACATS所測(cè)試的四套全數(shù)字ATV系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，于1993年5月成立了由四套系統(tǒng)的開發(fā)者共同組成的“大聯(lián)盟（GA：GrandAlliance）”。經(jīng)過進(jìn)一步的測(cè)試比較，GA發(fā)現(xiàn)DSC-HDTV的VSB傳輸系統(tǒng)方案的性能優(yōu)于其它三種系統(tǒng)。1995年11月，GA系統(tǒng)方案被ACATS正式提交給FCC，方案規(guī)定其傳輸系統(tǒng)以地面廣播為主要傳輸模式，采用8-VSB方案；以有線電視（CATV）為輔助傳輸模式，采用16-VSB方案。GA系統(tǒng)方案已于1996年12月被FCC接受為美國(guó)ATV的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲，HD-MAC雖然在1992年的巴塞羅那奧運(yùn)會(huì)上被

8、試用，但到1993年時(shí)歐共體已決定放棄HD-MAC，而將目標(biāo)轉(zhuǎn)向全數(shù)字式的數(shù)字電視和HDTV上。在這前后歐洲推出的方案主要有：英國(guó)NTL的SPECTRE數(shù)字電視系統(tǒng)、法國(guó)Thomson的DIAMONDHDTV系統(tǒng)、法國(guó)CCETT的SPERNEHDTV系統(tǒng)和瑞典、丹麥、挪威合作開發(fā)的HD-DIVISION系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)是傳輸系統(tǒng)中采用了一種新型的并行傳輸技術(shù)編碼正交頻分復(fù)用（COFDM）技術(shù)。由于HDTV節(jié)目源稀少，制作困難，難以形成市場(chǎng)，歐洲隨即將目標(biāo)轉(zhuǎn)向了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視（DTV）上，并成立了專門的機(jī)構(gòu)，發(fā)布了一系列標(biāo)準(zhǔn)，這就是DVB標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，對(duì)傳輸系統(tǒng)而言，DVB與HDTV是

9、沒有區(qū)別的，因?yàn)閭鬏斚到y(tǒng)所面臨的傳輸對(duì)象都是二元比特流，為HDTV所開發(fā)的傳輸系統(tǒng)和傳輸技術(shù)都可以移植到數(shù)字電視系統(tǒng)中。DVB是一個(gè)系列化的全數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的傳輸媒介采用不同的傳輸系統(tǒng)，地面廣播模式中采用COFDM系統(tǒng)，CATV模式中64QAM系統(tǒng)，衛(wèi)星廣播模式中采用QPSK系統(tǒng)。-綜上所述，DVB以及HDTV經(jīng)過二十余年的探索，目前各國(guó)在視頻音頻編碼方案上已統(tǒng)一于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，分歧主要集中于傳輸系統(tǒng)上。根據(jù)所采用的傳輸系統(tǒng)方案，以美國(guó)GA系統(tǒng)和歐洲D(zhuǎn)VB系統(tǒng)為代表，形成了兩大流派。從目前的對(duì)比結(jié)果來看，這兩種系統(tǒng)在技術(shù)上難分優(yōu)劣，并已發(fā)展成為各自國(guó)家或地區(qū)的數(shù)字電視及HDTV的標(biāo)

10、準(zhǔn)。可以說，未來DVB及HDTV的體制是統(tǒng)一于一種世界標(biāo)準(zhǔn)，還是象現(xiàn)行模擬電視一樣多種體制并存，主要就取決于這兩種流派在傳輸系統(tǒng)方案上能否融合成一種系統(tǒng)。由于這一原因，使得傳輸系統(tǒng)成為當(dāng)今世界DVB及HDTV領(lǐng)域分歧最大，爭(zhēng)論最多，也是最熱門的研究課題。DVB傳輸系統(tǒng)DVB是一個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，各標(biāo)準(zhǔn)在視頻音頻編碼方案和系統(tǒng)復(fù)接方案上是一致的，都符合MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)別主要在于傳輸系統(tǒng)采用不同的方案，分別適用于不同的傳輸媒介和應(yīng)用環(huán)境。截止到1997年已發(fā)布的DVB標(biāo)準(zhǔn)及適用的傳輸媒介如下：DVB-S(Satellite)：采用11/12GHz衛(wèi)星頻段進(jìn)行傳輸?shù)腄VB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于各種轉(zhuǎn)發(fā)器

11、的頻帶和功放。DVB-C(Cable)：采用有線電視系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)腄VB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DVB-T(Terrestrial)：采用地面廣播進(jìn)行傳輸?shù)腄VB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DVB-CS：采用共用電視天線(SMATV)接入用戶的DBV系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，可與DVB-C或DVB-S聯(lián)合使用。DVB-MC：在DVB-C傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用10GHz以下頻率的MMDS直接向觀眾家庭傳送的DVB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DVB-MS：在DVB-S傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用10GHz以上頻率的MMDS直接向觀眾家庭傳送的DVB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DVB-SI：DVB服務(wù)信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它使得DVB解碼器能夠進(jìn)行自我配置，并幫助用戶瀏覽DVB環(huán)境。DVB-TXT：

12、DVB固定格式的圖文電視標(biāo)準(zhǔn)。DVB-CI：DVB條件接收以及其它應(yīng)用的公共接口標(biāo)準(zhǔn)。DVB-RCT：DVB在有線電視傳播系統(tǒng)中的上行回傳信道標(biāo)準(zhǔn)。DVB-RCC：DVB在共用電話交換網(wǎng)(PSTN)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)中的上行回傳信道標(biāo)準(zhǔn)。DVB-NIP：DVB雙向交互業(yè)務(wù)中與具體傳輸網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。DVB-PDH：DVB與準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)網(wǎng)絡(luò)的接口標(biāo)準(zhǔn)。DVB-SDH：DVB與同步數(shù)字系列(SDH)網(wǎng)絡(luò)的接口標(biāo)準(zhǔn)。DVB-M：DVB系統(tǒng)的測(cè)試指標(biāo)。DVB-PI：DVB與有線電視和SMATV前端的接口標(biāo)準(zhǔn)。DVB-IRDI：DVB綜合接收機(jī)/解碼器(IRD)的接口標(biāo)準(zhǔn)。DV

