數(shù)字電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)論文PAGE52PAGE51畢業(yè)論文數(shù)字電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.引言1.1論文選題的意義數(shù)字電視系統(tǒng)是指在信源、信道和信宿這3個(gè)電視信號(hào)傳輸過程中全面實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)字化和數(shù)字方式處理的電視系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說，就是在這個(gè)系統(tǒng)中從電視節(jié)目攝制開始，電視信號(hào)的編輯、發(fā)送、傳輸、接收和存儲(chǔ)的各個(gè)環(huán)節(jié)都采用數(shù)字化處理。歐美國(guó)家的企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)用了近8年的時(shí)間，完成了數(shù)字視頻廣播技術(shù)的研發(fā)以及標(biāo)準(zhǔn)的制訂，并先后于1998年11月和1999年春天分別開播了數(shù)字電視。數(shù)字電視使整個(gè)廣播電視節(jié)目制作和傳輸質(zhì)量得到顯著改善，信道資源利用率提高，還可以提供其他增值業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)廣播、電視購(gòu)物、電子商務(wù)、軟件下載、視頻點(diǎn)播等，使傳統(tǒng)的廣播電視媒體從形態(tài)、內(nèi)容、到服務(wù)方式發(fā)生革命性的改變。數(shù)字HTDV集成了近年來高速發(fā)展的超大規(guī)模集成電路,高分辨率大屏幕顯示器件、高密度數(shù)字記錄、計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、數(shù)字通訊與傳輸技術(shù)、數(shù)字壓縮與解壓縮技術(shù)、激光技術(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)等方面的最新成就,使電視生產(chǎn)技術(shù)更趨向于數(shù)字化、集成化、模塊化,是電視技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)由模擬技術(shù)全面轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)的一場(chǎng)革命.因此對(duì)數(shù)字電視進(jìn)行研究有著重要的意義。1.2數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)與模擬電視相比，數(shù)字電視有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）圖像傳輸質(zhì)量較高，距離遠(yuǎn)。模擬電視圖像信號(hào)在傳輸過程中，要受到傳輸信道特性（幅頻特性、微分增益、微分相位特性）和噪聲干擾等的影響，質(zhì)量不高，而且經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換傳輸，通道特性和噪聲干擾等影響積累，導(dǎo)致圖像質(zhì)量的進(jìn)一步下降，而這些影響對(duì)于數(shù)字電視信號(hào)來說，有些是不存在的。數(shù)字電視信號(hào)在傳輸過程中，多次中繼（或復(fù)制）后不會(huì)發(fā)生干擾和噪聲的積累，同時(shí)可采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)，收端圖像質(zhì)量較好，基本保持與發(fā)端一致，且傳輸距離不受限制。（2）頻道資源利用率高。頻譜資源是重要的國(guó)家資源，模擬電視的頻譜資源有限，一套模擬電視節(jié)目要占用36MHz帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，占用8MHz的地面電視廣播和有線電視頻帶。而數(shù)字電視采用壓縮編碼技術(shù)，在36MHz的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中傳送5套SDTV節(jié)目，顯示清晰度約400線，在一個(gè)8MHz頻道內(nèi)傳送4套以上的SDTV節(jié)目。（3）提供全新的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)字電視通信中可以互不干擾地同時(shí)傳送文字、數(shù)據(jù)、語音、靜止圖像等多種數(shù)字信息。數(shù)字電視網(wǎng)可與電腦網(wǎng)、電信網(wǎng)互連互通，不僅使信息源更為豐富，還可以增加用戶與各種信息源之間的交互性，實(shí)現(xiàn)用戶自由點(diǎn)播節(jié)目、電子商務(wù)、網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上教學(xué)、網(wǎng)上醫(yī)療、網(wǎng)上游戲等多種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（在8MHz帶寬內(nèi)采用64QAM調(diào)制，可以達(dá)到約32~38Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率）。（4）信號(hào)穩(wěn)定可靠，設(shè)備維護(hù)、使用簡(jiǎn)單。模擬電視信號(hào)數(shù)字化后，信號(hào)以二進(jìn)制碼的形式出現(xiàn)，它只有“0”和“1”兩種狀態(tài)，二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)不受電源波動(dòng)、器件非線性的影響，所以信號(hào)能保持穩(wěn)定、可靠。處理數(shù)字信號(hào)可采用大規(guī)模集成電路，可降低設(shè)備的功耗，減少體積，提高設(shè)備的可靠性。同時(shí)數(shù)字化設(shè)備不需調(diào)節(jié)，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用方便。（5）節(jié)省發(fā)送功率，覆蓋范圍廣。數(shù)字電視發(fā)射設(shè)備在相同覆蓋服務(wù)區(qū)所需平均功率，比模擬電視發(fā)射設(shè)備的峰值功率要低一個(gè)數(shù)量級(jí)，比如模擬MMDS接收電平最低為56db，而數(shù)字MMDS在64QAM調(diào)制下接收電平僅為39db，所以數(shù)字電視發(fā)射設(shè)備的覆蓋范圍比模擬電視相同功率的發(fā)射設(shè)備的覆蓋范圍大幾倍。（6）靈活友好的人機(jī)界面。靈活和實(shí)用的人機(jī)交互界面，便于普通群眾操作，除顯示設(shè)備外，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成而大規(guī)模生產(chǎn)，價(jià)格低廉便于推廣普及。（7）易于實(shí)現(xiàn)條件接收。數(shù)字電視信號(hào)容易進(jìn)行加密/加擾，有利信息安全，便于實(shí)現(xiàn)付費(fèi)電視、視頻點(diǎn)播及交互式電視。1.3國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀目前，美國(guó)、歐洲和日本各自形成三種不同的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是ATSC(AdvancedTelevisionSystemCommittee);歐洲的標(biāo)準(zhǔn)是DVB(DigitalVideoBroadeasting);日本的標(biāo)準(zhǔn)是ISDB(IntegratedServieesnigitalBroadeasting)。其中前兩種標(biāo)準(zhǔn)用得較為廣泛，特別是DVB已經(jīng)逐漸成為世界數(shù)字電視的主流標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)數(shù)字電視的發(fā)展從1992年開始在國(guó)家正式立項(xiàng)，并由國(guó)務(wù)院親自成立了相應(yīng)的領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和制定戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃。1998年8月，完成了高清晰度電視系統(tǒng)的聯(lián)試；1999年，在新中國(guó)成立五十周年的慶典上，我國(guó)成功地試用高清晰度電視技術(shù)對(duì)慶典活動(dòng)進(jìn)行了實(shí)況轉(zhuǎn)播。1999年中國(guó)開始實(shí)施數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)，第二年又成立了全國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，中國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)制訂工作正式啟動(dòng)。信息產(chǎn)業(yè)部和國(guó)家廣電總局也都為此成立了專門的標(biāo)準(zhǔn)制訂專家組，進(jìn)行國(guó)內(nèi)外數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的整理和研究工作。雖然我國(guó)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)尚沒有正式出臺(tái)，但以清華大學(xué)DMB—T為核心融合上海交大與廣科院技術(shù)的無線數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)短期內(nèi)可能形成，清華大學(xué)DMB—T采用時(shí)域同步正交頻分復(fù)用(TDS—OFDM)多載波調(diào)制方式，DMB—T就是將經(jīng)過信道編碼后的數(shù)據(jù)分別用QPSK或QAM調(diào)制技術(shù)調(diào)制到頻域上相互正交的大量子載波上，然后將所有調(diào)制信號(hào)復(fù)用，時(shí)域信號(hào)主要用于同步控制。由于正交頻分復(fù)用是采用大量(N個(gè))子載波的并行傳輸，在相等的傳輸數(shù)據(jù)率下，已調(diào)信號(hào)的時(shí)域符號(hào)長(zhǎng)度是單載波符號(hào)長(zhǎng)度的N倍，相當(dāng)于信號(hào)帶寬降低N倍，這樣其抗符號(hào)間干擾的能力可顯著提高，從而減輕對(duì)均衡的要求，如采用QPSK調(diào)制技術(shù)，8MHz帶寬可以傳輸一路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視。DMBT調(diào)制具有抗動(dòng)態(tài)多徑干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，既可用于地面?zhèn)鬏敼潭ń邮眨部捎糜诒銛y和移動(dòng)接收。我國(guó)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斣囼?yàn)測(cè)試表明，在城區(qū)多徑效應(yīng)豐富的地區(qū)，接收效果也良好。2005年l月22日,基于清華大學(xué)DMB一T制系統(tǒng)的中國(guó)第一塊擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“中視一號(hào)”數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斝酒趶?fù)旦大學(xué)問世,這被稱為“中國(guó)數(shù)字電視百萬門級(jí)專用集成電路自主設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的重大突破"。