数字电视广播原理与应用 北京市高等教育精品教材立项项目 教学课件 ppt 作者 姜秀华 张永辉 09

1、第9章卫星数字电视广播系统,9.1 概 述,卫星电视广播的历史，开始于20世纪60年代，以1964年美国通过同步通信卫星传输东京奥运会实现电视节目的成功为标志。1985年8月，我国也开始应用，租用国际通信卫星的一个东半球的转发器向全国转播中央电视台第一套节目。,卫星电视广播的系统构成可分为上行地球站、星载转发器和下行接收站（包括集体接收和个体接收）三大部分。 卫星系统的另两个重要方面是卫星轨道位置和业务频率范围，它们在国际上都有明确的规定。,9.2.1卫星数字电视广播系统上行站构成 9.2.2与有线数字电视系统共通的信道编码部分 9.2.3卷积内编码 9.2.4删余卷积码和基带成形 9.2.5误码性能要求 9.2.6可用比特率与转换器带宽的关系 9.2.7SCPC和MCPC工作方式 9.2.8卫星数字电视广播接收系统,9.2卫星数字电视广播系统的信道编码,图9-1所示为卫星数字电视广播系统上行站的电路构成框图。,9.2.1卫星数字电视广播系统上行站构成,图9-1 卫星数字电视系统上行站构成,图9-1中信道编码的前3个方框与有线数字电视系统中的信道编码处理是一样的，参见图8-3中的前4个

2、方框。 这里的第2个方框也是RS（204，188）编码，称之为外编码是因为16字节的RS纠错码附加在188字节的信息码元之后，构成所谓的系统码或组织码。,9.2.2与有线数字电视系统共通的信道编码部分,内码编码与外码编码相结合，构成了DVB-S中的级联编码，它增强了信道纠错能力，有利于抗御卫星广播信道传输中干扰的影响。 DVB-S中采用的（2，1，7）基本卷积码电路构成如图9-2所示。,9.2.3卷积内编码,图9-2 1/2编码率的基本卷积码,图9-2中的输入数据流来自外交织器，每输入一个比特生成X，Y两个比特，X，Y的生成多项式G（x）和G（x）分别为 也可以简记为,式中，“d”表示十进制计数，“OCT”表示八进制计数，通常采用八进制数字标记生成多项式。 显然，基本卷积码编码效率低（=1/2），优点是纠错能力强。,图9-2所示的基带卷积输出X，Y输入至收缩卷积码电路，实现2/3或3/4等编码效率，而后再使该串行序列经串/并变换电路形成I，Q两路并行输出。如图9-3（a）所示，I，Q两路输出传输至QPSK调制器，对高频载波实施QPSK调制。,9.2.4删余卷积码和基带成形,图9-3（b

3、）是QPSK调制星座图，由图可见，IQ=00对应于45载波相位，IQ=10对应于135，IQ=11对应于225，IQ=01对应于315。所以，使用的是格雷码QPSK调制，不是DQPSK调制。对于解调器中的180相位不确定性问题，通过界定字节交织帧中MPEG-2的同步字节予以识别和解决。,图9-3 删余卷积码和QPSK调制,一般，要求接收端在解调和解码后MPEG-2的去复用器输入端数据误码率BER10-11，这大约相当于1小时发生一次不可纠正的误码事件，并称之为准无误码（QEF）接收。去复用器输入端的BER值对应于接收端RS解码后的BER值，要求RS解码后BER10-11，又可往前推移地要求接收端在维特比译码后的BER210-4。由此，得到表9-1所示的性能要求表，表中列出了所需的Eb/N0值和相应的高频信号噪载比（C/N）值。,9.2.5 误码性能要求,表9-1 DVB-S的误码性能要求表,一个卫星转发器能以QPSK调制方式传输的可用比特率值，除了决定于可选用的不同值的内码编码率外，更加决定于卫星转发器本身的带宽。它有26MHz，27MHz，30MHz，54MHz等一系列值，因而一个转