13、B系列標(biāo)準(zhǔn)中的傳輸系統(tǒng)可分為三類：第一類適用于廣播信道，如DVB-S、DVB-C、DVB-T、DVB-CS、DVB-MC、DVB-MS等，這一類系統(tǒng)要通過高頻信道進(jìn)行廣播，因此其傳輸系統(tǒng)包含了信道編解碼和調(diào)制解調(diào)兩個(gè)環(huán)節(jié)；第二類適用于PDH電信網(wǎng)絡(luò)，如DVB-PDH，這一類系統(tǒng)通過基帶傳輸，傳輸系統(tǒng)僅包含了信道編解碼環(huán)節(jié)；第三類適用于SDH電信網(wǎng)絡(luò)，如DVB-SDH，這一類系統(tǒng)也是通過基帶傳輸?shù)模话悴恍鑲鬏斚到y(tǒng)。數(shù)字通信與模擬通信DVB傳輸系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字的通信系統(tǒng)，它與傳統(tǒng)的模擬電視傳輸系統(tǒng)有著本質(zhì)性的區(qū)別，在全面介紹DVB傳輸系統(tǒng)之前，我們首先簡(jiǎn)要討論一下數(shù)字通信技術(shù)與模擬通信技術(shù)的關(guān)

14、系。-通信中有兩個(gè)基本概念：信息和信號(hào)。根據(jù)信息論的定義，信號(hào)是信息的載體，也就是說，信息總是以某種具體的信號(hào)的形式表示的，并且通過信號(hào)在實(shí)際的傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。具體到DVB系統(tǒng)中，信息就是電視臺(tái)所要傳送給用戶的節(jié)目，而信號(hào)就是用于表示和傳輸節(jié)目的亮度信號(hào)、色度信號(hào)和伴音信號(hào)，以及進(jìn)一步變換產(chǎn)生的實(shí)際傳輸?shù)碾娨曅盘?hào)。信息與表示和承載它的信號(hào)之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射”，接收端正是根據(jù)事先約定的映射關(guān)系從接收信號(hào)中提取發(fā)射端發(fā)送的信息的。信息與信號(hào)間的映射方式可以有很多種，不同的通信技術(shù)就在于它們所采用的映射方式不同。在傳統(tǒng)的模擬通信中，信號(hào)是“連續(xù)地”與信息進(jìn)行映射的。這種連續(xù)性

15、表現(xiàn)在兩個(gè)方面：在時(shí)間上，信號(hào)在每一個(gè)時(shí)刻都承載著新的信息；在數(shù)值上，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)信號(hào)的每一種數(shù)值都代表著不同的信息。從接收者的角度看，接收信號(hào)在每一個(gè)時(shí)刻上的每一種數(shù)值都代表著發(fā)送端發(fā)送出來了新的信息。例如在模擬電視中，接收到的Y信號(hào)在正程時(shí)間內(nèi)的每一時(shí)刻上的每一個(gè)合法幅值都代表著節(jié)目灰度級(jí)的變化。在數(shù)字通信中，信號(hào)是“離散地”與信息進(jìn)行映射的。這種離散性也表現(xiàn)在兩個(gè)方面：在時(shí)間上，信號(hào)是以一個(gè)基本周期T為單位與信息進(jìn)行映射的，在同一個(gè)周期內(nèi)的各時(shí)刻上的信號(hào)都對(duì)應(yīng)同一個(gè)信息，例如在二元數(shù)字通信系統(tǒng)中，一個(gè)傳輸周期內(nèi)的信號(hào)都代表著同一個(gè)“0”信息或“1”信息；在數(shù)值上，只有有限的幾個(gè)

16、規(guī)定的信號(hào)數(shù)值是合法的，代表著信息，其它數(shù)值都是非法的。例如在二元數(shù)字系統(tǒng)中，只有兩種合法的信號(hào)數(shù)值，而在四元數(shù)字系統(tǒng)中，只有四種信號(hào)數(shù)值是合法的。通信系統(tǒng)的目的是傳輸信息，衡量通信系統(tǒng)質(zhì)量的最主要的指標(biāo)有兩個(gè)：傳輸信息的可靠性和有效性?？煽啃允侵附邮招畔⒌臏?zhǔn)確度，而有效性是指在單位頻道內(nèi)能夠傳輸?shù)男畔⒘康亩嗌?。?duì)一個(gè)通信系統(tǒng)而言，這兩個(gè)指標(biāo)是互為矛盾而又互相聯(lián)系的，在實(shí)際應(yīng)用中常犧牲一項(xiàng)指標(biāo)而換取另一項(xiàng)指標(biāo)。下面我們就從可靠性和有效性方面說明為什么數(shù)字通信優(yōu)于模擬通信。數(shù)字通信與模擬通信在映射方式上的差異，導(dǎo)致了它們?cè)诘挚箓鬏敻蓴_的能力上大為不同。模擬通信中，傳輸信號(hào)在任何時(shí)刻由于傳輸干擾而

17、發(fā)生的任何數(shù)值上的變化，都將導(dǎo)致所傳信息的失真，因?yàn)樵谝?guī)定范圍內(nèi)的任何信號(hào)數(shù)值都是合法的，接受機(jī)無法分辨所接收到的信號(hào)數(shù)值是由于傳輸干擾而發(fā)生了變化，還是發(fā)送端本來發(fā)送的就是這一數(shù)值。也就是說，信號(hào)波形的每一點(diǎn)失真都會(huì)導(dǎo)致信息丟失。數(shù)字通信則不同，由于在一個(gè)傳輸周期內(nèi)的信號(hào)所傳輸?shù)亩际峭恍畔?，接收機(jī)只須提取其中一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)上的信號(hào)就可知道發(fā)送端在這個(gè)周期內(nèi)發(fā)出的信息，這一時(shí)刻點(diǎn)稱為采樣點(diǎn)。因此在數(shù)字通信中信號(hào)波型的失真并不一定會(huì)引起信息丟失，只有采樣點(diǎn)上的信號(hào)受到了傳輸干擾才有可能造成信息丟失，其它時(shí)刻都是無所謂的。采樣點(diǎn)上的信號(hào)只有幾個(gè)合法數(shù)值，即是發(fā)送端可能發(fā)送的，當(dāng)接收信號(hào)由于傳輸過程中