數(shù)字有線電視除了能夠大大的提高電視信號(hào)質(zhì)量、擴(kuò)大容量和傳輸距離外，數(shù)字有線電視設(shè)備還完全適于寬帶通信。技術(shù)實(shí)踐表明，有線電視數(shù)字化是將原來的單向傳輸模擬電視節(jié)目變成為雙向傳輸多功能業(yè)務(wù)的數(shù)字化。隨著數(shù)字電視有線傳輸技術(shù)的發(fā)展，有線電視網(wǎng)、電信網(wǎng)和計(jì)一算機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)的“三網(wǎng)合一”己經(jīng)成為信息社會(huì)發(fā)展的切實(shí)需要。又因?yàn)橛芯€傳輸與另外兩種傳輸相比具有圖像質(zhì)量好、節(jié)目套數(shù)多、用戶群體大的優(yōu)點(diǎn)，因此，數(shù)字有線電視傳輸在三種傳輸方式中處于更重要的地位。1.4論文主要工作與內(nèi)容安排本文對(duì)數(shù)字電視有線傳輸技術(shù)進(jìn)行了研究，其中對(duì)QAM調(diào)制解調(diào)、RS編譯碼和交織編譯碼作了介紹，也對(duì)數(shù)字電視有線傳輸?shù)挠肧ystemView仿真軟件進(jìn)行了仿真分析。本文主要內(nèi)容的安排如下:第一章主要對(duì)數(shù)字電視有線傳輸?shù)谋尘啊?shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展及對(duì)本課題研究的意義作了簡(jiǎn)單介紹；第二章介紹數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的組成、相關(guān)概念；第三章闡述了數(shù)字電視有線傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)；第四章簡(jiǎn)單介紹了仿真軟件SystemView，用SystemView對(duì)QAM調(diào)制解調(diào)模塊、RS編譯碼模塊、交織編譯碼模塊和整個(gè)DVB-C系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并對(duì)DVB-C系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了分析。2.數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)的組成原理和關(guān)鍵技術(shù)本章對(duì)有線數(shù)字電視的定義、系統(tǒng)組成、相關(guān)概念和差錯(cuò)控制技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。數(shù)字通信系統(tǒng)的一般組成：數(shù)字電視信號(hào)是一種數(shù)字信號(hào)，數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)歸屬于數(shù)字通信范疇，遵循數(shù)字通信系統(tǒng)的一般規(guī)律。數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的處理方法、關(guān)鍵技術(shù)都來源于數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)的組成如圖2-1所示。整個(gè)系統(tǒng)包括三大部分:信源部分、信道部分、信宿部分。信源部分主要完成信源編碼功能，信道部分主要完成信道編碼、信息傳輸、信道解碼功能，信宿部分主要完成信源解碼功能。信道信源解碼信道解碼信道編碼信源編碼信道信源解碼信道解碼信道編碼信源編碼信源部分信道部分信宿部分圖2-1數(shù)字通信系統(tǒng)組成2.1有線數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)組成2.1.1系統(tǒng)框圖及概念數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)分為衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)，有線傳輸系統(tǒng)和地面無線傳輸系統(tǒng)。由于傳輸?shù)姆绞讲煌?則對(duì)數(shù)字電視信號(hào)的處理方式也有所不同。本文主要介紹數(shù)字電視的有線傳輸系統(tǒng)中歐洲標(biāo)準(zhǔn)的DVB-C系統(tǒng)。歐洲數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)（BVB-C）的電路框圖如圖2-2所示。圖2-2有線數(shù)字廣播電視系統(tǒng)（DVB-C）的組成框圖在DVB-C系統(tǒng)中，(a)為發(fā)射端框圖，(b)為接收端框圖。為了能使各種傳輸方式盡可能兼容，有線傳輸?shù)陌l(fā)射端前部分處理和衛(wèi)星傳輸中的處理相同，即有相同的偽隨機(jī)序列擾碼，R-S糾錯(cuò)和卷積交織，后面的處理是專用于有線數(shù)字電視傳輸?shù)?，首先是字?jié)到符號(hào)的映射，然后是差分編碼，基帶整形，輸出兩路（I，Q）信號(hào)，再進(jìn)行QAM調(diào)制。有線傳輸系統(tǒng)的核心與衛(wèi)星系統(tǒng)相同，但有線電視的傳輸環(huán)境相對(duì)比較可靠，因此，在DVB-C中不再采用內(nèi)碼，以提高傳輸效率，而且調(diào)制方式也改用正交幅度調(diào)制（QAM）而不是以QPSK為基礎(chǔ)。該系統(tǒng)以64QAM調(diào)制為主，具體情況下，應(yīng)在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量和數(shù)據(jù)的可靠性之間進(jìn)行折衷。如果使用64QAM,那么8MHz頻道能夠容納38.5Mbit/s的有效載荷容量。接收端是發(fā)射端的反過程。2.1.2MPEG-2傳輸復(fù)用包的形成=1\*GB2⑴MPEG-2傳輸復(fù)用的作用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)可分為三部分：視頻、音頻和系統(tǒng)。系統(tǒng)復(fù)用就是將視頻、音頻和數(shù)據(jù)的基本碼流組合成一個(gè)或多個(gè)適于存儲(chǔ)、傳輸?shù)拇a流。=2\*GB2⑵MPEG-2傳輸復(fù)用的結(jié)構(gòu)MPEG-2傳輸復(fù)用的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。TS復(fù)用TS復(fù)用TS碼流PS復(fù)用PS復(fù)用數(shù)據(jù)編碼器數(shù)據(jù)PS碼流數(shù)據(jù)編碼器圖2-3MPEG-2系統(tǒng)復(fù)用的結(jié)構(gòu)1）ES：由編碼器輸出的視音頻碼流，稱為基本碼流。2）PES：為了使接受端解碼器能從碼流中分離出視頻、音頻數(shù)據(jù)，ES流不能直接進(jìn)入復(fù)用器，而需要經(jīng)過打包器，即將連續(xù)的傳輸數(shù)據(jù)按一定長(zhǎng)度分端，構(gòu)成特定長(zhǎng)度的一個(gè)個(gè)單元包，在送至復(fù)用器，復(fù)用成TS流或PS流。PES稱為打包的基本碼流。對(duì)視頻PES由編碼的一幀圖像組成，因此，PES包的大小不固定，音頻PES不超過64KB。3）PS流：稱為節(jié)目碼流，PS流為單節(jié)目使用。PS流用于單節(jié)目，如制作DVD碟流等。由于PS包長(zhǎng)不固定，一旦其中一個(gè)包的同步丟失，解碼器難以確定下一個(gè)包的同步位置，易造成嚴(yán)重的信息丟失，因此PS只能用于較好的信道環(huán)境，典型的應(yīng)用為光盤制作。4）TS流：稱為傳輸碼流，一般在多節(jié)目狀態(tài)下使用。TS用于多節(jié)目傳輸系統(tǒng)，TS包由固定的188B組成，TS流是數(shù)字電視傳輸中的一個(gè)重要概念。5）輸入信息：除了視頻信息、音頻信息外還包括數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息亦稱為業(yè)務(wù)信息。業(yè)務(wù)信息包含一些提供識(shí)別選擇和控制作用的信息，以幫助解碼器能自動(dòng)設(shè)置進(jìn)行解碼、提供交互服務(wù)4、建立電子節(jié)目指南等，業(yè)務(wù)信息在MPEG-2中稱為節(jié)目特定信息。（3）TS流的結(jié)構(gòu)TS碼流由前后相接的TS包構(gòu)成。TS包由固定的188B組成，每個(gè)TS包都由包頭部分和凈荷部分構(gòu)成。由于TS流中每個(gè)TS包的長(zhǎng)度是固定的，解碼器容易定位找出同步信息，故失去同步后不難恢復(fù)同步。因此，TS流適合相對(duì)來說差一些的信息環(huán)境，如應(yīng)用于傳輸。電視廣播是在有噪聲和干擾的環(huán)境下傳輸數(shù)據(jù)，因此要使用MPEG-2的TS流進(jìn)行傳輸。（4）多節(jié)目雙層復(fù)用TS流數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)過壓縮后，可在一個(gè)8MHz電視頻道內(nèi)傳輸多套數(shù)字電視節(jié)目，這是，需要進(jìn)行多路節(jié)目的雙層復(fù)用。即首先通過節(jié)目復(fù)用器將同一個(gè)節(jié)目的各個(gè)基本碼流（包括視頻，音頻和數(shù)據(jù)）復(fù)用在一起，組成單個(gè)節(jié)目的TS流。再通過系統(tǒng)傳輸復(fù)用器將各個(gè)節(jié)目的TS流復(fù)用在一起，組成多套節(jié)目的TS流，然后傳輸?shù)叫诺谰幋a器。節(jié)目復(fù)用有共同的時(shí)間基準(zhǔn)，而傳輸復(fù)用則各自可以有獨(dú)立的時(shí)間基準(zhǔn)。2.1.3從卷積交織器輸入的信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)，每個(gè)字節(jié)為8bit。QAM調(diào)制每個(gè)星座點(diǎn)代表不同的一個(gè)符號(hào)，不同的調(diào)制方法，星座點(diǎn)代表不同的比特?cái)?shù)以64QAM為例，每個(gè)星座點(diǎn)代表6bit的信息，所以必須加以轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換稱為字節(jié)到符號(hào)的映射，在此必須完成兩件任務(wù)。即首先8bit組轉(zhuǎn)換為6bit組，其次每個(gè)6bit組又必須一分為二，形成I、Q信號(hào)。字節(jié)比特到符號(hào)比特的變換規(guī)律如下：首先應(yīng)求出某種調(diào)制方法中每個(gè)符號(hào)代表的比特?cái)?shù)。例如64QAM，其中64代表星座點(diǎn)的數(shù)目，64=26；也就是說，星座點(diǎn)包含6bit，在二元碼中就有64種可能的組合。所以64QAM的每個(gè)符號(hào)包含6bit；通常有如下關(guān)系，設(shè)星座點(diǎn)數(shù)為M，每星座點(diǎn)攜帶的比特?cái)?shù)為K，星座圖上I、Q軸上電平數(shù)為L(zhǎng)，則M=2kL2=M（式2-1）下面就是矩形星座圖的調(diào)制類型給出參數(shù)見表2.1表2.1調(diào)制類型及參數(shù)調(diào)制類型星座點(diǎn)數(shù)進(jìn)制電平數(shù)每個(gè)星座符號(hào)的比特?cái)?shù)QPSK422216QAM1644464QAM4886256QAM15616168以64QAM為例，已知每個(gè)星座符號(hào)的比特?cái)?shù)為6bit，而輸入的字節(jié)為8bit，不可避免地需將8bit的字節(jié)重新分割。存在關(guān)系式8P=Kq(P為字節(jié)數(shù)，q為符號(hào)數(shù))。對(duì)64QAM而言為8p=6q，求最小的整數(shù)關(guān)系得p=3，q=4，也就是說3個(gè)字節(jié)可以換算為4個(gè)符號(hào)。