控制信道编码重要吗.docx

[DVB-S2的信道编码和调制]控制信道编码重要吗DVB-S2 DVB-S 是目前世界上广泛用于电视信号 传输和数据传送的卫星数字电视标准，自从 DVB-S 卫星传输规 范推出以来，它在调制和编码技术上不断有重要的改进由于广 播电视数字化发展，因此带来了节目和其他数据业务在传输流程 上的统一，提高现有卫星通道的传输容量和效率一直是业界的普 遍追求同时由于科学技术的发展，数字信号处理技术的不断进 步，使以前未能实现的科学设想和一些复杂的处理技术成为可能DVB-S2 正是得益于近期的频道编码和调制技术的发展，采 用了新的信道编码方案和高阶调制组合，比 DVB-S 在同样的传 输条件下增加了 30%的能力，并能在同样的谱效率下提供更强劲 的接收能力DVB-S2能够灵活地处理各种卫星转发器特性、各 种谱效率（从 0.5到 4.5比特/秒每单位带宽）以及相关的载波互调 要求（从-2dB到16dB）与DVB-S相比，DVB-S2改进的是：前向纠错系统（FEC） 采用了功能更强大 BCH 和 LDPC 级联的信道编码方式，有效地 降低了系统解调门限，距离理论的香农极限只有0.7〜1dB的差 距在调制方面DVB-S2能够提供除QPSK外的多种具有更高频 带利用率的调制方式，如8PSK、16APSK、32APSK。

与QAM相 比,16APSK和32APSK调制技术，减少了幅度变化，更能适应线 性特性相对较差的卫星传输信道，使高位调制方式符合卫星信道 传输的要求频谱成形中的升余弦滚降系数a可在0.35、0.25、 0.20 选择，而不是固定的 0.35，可以满足音频、视频（标清/高 清）、数据等不同业务需求a越小，频谱利用率越高DVB-S2 扩展了信号输入模式匹配，可接受含MPEG-2传输复用流在内的 各种格式的单输入流或多输入流，输入信号可以是离散的数据包 或连续的数据流，大大拓展了应用领域DVB-S2 引入了基于 QPSK、8PSK、16APSK、32APSK 的自适 应信号调制模式在单向广播应用中，DVB-S2标准允许发射端 根据接收端的不同情况，对发给不同接收端的数据帧的传输参数 进行优化，在传输过程中采用可变的编码和调制方式（VCM） 在交互式应用中，可变编码和调制（VCM）功能与回传信道结合 运用，形成一种新的应用模式，即自适应的编码和调制（ACM）DVB-S2系统工作流程图 1 a、b 分别为 DVB-S 和 DVB-S2 信道调制处理框图， DVB-S2对信号的处理大致可以分成以下几个部分，形成三种格 式帧（基带帧、纠错帧和物理帧）。

由于其良好的扩展性，因而每 一部分都包括较多的选件、适配等单元，复杂程度远远超过DVB- S1、 模式适配（Mode Adaption）是输入数据流的接口，用来 适配DVB-S2种类繁多的输入流格式DVB-S2设计目的是处理 各种多媒体数字信号编解码器，它能够非常灵活地支持任何输入 流格式，包括持续的比特流、单或多MPEG传输流、IP、ATM等 对于固定编码调制（CCM）模式来说，模式适配部分包括对DVB- ASI 流（或 DVB 并行传输流）的透明解包和 8 位循环冗余校验2、 流适配完成基带成帧、加扰两个功能为配合后续纠错 编码，基带成帧需要将输入数据按固定长度打包（不同的纠错编码方案有不同的“固定长度”）， 不足处则填充无用字节补足基带帧的格式如图2a所示，帧长 Kbch 与所选的编码率和调制方式有关3、 前向纠错FEC采用LDPC （内码）与BCH （外码）级联的 形式,完成信道误码保护纠错编码功能，主要分三阶段：外码保护（BCH码），内码保护（LPDC码），以及除QPSK外的其他调制 方式下的位交织基带帧经过纠错编码后形成了纠错帧（ FECFrame）,其格式如图2 b所示，Nldpc、Kldpc及Kbch都是与 编码率和调制方式有关的常数。

4、映射部分主要完成每调制符号传输比特的映射工作，根 据后面采用的具体的调制方式（QPSK、8PSK、16APSK、32APSK）, 将输入的经过前向纠错的串行码流转换成满足特定星座图样式 的并行码流5、 物理层成帧部分通过加扰实现能量扩散，以及空帧插入 等6、 调制部分完成基带成形和调制，主要完成基带整形和正 交调制两大功能对于加扰过的物理帧，根据不同的业务需求选 用不同的滚降系数a（0.35/0.25/0.20）进行平方根升余弦滤波整 形DVB-S2 核心技术与 DVB-S、 DVB-DSNG 标准相比， DVB-S2 标准在带宽利 用率方面是一个质的飞跃，这体现在三个方面：1、新的纠错编 码方式，LDPC（Low Density Parity Check Code低密度奇偶检测） 与 BCH（Boss-Chaudhuri-Hocquenghem 博斯-乔赫里-霍克文黑 姆码）级联；2、新的调制体制，以多种高阶调制方式（QPSK、 8PSK、16APSK 和 32APSK）取代 QPSK； 3、新的工作模式，VCM （Va riable Coding and Modulation 可变编码及调制方式）和 ACM （Adaptive Coding and Modulation 自适应编码及调制方式）。