18、的干擾而發(fā)生數(shù)值上的變化時(shí)，就會(huì)成為非法數(shù)值。接收機(jī)首先可以發(fā)現(xiàn)這種信號(hào)失真，然后將接收信號(hào)與各合法信號(hào)數(shù)值做比較，按照最近臨的原則將其判決為與之最接近的合法信號(hào)數(shù)值。這樣當(dāng)傳輸干擾不太大時(shí)，數(shù)字通信技術(shù)就有可能糾正信號(hào)失真而不發(fā)生信息丟失。例如在一個(gè)二元數(shù)字通信系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)出“1”、“0”兩種信息，分別以幅度為+A和-A兩種方波信號(hào)表示和傳輸，映射關(guān)系為+A信號(hào)代表發(fā)送端發(fā)出的是“1”，-A信號(hào)表示發(fā)送端發(fā)出的是“0”。其中T代表方波信號(hào)的傳輸周期，m和n代表采樣點(diǎn)。經(jīng)過信道傳輸后，由于信道中的干擾和失真，使得接收信號(hào)的波形發(fā)生了變化。在采樣點(diǎn)m處，信號(hào)幅度由+A變?yōu)?B，在采樣點(diǎn)n處，

19、信號(hào)幅度由-A變?yōu)?C。由于只有+A和-A是合法的信號(hào)幅值，接受機(jī)在采樣到+B和-C信號(hào)數(shù)值后就會(huì)判定傳輸信號(hào)發(fā)生了失真。然后接收機(jī)根據(jù)最近臨原則將+B和-C分別與+A、-A兩個(gè)合法數(shù)值進(jìn)行比較，由于+B更接近于+A，接收機(jī)就判定采樣點(diǎn)m處發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)實(shí)際上是+A；同樣由于-C更接近于-A，接收機(jī)判定采樣點(diǎn)n處發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)實(shí)際上是-A。根據(jù)收發(fā)兩端約定的映射規(guī)則，信號(hào)+A對(duì)應(yīng)于信息“1”，-A對(duì)應(yīng)于“0”，接收機(jī)就可以知道發(fā)送端在上述兩個(gè)傳輸周期內(nèi)實(shí)際發(fā)出的信息是“1”、“0”?？梢?，盡管傳輸信號(hào)受到了一定的干擾和失真，但并未造成信息的丟失。上述例子只是從理論上定性地說明了數(shù)字通信技術(shù)

20、對(duì)傳輸干擾具有較強(qiáng)的抵抗能力，實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)是遠(yuǎn)較此過程復(fù)雜的。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。但在實(shí)際應(yīng)用中，干擾常常是很嚴(yán)重的，這樣就有可能使得m采樣點(diǎn)的信號(hào)幅值經(jīng)過信道傳輸后小于0，接收機(jī)按照最近臨原則將其判決為-A，并根據(jù)映射規(guī)則認(rèn)為在此周期內(nèi)發(fā)射端發(fā)送出的信息為“0”，最終造成了信息丟失。對(duì)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(duì)傳輸干擾的抵抗能力。由于數(shù)字信號(hào)都可以用某種進(jìn)制的數(shù)值表示，按照某種糾錯(cuò)算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，接收機(jī)就可以在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)甚至糾正傳輸差錯(cuò)。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

21、求的最重要的指標(biāo)之一。模擬通信基本上沒有辦法控制傳輸效率，只有單邊帶調(diào)幅（SSB）或殘留邊帶調(diào)幅（VSB）可以節(jié)省近一半的傳輸頻帶。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)。在傳統(tǒng)的調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻技術(shù)中，常用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，頻帶利用率從1bit/s/Hz3bit/s/Hz。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。此外，還有可減小相位跳變的MSK等特殊的調(diào)制技術(shù)，為某些專門應(yīng)用環(huán)境提供了強(qiáng)大的工具。近年來，四維調(diào)制等高

22、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)?？傊?，數(shù)字通信所能夠達(dá)到的傳輸效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬通信，調(diào)制技術(shù)的種類也遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬通信，大大提高了用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要選擇系統(tǒng)配置的靈活性。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(duì)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。例如在衛(wèi)星通信中，由于信號(hào)衰減很嚴(yán)重，傳輸信號(hào)常淹沒在噪聲中，可靠性問題變得十分尖銳，因此采用了QPSK調(diào)制技術(shù)。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。而在數(shù)字

23、微波通信中，由于干擾較小，信道環(huán)境較好，因此采用了256QAM這種高效調(diào)制技術(shù)，傳輸效率高達(dá)8bit/s/Hz，但256QAM抗干擾的無論針對(duì)哪種傳輸媒介，從節(jié)目復(fù)用器和傳送復(fù)用器中生成的都是標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2的TS碼流。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(hào)。PDH網(wǎng)是現(xiàn)有的電信網(wǎng)的一種，是一種全數(shù)字的通信網(wǎng)。PDH網(wǎng)中傳輸速率被規(guī)定為有限的幾種，稱為PDH速率級(jí)別，只有符合速率級(jí)別的比特流才可以進(jìn)入PDH網(wǎng)中傳輸。PDH的速率級(jí)別有兩種體制，分別為北美體制和歐洲體制，我國(guó)采用歐洲體制，共有四個(gè)級(jí)別，速率從低到高依此為2.048Mbp

24、s,8.448Mbps,34.368Mbps和139.264Mbps。PDH常被用于臺(tái)與臺(tái)之間交換節(jié)目，以數(shù)字微波為傳輸媒介。對(duì)DVB而言較常用的是8.448Mbps和34.368Mbps兩種級(jí)別，傳輸一路MPEG-2節(jié)目碼流可選用8.448Mbps級(jí)別，34.368Mbps級(jí)別可用于四路或更多路同時(shí)傳輸。對(duì)節(jié)目發(fā)送者和接收者而言，PDH網(wǎng)是一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)，即發(fā)送者將規(guī)定速率的節(jié)目碼流送入PDH網(wǎng)，接收者將接收到相同速率和格式的節(jié)目碼流，因此DVB-PDH傳輸系統(tǒng)中不需要調(diào)制解調(diào)器。由于數(shù)字微波系統(tǒng)在傳輸過程中會(huì)引入一定的誤碼，這些誤碼可能對(duì)編碼圖像或聲音產(chǎn)生損傷，因此DVB-PDH傳輸系統(tǒng)