2.1.4QAM調(diào)制正交調(diào)幅（QAM）是幅度調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合，即調(diào)幅又調(diào)相。QAM是將調(diào)制符號(hào)調(diào)制到一對(duì)正交載波上，是二維調(diào)制技術(shù)。數(shù)字比特序列被分成兩個(gè)序列，以16QAM為例，每4個(gè)調(diào)制比特分為兩組，每組2比特，分別去調(diào)制同向正交載波，然后將兩路已調(diào)信號(hào)相加發(fā)送。換句話說，16QAM看成是互相正交的調(diào)幅波之和，又可以視為兩個(gè)四相相移鍵控的線性組合。雖然QAM調(diào)制的傳輸速率較高，但它降低系統(tǒng)的信噪比余量，犧牲了系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)香農(nóng)噪聲理論可以知道：對(duì)于C／N已知的信道，它的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是有限的，不能無限的提高數(shù)據(jù)傳輸速率，反之則降低系統(tǒng)可靠性，甚至整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。因在系統(tǒng)前端信道編碼和接收機(jī)解調(diào)器中具有RS等糾錯(cuò)碼功能，實(shí)際誤碼率在10E4數(shù)字信號(hào)經(jīng)RS等糾正后可以達(dá)到10El2準(zhǔn)無誤碼率的水平。2.1.5網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)一般有星型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)和星樹型混合結(jié)構(gòu)、以及兩級(jí)光鏈路級(jí)聯(lián)的雙星型結(jié)構(gòu)。作為早期的HFC網(wǎng)一般均采用星型、樹型結(jié)構(gòu)或星樹型混合結(jié)構(gòu)。它只有一個(gè)前端，把所有信號(hào)都由前端通過光纖和同軸電纜向下輻射，我們稱之為集中式HFC網(wǎng)絡(luò)。目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)普遍采用的是兩級(jí)光鏈路級(jí)聯(lián)的雙星型結(jié)構(gòu)。它是由總前端和分前端通過一級(jí)光鏈路采用1550nm光發(fā)射機(jī)以雙星型光纖結(jié)構(gòu)環(huán)型路由的方式組成的物理環(huán)型自愈網(wǎng)，二級(jí)光鏈路利用1310nm光發(fā)射機(jī)以星型光纖結(jié)構(gòu)，將信號(hào)送到各光節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)入電纜分配系統(tǒng)，形成完整的HFC網(wǎng)絡(luò)。我們稱之為分布式HFC網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)實(shí)踐證明只要有線電視網(wǎng)絡(luò)符合系統(tǒng)指標(biāo)，不管是哪一類網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)、單向還是雙向網(wǎng)，都能傳輸DVB-C數(shù)字有線電視信號(hào)，它們的區(qū)別只不過是哪一種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的可靠性、性能指標(biāo)和拓展性更好，這當(dāng)然是分布式HFC網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)榉植际紿FC網(wǎng)絡(luò)有完整的冗余保護(hù)體系，所以它有較高的可靠性和良好的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，更重要的是它有良好的拓展性，其總前端和分布式的各個(gè)分前端，可以分布式安裝交互式數(shù)字電視的視頻服務(wù)器，它能有效地克服因交互式數(shù)字電視所產(chǎn)生的視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，為開展交互式數(shù)字電視提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。2.2數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)2.2信源編碼是對(duì)原始圖像或聲音信息的編碼表示進(jìn)行波特率壓縮的過程。原始圖像或聲音信息的編碼表示指的是采集的電視圖像或者聲音模擬信號(hào)，經(jīng)采樣，量化，再編碼成的自然二進(jìn)制碼字序列。數(shù)字電視的視頻壓縮方面各國(guó)基本上都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。在音頻壓縮編碼方面，國(guó)際上存在的三大數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)體系則采用了不同的音頻壓縮方式。在音頻編碼方面，歐洲、日本采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)；美國(guó)采納了杜比公司(Dolby)的AC-3方案，MPEG-2為備用方案。中國(guó)方面，中國(guó)的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)工作組制定了面向數(shù)字電視和高清激光視盤播放機(jī)的AVS標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)據(jù)稱具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，也可以兼容MPEG-4AVC/H.264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本層，其壓縮水平據(jù)稱可達(dá)到MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的2-3倍，而與MPEG-4AVC相比，AVS更加簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)降低了芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。2.2數(shù)字電視信道編解碼及調(diào)制解調(diào)的目的是通過糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù)提高信號(hào)的抗干擾能力，通過調(diào)制把傳輸信號(hào)放在載波或脈沖串上，為發(fā)射做好準(zhǔn)備。目前所說的各國(guó)數(shù)字電視的制式，標(biāo)準(zhǔn)不能統(tǒng)一，主要是指各國(guó)在該方面的不同，具體包括糾錯(cuò)、均衡等技術(shù)的不同，帶寬的不同，尤其是調(diào)制方式的不同。2.2數(shù)字電視接收機(jī)（或數(shù)字電視機(jī)頂盒）的硬件功能主要是對(duì)接收的射頻信號(hào)進(jìn)行信道解碼，解調(diào)，Mpeg-2碼流解碼及音頻信號(hào)的輸出。而電視內(nèi)容的顯示、EPG節(jié)日信息及操作界面等都要依賴軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，缺少軟件系統(tǒng)便無法在數(shù)字電視平臺(tái)上開展交互電視等其他增強(qiáng)型電視業(yè)務(wù)，所以，在數(shù)字電視系統(tǒng)中，軟件技術(shù)有非常重要的作用。中間件(Middleware)是一種將應(yīng)用程序與底層的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，支持跨硬件平臺(tái)和胯操作系統(tǒng)的軟件運(yùn)行，能應(yīng)用不依賴于特定的硬件平臺(tái)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。中間件通常由各種虛擬機(jī)構(gòu)成，加個(gè)人Java虛擬機(jī)、Javascr心虛擬機(jī)、HTML虛擬機(jī)等，其作用是使機(jī)頂盆基本的和通用的功能以應(yīng)用程序接口(APl)的形式提供給機(jī)頂盒生產(chǎn)廠家，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視交互功能的標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)使業(yè)務(wù)項(xiàng)目(以應(yīng)用程序的形式通過傳輸信道)下載到用戶機(jī)頂盒的數(shù)據(jù)員減小到最低限度。2.2條件接收（ConditionalAccess,CA）是指這樣一種技術(shù)手段，它只允許已付費(fèi)的授權(quán)用戶使用某一業(yè)務(wù)，未經(jīng)授權(quán)的用戶不能使用這一業(yè)務(wù)。條件接收系統(tǒng)是數(shù)字電視廣播實(shí)行收費(fèi)所必需的技術(shù)保障。條件接收系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，集成了數(shù)據(jù)加擾和解擾、加密和解密、智能卡等技術(shù)，同時(shí)也涉及到用戶管理、節(jié)目管理、收費(fèi)管理等信息應(yīng)用管理技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)的授權(quán)管理和接收控制。條件接收系統(tǒng)要解決兩個(gè)問題：1，如何阻止用戶接收那些未經(jīng)授權(quán)的節(jié)目；2，如何從用戶處收費(fèi)。2.2顯示器是最終體現(xiàn)數(shù)字電視效果或魅力的產(chǎn)品。數(shù)字電視的顯示方式主要有CRT型直視式顯示器，LCD、PDP、CRT型背投影顯示器，LCos投影（含前投影、背投影）顯示器，LCD投影（含前投影、背投影）顯示器，DLP投影顯示器，OLED、表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射顯示器（Surface-conductionElectron-emitterDisplay,SED）等。關(guān)鍵的問題是如何降低產(chǎn)品的造價(jià)，使產(chǎn)品以可接受的價(jià)格進(jìn)入家庭。3.數(shù)字電視有線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)3.1數(shù)字電視有線傳輸主流標(biāo)準(zhǔn)與方式目前世界數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，現(xiàn)在以歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)為首的主流數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)有三種：歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)（1997推出）、美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)（1995年推出）以及日本ISDB標(biāo)準(zhǔn)（1999年推出）。對(duì)于有線廣播數(shù)字電視（數(shù)字CATV）來說，根據(jù)調(diào)制方式和傳送碼率的不同，基于上述三種標(biāo)準(zhǔn)可以分為以下四種方式：DVB-C（歐洲）、ATSC-16VSB（美國(guó)）、ATSC-64QAM（美國(guó)）和ISDB-C（日本）。世界有線數(shù)字電視主流方式見表3.1。