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地面广播中的8-VSB与COFDM比较

时间:2007-1-30栏目:计算机论文

地面广播中的8-VSB与COFDM比较

    数字地面电视广播依靠的是一种可靠的射频能量调制方法来传送离散的数据而不是模拟变量。
    传统的模拟电视频道是以几十年前的老技术为基础的,占用了大量的带宽,如果发射机之间距离足够远的话,则可以使用同一频道在各自的覆盖范围内播出各自的节目,但是如果两者覆盖范围若存在有重叠的区域,该频道则完全不能使用。在某些电子新闻采集系统(ENG)中,会利用模拟微波技术进行信号传送,但这些微波通路会受多径干扰问题的影响,这种影响有时很严重,导致很长的时延,从而使画面完全失真。解除禁用频道和使用较窄的带宽来发射,是广播业发展的必然趋势。地面DVB(DVB-T)标准就是依赖一系列的基础技术,利用MPEG-2压缩编码方式降低比特率来进行视频编码,并可根据实际用途来选择4:2:0或4:2:2两种不同的图像编码方式进行传输,使两者有机的结合在一起。
    模拟发射机和数字发射机器工作原理之间的主要差别是,前者的发射机输出是由连续变化的模拟信号调制过的载波,而后者是通过一系列分立状态之间的切换来传递信息的,这一过程称为信道编码,数字等效于调制。地面发射可以有比卫星之类的发射更大的功率,所以能将更强的信号发送到接收机。这就有可能采用多电平信号,这种信号的功率以一系列阶梯波发射出去,不存在一个阶梯信号被误认为另一阶梯而造成的杂波。结果是减少了所用的带宽。
    图1a地面广播中的8-VSB与COFDM比较是最简单的情况,发射机只有一个单位功率,0和1代表发射机功率高低的两种状态,每种状态只用1个比特表示。图1b所示系统中发射机有4个功率。此时一个符号载两个比特,因此两个比特有四种可能的组合,从而使带宽减半。图1c示出美国ATSC系统如何使用一个8功率信号。此时每个符号传送3个比 特,只需要图1a所示简单系统的三分之一带宽。
    VSB和COFDM这两种调制技术,有助进一步节省带宽。接收机接收到信号后在把数字信号变成模拟信号之前对误码及残留受损数据进行处理,只要误码修正系统还工作在它的能力范围之内,就不会出现明显的质量下降。但如果误码超过可以矫正的范围,MPEG解码后的结果就非常糟。因此画面和声音的原始质量实际上由压缩系统的性能决定,而不在于射频发射通道。在数字通道系统中,信号强度并不直接影响图像质量,图像质量由比特误码率决定,一般由信号差造成,从整体上看,信道只有足够好,才能保证在所有可以预见的条件下,不会发生超出误码校正范围的情况。
    信道包括调制器,发射机,天线,接收天线和解调器以及发射机和接收机之间的中转部分。通常最不受控制的就是传输途径。传输路径将引入宽带噪声或者高斯噪声,以及由于闪电引起的脉冲噪声等,这两种效应都能通过误码矫正来处理。卷积内码抗噪声性能很好,而交织的里德-索罗门码可以解决突发误码。
    随着射频传输频率越来高,波长越来越短。对于任何类型的高频传输,最大问题之一就是多径接收。无线电信号受障碍物的影响是与波长与物体的相对大小而定。
    波长为数百米的调幅(AM)传输可以轻易地绕过较大的物体。传输波长越短,则同样的障碍物影响越大,这些物体造成的反射越大。
    经过反射物体的延时反射信号叠加在接收机接收的直达信号上,在模拟传输过程中这将导致重影。在简单的数字传输中,比特率非常高,以至反射信号可能落后直达信号几个比特,引起码间串扰。与噪声不同,噪声是统计的,由反射造成的干扰则是连续不断的,其结果就是一个高比特误码率,造成纠正系统难以应付。
    提高发射机功率于事无补,因为反射的功率也按比提高。如同模拟电视UHF传输一样,对于普通的数字传输,必须具备一幅定向天线,因为它能帮助抑制反射。事实上,在调整天线时,最佳的结果将是让反射波在极坐标图的零点里,而不是调到有最大的信号。
    当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术主要有:QPSK(四相移相键控),MQAM(多电平正交幅度调制),VSB(多电平残留边带调制)和COFDM(正交频分复用调制)。QPSK广泛应用于数字微波通讯系统,数字卫星通讯系统及有线电视的上行传输;美国HDTV传输系统中采用MQAM和VSB方案,有线电视的下行传输亦采用QAM技术;COFDM为欧洲HDTV传输系统采用。采用这些高速数据调制技术,能有效的提高频谱利用率,进一步提高抗干扰能力,满足电视系统的传输要求用,由于DVB-C和DVB-S是一个全球化的标准,已被世界各国采纳,因此数字电视之争主要为数字地面广播系统。然而,在数字地面广播系统中采用的有两种很不相同的数字调制技术:由ATSC开发的网格编码的8电平残留边带(Vestigal-Side-Band,8-VSB)调制系统,以及在DVB-T标准中采用的“编码的正交频分复用 ”( Codrthogonal Frequency Divi-sion Multipiexing,COFDM)调制系统。

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