25、中需要信道編解碼器。SDH是一種新型的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，適用于長(zhǎng)途骨干傳輸網(wǎng)，傳輸高速信息。與PDH一樣，SDH也具有規(guī)定的速率級(jí)別，目前常用的級(jí)別為155.520Mbps和622.080Mbps兩種；但與PDH不同的是，SDH只有一種國(guó)際體制，為世界各國(guó)所接受。ATM是一種交換技術(shù)，特別適用于活動(dòng)圖像之類的寬帶信息通信。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(tái)與臺(tái)之間交換遠(yuǎn)程交換節(jié)目的主要途徑。SDH以光纖為傳輸媒介，幾乎沒有傳輸干擾，因此DVB-SDH標(biāo)準(zhǔn)中沒有特殊的傳輸系統(tǒng)，只有SDH成幀接口或ATM適應(yīng)層接口。盡管DVB可適用于多種傳輸媒介，但廣播仍是DVB最主

26、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DVB-S、DVB-C、DVB-T和DVB-SC四個(gè)適用于廣播信道的標(biāo)準(zhǔn)為核心的。此外，由于廣播信道中的各種干擾與其它類型的信道中的干擾相比最為嚴(yán)重，適用于廣播信道的DVB傳輸系統(tǒng)技術(shù)最為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也最為完善，將其做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和修改，即可適用于其它類型的信道。為能全面介紹DVB傳輸系統(tǒng)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)，我們?cè)谙挛闹幸詮V播信道上的DVB傳輸系統(tǒng)為例進(jìn)行討論。（作者前為北京郵電學(xué)院博士后，后為北京郵電學(xué)院教授）DVB信道編解碼與調(diào)制解調(diào)(二)梅劍平全子一在DVB的廣播信道中，衛(wèi)星廣播、CATV和地面廣播是三類最主要的形式，因此D

27、VB-S、DVB-C和DVB-T是應(yīng)用最為廣泛的傳輸系統(tǒng)，下面我們就重點(diǎn)介紹DVB-S、DVB-C和DVB-T三種標(biāo)準(zhǔn)的傳輸系統(tǒng)。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?cè)诒举|(zhì)上卻具有相同的基本結(jié)構(gòu)。DVB傳輸系統(tǒng)只包括了中頻以下的部分，這是因?yàn)檎{(diào)制到中頻以后，DVB數(shù)字信號(hào)在信號(hào)形式上與模擬電視信號(hào)已沒有差別，從中頻到射頻的部分，DVB傳輸系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬電視系統(tǒng)基本相同，因此我們這里僅介紹中頻以下的部分。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(duì)應(yīng)的。對(duì)傳輸系統(tǒng)而言，所要達(dá)到的最根本的目標(biāo)是要將發(fā)射端復(fù)用器生成的TS碼流無失真地完整地

28、傳送給接收端的分接器。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(huì)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)。按所實(shí)現(xiàn)的功能歸納，DVB傳輸系統(tǒng)主要由以下五個(gè)部分構(gòu)成：1、數(shù)據(jù)擾亂-數(shù)字通信理論在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)都是假設(shè)所傳輸?shù)谋忍亓髦小?”與“1”出現(xiàn)的概率是相等的，各為50%，實(shí)際應(yīng)用中的通信系統(tǒng)以及其中的數(shù)字通信技術(shù)的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)首先也是以這一假設(shè)為前提的。但TS碼流經(jīng)過編碼處理后，可能會(huì)在其中出現(xiàn)連續(xù)的“0”或連續(xù)的“1”。這樣一方面破壞了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提

29、，使得系統(tǒng)有可能會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，另一方面在接收端進(jìn)行信道解碼前必須首先提取出比特時(shí)鐘，比特時(shí)鐘的提取是利用傳輸碼流中“0”與“1”之間的波形跳變實(shí)現(xiàn)的，而連續(xù)的“0”或連續(xù)的“1”給比特時(shí)鐘的提取帶來了困難。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(duì)輸入的TS碼流進(jìn)行擾亂處理。偽隨機(jī)序列是由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的偽隨機(jī)序列發(fā)生器生成的，其中“0”與“1”出現(xiàn)的概率接近50%。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(duì)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%。擾亂

30、改變了原TS碼流，因此在接收端對(duì)傳輸碼流糾錯(cuò)解碼后，還需按逆過程對(duì)其進(jìn)行解擾處理，以恢復(fù)原TS碼流。從信號(hào)功率譜的角度看，擾亂過程相當(dāng)于將數(shù)字信號(hào)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”。2、糾錯(cuò)編碼數(shù)字通信雖然較模擬通信相比有較強(qiáng)的抗干擾的能力，但當(dāng)干擾較大時(shí)仍然可能發(fā)生信息失真，因此必須采取措施進(jìn)一步提高傳輸系統(tǒng)的可靠性，糾錯(cuò)編碼就是為這一目的提出的。糾錯(cuò)編碼是數(shù)字通信特有的，是模擬通信所不具備的。糾錯(cuò)編碼利用數(shù)字信號(hào)可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算這一特點(diǎn)，將若干個(gè)數(shù)字傳輸信號(hào)作為一組，按照某種運(yùn)算法則進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，然后將傳輸信號(hào)和運(yùn)算結(jié)果（也是數(shù)字信號(hào)）一起傳送給接收機(jī)。由于一組