在以上方案的基礎(chǔ)上，國(guó)際電信聯(lián)盟于1998年1約形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ITUJ.112建議《交互式有線死按時(shí)業(yè)務(wù)傳輸系統(tǒng)》，其目的是為了在同軸電纜上傳輸雙向數(shù)據(jù)以及在HFC網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交互式業(yè)務(wù)。這標(biāo)志著有線電視中的數(shù)字電視、計(jì)算機(jī)、通信等多媒體正逐步走向融合。表3.1世界有線數(shù)字電視主流方式有線數(shù)字電視傳輸方式DVB-CATSC-64QAMATSC-16VSBISDB-C傳送方式16-64QAM64QAM16VSB64QAM頻道寬度8MHz6MHz6MHz6MHz傳輸速率31.64Mbit/s41.34Mbit/s43.05Mbit/s30.31Mbit/s接受滾降13%15%11.5%18%糾錯(cuò)率RS(204,188)RS(128,122)RS(207,187)RS(204,188)壓縮方式MPEG-23.2差錯(cuò)控制技術(shù)任何形式的信號(hào)傳輸過程都不可能實(shí)現(xiàn)“零干擾”，數(shù)字信號(hào)由于傳輸過程中干擾的影響，會(huì)使接收端發(fā)生錯(cuò)誤的判決，從而降低傳輸?shù)目赡苄?。隨著傳輸速度的提高，可靠性的問題更為突出，有線電視傳輸數(shù)據(jù)要求誤碼率小于10-5。數(shù)字電視廣播的目的是要將圖像、聲音和數(shù)據(jù)等信息快速、實(shí)時(shí)、高質(zhì)、可靠地傳輸至接收端，供用戶滿意地收看、收聽。為了達(dá)到目的，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在載波調(diào)制之前要進(jìn)行信道編碼，也稱為差錯(cuò)控制編碼或糾錯(cuò)編碼。它主要有三種方式:反饋重發(fā)(ARQ)方式、前向糾錯(cuò)(EFC)方式和混合糾錯(cuò)(HEC)方式。反饋重發(fā)(ARQ)方式。又稱檢錯(cuò)重發(fā)方式。發(fā)送端發(fā)出檢錯(cuò)碼，接收端可發(fā)現(xiàn)傳輸中有錯(cuò)碼，但不知道錯(cuò)碼的確切位置，通過反向通道把這一判決結(jié)果通知給發(fā)送端，然后發(fā)送端把有錯(cuò)的部分信息重新發(fā)送，直至接收端確認(rèn)接收到正確信息為止。這種方式的糾錯(cuò)設(shè)備和程序比較簡(jiǎn)單，但必須有雙向通道，適合于非實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。前向糾錯(cuò)(EFC)方式。這種方式在發(fā)送端發(fā)送糾錯(cuò)碼，在接受不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，還能確定差錯(cuò)的確切位置并給予糾錯(cuò)，這種方式不需要反向通道，也不存在重發(fā)造成的延時(shí)。這種方式適合于單向廣播系統(tǒng)和要求實(shí)時(shí)好的系統(tǒng)，如音頻和視頻好的系統(tǒng)，但該方式譯碼設(shè)備比較復(fù)雜?；旌霞m錯(cuò)(HEC)方式。這種方式是前兩種方式的結(jié)合，如有少量差錯(cuò)，在其糾錯(cuò)能力之內(nèi)，就進(jìn)行前向糾錯(cuò)；如發(fā)現(xiàn)大量差錯(cuò)，超前它的糾錯(cuò)能力就進(jìn)行反饋糾錯(cuò)。對(duì)具體的糾錯(cuò)碼，可以從不同的角度將其分類。糾錯(cuò)碼按照檢錯(cuò)糾錯(cuò)功能的不同，可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼三種;按照誤碼產(chǎn)生的原因不同，可分為糾隨機(jī)誤碼的糾錯(cuò)碼和糾突發(fā)誤碼的糾錯(cuò)碼;按照信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，可分為線性碼和非線性碼;按照信息碼元與監(jiān)督碼元之間約束方式的不同，可分為分組碼和卷積碼;按照信道編碼之后信息碼元序列是否保持原樣不變，又可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼。3.2.1能量擴(kuò)散能量擴(kuò)散也稱為隨機(jī)化，加碼或擾碼。在數(shù)字電視信道編碼中，能量擴(kuò)散主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)化，在數(shù)字電視廣播過程中會(huì)出現(xiàn)碼流中斷或碼流格式不符合MPEG-2的TS流結(jié)構(gòu)的情況，導(dǎo)致調(diào)制器發(fā)射未經(jīng)調(diào)制的載波信號(hào)；當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)是周期不長(zhǎng)的周期信號(hào)時(shí)，已調(diào)波的頻譜將集中在局部并含有相當(dāng)多的高電平離散譜。結(jié)果對(duì)處于同一頻段的其他業(yè)務(wù)的干擾超過了規(guī)定值。另外，信源碼流中可能會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)串的連“0”或連“1”，這將給接收端恢復(fù)位定時(shí)信息造成一定得困難。為消除上述的兩種情況，可將基帶信號(hào)在隨機(jī)化電路中進(jìn)行能量擴(kuò)散，信號(hào)擴(kuò)散后具有偽隨機(jī)性質(zhì)，其已調(diào)波頻譜將分散開來，從而降低對(duì)其他系統(tǒng)的干擾；同時(shí)，連“0”或連“1”碼的長(zhǎng)度縮短，便于接受端提取比特定時(shí)信息。3.2.2RS編碼RS碼是由Reed和Solomon兩位研究者發(fā)明，簡(jiǎn)稱RS碼，它廣泛應(yīng)用在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中的一種糾錯(cuò)編碼技術(shù)。RS碼以字節(jié)為單位進(jìn)行向前誤碼糾正，它具有很強(qiáng)的隨機(jī)誤碼及突發(fā)誤碼糾錯(cuò)能力。從結(jié)構(gòu)上看，RS碼是一種碼元長(zhǎng)度為n、信息位長(zhǎng)度為k的（n，k）型線性分組碼，其中分組碼是指在K為信息碼元的后面按編碼規(guī)則附加r位監(jiān)督碼元而構(gòu)成碼長(zhǎng)為n的碼字，并用（n，k）表示。在糾錯(cuò)編碼中，碼字距離、特別是碼字最小距離，是衡量一種碼字抗干擾能力大小的標(biāo)準(zhǔn)，碼字最小距離越大，說明任何兩個(gè)碼字之間的最小差別越大，抗干擾能力越強(qiáng)。在所有的線性分組碼中，RS碼的漢明距離最大，因此RS碼糾錯(cuò)能力最佳。RS編碼是一種非常有效的編碼技術(shù)，與其他以單個(gè)碼元為基礎(chǔ)的塊編碼技術(shù)不同，RS碼以碼組為基礎(chǔ)，碼組又稱為符號(hào)，RS碼只處理符號(hào)，即使符號(hào)中只有一個(gè)比特出錯(cuò)，也認(rèn)為整個(gè)符號(hào)出錯(cuò)。在RS（n，k）編碼中，輸入信號(hào)分成km比特一組，每組包括k個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)由m比特組成，因此總碼長(zhǎng)n=k+r個(gè)符號(hào)，共有k個(gè)信息符號(hào)、r個(gè)監(jiān)督符號(hào)。RS碼能夠糾正t=r/2個(gè)符號(hào)的錯(cuò)誤，通常一個(gè)可糾錯(cuò)t個(gè)誤碼字節(jié)的RS碼可表示為（n，k，t）。在RS以編碼中，每個(gè)符號(hào)要乘以某個(gè)基本元素的冪次方后模2加。在DVB系統(tǒng)中，信道編碼采用（204，188，t=8）的RS碼，即n=204B，k=188B，即每188個(gè)信息碼元要用16個(gè)監(jiān)督碼元，總碼元數(shù)為204個(gè)符號(hào)，m=8bit（1B），監(jiān)督碼元長(zhǎng)度為2t=16B,糾錯(cuò)能力為一段碼長(zhǎng)為204B內(nèi)的8B，此RS碼的長(zhǎng)度在原理上應(yīng)為n=2m-1=255B，實(shí)施上述RS編碼時(shí)，先在188B前加上51個(gè)全0B，組成239B的信息段，然后根據(jù)RS編碼在信息段后面生成的16個(gè)監(jiān)督字節(jié)，即得到所需的RS碼。3.2.3卷積交織卷積碼是一種非分組碼。這種碼的信息位和監(jiān)督位交替地連續(xù)發(fā)至信道進(jìn)行傳輸，監(jiān)督位是按前一段時(shí)間中各信息位“模2和”計(jì)算出。這段時(shí)間信息碼元總數(shù)稱為此碼的約束長(zhǎng)度。交織是在復(fù)合差錯(cuò)信道上使用編碼技術(shù)的一種簡(jiǎn)單而有效地方法，這種方法可以一條突發(fā)信道轉(zhuǎn)換成一條獨(dú)立的差錯(cuò)信道，交織的目的是將在信通上發(fā)送的相鄰的各個(gè)比特廣泛的分散在帶解碼的數(shù)據(jù)序列內(nèi)，因此，經(jīng)過去交織之后，信道上各個(gè)突發(fā)差錯(cuò)就分散在帶解碼的數(shù)據(jù)序列中，從而就分散在許多接受碼字上。交織編碼的優(yōu)點(diǎn)明顯，其實(shí)質(zhì)是將突發(fā)誤碼分散為隨機(jī)誤碼，不增添附加的監(jiān)督碼元而提高了抗突發(fā)誤碼的能力。美國(guó)的ATSC中的卷積交織器深度為52，歐洲的DVB中的卷積交織器深度為12。結(jié)合前面所采用的RS編碼器糾錯(cuò)能力的不同，ATCS中可糾正長(zhǎng)度為52×10=520個(gè)字節(jié)的突發(fā)錯(cuò)誤長(zhǎng)度;DVB中可糾正長(zhǎng)度為12x8=96個(gè)字節(jié)的突發(fā)錯(cuò)誤長(zhǎng)度。3.2.4格狀編碼(TCM)一般的說，信息傳輸可靠和信息傳輸快速兩者是有矛盾的，如何做到既可靠又快速或者是既快速又可靠是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐中的重要研究課題。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制解調(diào)和糾錯(cuò)編碼是兩個(gè)主要技術(shù)，它們也是提高通信系統(tǒng)傳輸速率，降低誤碼率的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。在過去這兩個(gè)問題是分別獨(dú)立考慮的，在發(fā)送端編碼和調(diào)制是分開設(shè)計(jì)的，同樣在接受端譯碼和解調(diào)也是分開完成的。在碼流中增加監(jiān)督元以達(dá)到檢錯(cuò)或糾錯(cuò)的目的，但這樣會(huì)使碼流的比特速率增加，從而使傳輸帶寬增加，也就是說用頻帶利用率的降低來?yè)Q取可靠性的改善。1982年Ungerboeck提出了利用編碼率n/n+1的格柵碼卷積碼及碼字與調(diào)制信號(hào)間映射關(guān)系將編碼和調(diào)制技術(shù)結(jié)合起來的方法。在接收端，將已調(diào)制信號(hào)解調(diào)后進(jìn)行反映射變換，還原成卷積碼的碼序列，再實(shí)施卷積碼譯碼。這樣做法，再不增加傳輸信道帶寬和相同信息速率的情況下可獲得3～6dB的功率增益。此種技術(shù)稱為格柵編碼調(diào)制技術(shù)。3.2.5數(shù)字差錯(cuò)控制編碼在數(shù)字電視有線差錯(cuò)控制通過增加信息碼冗余度來減少數(shù)字碼在傳輸過程中產(chǎn)生的誤碼，當(dāng)信息編碼提供3dB編碼增益時(shí)，發(fā)射端可將發(fā)射功率減小一半。所以研究信道編碼具有重要意義。卷積碼的編碼器信息位和監(jiān)督位一樣多。輸出碼流是輸入碼流的兩倍，冗余度為100%。使用卷積碼能使編碼增益提高3dB以上，但是它的解碼較復(fù)雜，特別是碼流高的時(shí)候，使用卷積碼一半用在信道比較差、誤碼率大于10的負(fù)1次方的場(chǎng)合。