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地面廣播中的8-VSB與COFDM比較
地面廣播中的8-VSB與COFDM比較
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(lái)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(jī)之間距離足夠遠(yuǎn)的話(huà)，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(huì)利用模擬微波技術(shù)進(jìn)行信號(hào)傳送，但這些微波通路會(huì)受多徑干擾問(wèn)題的影響，這種影響有時(shí)很?chē)?yán)重，導(dǎo)致很長(zhǎng)的時(shí)延，從而使畫(huà)面完全失真。解除禁用頻道和使用較窄的帶寬來(lái)發(fā)射，是廣播業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。地面DVB（DVB-T）標(biāo)準(zhǔn)就是依賴(lài)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(lái)進(jìn)行視頻編碼，并可根據(jù)實(shí)際用途來(lái)選擇4：2：0或4：2：2兩種不同的圖像編碼方式進(jìn)行傳輸，使兩者有機(jī)的結(jié)合在一起。
模擬發(fā)射機(jī)和數(shù)字發(fā)射機(jī)器工作原理之間的主要差別是，前者的發(fā)射機(jī)輸出是由連續(xù)變化的模擬信號(hào)調(diào)制過(guò)的載波，而后者是通過(guò)一系列分立狀態(tài)之間的切換來(lái)傳遞信息的，這一過(guò)程稱(chēng)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(lèi)的發(fā)射更大的功率，所以能將更強(qiáng)的信號(hào)發(fā)送到接收機(jī)。這就有可能采用多電平信號(hào)，這種信號(hào)的功率以一系列階梯波發(fā)射出去，不存在一個(gè)階梯信號(hào)被誤認(rèn)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(jiǎn)單的情況，發(fā)射機(jī)只有一個(gè)單位功率,0和1代表發(fā)射機(jī)功率高低的兩種狀態(tài),每種狀態(tài)只用1個(gè)比特表示。圖1b所示系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)有4個(gè)功率。此時(shí)一個(gè)符號(hào)載兩個(gè)比特，因此兩個(gè)比特有四種可能的組合，從而使帶寬減半。圖1c示出美國(guó)ATSC系統(tǒng)如何使用一個(gè)8功率信號(hào)。此時(shí)每個(gè)符號(hào)傳送3個(gè)比 特，只需要圖1a所示簡(jiǎn)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(jìn)一步節(jié)省帶寬。接收機(jī)接收到信號(hào)后在把數(shù)字信號(hào)變成模擬信號(hào)之前對(duì)誤碼及殘留受損數(shù)據(jù)進(jìn)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(huì)出現(xiàn)明顯的質(zhì)量下降。但如果誤碼超過(guò)可以矯正的范圍，MPEG解碼后的結(jié)果就非常糟。因此畫(huà)面和聲音的原始質(zhì)量實(shí)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(hào)強(qiáng)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(hào)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(jiàn)的條件下，不會(huì)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(jī)，天線(xiàn)，接收天線(xiàn)和解調(diào)器以及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(guò)誤碼矯正來(lái)處理。卷積內(nèi)碼抗噪聲性能很好，而交織的里德-索羅門(mén)碼可以解決突發(fā)誤碼。
隨著射頻傳輸頻率越來(lái)高，波長(zhǎng)越來(lái)越短。對(duì)于任何類(lèi)型的高頻傳輸，最大問(wèn)題之一就是多徑接收。無(wú)線(xiàn)電信號(hào)受障礙物的影響是與波長(zhǎng)與物體的相對(duì)大小而定。
波長(zhǎng)為數(shù)百米的調(diào)幅（AM）傳輸可以輕易地繞過(guò)較大的物體。傳輸波長(zhǎng)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(guò)反射物體的延時(shí)反射信號(hào)疊加在接收機(jī)接收的直達(dá)信號(hào)上，在模擬傳輸過(guò)程中這將導(dǎo)致重影。在簡(jiǎn)單的數(shù)字傳輸中，比特率非常高，以至反射信號(hào)可能落后直達(dá)信號(hào)幾個(gè)比特，引起碼間串?dāng)_。與噪聲不同，噪聲是統(tǒng)計(jì)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(gè)高比特誤碼率，造成糾正系統(tǒng)難以應(yīng)付。
提高發(fā)射機(jī)功率于事無(wú)補(bǔ)，因?yàn)榉瓷涞墓β室舶幢忍岣摺Ｈ缤M電視UHF傳輸一樣，對(duì)于普通的數(shù)字傳輸，必須具備一幅定向天線(xiàn)，因?yàn)樗軒椭种品瓷�。事�?shí)上，在調(diào)整天線(xiàn)時(shí)，最佳的結(jié)果將是讓反射波在極坐標(biāo)圖的零點(diǎn)里，而不是調(diào)到有最大的信號(hào)。
當(dāng)前國(guó)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(xiàn)電視的上行傳輸；美國(guó)HDTV傳輸系統(tǒng)中采用MQAM和VSB方案，有線(xiàn)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(jìn)一步提高抗干擾能力，滿(mǎn)足電視系統(tǒng)的傳輸要求用，由于DVB-C和DVB-S是一個(gè)全球化的標(biāo)準(zhǔn)，已被世界各國(guó)采納，因此數(shù)字電視之爭(zhēng)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(kāi)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 ”（ Codrthogonal Frequency Divi-sion Multipiexing,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(gè)數(shù)據(jù)包188Byte，其中一個(gè)同步Byte和187Byte信息（187/188=19.28/19.39）。輸入信息首先進(jìn)行隨機(jī)化，然后進(jìn)行前項(xiàng)糾錯(cuò)編碼，附加20Byte糾錯(cuò)碼后，每個(gè)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(chǎng)同步混合。隨機(jī)化和前向糾錯(cuò)不加到原包中的同步Byte。包中的同步Byte在復(fù)用時(shí)轉(zhuǎn)成段數(shù)據(jù)同步信號(hào)。兩個(gè)數(shù)據(jù)均最后合成一個(gè)數(shù)據(jù)幀，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
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