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數(shù)字地面電視廣播依靠的是一種可靠的射頻能量調(diào)制方法來傳送離散的數(shù)據(jù)而不是模擬變量。

傳統(tǒng)的模擬電視頻道是以幾十年前的老技術(shù)為基礎(chǔ)的，占用了大量的帶寬，如果發(fā)射機之間距離足夠遠的話，則可以使用同一頻道在各自的覆蓋范圍內(nèi)播出各自的節(jié)目,但是如果兩者覆蓋范圍若存在有重疊的區(qū)域，該頻道則完全不能使用。在某些電子新聞采集系統(tǒng)（eng）中，會利用模擬微波技術(shù)進行信號傳送，但這些微波通路會受多徑干擾問題的影響，這種影響有時很嚴重，導(dǎo)致很長的時延，從而使畫面完全失真。解除禁用頻道和使用較窄的帶寬來發(fā)射，是廣播業(yè)發(fā)展的必然趨勢。地面dvb（dvb-t）標(biāo)準(zhǔn)就是依賴一系列的基礎(chǔ)技術(shù)，利用mpeg-2壓縮編碼方式降低比特率來進行視頻編碼，并可根據(jù)實際用途來選擇4：2：0或4：2：2兩種不同的圖像編碼方式進行傳輸，使兩者有機的結(jié)合在一起。

模擬發(fā)射機和數(shù)字發(fā)射機器工作原理之間的主要差別是，前者的發(fā)射機輸出是由連續(xù)變化的模擬信號調(diào)制過的載波，而后者是通過一系列分立狀態(tài)之間的切換來傳遞信息的，這一過程稱為信道編碼，數(shù)字等效于調(diào)制。地面發(fā)射可以有比衛(wèi)星之類的發(fā)射更大的功率，所以能將更強的信號發(fā)送到接收機。這就有可能采用多電平信號，這種信號的功率以一系列階梯波發(fā)射出去，不存在一個階梯信號被誤認為另一階梯而造成的雜波。結(jié)果是減少了所用的帶寬。

圖1a是最簡單的情況，發(fā)射機只有一個單位功率,0和1代表發(fā)射機功率高低的兩種狀態(tài),每種狀態(tài)只用1個比特表示。圖1b所示系統(tǒng)中發(fā)射機有4個功率。此時一個符號載兩個比特，因此兩個比特有四種可能的組合，從而使帶寬減半。圖1c示出美國atsc系統(tǒng)如何使用一個8功率信號。此時每個符號傳送3個比特，只需要圖1a所示簡單系統(tǒng)的三分之一帶寬。

vsb和cofdm這兩種調(diào)制技術(shù)，有助進一步節(jié)省帶寬。接收機接收到信號后在把數(shù)字信號變成模擬信號之前對誤碼及殘留受損數(shù)據(jù)進行處理，只要誤碼修正系統(tǒng)還工作在它的能力范圍之內(nèi)，就不會出現(xiàn)明顯的質(zhì)量下降。但如果誤碼超過可以矯正的范圍，mpeg解碼后的結(jié)果就非常糟。因此畫面和聲音的原始質(zhì)量實際上由壓縮系統(tǒng)的性能決定，而不在于射頻發(fā)射通道。在數(shù)字通道系統(tǒng)中，信號強度并不直接影響圖像質(zhì)量，圖像質(zhì)量由比特誤碼率決定,一般由信號差造成，從整體上看，信道只有足夠好，才能保證在所有可以預(yù)見的條件下，不會發(fā)生超出誤碼校正范圍的情況。

信道包括調(diào)制器，發(fā)射機，天線，接收天線和解調(diào)器以及發(fā)射機和接收機之間的中轉(zhuǎn)部分。通常最不受控制的就是傳輸途徑。傳輸路徑將引入寬帶噪聲或者高斯噪聲，以及由于閃電引起的脈沖噪聲等,這兩種效應(yīng)都能通過誤碼矯正來處理。卷積內(nèi)碼抗噪聲性能很好，而交織的里德-索羅門碼可以解決突發(fā)誤碼。

隨著射頻傳輸頻率越來高，波長越來越短。對于任何類型的高頻傳輸，最大問題之一就是多徑接收。無線電信號受障礙物的影響是與波長與物體的相對大小而定。

波長為數(shù)百米的調(diào)幅（am）傳輸可以輕易地繞過較大的物體。傳輸波長越短，則同樣的障礙物影響越大，這些物體造成的反射越大。

經(jīng)過反射物體的延時反射信號疊加在接收機接收的直達信號上，在模擬傳輸過程中這將導(dǎo)致重影。在簡單的數(shù)字傳輸中，比特率非常高，以至反射信號可能落后直達信號幾個比特，引起碼間串?dāng)_。與噪聲不同，噪聲是統(tǒng)計的，由反射造成的干擾則是連續(xù)不斷的，其結(jié)果就是一個高比特誤碼率，造成糾正系統(tǒng)難以應(yīng)付。