分組碼一半用在信道誤碼率效應(yīng)10的負(fù)3次的場(chǎng)合，在發(fā)射前將監(jiān)督位加在信息位的后面，構(gòu)成信息包。RS碼是分組碼常用的典型形式，其監(jiān)督位的冗余度在3%～10%左右。RS碼的信息源速率較高時(shí)較卷積碼簡(jiǎn)單；在信道比較差的場(chǎng)合，可以采用卷積碼與RS碼的級(jí)聯(lián)形式。通過優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，這樣可以獲得編碼增益8dB，但這樣組成的系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，成本昂貴，一般使用于衛(wèi)星電視發(fā)送和接收。對(duì)于有線電視的傳輸信道，由于使用有線方式，信道比較優(yōu)良，多徑衰減及噪聲較無線傳輸小得多，為降低用戶成本，一般只用RS碼就足夠了。為避免信道突發(fā)干擾，造成連碼錯(cuò)誤，可使用交織器加以克服。對(duì)于一個(gè)好的差錯(cuò)控制系統(tǒng)，信道編碼應(yīng)與信道調(diào)制方式綜合考慮。在信道傳輸允許的范圍內(nèi)，盡可能增加糾錯(cuò)碼的冗余度，提高編碼的增益，以保證數(shù)字信號(hào)可靠地傳輸。3.3調(diào)制技術(shù)3.3.1MVSB調(diào)制M進(jìn)制殘留邊帶（M-VSB）是在5MHz帶寬內(nèi)抑制載波殘留邊帶的M進(jìn)制（M=2，4，8，16…）調(diào)制方法，抑制的載波在頻道低端大約310KHz處。為了便于在接受端恢復(fù)載波，VSB系統(tǒng)在抑制載波的地方傳輸一個(gè)占信號(hào)總能量0.3dB的導(dǎo)頻。VSB調(diào)制器每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)取碼流log2M（bit/s），通過D/A轉(zhuǎn)化為M進(jìn)制的模擬信號(hào)，然后加上導(dǎo)頻信號(hào)，再被fIF載調(diào)制成VSB信號(hào)（此時(shí)信號(hào)寬帶為12MHz）。經(jīng)VSB濾波器后調(diào)制信號(hào)變?yōu)?MHz的殘留邊帶，再通過發(fā)射機(jī)將調(diào)制信號(hào)送入有線電視系統(tǒng)。VSB調(diào)制系統(tǒng)如圖3-1所示Log2M∑Log2M∑×電纜導(dǎo)頻fIF圖3-1多進(jìn)制VSB調(diào)制器方框圖以MSK調(diào)制方式采用多電平基帶信號(hào)對(duì)一個(gè)高頻載波進(jìn)行平衡調(diào)制時(shí)，得到多種幅度的高頻已調(diào)波。它在頻譜上是載波抑制的雙邊帶信號(hào)，單側(cè)邊帶的帶寬等于基本信號(hào)本身的帶寬，所以整個(gè)己調(diào)波帶寬是基帶信號(hào)帶寬的二倍。MAKS中的M=2k，當(dāng)k=l，2，3，4…時(shí)，M=2，4，8，16…實(shí)際上，其基帶信號(hào)攜帶的信息在任一個(gè)邊帶中已全部包含，所以，傳輸時(shí)可以抑制一個(gè)邊帶而只發(fā)送另一個(gè)邊帶。這樣，己調(diào)波的傳輸帶寬就等于基帶信號(hào)的帶寬B。由于基帶碼率為Rb/k時(shí)在理想低通情況下基帶信號(hào)的帶寬為B=Hz（式3-1）因而單邊帶的高頻調(diào)制效率為:η==2k=2log2M(bit/S/Hz)（式3-2）當(dāng)考慮到低通濾波具有滾降系數(shù)a(=0～1)時(shí)，實(shí)際的高頻帶寬應(yīng)為B(1+a)，所以實(shí)際的高頻調(diào)制效率η為η=2(bit/s/Hz)（式3-3）不過，如果只傳送抑制載波的一個(gè)單邊帶，接收端不能從中獲得參考載波而將無法解調(diào)。因此，在傳送信號(hào)中尚需再傳送一個(gè)低電平的、被抑制的基準(zhǔn)載波信息，它稱為導(dǎo)頻信號(hào)。這時(shí)，具體可將傳送的上邊帶向下側(cè)展寬一些，使包含進(jìn)載波分量，就像目前的模擬電視信號(hào)廣播中應(yīng)用的殘留邊帶調(diào)制(VSB)方式一樣。因此，此種MASK調(diào)制傳輸方式在數(shù)字電視的應(yīng)用中稱為MVSB調(diào)制。在美國(guó)的數(shù)字電視地面廣播中，采用的高頻調(diào)制方式是8VSB，而在有線數(shù)字電視傳輸中，采用16VBS調(diào)制。顯然，M越大時(shí)，高頻調(diào)制效率η越高。有線信道是質(zhì)量較好的傳輸媒體，外來干擾小，容許使用M值大的MVSB調(diào)制方式。3.3.2MQAM調(diào)制QAM(正交幅度調(diào)制)是一種節(jié)省頻帶的數(shù)字調(diào)制方法。在2400bit/s以上的中、高速調(diào)制中常被采用，廣泛用于數(shù)字電視的廣播傳輸。QAM有較高的頻帶利用率，同時(shí)有較高的信噪比。QAM是在6MHz帶寬內(nèi)正交調(diào)幅的M進(jìn)制（M=2，4，8，16…）調(diào)制方式，完整的表達(dá)式為M2QAM（M=2，4，8，16…），抑制的載波在離頻道低端大約3MHz處。根據(jù)乃奎斯特理論，一個(gè)6MHz帶寬采用雙邊帶最大可以傳6Mbit/s的信號(hào)流。考慮到采用升余弦滾降，只能傳5.4Mbit/s的信號(hào)流。QAM調(diào)制器首先將輸入的信號(hào)流串并重組，分成I和Q兩路，并分別進(jìn)入相應(yīng)的DA轉(zhuǎn)化為M進(jìn)制的模擬信號(hào)，用正交的載波coswct和sinwct進(jìn)行調(diào)制，相加后稱為QAM的調(diào)制波，經(jīng)功率放大后送入有線電視系統(tǒng)。MQAM信號(hào)的已調(diào)載波矢量可充分利用整個(gè)調(diào)制平面，在相同的平均載波功率下對(duì)于相同的M值可使MQAM的抗干擾能力強(qiáng)于MAKS和MPSK。16QAM的調(diào)制器框圖如圖3-2所示，輸入的串行數(shù)據(jù)流經(jīng)過串/并變換器分成兩路比特流b1b2和b3b4，它們分別由數(shù)/模變換器把4種數(shù)據(jù)組合(00，01，11，10)變換成四種模擬信號(hào)電平(+3，+1，-1，-3)，上、下支路的模擬輸出分別調(diào)制載波信號(hào)sinwct和coswct，然后通過加法器使兩個(gè)已調(diào)載波相加，得到合成的調(diào)相波信號(hào)16QMA輸出。數(shù)模變換b1數(shù)模變換sinwct串/并數(shù)據(jù)串/并輸入數(shù)模變換900數(shù)模變換900b3coswctb4圖3-216QAM調(diào)制器3.4數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)主要性能參數(shù)系統(tǒng)主要性能參數(shù)是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的量化依據(jù)，有線數(shù)字電視系統(tǒng)的性能主要用信噪比（S/N），載噪比（C/N），誤碼率（Pe），調(diào)制誤差率（MER），相位抖動(dòng)（PJ）和載波相位噪聲（PN）等幾個(gè)技術(shù)參數(shù)來衡量3.4.1脈沖編碼調(diào)制信號(hào)是“1”和“0”的不用排列組合。通常則是0和1的雜亂的排列組合，但是0和1的交替出現(xiàn)這種數(shù)字圖形包含的最高頻譜成份最高。在實(shí)際系統(tǒng)中每一組二進(jìn)制電碼代表一個(gè)數(shù)值，叫做一個(gè)“字”，“字”與“字”之間具有一定的空隙。每一組二進(jìn)制電碼內(nèi)部，各脈沖之間也可能具有一定的間隔（在歸零脈沖情況下），這些都會(huì)使頻帶加寬。在接收端，為了沒有差錯(cuò)地恢復(fù)脈沖編碼信號(hào)，只需要在每個(gè)時(shí)刻正確的區(qū)別是1還是0。若將脈沖編碼信號(hào)通過一個(gè)低通濾波器，該低通濾波器的帶寬恰好能夠讓途中所示的正弦波通過，該正弦波的頻率等于途中脈沖波形的重復(fù)頻率，即二進(jìn)制數(shù)字0和1的出現(xiàn)的頻率的一半。這時(shí)，接收端就可以根據(jù)濾波器鎖輸出的正弦波正確的區(qū)別1和0。因此，為了能夠在接收端無錯(cuò)誤的恢復(fù)原脈沖編碼調(diào)制波形，所需頻帶寬度至少應(yīng)等于二進(jìn)制數(shù)字出現(xiàn)的頻率的一半。二進(jìn)制數(shù)字出現(xiàn)的頻率即單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制數(shù)字的位置，因此也叫做傳輸比特率或傳輸碼率。根據(jù)脈沖編碼調(diào)制信號(hào)是“1”和“0”的不用排列組合。根據(jù)取樣定理，亮度信號(hào)和色差信號(hào)的取樣頻率分別應(yīng)為12MHz和3MHz若量化分層數(shù)目為356，則需用8bit二進(jìn)制電碼來傳送每個(gè)取樣的量化值，這樣傳輸比特率應(yīng)為（12+3）×8=120（Mbit/s）。因此，壓縮比特率（即壓縮頻帶）的問題是數(shù)字電視中一個(gè)重要課題。差分脈沖編碼調(diào)制就是圖像信號(hào)編碼中壓縮傳輸比特率的一種方法，它用信號(hào)的取樣值與信號(hào)的預(yù)測(cè)值（根據(jù)信號(hào)過去的數(shù)值進(jìn)行估計(jì)）的差值來進(jìn)行編碼并予以傳輸。實(shí)驗(yàn)表明，每一取樣值只需用4bit二進(jìn)制電碼來傳送，就可得到比較理想的圖像質(zhì)量。也就是說，它的傳輸比特率比脈沖編碼調(diào)制壓縮一半，因而頻帶寬度也壓縮了一半。目前，大多數(shù)采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)。3.4.2視頻信噪比模擬信號(hào)在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，出于任意兩個(gè)量化電平中間的部分，就會(huì)與其后數(shù)/模轉(zhuǎn)換出來的信號(hào)由微笑差別，這相當(dāng)于在原始信號(hào)上疊加了一個(gè)噪聲，這就是前述的量化噪聲。量化噪聲平均功率Np=q2/2，式中q為量化間隔。設(shè)單極性滿幅度信號(hào)峰峰值為Sp-p，量化噪聲的均方根為Nrms，則視頻信噪比公式為：Sp-p/Nrms=10.8+6n（dB）（式3-4）式中，n為量化的bit數(shù)量級(jí)。量化噪聲是白噪聲，符合噪聲疊加規(guī)律。量化噪聲的大小取決于模擬信號(hào)，比如平場(chǎng)信號(hào)和斜場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行同樣的數(shù)/模轉(zhuǎn)換和模/數(shù)轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的量化噪聲不一樣。3.4.3誤碼率當(dāng)發(fā)送端發(fā)“1”，接收端收到“0”時(shí)或當(dāng)發(fā)射端發(fā)“0”。接收端卻收到“1”時(shí)，這種收發(fā)碼不一致的情況叫誤碼。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)數(shù)碼流中出現(xiàn)誤碼的概率叫誤碼率（Pe）。誤碼率=出現(xiàn)誤碼的碼元數(shù)/數(shù)碼流的總碼元數(shù)。誤碼產(chǎn)生的原因很多，包括噪聲和脈沖抖動(dòng)的影響，工業(yè)干擾和雷電干擾等等。誤碼率越小，要求視頻信噪比越高。比如，為了使某數(shù)字系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到10的負(fù)9次，要求信噪比為21.6dB左右。3.4.4抖動(dòng)是數(shù)字信號(hào)傳輸過程中的一種瞬時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象。它表示數(shù)字信號(hào)的各瞬間對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。