4、发器传输的可用比特率值有较大的差别，表9-2所示为不同转发器带宽下不同内码编码率时的可用比特率值。,9.2.6可用比特率与转换器带宽的关系,表9-2 可用比特率与转发器带宽间的关系,表9-3 33MHz转发器系统性能例子,在36MHz或54MHz等转发器带宽条件下，有SCPC（单路单载波）和MCPC（多路单载波）两种工作方式。对于SDTV，通过信源编码和信道编码后一路电视节目约需4Mbit/s7Mbit/s的码率，考虑到=0.35的滚降系数和QPSK调制，一路电视节目需占用约4.5MHz射频带宽。以54MHz带宽的转发器为例，在该带宽内如何安排多路电视节目有两种方式，即SCPC和MCPC。,9.2.7 SCPC和MCPC工作方式,所谓MCPC方式，就是在54MHz带宽内安排n路电视节目时如图9-1所示的在传送系统的时分复用器内将几路单节目TS流复用成几路合成的多节目TS流，总比特率在QPSK调制后占用比如54MHz，则共可传输54/4.5=12套电视节目，这就是MCPC。,1. MCPC方式,所谓SCPC方式，就是n路电视节目不是以时分方式形成总TS流，而是各以分配到的特定射频带宽调制

5、各自的高频载波，在转发器全部带宽内以频分方式分享同一TWTA的功率容量。,2. SCPC方式,卫星数字电视广播系统的设计，原本针对的接收对象是个体家庭，这称为DBS（直播卫星）的DTH（直接到家）方式。 从接收系统看具有个体接收、集体接收和有线电视台转发三种接收方式。,9.2.8卫星数字电视广播接收系统,（1）个体接收 （2）集体接收 （3）有线电视台接收 卫星接收机室内单元的电路框图如图9-4所示。,9.3欧洲ETSI制定的新标准DVB-S2,9.3.1概述 9.3.2DVB-S2系统构成 9.3.3DVB-S2的系统配置 9.3.4DVB-S2子系统规范 9.3.5纠错性能 9.3.6后向兼容模式 9.3.7不同纠错能力的SDTV和HDTV的合用,DVB-S标准由EBU/ETSI JTC公布于1994年12月，编号ETS 300421，规定了11/12GHz卫星业务的帧结构、信道编码和高频调制。,9.3.1概述,DVB-S2的设计预定对家庭中的IRD（综合接收解码器）提供DTH（直接到户）电视广播服务，同时也适合于集体接收系统（SMATV，卫星主天线电视）和本地有线电视网。 DVB

6、-S2是DVB系列内最新的先进卫星传输系统，可以改善和扩展DVB-S的应用范围，能适应今天的卫星数字电视广播中更多更高的诸方面要求。,与DVB-S相比较，DVB-S2具有下列主要优点： 在其他条件相同下，信道容量大30%； 应用范围增加，可以组合DVB-S的DTH功能与DVB-DSNG（专业应用的数字卫星新闻采集）功能； 自适应编码技术能使卫星转发器资源的使用价值最大化；,1. DVB-S2优点,DVB-S2在信道编码和高频调制的设计上，考虑到下面的应用领域。 （1）广播业务（BS） （2）交互业务（IS） （3）数字电视馈送与DSNG组合（DTVC/DSNG） （4）其他专业应用（PS）,2. DVB-S2应用领域,DVB-S2的容量比DVB-S平均高30%，其性能得益于下面的技术措施。,3. DVB-S2技术措施,4种调制模式中，QPSK和8PSK供广播应用，可将卫星转发器激励到接近饱和的非线性状态。16APSK和32APSK更适应于专业场合，要求转发器工作于半线性状态，虽然功率效率有些下降，但输出码率得到大的提高。,（1）调制模式,DVB-S的低通滤波器滚降系数=0.35，DVB

7、-S2中增加了可选的=0.25和=0.20，可提高带宽利用率。 （3）前向误码校正（FEC）,（2）滚降系数,4. DVB-S2的性能 5.应用示例,DVB-S2的系统构成如图9-5所示，包括模式适应、TS流适应、FEC编码、比特到星座点映射和调制等几大部分。,9.3.2DVB-S2系统构成,图9-5 DVB-S2系统构成方框图,模式适应部分与系统的具体应用相关联，例如，虚线框是属于多输入流应用的。图中，包括输入流接口、输入流同步（可选）、空包删除（仅适用于ACM（自适应信道编码和调制）和TS流）、CRC-8编码（供接收机对数据包进行误码检测，仅适用于打包输入流）及输入流合并（仅适用于多输入流模式）和判别。对于CCM（恒定信道编码和调制）和单TS流，模式适应部分仅保留输入流接口（实现DVB-AS1或DVB-SP1到逻辑比特的变换）和CRC-8编码。,1.模式适应,流适应部分实施数据填充（多输入流场合下）以完成基带帧，并实行基带加扰。输出为基带帧数据。,2.流适应,FEC编码包括BCH外编码和LDPC内编码（编码率1/4，1/3，2/5，1/2，3/5，2/3，3/4，4/5，5/6，8

