第7章 数字电视原理_余兆民

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1、第7章 数字电视调制和解调 7.1 数字电视调制的种类 7.2 BPSK调制 7.3 QPSK数字调制技术 7.4 MQAM调制7.5 /2旋转不变QAM星座的获得 7.6 Offset-QAM 数字调制技术 7.7 M-VSB(残留边带)数字调制技术 7.8 OFDM数字调制技术 7.9 QPSK、 MQAM、 M-VSB 、 OFDM小结 7.10 字节到符号的映射 7.11 反向信道(上行信道)数字调制技术 习题 第第7章章 数字电视调制和解调数字电视调制和解调 第7章 数字电视调制和解调 7.1 数字电视调制的种类数字电视调制的种类7.1.1 为什么要进行数字调制为什么要进行数字调制随

2、着人们对电视图像质量的要求越来越高，数字电视(DTV)和高清晰度电视(HDTV)应运而生，HDTV不压缩时的图像信息速率接近1 Gb/s。要将如此大量的信息传送至用户家中，图像压缩编码系统与传输系统是两大关键技术环节。图像压缩编码已提出了MPEG系列标准。在数字电视传输时，为提高频谱利用率，必须进行数字调制。世界上三大数字电视传输标准(ATSC、DVB、ISDB)中，信道编码方案大体相似，但在调制方式上仍有不同选择。而且，不同的传输方式(卫星、地面广播、有线)采用不同的调制方式。第7章 数字电视调制和解调 例例7.1.1 设HDTV未经压缩时的数码率为663.5 Mb/s，经数据压缩后为31.

3、8 Mb/s (压缩比为20.8 1)，又设采用8-VSB数字调制，此时的频谱利用系数为5.3 b/(sHz)，则调制后信号的带宽为。这说明在6 MHz模拟带宽范围内可传一路数字HDTV信号。例例7.1.2 设有MPEG-2主级图像质量(MPML)的信号，其速率为8.448 Mb/s(相当于目前演播室的PAL图像质量)，采用64QAM数字调制，频谱利用系数理论值为6 b/(sHz), 则经调制后信号的带宽为 。在500 MHz带宽的传输线路中可传输的节目数为。31.8Mb/s=6MHz5.3b/ (s Hz )8.448 Mb/s1.4 MHz6 b/ (s Hz )500 MHz3571.4

4、 MHz 第7章 数字电视调制和解调 7.1.2 数字电视调制的分类数字电视调制的分类数字电视调制可分为两大类： 数字电视正向(下行)传输采用的调制和数字电视反向(上行)传输采用的调制。不同的传输方式采用的调制方式不同。正向传输指的是从前端向用户端传输; 反向传输指的是从用户端向前端传输。在双向传输网络中才有反向传输。1. 数字电视正向传输采用的调制数字电视正向传输采用的调制(1) 数字电视卫星传输时，由于传输的距离较远，要求采用抗干扰能力较强的调制方法。一般采用四相相移键控调制(Quadrature Phase-Shift Keying，QPSK)。这种调制方法抗干扰能力较强，但频谱利用系数

5、较低(理论值为2b/(sHz)。第7章 数字电视调制和解调 (2) 数字电视有线传输时，由于采用光纤或同轴电缆作为传输媒介，传输条件较好，干扰较弱，一般采用多电平正交幅度调制(Multilevel Quadrature Amplitude Modulation，MQAM)方式。这种调制方法的频谱利用系数较高，抗干扰能力次于QPSK。第7章 数字电视调制和解调 (3) 数字电视地面广播时，由于要考虑室内接收和移动接收情况，此时，室内电磁波受到严重的屏蔽衰减、墙壁之间的反射，以及天电干扰、电火花干扰; 移动接收时受多普勒效应影响和信号的多径反射等，要求采用抗干扰能力极强的调制方式。欧洲采用编码正交

6、频分多路调制(Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM)方式，这种方式的抗干扰能力极强，它可满足移动接收的条件。美国采用多电平残留边带调制(Multilevel Vestigial Side Band，M-VSB)方式，这种调制方式的频谱利用率较高，虽然它能满足美国地理条件和房屋结构情况下的室内接收，但不能满足移动接收。我国有的实验方案中提出采用偏置正交幅度调制 (Offset-QAM)方式，通过实验，可满足移动接收的苛刻条件，而且频谱利用率也较高。在地面监控无线图像传输系统中，常采用扩频调制方式，该方式抗干扰能力较强，但频谱利