提高發(fā)射機功率于事無補，因為反射的功率也按比提高。如同模擬電視uhf傳輸一樣，對于普通的數(shù)字傳輸，必須具備一幅定向天線，因為它能幫助抑制反射。事實上，在調(diào)整天線時，最佳的結(jié)果將是讓反射波在極坐標(biāo)圖的零點里，而不是調(diào)到有最大的信號。

當(dāng)前國際上全數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調(diào)制技術(shù)主要有：qpsk（四相移相鍵控）,mqam（多電平正交幅度調(diào)制）,vsb（多電平殘留邊帶調(diào)制）和cofdm（正交頻分復(fù)用調(diào)制）。qpsk廣泛應(yīng)用于數(shù)字微波通訊系統(tǒng)，數(shù)字衛(wèi)星通訊系統(tǒng)及有線電視的上行傳輸；美國hdtv傳輸系統(tǒng)中采用mqam和vsb方案，有線電視的下行傳輸亦采用qam技術(shù)；cofdm為歐洲hdtv傳輸系統(tǒng)采用。采用這些高速數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)，能有效的提高頻譜利用率，進一步提高抗干擾能力，滿足電視系統(tǒng)的傳輸要求用，由于dvb-c和dvb-s是一個全球化的標(biāo)準(zhǔn)，已被世界各國采納，因此數(shù)字電視之爭主要為數(shù)字地面廣播系統(tǒng)。然而,在數(shù)字地面廣播系統(tǒng)中采用的有兩種很不相同的數(shù)字調(diào)制技術(shù)：由atsc開發(fā)的網(wǎng)格編碼的8電平殘留邊帶（vestigal-side-band，8-vsb）調(diào)制系統(tǒng)，以及在dvb-t標(biāo)準(zhǔn)中采用的“編碼的正交頻分復(fù)用”（codrthogonalfrequencydivi-sionmultipiexing,cofdm）調(diào)制系統(tǒng)。

這里先介紹8vsb模式。地面廣播8vsb模式在6mhz帶寬內(nèi)可傳輸19.28mbps的信息碼率，其原理框圖如圖2所示。

從傳送系統(tǒng)輸入到傳輸系統(tǒng)的輸入碼率是19.39mbps，每個數(shù)據(jù)包188byte，其中一個同步byte和187byte信息（187/188=19.28/19.39）。輸入信息首先進行隨機化，然后進行前項糾錯編碼，附加20byte糾錯碼后，每個數(shù)據(jù)包變?yōu)?08byte，再經(jīng)2/3格形編碼輸出到復(fù)用器，與數(shù)據(jù)段同步和數(shù)據(jù)場同步混合。隨機化和前向糾錯不加到原包中的同步byte。包中的同步byte在復(fù)用時轉(zhuǎn)成段數(shù)據(jù)同步信號。兩個數(shù)據(jù)均最后合成一個數(shù)據(jù)幀，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3中的數(shù)據(jù)幀（dataframe）先分成兩個數(shù)據(jù)場（datafield），每場又有313個數(shù)據(jù)段（segments），每場第一個數(shù)據(jù)段是數(shù)據(jù)場同步（ddtafieldsync），其中包括用于接收機均衡用的訓(xùn)練序列。剩余的312數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段時期攜帶了相當(dāng)于傳送包188byte的信息和附加的前向糾錯編碼數(shù)據(jù)。由于有交織，因此是實際上每段中的數(shù)據(jù)可能來自不同的傳送數(shù)據(jù)包。每段共832個符號，前4個符號傳送二進制同步信號提供段數(shù)據(jù)同步，但這里是二進制信號，是一個由+5～-5再回到+5的負向脈沖。數(shù)據(jù)段同步（ddtasegmentsync）相當(dāng)于原mpeg傳送數(shù)據(jù)包中的同步byte。數(shù)據(jù)段中其余的828個符號相應(yīng)于mpeg包中剩余的187byte的信息加上20byte的fec數(shù)據(jù)。因為采用2/3格形編碼，因此2bit將變成3bit，而8vsb調(diào)制恰好可以表示3bit信息，因此，相當(dāng)于2bit轉(zhuǎn)換為一個8vsb符號，或1byte轉(zhuǎn)換為4個8vsb符號（1byte=8bit）。因此同步byte占4個符號位，187個數(shù)據(jù)byte加20byte糾錯數(shù)據(jù)共207byte數(shù)據(jù)占828個符號位。

這828個符號是以8電平信號發(fā)送即每個符號8比特，這樣828×3=2484比特的數(shù)據(jù)在每個數(shù)據(jù)段中傳送，根據(jù)下面計算所示：