31、傳輸信號(hào)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(hào)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(huì)遭到破壞。接收機(jī)按規(guī)定的運(yùn)算法則對(duì)接收的一組傳輸信號(hào)及其運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行檢查，如符合運(yùn)算法則，則認(rèn)為傳輸信號(hào)中沒有誤碼，然后將運(yùn)算結(jié)果拋棄，將傳輸信號(hào)送給下一級(jí)處理系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)解擾器；如不符合運(yùn)算法則，就意味著傳輸中發(fā)生了誤碼，如果誤碼的數(shù)量不超出糾錯(cuò)編碼的糾錯(cuò)范圍，糾錯(cuò)解碼器就會(huì)按照某種算法將誤碼糾正過來，然后將正確的傳輸信號(hào)送給下一級(jí)處理系統(tǒng)，如果誤碼的數(shù)量超出了糾錯(cuò)編碼的糾錯(cuò)范圍，糾錯(cuò)解碼器無法糾正這些誤碼，將發(fā)出一個(gè)出錯(cuò)信號(hào)給下一級(jí)處理系統(tǒng)，通知下一級(jí)處理系統(tǒng)傳輸信號(hào)中

32、有誤碼。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(hào)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。針對(duì)這種情況，DVB通信系統(tǒng)中采用了兩級(jí)糾錯(cuò)的方法以進(jìn)一步提高糾錯(cuò)能力。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。內(nèi)層糾錯(cuò)編碼首先對(duì)傳輸誤碼進(jìn)行糾正，對(duì)糾正不了的誤碼，外層糾錯(cuò)編碼將進(jìn)一步進(jìn)行糾正。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10-3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1

33、0-5的水平；而如果內(nèi)層糾錯(cuò)編碼將傳輸誤碼糾正到10-4的水平的話，經(jīng)過外層糾錯(cuò)編碼后，誤碼率一般可降至10-8的水平。在目前的DVB傳輸系統(tǒng)中，外層糾錯(cuò)編碼采用RS碼，內(nèi)層糾錯(cuò)編碼采用卷積碼。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。此外，信道中還存在著諸如火花放電等強(qiáng)烈的沖激噪聲，也會(huì)在卷積解碼后的碼流中造成連續(xù)的誤碼。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。為避免這種情況，在兩層糾錯(cuò)編碼之間加入了數(shù)據(jù)交織環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)交織改變了信號(hào)的傳

34、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(huì)大大減少，不會(huì)超出RS碼的糾錯(cuò)能力，RS碼能夠?qū)⑵浼m正過來。實(shí)踐證明，數(shù)據(jù)交織提高了系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力，特別是對(duì)沖激噪聲的糾錯(cuò)能力。3、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。由信源直接生成的信號(hào)，無論是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，都是基帶信號(hào)，其頻率比較低?；鶐鬏斁褪菍⑿旁瓷傻幕鶐盘?hào)直接傳送，如音頻市話、計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取；鶐鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但難以長(zhǎng)距離傳輸，因?yàn)橐话愕膫鬏斝诺涝诘皖l處的損耗都是很大的。為進(jìn)行長(zhǎng)途傳輸，必須采用調(diào)制傳輸?shù)姆绞?。調(diào)制就是將基帶信號(hào)搬移到信道損耗較小的指定的高頻處進(jìn)行傳輸，調(diào)

35、制后的基帶信號(hào)稱為通帶信號(hào)，其頻率比較高。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)。數(shù)字調(diào)制的基本任務(wù)有兩個(gè)：第一個(gè)任務(wù)同模擬調(diào)制一樣，將不同的節(jié)目傳輸信號(hào)搬移到規(guī)定的頻帶上，這一功能是由圖3中的調(diào)制器和解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)載波耦合的過程；第二個(gè)任務(wù)是控制傳輸效率，在DVB傳輸系統(tǒng)中，可根據(jù)需要將頻帶利用率從2bit/s/Hz提高至6bit/s/Hz，這相當(dāng)于提供了2-6倍的壓縮，這一功能是由圖3中的映射和反映射實(shí)現(xiàn)的。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。我們可以注意到，一個(gè)數(shù)字調(diào)制

36、過程實(shí)際上是由兩個(gè)獨(dú)立的步驟實(shí)現(xiàn)的：映射和調(diào)制，這一點(diǎn)與模擬調(diào)制不同。映射將多個(gè)二元比特轉(zhuǎn)換為一個(gè)多元符號(hào)，這種多元符號(hào)可以是實(shí)數(shù)信號(hào)（在ASK調(diào)制中），也可以是二維的復(fù)信號(hào)（在PSK和QAM調(diào)制中）。例如在QPSK調(diào)制的映射中，每?jī)蓚€(gè)比特被轉(zhuǎn)換為一個(gè)四進(jìn)制的符號(hào)，對(duì)應(yīng)著調(diào)制信號(hào)的四種載波。多元符號(hào)的元數(shù)就等于調(diào)制星座的容量。在這種多到一的轉(zhuǎn)換過程中，實(shí)現(xiàn)了頻帶壓縮。應(yīng)該注意的是，經(jīng)過映射后生成的多元符號(hào)仍是基帶數(shù)字信號(hào)。經(jīng)過基帶成形濾波后生成的是模擬基帶信號(hào)，但已經(jīng)是最終所需的調(diào)制信號(hào)的等效基帶形式，直接將其乘以中頻載波即可生成中頻調(diào)制信號(hào)，這一步由圖3中的調(diào)制器實(shí)現(xiàn)。4、均衡-為了防止傳輸

37、符號(hào)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(hào)波形。升余弦滾降信號(hào)具有良好的傳輸特性，但實(shí)際的傳輸信道不可能是完全理想無失真的，因而經(jīng)過傳輸后這種波形常常會(huì)遭到破壞，其后果就會(huì)引起符號(hào)間的串?dāng)_。符號(hào)間串?dāng)_與噪聲干擾不同，它來自傳輸信號(hào)本身，某個(gè)采樣點(diǎn)處的符號(hào)間串?dāng)_來自于相鄰信號(hào)采樣點(diǎn)。符號(hào)間串?dāng)_難以用增大信號(hào)功率的方式減小其影響，因?yàn)樵龃笮盘?hào)功率會(huì)將符號(hào)間串?dāng)_同時(shí)增大，符號(hào)間串?dāng)_是一種乘性干擾。符號(hào)間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法工作，必須對(duì)其進(jìn)行校正，這個(gè)校正的過程稱為均衡。均衡在模擬通信系統(tǒng)中也經(jīng)常采用，但一般在頻率域中進(jìn)行，稱為頻域均衡。在數(shù)字通信系統(tǒng)中采用的是時(shí)域均衡。時(shí)域均衡在時(shí)