抖動(dòng)包括兩個(gè)方面：一是輸入信號(hào)脈沖在某一平均位置左右變化，二是提取的時(shí)鐘信號(hào)在中心位置上的左右變化。這種抖動(dòng)現(xiàn)象相當(dāng)于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行了相位調(diào)制。如果我們用示波器觀察這種信號(hào)，則在穩(wěn)定的脈沖圖樣的前沿和后沿上出現(xiàn)某低頻干擾調(diào)制，其頻率一般為0～2kHz。抖動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，由于脈沖移位使接收機(jī)把所有脈沖誤認(rèn)為無脈沖（或相反）。系統(tǒng)的傳輸速率越高，抖動(dòng)的影響也越大。產(chǎn)生抖動(dòng)的原因很多，中繼器中產(chǎn)生的抖動(dòng)，除了與定時(shí)提取電路的性能有關(guān)外，還與輸入信號(hào)的狀態(tài)有關(guān)：當(dāng)輸入碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”碼時(shí)，定時(shí)提取困難，也會(huì)產(chǎn)生定時(shí)抖動(dòng)；在多級(jí)中繼器的系統(tǒng)中，每個(gè)中繼器產(chǎn)生的抖動(dòng)還會(huì)出現(xiàn)積累。使性能更加惡化?？刂苹蛞种贫秳?dòng)的方法有兩種：一是對(duì)是真信號(hào)進(jìn)行擾碼/解碼或采用線路碼型，對(duì)數(shù)據(jù)源的脈沖序列重新排列，破壞長(zhǎng)連“0”碼和連“1”碼，防止抖動(dòng)的產(chǎn)生和減小系統(tǒng)抖動(dòng)的累積；另一種方法是采用“緩沖儲(chǔ)存器”和“在定時(shí)”技術(shù)。由于抖動(dòng)譜線分布在時(shí)鐘頻譜左右的某個(gè)區(qū)域內(nèi)，因此利用跟蹤濾波器或模擬鎖相環(huán)路，可以抑制傳輸信號(hào)的抖動(dòng)。抖動(dòng)的單位是UI它表示單位時(shí)隙，當(dāng)信號(hào)脈沖為NRZ碼時(shí)，1UI就是1bit傳輸信息所占用的時(shí)間，它在數(shù)值上等于傳輸速率的倒數(shù)。由于抖動(dòng)難以完全消除，因此在實(shí)際工程中，往往提出一些系統(tǒng)容許的最大抖動(dòng)指標(biāo)，作為對(duì)抖動(dòng)的限制條件。抖動(dòng)的性能參數(shù)主要為以下三種（1）輸入抖動(dòng)容限：系統(tǒng)容許輸入信號(hào)的最大抖動(dòng)范圍。（2）輸出抖動(dòng)：系統(tǒng)輸出口的信號(hào)抖動(dòng)特性。（3）抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性：在不同的調(diào)試頻率下，系統(tǒng)輸入信號(hào)的抖動(dòng)值和輸出信號(hào)的抖動(dòng)值之比（增益）的分布特性。3.4.5生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，只有既具備良好的技術(shù)性能，又經(jīng)久耐用、充分可靠的產(chǎn)品才能算真正質(zhì)量好的產(chǎn)品。這通常要用產(chǎn)品可靠性與可用性來加以衡量。對(duì)于數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)而言，產(chǎn)品可靠性與可用性包括傳輸系統(tǒng)的兩個(gè)終端接口間傳輸通道上所有的產(chǎn)品的可靠性與可用性。所采用的分析方法一般是故障的統(tǒng)計(jì)分析法，通過對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)故障次數(shù)、記錄每?jī)纱喂收系拈g隔時(shí)間、每次故障的維修時(shí)間等，以求出該系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間和平均維修時(shí)間。4.DVB系統(tǒng)的SystemView仿真4.1SystemView仿真系統(tǒng)簡(jiǎn)介SystemView是一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，能滿足復(fù)雜通信系統(tǒng)不同層次的設(shè)計(jì)與仿真的要求。SystemView以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用SystemView你只需要關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不必花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。SystemView帶有DVB專業(yè)庫(kù)，包括一整套在進(jìn)行DVB系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真時(shí)可能用到的輔助工具。利用它，可以很方便的完成對(duì)基于歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)ETS30O744下的各種DVB系統(tǒng)的仿真。它提供了一整套完整的模塊，可以分別對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)層次上信號(hào)的產(chǎn)生及解調(diào)進(jìn)行仿真。另外也提供了可以代表整個(gè)調(diào)制器或解調(diào)器的單個(gè)模塊。通過對(duì)調(diào)制方式、調(diào)制模式參數(shù)、幀結(jié)構(gòu)類型等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行靈活合理的設(shè)置，就可以對(duì)各種模式的DVB系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。有線數(shù)字電視系統(tǒng)主要由同步取反和隨機(jī)化、RS編譯碼、卷積交織編譯碼、差分編譯碼、QAM調(diào)制解調(diào)等組成，本文利用SystemView對(duì)組成部分的QAM、RS編譯碼、交織編譯碼進(jìn)行仿真。4.2QAM調(diào)制解調(diào)模塊的仿真QMA調(diào)制解調(diào)器是DVB-C系統(tǒng)的重要組成部分之一，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。低通低通∑二進(jìn)制二進(jìn)制∑sinwct輸入Q輸出低通低通圖QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)組成圖中n表示轉(zhuǎn)換的電平數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)不同的MQAM調(diào)制方式，對(duì)于16QMA，32QAM，64QAM，128QAM和256QAM，n的取值分別為n=4，6，8，12，16。4.2.l、QAM仿真模塊的組成QAM的產(chǎn)生有兩種方法:(1)正交調(diào)幅法:它是用兩路正交的電平振幅鍵控信號(hào)疊加而成。(2)復(fù)合相移法:它是用兩路獨(dú)立的移相鍵控信號(hào)疊加而成。本文采用正交調(diào)幅法，并且省略了串/并和并/串變換部分，而用兩路獨(dú)立的電平基帶信號(hào)代替。QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)首先將輸入信號(hào)流分為I、Q兩路，需要經(jīng)過串并重組，數(shù)模轉(zhuǎn)換，再分別coswct，sinwct進(jìn)行調(diào)制相加后成為調(diào)制以后的波形，經(jīng)功率放大后送入有線電視系統(tǒng)。在接收端，解調(diào)器將接收的調(diào)制信號(hào)經(jīng)調(diào)諧、帶通濾波器后進(jìn)入解調(diào)電路。QAM基準(zhǔn)載波是經(jīng)過非線性處理后去掉調(diào)制部分，并用窄帶濾波器濾除噪音和幅度的變化才恢復(fù)載波的，用相干解調(diào)法解調(diào)QAM調(diào)制波，得到信號(hào)I、Q。仿真模塊如圖4-2所示。圖4-2QAM調(diào)制解調(diào)仿真模塊的組成4.2.2參數(shù)設(shè)置QAM調(diào)制解調(diào)仿真模塊參數(shù)設(shè)置如下表4-3所示：表4.1QAM調(diào)制解調(diào)仿真模塊參數(shù)設(shè)置圖標(biāo)符號(hào)圖標(biāo)名稱參數(shù)設(shè)置Token0、1信號(hào)發(fā)生器-PN碼序列）Amplitude=1Rate=50HzNo.Levels=4、6、8Token6、12信號(hào)發(fā)生器一正弦載波Amplitude=1Frequency=1000HzPhase=0Token9高斯噪聲發(fā)生器Std=0.1VToken13、14低通濾波器FC=225Hz運(yùn)行時(shí)間的設(shè)置：便于觀察波形，NP碼序列信號(hào)頻率取50Hz。因?yàn)檩d波頻率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)的頻率，所以這里載波頻率選擇了1000Hz。模擬低通濾波器截止頻率的選擇是在上面的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，225Hz是個(gè)最低值，應(yīng)該是在225Hz到385Hz之間都可以，過低則低頻含量太大，過高則高頻含量太大，波形都不符合要求。采樣頻率的選擇是考慮到仿真波形的效果，應(yīng)該大于最大信號(hào)頻率的5～7倍，達(dá)到10倍時(shí)仿真波形能達(dá)到逼真的效果。下面的仿真中也是以此為依據(jù)進(jìn)行選擇的。仿真時(shí)，PN碼序列信號(hào)發(fā)生器Token0、l的參數(shù)No.Levels分別選擇4、6、8，實(shí)現(xiàn)16QAM、32QAM和64QAM三種調(diào)制解調(diào)器。4.2.3仿真結(jié)果及分析當(dāng)Token0得參數(shù)No.Levels分別為4，6，8時(shí)，在Token26處觀察到得波形分別如圖4-3，4-4，4-5所示：圖4-316QAM基帶信號(hào)圖4-432QAM基帶信號(hào)圖4-564QAM基帶信號(hào)在Token28處觀察到的QAM調(diào)制波形如圖4-6所示（Token0、l的參數(shù)No.Levels選擇6、8時(shí)圖形類似）：圖4-6QAM調(diào)制波形當(dāng)Token0得參數(shù)No.Levels分別為4，6，8時(shí)，在Token29處觀察到的解調(diào)波形分別如圖4-7，4-8，4-9所示：圖4-716QAM解調(diào)波形圖4-832QAM解調(diào)波形圖4-964QAM解調(diào)波形從信號(hào)波形和解調(diào)波形的對(duì)比可以看出QMA模塊滿足了設(shè)計(jì)要求，解調(diào)后基本去除了噪聲干擾恢復(fù)了原來的信號(hào)。在設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置，否則會(huì)使模塊工作不正常，出現(xiàn)錯(cuò)誤。4.3RS編譯碼模塊的仿真4.3.1仿真原理圖RS編譯碼在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中屬于信道編碼的外編碼，是由原系統(tǒng)的RS碼衍生的截短RS碼。在歐洲的DVB和美國(guó)的ATCS兩種不同的傳輸方式中使用的RS碼也有所不同，但基本原理是一樣的，在做仿真時(shí)只要設(shè)置好不同的參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)兩種不同的RS碼。