8、/9，9/10共11种可选）。,3. FEC编码,根据应用情况，实现QPSK，8PSK，16APSK或32APSK的星座映射；另外，在QPSK和8PSK星座图中采用格雷码映射。,4.映射,PL成帧实现与FEC帧相同步，并实施伪PL帧插入、PL信令插入和导频符号插入（可选）、以及能量扩散用的PL加扰等处理。,5. PL（物理层）成帧,基带滤波为升余弦平方根的低通频谱整形，滚降系数=0.35，0.25或0.20。正交调制依照映射的星座图产生出RF信号。,6.基带滤波和正交调制,表9-4给出DVB-S2在广播业务、交互业务、DSNG（数字卫星新闻采集）和专业业务等不同应用场合下的系统配置情况。,9.3.3DVB-S2的系统配置,表9-4 系统配置与应用场合,下面说明图9-5所示的DVB-S2系统中的各个子系统。,9.3.4DVB-S2子系统规范,如图9-5所示，模式适应子系统实现从输入接口时数据字段输入流判别的信号处理。,1.模式适应子系统,本规范中，由表9-5给出的接口对系统作出界定。,（1）输入接口,表9-5 系统接口特性表,DVB-S2调制器中的数据处理会使用户信息产生变化的传输延时，

9、由输入流同步器提供合适的处理来保证恒定比特率（CBR）和打包输入流有恒定的端到端传输延时。,（2）输入流同步,对于ACM模式和TS流输入数据格式，应能识别其中的空包（PID=8191D）并予以删除，这能减小传输码率和提高误码纠错能力。接收机中，可在原来的空包处重新插入被删除的空包。,（3）空包删除,如果UPL=0D（连续通用流），CRC-8编码电路应不加修正地转送该输入流。如果UPL0D，则输入流为前端有一个同步字节的UP包（长度为UPL比特）序列（若原始流不包含同步字节，加入0D值的同步字节）。,（4） CRC-8编码（如图9-6所示）,对UP包的有用部分（同步字节除外）进行8比特的CRC编码，多项式为：,CRC-8编码器的输出是下式的余数。 CRC-8=余数x8u（x）/g（x） 式中，u（x）是有用输入序列（UPL-8个比特）。 图9-6示明CRC-8编码器框图及得到的UPL序列。,图9-7示明模式适应的输出流格式。,（5）合并器和判别器,图9-6 CRC-8编码器及UPL序列,图9-7 模式适应输出端的流格式,（6）基带包头插入,图9-5中的流适应子系统有两个作用，一是根据数据流情况实施数据填充，二是对填充后达到恒定长度（Kbch，未BCH编码的块长比特数）的基带帧实施加扰。表中，Nbch是BCH编码后的码长（n，k），Kldpc和nldpc含义相同，参见图9-9。,2.流适应子系统,表9-7(a) 编码参数（常规FEC帧，nldpc=64800bit）,表9-7（b） 编码参数（短FEC帧，nldpc=16200bit）,由表可见，第3列与末一列数值之比即是LDPC码的编码率值（k/n）。,如图9-8所示，数据填充是在数据字段DFL后填充Kbch-DFL-80个“0”比特，使帧适应输出为恒定长度的Kbch比特。广播业务场合下，DFL=Kbch-80，因而不必填充。,（1）数据填充,图9-8 帧适应中的数据填充,基带加扰处理与DVB-S相同，PRBS生成多项式为g（x）=1+x14+x15，在每个基带帧开始时15个移存器的初始化值为100101010000000。,（2）基带加扰,FEC编码包括BCH编码、LDPC编码和比特交织，输入流是基带帧（Kbch比特），输出流是FEC帧（

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