38、間域內(nèi)進(jìn)行，采用有限沖激響應(yīng)濾波器（FIR）實(shí)現(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以利用數(shù)字信號(hào)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)。5、同步與時(shí)鐘提取同步是指接收機(jī)在某個(gè)系統(tǒng)工作頻率上與發(fā)射機(jī)保持一致，其間的偏差不超出設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍。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。載波同步在數(shù)字通信系統(tǒng)中也同樣需要，但在數(shù)字通信系統(tǒng)中還有兩種更重要的同步。第一種同步是比特和符號(hào)同步。數(shù)字接收信號(hào)在解調(diào)后就以符號(hào)或比特的形式呈現(xiàn)，前文說過，數(shù)字信號(hào)的處理以符號(hào)或比特為單

39、位，在采樣點(diǎn)處進(jìn)行。為了準(zhǔn)確地在采樣點(diǎn)處讀寫信號(hào)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(hào)或比特的頻率一致的本地讀寫控制信號(hào)，這個(gè)讀寫控制信號(hào)稱為符號(hào)時(shí)鐘或比特時(shí)鐘，接收機(jī)中的解碼及其它信號(hào)處理都是在符號(hào)時(shí)鐘或比特時(shí)鐘的控制下進(jìn)行的。符號(hào)時(shí)鐘和比特時(shí)鐘是由接收機(jī)的本地晶體振蕩器生成的。由于晶體振蕩器固有的頻率漂移，即其振蕩頻率會(huì)在一定范圍內(nèi)圍繞標(biāo)稱值波動(dòng)，使得符號(hào)時(shí)鐘和比特時(shí)鐘與發(fā)送信號(hào)的頻率間產(chǎn)生偏差。這種頻率偏差逐漸累積達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)造成采樣錯(cuò)誤：當(dāng)本地時(shí)鐘大于信號(hào)頻率時(shí)，有可能使得同一個(gè)符號(hào)或比特被采樣兩次，而當(dāng)本地時(shí)鐘小于信號(hào)頻率時(shí)，有可能使得某些符號(hào)或比特被遺漏。為了保

40、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(hào)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)。鎖相環(huán)在數(shù)字通信系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位，鎖相環(huán)性能不佳有可能使得整個(gè)系統(tǒng)無法工作。第二種同步是傳輸幀同步。數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)是以將數(shù)據(jù)分成具有一定格式的組來傳輸?shù)?，這種組稱為傳輸幀。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。實(shí)際上，整個(gè)DVB接收機(jī)的工作都是建立在同步的基礎(chǔ)上的，在開機(jī)或頻道切換后，接收機(jī)進(jìn)行初始化時(shí)的首要任務(wù)就是建立上述三種同步，尤其是符號(hào)、比特同步和幀同步。只有當(dāng)這三

41、種同步建立完成之后，接收機(jī)才能開始正常工作。同步系統(tǒng)的性能對(duì)接收機(jī)非常重要，許多接收機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中工作狀態(tài)不穩(wěn)定都是由其同步系統(tǒng)所導(dǎo)致的。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MPEG-2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(hào)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。由于這一接口處的信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)，因此稱為基帶接口。為了避免相鄰傳輸信號(hào)之間的串?dāng)_，多元符號(hào)需要有合適的信號(hào)波形。圖1中的方波是在本地?cái)?shù)字信號(hào)處理時(shí)常見的波形，但在實(shí)際傳輸時(shí)這種方波并不合適。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(hào)。

42、這一過程由發(fā)送端的基帶成形濾波器和接收端的匹配濾波器兩個(gè)環(huán)節(jié)共同實(shí)現(xiàn)，因此每個(gè)環(huán)節(jié)均為平方根升余弦滾降濾波，兩個(gè)環(huán)節(jié)合成就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)升余弦滾降濾波。實(shí)現(xiàn)平方根升余弦滾降信號(hào)的過程稱為“波形成形”，通過采用合適的濾波器對(duì)多元碼流進(jìn)行濾波實(shí)現(xiàn)，由于生成的是基帶信號(hào)，因此這一過程又稱“基帶成形濾波”。接收端的“匹配濾波”是針對(duì)發(fā)射端的成形濾波而言，與成形濾波相匹配實(shí)現(xiàn)了數(shù)字通信系統(tǒng)的最佳接收。中頻濾波的目的是濾除信號(hào)頻帶之外的噪聲，并實(shí)現(xiàn)與射頻部分的接口。上述幾個(gè)部分雖然被稱為次要部分，但同樣是DVB傳輸系統(tǒng)必不可少的，只是技術(shù)上比較成熟了而已。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)

43、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。DVB廣播信道DVB傳輸系統(tǒng)之所以具有如此的結(jié)構(gòu)，完全是由DVB廣播信道的特性決定的，例如由于信道的頻帶有限，需要通過調(diào)制技術(shù)來調(diào)整頻帶效率；由于信道中存在各種干擾，需要采用各種糾錯(cuò)及均衡技術(shù)消除干擾。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)。為了更好地理解DVB傳輸系統(tǒng)，對(duì)DVB廣播信道的特性進(jìn)行深入分析是必不可少的。DVB廣播信道包括衛(wèi)星廣播信道、有線電

44、視廣播信道和地面廣播信道。從形式上看，這三種廣播信道有很大的不同。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。信道模型是從實(shí)際信道中抽取出來的數(shù)學(xué)模型，用于設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)。因此對(duì)于不同的通信系統(tǒng)同一個(gè)信道可能會(huì)建立出不同的信道模型。例如設(shè)計(jì)模擬通信系統(tǒng)時(shí)，所建立的信道模型應(yīng)為模擬信道模型；而設(shè)計(jì)數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)，所建立的信道模型應(yīng)為數(shù)字信道模型。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(hào)還是干擾和失真都為高頻模擬波形，但在針對(duì)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(hào)和干擾信號(hào)經(jīng)過解調(diào)后最終都將被轉(zhuǎn)換成對(duì)基帶數(shù)字通信系統(tǒng)的影響