在使用RS碼時(shí)，因?yàn)镽S碼為非二進(jìn)制碼，因此在進(jìn)入編碼之前，應(yīng)對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行比特符號(hào)轉(zhuǎn)換，信道中的噪聲用高斯噪聲信號(hào)源來仿真，用一個(gè)放大器作為信噪比控制器。最后通過比特誤碼率來衡量整個(gè)電路的優(yōu)劣。DVB的RS編譯碼器的仿真模塊如圖4-10所示圖4-10RS編譯碼器的仿真模塊組成4.3.2參數(shù)設(shè)置圖4-10中各個(gè)子模塊的含義及參數(shù)設(shè)置如下表4.2所示：表4.2各個(gè)子模塊參數(shù)設(shè)置圖標(biāo)符號(hào)圖標(biāo)名稱參數(shù)設(shè)置Token0信號(hào)發(fā)生器－PN碼序列Amplitude=0.5,Rate=4Hz,No.Levels=2Token1、5比特符號(hào)轉(zhuǎn)換和符號(hào)比特轉(zhuǎn)Bits/Symbol=4,Threshold=0.5Token2、4糾錯(cuò)碼編譯碼器RS,CodeLengthn=15,InfoSymbolsk=11,Correct,No.Symbols=256,PaddedZeros=51Token3、12采樣器Rate3=4Hz,Rate12=1.36363636363636HzToken6、13采樣延遲Delay6=219,Delay13=43,為被動(dòng)屬性，F(xiàn)illLastRegisterToken9高斯噪聲發(fā)生器Density=0.25Token10增益Gain=-15dB,GainUnits=dBPowerToken11加法器無Token15重新采樣器Rate=4HzToken7比特誤碼率NoTrails=1bits,Threshold=0.5v,Offset=219bitsToken8終值無Token14停止Threshold=50,Active=GoToNextLoop運(yùn)行時(shí)間設(shè)置：采樣點(diǎn)數(shù)：262144，采樣頻率：28.85Hz，循環(huán)次數(shù)為5次在設(shè)置時(shí)不能馬上選擇參數(shù)的是采樣器、重新采樣器和延遲器，采樣器和重新采樣器需要在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)相應(yīng)的碼率來設(shè)定。4.3.3仿真結(jié)果及分析在SystemView系統(tǒng)窗內(nèi)進(jìn)行仿真，觀察信號(hào)接收器的波形。其中誤碼率曲線如圖4-11所示，橫坐標(biāo)是信噪比，縱坐標(biāo)是誤碼率。圖4-11BER-SNR曲線每次循環(huán)時(shí)的誤比特率計(jì)算結(jié)果如圖4-12所示.圖4-12每次循環(huán)的誤比特率數(shù)據(jù)通過觀察可知RS編解碼工作正常，誤碼率隨著信噪比的增加逐漸下降，當(dāng)信噪比增加到12dB時(shí)誤碼率降到了10-3,誤碼率曲線符合標(biāo)準(zhǔn)，仿真成功。需要注意的是該誤碼率曲線是仿真運(yùn)行的結(jié)果與理論計(jì)算的結(jié)果有一定的差別。每次循環(huán)運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)，即計(jì)算誤碼率時(shí)所取得的碼元個(gè)數(shù)越多，仿真結(jié)果與理論結(jié)果就越接近，但由于受機(jī)器性能限制，仿真時(shí)循環(huán)次數(shù)不能太多，因而沒有做更多碼元的仿真。4.4交織編譯碼模塊的仿真4.4.1仿真原理圖在本模塊中為了方便觀察波形，編譯碼方式選擇了戈雷碼，交織選擇了23×23，為檢測(cè)其抗突發(fā)性干擾的能力，干擾源采用的不是高斯白噪聲，而是脈沖突發(fā)干擾。在進(jìn)行以前，先將數(shù)據(jù)用交織編碼戈雷碼編碼器進(jìn)行了糾錯(cuò)編碼，在傳輸信道上用一個(gè)頻率為1Hz、脈寬為100ms、幅度為2v的方波信號(hào)模擬突發(fā)錯(cuò)誤。仿真模塊組成見圖4-13。圖4-13交織編譯碼仿真模塊組成4.4.2參數(shù)設(shè)置圖4-13中各個(gè)子模塊的含義及參數(shù)設(shè)置如下表4.3所示:表4.3各個(gè)子模塊的參數(shù)設(shè)置圖標(biāo)符號(hào)圖標(biāo)名稱參數(shù)設(shè)置Token0信號(hào)發(fā)生器-PN碼序列Amplitude=l，Rate=10Hz，No.Levels=2。Tokenl、4糾錯(cuò)碼編譯碼器Golay，n=23，k=12，t=3Threshold=0.5V，補(bǔ)零為0Token2、3交織編碼Rows=23，Columns=23，前為交織，后為去交織Token6、12重新采樣器Rate6=100Hz，Ratel2=191.6666667HzToke9延遲Non-Interpolating，Delay=5.76sTokenl0加法器無Tokenl1信號(hào)發(fā)生器-脈沖串Amp=2，Rate=1000Hz，F(xiàn)req=1，PulseW=0.1s運(yùn)行時(shí)間的設(shè)置：運(yùn)行時(shí)間:16.383秒;采樣頻率:1000Hz。交織模塊的參數(shù)選擇建立在便于觀察波形的基礎(chǔ)上，其中重要的是模擬突發(fā)干擾的脈沖串的頻率和采樣頻率要成倍數(shù)關(guān)系，所以模塊TkoneH的頻率取1000Hz。這樣產(chǎn)生的波形能清楚的反映出交織的過程。其他參數(shù)按照DVB-C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。4.4.3仿真結(jié)果及分析觀察信號(hào)接收器的波形圖如下4-14所示：圖4-14觀察信號(hào)接收器的波形使用交織編碼時(shí)應(yīng)該存在2倍的編碼、解碼延時(shí)即2×23×23個(gè)采樣周期。因此要觀察到一個(gè)以上完整的解交織周期的數(shù)據(jù)信號(hào)，系統(tǒng)的采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)該稍微設(shè)置長(zhǎng)一些。4.5DVB-C系統(tǒng)仿真4.5.1DVB-C系統(tǒng)定義了有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中傳送數(shù)字電視的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制方式。DVB-C的歐洲標(biāo)準(zhǔn)是由ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì))于1994年12月制定的，標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為ETS300429。我國(guó)制定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為《有線數(shù)字電視廣播信道編碼和調(diào)制規(guī)范》，編號(hào)為GY/T170-2001。DVB-C信道編碼層盡量與DVB-S的編碼相協(xié)調(diào)，這樣便于使衛(wèi)星傳送的多節(jié)目數(shù)字電視進(jìn)入DVB-C饋送網(wǎng)絡(luò)向用戶分配。與衛(wèi)星數(shù)字電廣播系統(tǒng)的特征不同，有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的特性差別在于：一是傳輸信道的帶寬窄，與地面電視廣播同樣為8MHz，而不是衛(wèi)星信道的24MHz以上；二是信號(hào)電平高，接收端最小輸入信號(hào)100mVpp以上；三是傳輸信道質(zhì)量好，光纜和電纜內(nèi)的信號(hào)不易受到外來干擾。因此，DVB-C系統(tǒng)對(duì)FEC處理的要求可降低，其高頻調(diào)制效率(b/s/Hz)可提高。DVB-C系統(tǒng)前端的原理框圖如圖4-15所示。圖4-15DVB-C系統(tǒng)前端的原理框圖1．DVB-C信道編碼與DVB-S的共通部分由圖4-15可知，發(fā)送端框圖中的前4個(gè)方框與DVB-S一樣的，這是為了保持他們的兼容性。基帶物理接口的作用是使MPEG-2基帶信號(hào)形成188字節(jié)的一個(gè)個(gè)幀結(jié)構(gòu)，每幀的頭部包含一個(gè)同步字節(jié)(SYNC)，每8個(gè)幀組成一個(gè)大幀，大幀中第一個(gè)幀的同步字節(jié)為反碼(47HEX=B82．字節(jié)到符號(hào)的映射DVB-C中，符號(hào)交織(交織深度I=12字節(jié))之后沒有級(jí)聯(lián)的卷積編碼，也即只有外編碼而無內(nèi)編碼，原因在于有線信道質(zhì)量好，不必將FEC做得復(fù)雜化。另外，為提高調(diào)制效率，采用的MQAM容許在16，32，64，128和256QAM中選擇，通常為64QAM。高質(zhì)量的光纜、電纜下可以采用128QAM甚至256QAM。為實(shí)現(xiàn)QAM調(diào)制，需將交織器的串行字節(jié)輸出變換成適當(dāng)?shù)膍位符號(hào)，這就是符號(hào)變換(或稱符號(hào)映射)的作用。3．差分編碼為了獲得π/2旋轉(zhuǎn)不變的QAM星座圖，在QAM調(diào)制之前須進(jìn)行差分編碼，差分編碼對(duì)每個(gè)m符號(hào)的最高兩位進(jìn)行。m位符號(hào)的最高位Ak與次高位Bk經(jīng)過差分編碼器生成IkII4．基帶成形和QAM調(diào)制器DVB-C系統(tǒng)中的基帶成形濾波器采用平方根升余弦濾波器，其滾降系數(shù)為0.15。DVB-C的調(diào)制方式就是MQAM，其調(diào)制原理在前面已經(jīng)介紹，可以采用16，32，64，128和256QAM，典型值是64QAM。4.5.2DVB-C系統(tǒng)仿真數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)中，由于信道是同軸電纜或光纖，信道特性要比衛(wèi)星傳輸和地面?zhèn)鬏斝诺篮茫渌ヂ浜透蓴_主要包括路徑損耗、平坦衰落、頻率選擇性衰落和脈沖干擾。通過適當(dāng)?shù)脑黾釉鲆婧桶l(fā)射功率就可以減少衰落；選擇恰當(dāng)?shù)男诺谰幋a可以解決脈沖干擾的問題。因此，有線傳輸系統(tǒng)沒有衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)和地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)那樣復(fù)雜。其系統(tǒng)仿真模塊如圖4-16所示：圖4-16DVB-C系統(tǒng)仿真模塊圖中子模塊0以PN序列發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)信號(hào)為信號(hào)源，模擬TS碼流。其速率為38.1Mbit/s（這是64QAM調(diào)制方式下選擇的參數(shù)）。采樣器速率和信號(hào)源速率相同，使每位一個(gè)采樣點(diǎn)，以便后面的編碼處理。采樣后的比特流經(jīng)過子模塊4完成比特到符號(hào)的轉(zhuǎn)換，將每8位轉(zhuǎn)換成一個(gè)符號(hào)。子模塊5是RS編碼器，完成RS(204,188,8)的編碼功能。隨后子模塊8完成交織功能，交織的深度為I=12。子模塊6實(shí)現(xiàn)符號(hào)到比特的轉(zhuǎn)換，子模塊22實(shí)現(xiàn)差分編碼，子模塊43和44生成I、Q信號(hào)，為QAM調(diào)制做好了準(zhǔn)備。子模塊45是前面設(shè)計(jì)的QAM調(diào)制解調(diào)器，在仿真時(shí)，分別對(duì)三種不同的調(diào)制方式(16QAM,32QAM,64QAM)進(jìn)行了仿真和比較，其中包含基帶整形電路，參數(shù)為0.15。其后面的子模塊依次是解碼后的I、Q合并、差分解碼、解交織和RS解碼，最后恢復(fù)信息比特流。子模塊15、17、18完成誤碼率測(cè)試，在此前面從采樣器傳來的信號(hào)源信號(hào)要經(jīng)過延遲（子模塊19）才能和輸出信號(hào)進(jìn)行比較。DVB-C傳輸系統(tǒng)采用前向糾錯(cuò)編碼(FEC)和QAM調(diào)制技術(shù)，以保證傳輸系統(tǒng)的可靠性。