7、用率较低。第7章 数字电视调制和解调 2. 数字电视反向传输采用的调制数字电视反向传输采用的调制在双向传输中，用户端的数据(如用户上网(Internet)数据、视频点播数据、计算机数据、各种计费数据等)需要传向前端，由于用户数为千家万户，千家万户的数据汇集到前端，数据中夹杂着各种噪声也一起涌向前端，形成所谓的“漏斗效应”，为克服它，必须选择抗干扰性能很强的调制方式。目前采用的主要调制方法如下：(1) 四相相移键控(QPSK)调制;(2) 离散小波多音调制(DWMT);(3) 同步码分多址(S-CDMA);(4) 同步离散多音调制(SDMT)。第7章 数字电视调制和解调 7.1.3 数字电视信号

8、经调制后的几项性能数字电视信号经调制后的几项性能(1) 采用不同压缩标准的数字电视信号，在选用同一种调制情况下，调制后信号的带宽不同。例例7.1.3 设经MPEG-1标准压缩后的数字电视信号速率为2 Mb/s，经64 QAM调制后(频谱利用系数理论值为6 b/(sHz)，信号的带宽为2 Mb/s0.33 MHz6 b/ (s Hz )第7章 数字电视调制和解调 例例7.1.4 设经MPEG-2标准压缩后的数字电视信号速率为8 Mb/s，经64QAM调制后(频谱利用系数理论值为6 b/(sHz)，信号的带宽为从例7.1.3和例7.1.4可以看出，采用的调制方式相同(64QAM)，但压缩标准不同(

9、MPEG-1、MPEG-2)，调制出来的信号带宽就不同(0.33 MHz、1.33 MHz)。8 Mb/s1.33 MHz6 b/ (s Hz )第7章 数字电视调制和解调 (2) 同一种速率的数字电视信号，在选用同一种调制但频谱利用系数不同的情况下，调制后信号的带宽就不同。 例例7.1.5 设经MPEG-2标准压缩后的数字电视信号速率为8 Mb/s，经8-VSB (频谱利用系数值为5.3 b/(sHz)调制后，信号的带宽为8 Mb/s1.55 MHz5.3 b/ (s Hz )第7章 数字电视调制和解调 例例7.1.6 设数字电视速率仍为8 Mb/s，经16-VSB (频谱利用系数值为7.1

10、 b/(sHz) 调制后, 信号的带宽为从例7.1.5和例7.1.6可以看出，采用的调制方式相同(VSB)，但频谱利用系数不同(5.3 b/(sHz)、7.1 b/(sHz)，调制出来的信号的带宽就不同(1.5 MHz、1.13 MHz)。8 Mb/s1.13 MHz7.1 b/ (s Hz )第7章 数字电视调制和解调 (3) 同一种速率的数字电视信号，在选用不同的调制方式的情况下，调制后信号的带宽不同。例例7.1.7 设数字电视速率为8 Mb/s，选用QPSK调制(频谱利用系数理论值为2 b/(sHz)后， 信号的带宽为8 Mb/s4 MHz2 b/ (s Hz )第7章 数字电视调制和解

11、调 例例7.1.8 设数字电视速率仍为8 Mb/s，选用OFDM-64QAM调制(频谱利用系数理论值为6 b/(sHz)后，信号的带宽为从例7.1.7和例7.1.8可以看出，数字电视信号的速率相同(8 Mb/s)，但调制方式不同(QPSK、OFDM-64QAM)，调制出来的信号带宽就不同(4 MHz、1.33 MHz)。8 Mb/s1.33 MHz6 b/ (s Hz )第7章 数字电视调制和解调 (4) 数字电视信号经数字调制后，相当于模拟信号，可以在模拟信道中传输。经压缩后的数字电视信号速率以Mb/s为单位，再经数字调制后信号的单位变成了MHz，MHz单位是惯用的模拟信号带宽单位。所以，可