45、，呈現(xiàn)為基帶數(shù)字信號(hào)的形式。因此在數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一般采用“等效基帶”的形式建立信道模型：發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)以調(diào)制前或解調(diào)后的基帶數(shù)字信號(hào)表示，稱為“等效基帶發(fā)射信號(hào)”或“等效基帶接收信號(hào)”，干擾信號(hào)以解調(diào)后進(jìn)入基帶通信系統(tǒng)中的基帶數(shù)字信號(hào)表示，稱為“等效基帶干擾信號(hào)”，這樣的信道模型稱為“等效基帶信道”。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)。應(yīng)該說，對(duì)于DVB廣播信道，目前國(guó)際上尚無統(tǒng)一的信道模型，各國(guó)在DVB的研究中都提出了各自的模型，它能夠比較全面地反映DVB廣播信道的特性，具有代表性的信道模型。這個(gè)模型發(fā)表于國(guó)際電子和電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE）學(xué)

46、報(bào)上，并曾用于美國(guó)先進(jìn)電視系統(tǒng)（ATV）的測(cè)試中。我國(guó)“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“HDTV傳輸制式關(guān)鍵技術(shù)的研究”中也采用了這個(gè)信道模型。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。實(shí)際DVB廣播信道中的干擾和失真存在很多種，不同的信道環(huán)境也可能不盡相同，但從性質(zhì)上可以合并歸納為三類：回波干擾、噪聲干擾和同頻干擾。干擾信號(hào)從本質(zhì)上講不是恒定信號(hào)，而是隨機(jī)信號(hào)。在分析干擾信號(hào)時(shí)一般應(yīng)提取它的統(tǒng)計(jì)特性，但有時(shí)統(tǒng)計(jì)特性分析比較復(fù)雜，或很困難，在這種時(shí)候可以從一些典型的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中觀察干擾信號(hào)的特性。下面我們討論一下三類干擾的特性。1、回波干擾回波干擾在地面廣播中最為普遍，地面廣播中發(fā)射信

47、號(hào)的電磁波遇到山脈、樹木及樓房而產(chǎn)生反射，反射信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)中就會(huì)造成回波干擾。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(huì)造成一定的回波干擾，但程度要比地面廣播中的輕。衛(wèi)星廣播中因?yàn)樘炀€的方向性很強(qiáng)，一般不存在回波干擾?；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(hào)間干擾（ISI：Inter-SymbolInterference）”。ISI是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。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(huì)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

48、要輕。但在數(shù)字電視系統(tǒng)中，回波是造成ISI最主要的原因，為了遵從習(xí)慣，數(shù)字電視中一般仍將ISI稱為回波干擾。從接收機(jī)的角度來看，回波干擾相當(dāng)于將發(fā)射信號(hào)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(hào)上，因此回波信號(hào)對(duì)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)。這里所說的回波的時(shí)延不是指回波的絕對(duì)時(shí)延，而是指回波相對(duì)于發(fā)射信號(hào)而言的相對(duì)時(shí)延。也就是說，以發(fā)射信號(hào)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。前文說過，數(shù)字通信系統(tǒng)中是以比特或符號(hào)為單位進(jìn)行信號(hào)處理的，因此回波時(shí)延的統(tǒng)計(jì)也應(yīng)以相應(yīng)的數(shù)字通信系統(tǒng)的符號(hào)周期為單位，因?yàn)闀r(shí)延范圍在同一個(gè)符

49、號(hào)周期內(nèi)的回波將以大體相同的方式對(duì)這一周期的信號(hào)抽樣值產(chǎn)生干擾。在統(tǒng)計(jì)時(shí)一般將時(shí)延范圍在同一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的回波疊加在一起，作為這一符號(hào)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(hào)周期T的整數(shù)倍?；夭ǜ蓴_的信道模擬由圖4中上半部的帶抽頭的移位寄存器實(shí)現(xiàn)。發(fā)射信號(hào)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(duì)應(yīng)的數(shù)字通信系統(tǒng)的符號(hào)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(hào)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(hào)相加，就得到了經(jīng)過回波干擾的接收信號(hào)r(t)。需要注意的是，回波干擾

50、對(duì)數(shù)字信號(hào)的影響是與信號(hào)的符號(hào)速率密切相關(guān)的，相同時(shí)延的回波干擾對(duì)不同符號(hào)速率的傳輸信號(hào)的影響是不同的，符號(hào)速率越高，影響越嚴(yán)重。例如回波時(shí)延為1微秒時(shí)，對(duì)波特率為1M符號(hào)/秒的傳輸信號(hào)，每一個(gè)傳輸符號(hào)的回僅能干擾到其后的一個(gè)傳輸符號(hào)，此時(shí)圖4中的移位寄存器只有一個(gè)；但如對(duì)波特率為6M符號(hào)/秒的傳輸信號(hào)，每一個(gè)傳輸符號(hào)的回波能干擾到其后的六個(gè)傳輸符號(hào)，此時(shí)圖4中的移位寄存器將有六個(gè)。也就是說，傳輸信號(hào)速率越高，就越易受到回波干擾的影響。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?；夭〞r(shí)延的最大長(zhǎng)度以地面廣播信道中的為最長(zhǎng)，在山區(qū)回

51、波可達(dá)20微秒以上；平原地區(qū)在大都市中由于高樓大廈的影響，回波也較長(zhǎng)，一般為8-10微秒；郊區(qū)回波相對(duì)短一些，一般僅2-3微秒。表1中所列的回波參數(shù)是一組平原地區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)值，以前曾用于美國(guó)NTSC測(cè)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(guó)“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)。這是一個(gè)五徑回波模型，包括一條直接傳輸路徑(LineofSight)和四條回波路徑(echo)。最大回波時(shí)延達(dá)到了8.2微秒?；夭ǜ蓴_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(huì)有較大的衰減，相位也回發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這里所說的幅度衰減和相位旋轉(zhuǎn)也不是指回波的絕