187字節(jié)（數(shù)據(jù)）+20rs字節(jié)（伴隨）＝207字節(jié)

207字節(jié)×8比特/字節(jié)＝1656比特

2/3格形編碼需3/2×1656比特＝2484比特

精確的符號速率由下式?jīng)Q定：

（1）sr=832×626÷48.4×10-3＝10.76兆符號/秒

符號速率必須在頻率上和運輸碼率鎖定。發(fā)送子系統(tǒng)每個格狀編碼符號攜帶2個信息比特。故總負荷是

（2）10．76×2＝21.52mb/s

于是對于8-vsb的發(fā)送子系統(tǒng)凈負荷比特率是

（3）21.52mb/s×(312÷313)×(828÷832)×(187÷207)＝19.28mb/s

以上312/313是計入每場一個數(shù)據(jù)段的同步字段的開銷,828/832是計入每個數(shù)據(jù)字段中數(shù)據(jù)字段同步4個符號間隔的開銷,187/207是計入每個數(shù)據(jù)字段中rs碼fec的20個字節(jié)的開銷.

對于16-vsb每個符號攜帶4個信息比特,于是凈負荷比特率是8-vsb的兩倍,即

（4）19.28mb/s×2＝38.57mb/s

這樣段速率為fseg＝10.76／832＝1294kseg/s

幀速率為fframe＝fseg／626＝20.66frame/s

8電平符號和二進制數(shù)據(jù)段同步和數(shù)據(jù)場同步應(yīng)該用抑制載波的單載波調(diào)制。在發(fā)送之前，大多數(shù)低端的邊帶應(yīng)該去掉。得到的頻譜是平坦的，只是在邊帶兩側(cè)各安排了形狀為歸一的均方根升余玄響應(yīng)行程310khz的過渡區(qū)，在6mhz帶寬內(nèi)的歸一化的傳送頻譜如圖4。

從圖5可看出，vsb讓一個邊帶全部通過，而另一個邊帶只殘留了一部分余跡。vsb比ssb（單邊帶）帶寬多一部分，因此其頻譜利用率降低。降低量由滾降系數(shù)α決定。一般，滾降系數(shù)α取值0.1～0.25，它表示殘留邊帶占信號邊帶的多少。這里，取α為0.12，可得8vsb的帶寬利用率為

6－6?0.12≈5.3bps／hz

16vsb原理與8vsb基本相同，只是串行數(shù)據(jù)流4bit一組送入d/a變換器中,8vbs是串行數(shù)據(jù)流3bit一組進入d/a變換器。

在被抑制的載波頻率處，及高低端邊界310khz處，要加上一個導(dǎo)頻信號，此導(dǎo)頻信號在vsb接收機中用于載波鎖定，導(dǎo)頻信號功率使總功率增加了0.3db，有助于降低實施中的損耗。而且由于導(dǎo)頻信號位于同頻道ntsc信號的殘留邊帶區(qū)域內(nèi)，對ntsc不產(chǎn)生同頻道干擾。生成的基帶信號轉(zhuǎn)換成模擬形式（d／a轉(zhuǎn)換器），然后調(diào)制到正交的中頻載波，并用邊帶消除法（相位法）生成殘留邊帶的中頻信號。中頻載波的標(biāo)稱頻率為46.69mhz，等于中頻中心頻率（44mhz)加上符號除4（10.762mhz／4＝2.6905mhz）

cofdm的解決辦法是發(fā)送許多個載波，而每個載波都具有一種低的比特率。它是把多個載波緊密而高效地組裝起來，相互間沒有干擾。由于使用很低的比特率，反射信號與直達信號可在同一比特的期間到達，收反射的干擾比較小。

一個串行數(shù)據(jù)信號波形基本上包含一序列矩形脈沖。矩形的變量是sinx/x函數(shù)，因此基帶脈沖序列具有sinx/x頻譜特性。當(dāng)這個信號波形被用來調(diào)制一個載波頻率時，結(jié)果為一個以載波頻率為中心的對稱sinx/x頻譜。

如圖5所示，頻譜里的零點出現(xiàn)在載波后幾倍比特率的間隔上。接下來的載波可以其它零點為中心放置，如圖6所示。載波之間的相位為90o，或sinx的一個象限。也就是說，這些載波是相互正交的。實際上，整個頻譜幾乎是矩形的，由幾千個載波被插入在一起，并填滿可用的傳輸信道。

為了使調(diào)制系統(tǒng)更有效的克服碼間干擾，還可以進一步采取措施，利用保護間隙（guardinterval）進一步抑制反射。保護間隙設(shè)在比特與比特之間。在保護間隙里，載波返回到未調(diào)制狀態(tài)，保護間隙的周期比反射周期更長。這樣，在接受到下一個比特之前，就有足夠時間讓反射信號衰減掉。