仿真64QAM調(diào)制解調(diào)器時(shí)設(shè)置的參數(shù)見表4-4。表4.4各個(gè)子模塊的參數(shù)設(shè)置圖標(biāo)序號(hào)圖標(biāo)名稱參數(shù)設(shè)置0偽隨機(jī)PN序列發(fā)生器Amp=0.5V,Offset=0.5V,Rate=38.1MHz,Levels=2,Phase=01算子庫(kù)，采樣器Rate=38.1MHz4，1143比特到符號(hào)轉(zhuǎn)換器MSBisfristbit,Bits/Symbol=8,Threshold=0.53通信庫(kù)，RS碼編碼器RSCodeLengthn=255,InfoSymbolsk=188,Correct=8,No.Symbols=256,PaddedZeros=51,Offset=0s6，14，60符號(hào)到比特轉(zhuǎn)換器MSBisfristbit,Bits/Symbol=844DVB庫(kù)，符號(hào)映射器ModulationType=3,AlphaHierarchyMode=159符號(hào)逆映射器ModulationType=3,AlphaHierarchyMode=18通信庫(kù)，交織器Mode=Interleave,Registers=12sampls,Length=17samples10通信庫(kù)，解交織器Mode=De-Interleave,Registers=12sampls,Length=17samples13通信庫(kù)，RS碼解碼器RSCodeLengthn=255,InfoSymbolsk=188,Correct=8,No.Symbols=256,PaddedZeros=51,Offset=4611bits15通信庫(kù)，誤碼率計(jì)算No.Trials=1bits,Threshold=0.5V,Offset=25400bits16算子庫(kù)，重采樣器Rate=4.7625MHz18控制終止觀察窗Action=GoToNextLoop,Memory=Retainlastsample,T=10系統(tǒng)時(shí)鐘開始時(shí)間0s，采樣頻率190.5MHz，采樣點(diǎn)數(shù)184401個(gè)在SystemView系統(tǒng)窗內(nèi)對(duì)圖4-16所示的DVB-C系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中調(diào)制解調(diào)器采用64QAM。在信號(hào)接收器觀察到的波形如圖4-17所示。對(duì)波形分析可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過按照ETS300744標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的編碼、交織以及相對(duì)應(yīng)的解碼、解交織后，完全恢復(fù)了原來的信息。在圖4-17中，橫坐標(biāo)是信噪比，縱坐標(biāo)是誤碼率。對(duì)誤碼率曲線進(jìn)行分析可以看到，傳輸系統(tǒng)的誤碼率在信噪比為14dB時(shí)低于10圖4-17誤碼率曲線4.5.3仿真分析在系統(tǒng)仿真中，不同的調(diào)制解調(diào)器有不同的參數(shù)設(shè)置，表4-5中的有用比特率是做仿真時(shí)輸入信號(hào)碼率的關(guān)鍵參數(shù)。其他子模塊的碼率都是根據(jù)它來得到和設(shè)定的。表4.5三種調(diào)制方式對(duì)應(yīng)參數(shù)調(diào)制方式有用比特率RnMPEG-2TV總比特率Rn‘包括(Mbit/s)電纜符號(hào)率(Mband)占用帶寬(MHz)64QAM32QAM16QAM38.131.925.241.3434.6127.346.686.926.847.927.967.86在占用8MHz帶寬的情況下，我們對(duì)三種調(diào)制方式所做的仿真模塊都能滿足設(shè)計(jì)要求，更高的調(diào)制方式(128QAM，256QAM)也是系統(tǒng)允許的，但它們的使用取決于有線網(wǎng)絡(luò)的容量是否能應(yīng)付降低了的解碼余量。仿真時(shí)以表4-5為依據(jù)選擇仿真參數(shù)，對(duì)三種調(diào)制方式分別做了仿真，并進(jìn)行了比較。理論分析和仿真結(jié)果表明：(1)QAM調(diào)制進(jìn)制數(shù)越大，傳輸?shù)男畔⒘吭蕉啵到y(tǒng)的抗干擾能力就越低，因此，在同樣的信道中，16QAM和32QAM的誤碼率要比64QAM低的多。(2)從傳輸碼率來看，在占用帶寬相同的情況下，32QAM和64QAM相差不大。(3)就頻譜利用率而言，QAM調(diào)制的進(jìn)制數(shù)越大，其頻譜利用率就越高。32QAM和64QAM的頻譜利用率分別為4.3bit/s/Hz和5.3bit/s/Hz（因?yàn)槔硐肭闆r下，最高頻譜利用率＝log2η=log2m(4)在價(jià)格方面，調(diào)制進(jìn)制數(shù)越大，設(shè)備就越復(fù)雜，成本就越高。綜上所述，對(duì)于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的8M帶寬的CATV網(wǎng)絡(luò)來說，采用32QAM調(diào)制時(shí)能容納32Mbit/s的有效載荷容量，誤碼率在10-7總結(jié)本文對(duì)目前有線數(shù)字電視的相關(guān)概念，發(fā)展背景以及未來的趨勢(shì)作了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)DVB-C數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了闡述，針對(duì)我國(guó)有線電視網(wǎng)絡(luò)廣闊，發(fā)展有線數(shù)字電視是今后工作重點(diǎn)的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)的組成和關(guān)鍵技術(shù)做了探討。在此基礎(chǔ)上，利用仿真軟件SystemView，對(duì)QAM調(diào)制解調(diào)器、RS編譯碼器、交織與解交織器進(jìn)行了仿真，并對(duì)DVB-C系統(tǒng)在分別使用16QAM、32QAM和64QMA的情況下的性能做了對(duì)比分析。本文對(duì)DVB-C傳輸系統(tǒng)的子模塊和系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和分析，沒有仿真其它的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，而且很多方面的研究也不夠深入，有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。謝辭首先感謝我的指導(dǎo)老師李寶平老師，在他的悉心教導(dǎo)下才使我完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我受益匪淺。四年來在萬方科技學(xué)院這個(gè)大家庭中生活學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)上得到了很多老師和同學(xué)無微不至的幫助，使我在學(xué)業(yè)上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在這里也一起向各位老師和同學(xué)表示最衷心的感謝！參考文獻(xiàn)[1]鄭志航.全數(shù)字高清晰度電視和DVB[M].北京:北京中國(guó)廣播電視出版社，1999.[2]盧官明，宗昉.數(shù)字電視原理[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.1[3]姜秀華.數(shù)字電視原理與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，2003.9.[4]余兆明，余智.數(shù)字電視傳輸與組網(wǎng)[M].北京:人民郵電出版社，2003.9.[5]盧官明等.數(shù)字電視原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1.[6]查日勇，李棟，余兆明.數(shù)字電視傳輸中的關(guān)鍵技術(shù).第二講能量擴(kuò)散技術(shù)[J].中國(guó)多媒體視訊，2003.4.[7]余兆明，余智.數(shù)字電視傳輸中的關(guān)鍵技術(shù).第九講R-S編碼[J].中國(guó)多媒體視訊，2003.12.[8]王偉明，余兆明.數(shù)字電視傳輸中的關(guān)鍵技術(shù).第三講數(shù)據(jù)交織[J].中國(guó)多媒體視訊，2003.5.[9]余兆明，余智.數(shù)字電視傳輸中的關(guān)鍵技術(shù).第八講格狀編碼[J].中國(guó)多媒體視訊，2003.11.[10]查日勇，余兆明.數(shù)字電視傳輸中的關(guān)鍵技術(shù).第五講數(shù)字調(diào)制[J].中國(guó)多媒體視訊，2003.7.[11]張兆陽(yáng)，高磊，李光球，姚慶棟.格狀編碼SVBS在HDTV數(shù)字電視傳輸中的應(yīng)用[J]電視技術(shù)，1995(15):2-4.[12]余智.數(shù)字電視的數(shù)字調(diào)制技術(shù)[J].有線電視技術(shù)-2002.4:26-30[13]Ree.ITU-RBT.500-9Methodologyforthesubjeetiveassessmentofthequal1tyoftelevisionpietures[S].[14]ISO/IEC13818-1(1996):“CodingofmovingpieturesandassoeiatedAudioPart1:Audio”[S].[15]ISO/IEC13818-2(1996):“CodingofmovingpieturesandassoeiatedAudioPart2:Audio”[S].[16]ISO/IEC13818-3(1997):“CodingofmovingpieturesandassoeiatedAudioPart3:Audio”[S].[17]Rec.ITU-RBT.601-5Studioeneodingparamentersofdigitaltelevisionforstandard4:3andwide-sereen16:9aspeetratios[S].[18]劉修文.數(shù)字電視有線傳輸技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2002.9.[19]楊為理，程岱松，武建華.數(shù)字通信系統(tǒng)的Systemview仿真與分析[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001.6.[20]歐陽(yáng)長(zhǎng)月.數(shù)字通信-傳輸原理及應(yīng)用[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社，1990.[21]樊昌信，張甫栩，徐炳祥，吳成柯.通信原理[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2004.[22]羅新民，張傳生，薛少麗.現(xiàn)代通信原理[M].北京:高等教育出版社，2003.[23]DigitalVideoBroadeasting(DVB):Framingstrueture，ehannelcodingandmodulationforeablesystemsEN300429V1.2.1(1998)[24]GY/T170-2001.有線數(shù)字電視廣播信道編碼和調(diào)制規(guī)范[S].[25]余兆明，余智，數(shù)字電視原理[M].北京:人民郵電出版社，2004.4目錄第一章總論 3一、項(xiàng)目摘要 3二、可行性研究報(bào)告編制依據(jù) 3三、綜合評(píng)價(jià)和論證結(jié)論 3四、問題與建議 3第二章項(xiàng)目背景 3一、項(xiàng)目提出的背景 3二、項(xiàng)目建設(shè)的必要性 3第三章建設(shè)條件 3一、項(xiàng)目概況 PA