52、對(duì)衰減和相移，而是指回波干擾相對(duì)于接收信號(hào)而言的相對(duì)幅度衰減和相對(duì)相位偏移。發(fā)射信號(hào)在傳輸過程中雖然也會(huì)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(huì)將接收信號(hào)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(huì)得到補(bǔ)償。所以從接收機(jī)的角度看可以認(rèn)為傳輸信號(hào)是沒有發(fā)生幅度衰減和相位偏移的，這就是為什么表1中直接傳輸路徑（路徑時(shí)延為0）中的發(fā)射信號(hào)的幅度衰減和相位偏移都為0。但是，接收機(jī)中的放大器在放大接收信號(hào)的同時(shí)，也會(huì)連回波一起放大；解調(diào)器在校正接收信號(hào)的相位偏移的同時(shí)，同樣會(huì)將回波的相位一起旋轉(zhuǎn)。因此實(shí)際對(duì)接收機(jī)的工作過程產(chǎn)生影響的回波幅度和相位是經(jīng)過放大和旋轉(zhuǎn)后的幅度和相位。前文說過，圖4中

53、的每一路回波實(shí)際上是由多條時(shí)延在同一個(gè)符號(hào)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。由于構(gòu)成一路回波的多條回波是由不同的反射或線性失真而來的，彼此之間沒有關(guān)系，這在概率論中稱為“非相關(guān)”。日本的Hirofumi在大量實(shí)測(cè)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(zhǎng)的近距離內(nèi)服從Rayleigh分布，在更大的距離范圍內(nèi)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布?；夭ǖ南辔辉?,2)間服從均勻分布。另外，從表1中我們還可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)延越長(zhǎng)，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。DVB系統(tǒng)中在描述回波干擾時(shí)常用到一個(gè)指標(biāo)D/U。D/U是指接收

54、信號(hào)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。D/U越小，表示回波干擾越嚴(yán)重。-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”。所以數(shù)字電視廣播信道中的回波干擾屬于頻率選擇性的衰落。2、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(duì)的問題，地面廣播、衛(wèi)星廣播和CATV中都會(huì)遇到。DVB廣播信道中的噪聲干擾有兩類：高斯白噪聲干擾和沖激噪聲干擾。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(hào)上的。高斯白噪聲的來源十分廣泛，既有來源于其它頻道中的電磁輻射，天體輻射所造成的宇宙噪聲等設(shè)備外部噪聲干擾，又有來源于有源

55、器件中電子或載流子運(yùn)動(dòng)的起伏變化，電阻的熱噪聲等設(shè)備內(nèi)部的噪聲干擾。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(huì)被帶入接收機(jī)中。上述各種干擾雖然是在發(fā)射信號(hào)傳輸過程中的不同階段進(jìn)入傳輸信號(hào)的，但它們都是以線性疊加的方式影響傳輸信號(hào)，因此可以將它們等效為一個(gè)噪聲干擾。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(hào)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(hào)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(hào)處理中被成為“白”的。由于上述兩點(diǎn)

56、特性，這種等效合成噪聲干擾被稱為“高斯白噪聲”。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。沖激噪聲干擾是一種突發(fā)性的噪聲干擾，它的特點(diǎn)是不經(jīng)常發(fā)生，但一旦發(fā)生在其持續(xù)時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于高斯白噪聲，此時(shí)對(duì)通信系統(tǒng)的影響也較大。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。沖激噪聲雖然也是隨機(jī)變量，但由于不經(jīng)常發(fā)生，所以一般不用統(tǒng)計(jì)特性來描述，在DVB系統(tǒng)中僅對(duì)其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度作規(guī)定。3、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。而數(shù)字地面廣播中如不采用同播方式時(shí)也不存在這種干擾。所

57、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。禁用頻道為相鄰服務(wù)區(qū)的模擬電視所使用，本地的模擬電視不用，因此可用禁用頻道廣播本地?cái)?shù)字電視，以提高地面廣播的頻譜資源的利用率。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(hào)的發(fā)射功率可以遠(yuǎn)低于模擬電視的發(fā)射功率。這樣DVB發(fā)射信號(hào)不會(huì)對(duì)相鄰服務(wù)區(qū)的模擬電視接收機(jī)產(chǎn)生影響，但相鄰服務(wù)區(qū)的模擬電視發(fā)射信號(hào)卻可能會(huì)對(duì)DVB接收機(jī)造成干擾，這種干擾稱為“同頻干擾”。同頻干擾也是一種加性的干擾）。（作者前為北京郵電學(xué)院博士后，后為北京郵電大學(xué)教授）DVB信道編解碼與

58、調(diào)制解調(diào)(三)梅劍平 全子一數(shù)字通信的關(guān)鍵技術(shù)DVB傳輸系統(tǒng)中采用了許多數(shù)字通信技術(shù)，包括一些最新發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，下面我們對(duì)其中的一些比較關(guān)鍵的技術(shù)作進(jìn)一步的討論。 1. 糾錯(cuò)編碼 2. 糾錯(cuò)編碼是數(shù)字通信系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)。糾錯(cuò)編碼主要有三種類型：前向糾錯(cuò)（FEC）、檢錯(cuò)重發(fā)（ARQ）和混合糾錯(cuò)（HEC）。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。 AAAA經(jīng)過多年的不斷研究，糾錯(cuò)編碼已發(fā)展了很多種類，技術(shù)上也比較成熟了。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。檢錯(cuò)碼僅能檢測(cè)誤碼，糾錯(cuò)碼僅可糾正誤碼，糾刪碼則兼有糾錯(cuò)和檢錯(cuò)能力。DVB系

59、統(tǒng)中使用的是糾刪碼。按照信息碼元和校驗(yàn)碼元之間的約束方式不同，可分為分組碼和卷積碼。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。代數(shù)碼建立在近世代數(shù)的基礎(chǔ)上，是目前發(fā)展最為完善的編碼。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。按照信息碼元在編碼后是否保持形式不變，線性碼又可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)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。DVB系統(tǒng)中采用的是代數(shù)、線性、系統(tǒng)、循環(huán)碼。為了提高系統(tǒng)對(duì)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。在編碼器復(fù)雜度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼；但分組碼有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，而卷積碼至今尚未找到嚴(yán)密的數(shù)學(xué)手段，可以把碼的糾錯(cuò)性能與碼的構(gòu)成十分