保護間隙的使用，無疑降低了載波的效率，因為有些時間它是不發(fā)射數(shù)據(jù)的。一般效率降低20%左右。但是，因為這種設(shè)計大大改進了誤碼統(tǒng)計，糾正系統(tǒng)只需要很小的冗余，所以大大提高了有效傳輸率。

采用傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)，在幾臺發(fā)射機所覆蓋區(qū)域之間的某些位置是沒有信號的。但是，cofdm能工作在多徑環(huán)境下。只要正確同步，幾步發(fā)射機就能0精確的發(fā)射相同信號，整個地域都可以高效的重復(fù)使用一個信道，不存在禁用信道。陰影區(qū)可以由轉(zhuǎn)發(fā)器使用同頻道來鏈接信號。

保護間隔的使用可以避免符號間的干擾，但接收到的信號的相位和幅度仍然會受到影響，這個問題靠動態(tài)均衡來解決，一個已知相位和幅度的預(yù)定信號定期發(fā)送，接收機利用這個信號來測量信道的響應(yīng)，各個載波的均衡特性就根據(jù)這個測量來計算。實際上就是cofdm頻譜要帶有一個“向?qū)А毙盘?，其能量比其它信號稍強。此向?qū)盘柺窃谡麄€信道指定的頻率上分布，構(gòu)成整個傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。cofdm接收機對這個載波的符碼進行快速傅立葉（fft）計算，甚至在多經(jīng)環(huán)境下，fft計算能提供一種有效的頻譜分析，算出相關(guān)系數(shù)，完成多徑接收頻譜變更的均衡計算。

只要信號強度足夠，對采用cofdm調(diào)制技術(shù)的信號進行接收就不需要定向天線，可以進行全向天線移動接收。

一般來說，每個系統(tǒng)都具有自己獨特的優(yōu)勢和劣勢。dvb—t和atsc系統(tǒng)都采用了級聯(lián)的正向糾錯和交織措施。dvb—t的外碼（outercode）是具有12個rs塊交織措施的rs（204，188t=8）。從rs（255，239）縮減而得的rs（204，188）編碼，能夠糾正8個字節(jié)的傳輸誤碼；atsc系統(tǒng)實施了應(yīng)該更強有力的rs（207，187，t=10）編碼，它能夠糾正10個字節(jié)的誤碼；并且采用更長的52個rs塊交織器，以便平緩脈沖干擾和同頻道的ntsc干擾。rs編碼實施的差別對于atsc系統(tǒng)將得出約0.5db的c／n性能方面的優(yōu)勢。在內(nèi)碼調(diào)制上，atsc系統(tǒng)實施網(wǎng)格編碼調(diào)制作為內(nèi)碼，而dvb-t系統(tǒng)則采用次最佳的收縮卷積編碼，這樣對atsc而言將有高達1db的信道編碼優(yōu)勢。因此可以看出，atsc8-vsb系統(tǒng)在相加性白高斯噪聲（awgn）信道方面有較強的能力，具有較高的頻譜效率和較低的峰值—平均功率比，并且抗脈沖噪聲和相位噪聲的能力較強。它在低電平回波（鬼影）效果及模擬電視對數(shù)字電視的干擾方面與dvb-t性能類似。因此，atsc8-vsb系統(tǒng)對于多頻網(wǎng)絡(luò)（mfn）實施何在6mhz信道內(nèi)提供hdtv服務(wù)方面可能具有較大的優(yōu)勢。

考慮到高電平（高至0db）、長時間延遲的動態(tài)和靜態(tài)多徑失真時，dvb-tcofdm系統(tǒng)具有性能上的優(yōu)勢。當(dāng)需要大范圍單頻網(wǎng)絡(luò)（sfn）（8k模式）或運動接收（2k模式）的服務(wù)時，cofdm系統(tǒng)性能上具有優(yōu)勢,如dvb-t2k系統(tǒng)能承受達數(shù)百赫茲的移動回波,而atsc只能承受12hz，所以dvb-t系統(tǒng)對移動更為可取。但cofdm技術(shù)上的優(yōu)勢也使發(fā)射機的設(shè)計變得更加嚴格，發(fā)射機的線性失真會引起交調(diào)，兩個輸入頻率產(chǎn)生和頻或差頻，導(dǎo)致多載波互相干擾。

但是，應(yīng)該指出：當(dāng)前在任何現(xiàn)存的dttb系統(tǒng)中，任何信道間隔，無論是6mhz，7mhz或8mhz，還不能實現(xiàn)大范圍sfn、運動接收以及hdtv服務(wù)。針對每一特殊應(yīng)用必須選擇特定的系統(tǒng)參數(shù)。