1） BCH+LDPC 纠错编码 纠错编码是用来保证信号在经过恶劣的传输信道之后，微弱 的信号码流或者掺杂了干扰信号的码流在接收端能够被正确译 码DVB-S系统采用的是外层Reed Soloman和内层Viterbi编 码，DVB-S2纠错编码的技术方案是：外码采用BCH码，内码采 用 LDPC 码 BCH 码是一种常规的循环码，是循环码的一个重要 子类，它具有纠多个错误的能力，有码字生成简单、检错和纠错 能力强等特点 BCH 码有严密的代数理论，是目前研究最透彻的 一类码它的生成多项式与最小码距之间有密切的关系，人们可 以根据所要求的纠错能力 t 很容易构造出 BCH 码，它们的译码 器也容易实现，是线性分组码中应用最普遍的一类码LDPC 码是一类可以用非常稀疏的校验矩阵或二分图定义的 线性分组纠错码，最初由麻省理工学院的Gallager 1962年在其博 士论文中首次提出，也称Gallager码局限于当时VLSI （超大规 模集成电路技术）发展水平无法实现其复杂程度，后逐渐被人淡 忘，到九十年代末，受Turbo码成功的启示，LDPC码的价值被 重新挖掘，成为当前编码领域的热点之一。

和Turbo码相似，具 有逼近仙农（Shannon）极限的性能，几乎适用于所有信道，除 性能上优于 Turbo 码外， LDPC 码能够成功的一个重要原因是它 在解码算法上的优势信道编码的解码算法是决定编码性能和应用前景的一个重 要因素 LDPC 码由于其奇偶校验矩阵的稀疏性，使它存在高效 的译码算法，其译码复杂度与码长成线性关系，克服了分组码在 长码长时所面临的巨大译码计算复杂度问题，使长编码分组的应 用成为可能而且由于校验矩阵的稀疏特性，在长的编码分组时， 相距很远的信息比特参与统一校验，这使得连续的突发差错对译 码的影响不大，编码本身就具有抗突发差错的特性，不需要交织 器的引入，进而消除了因交织器的存在而可能带来的时延 2）多种高阶调制DVB-S系统只是采用单一的QPSK，一个调制符号映射2个 比特，因而其信号传输能力受到很大限制 DVB-S2 将其拓展为 多个可以选择（ Q PS K、8 PS K、1 6A P S K、32A PS K ，图3 为这几种 调制方式的星座示意图）的方式，因此，相应地每个调制符号映 射的比特数分别为2、3、4和5，传输能力大大地提高这尤其 对于直播卫星系统的运营者很有意义，即同样数目的卫星和转发 器，可以成倍地增加传输的信号或节目数量。

APSK 是另一种幅度相位调制方式，与传统的 QAM 相比，其分布呈中心向外沿半径发散，所以又称为星形QAMAPSK比 QAM 更便于实现变速率调制，因而很适合目前根据信道及业务 需要分级传输情况 APSK 调制方案更易于对转发器的非线性进 行补偿，同时16APSK、32APSK可以获得更高的频谱利用率对于一般的广播电视业务， QPSK 和 8PSK 为标准配置， 16APSK 和 32APSK 为可选配置对于交互式服务、数字新闻采 集及其他专业服务，四种方式都为标准配置3） （VCM、ACM）工作模式VCM、 ACM 的使用是 DVB-S2 的另一个显著改革， DVB-S2 能够把不同的数据流组合调制在一个载波上，支持可变和自适应 编码及调制（VCM、ACM），同时也自生支持非MPEG数据不 同的数据流的组合是对日益增长的在一个载波上全透明地传输 不同的需求的回应在实际使用中，可以代替现在的MPEG复用， 又去除了 PCR校正和SI-PSI信息更改的麻烦DVB-S2可变编码及调制（VCM）VCM 功能允许使用不同的调制和纠错方法，并可以逐帧改 变采用VCM，不同业务类型（SDTV、HDTV、音频等）可以使 用各自的调制方式与编码速率，也就是可以在同一个载波上对每 个数据流施加不同的调制方式及纠错级别，因而传输效率得以大 大提高。

VCM 最强的优势在于不同的服务不需要相同的保护条 件的情形，提供不同的服务给处于不同的平均接收条件的不同的 远端站应用VCM，就需针对每个服务端站不同的Co/No （= Es/No）而在QPSK4/5与16APSK2/3之间选择相应的编码与调 制（CM）自适应编码调制（ACM）VCM结合回传信道，可以实现适应编码调制ACM，针对具 体每一个用户的路径条件实时地优化传输参数°DVB-S2比DVB- S 增加了交互信道的信息反馈， ACM 是基于交互信道反馈信息工 作的，当每个接收站设有通往主站的回传信道时（图 4），也就是 当接收端加入反馈机制后， DVB-S2 就可提供更为强大的功能： 自适应编码及调制(ACM)针对每个接收数据帧的信道的实测情况，ACM可动态调整 每个数据帧编码速率与调制方式，这种编码调制方式可以达到帧 级(Frame-by-Frame)也就是说，在它整个传输序列里，每个 单帧的编码码率及调制方式都可以不同这种方式的灵活性表现 在，不同的接收环境(晴天、阴天以及雷雨天气)可提供不同的 编码码率和调制方式，来让接收终端接收到该环境下最理想最可 靠的信号，对移动接收来说，这种方式就显得尤为可贵。

当然， 每个终端的实现复杂度也有增加，它要充分利用可能的回传通道 实时反馈当前接收环境状况参数；另一方面由于帧与帧的码率和 调制方式有不同的可能，所以DVB-S2提供了快速帧同步和高效 载波恢复技术来实现终端平稳接收发送端根据回传信道随时报 告各接收站的收信状况采用 ACM，针对每个接收站不同的Co/No ( = Es/No)而选择相应的编码与调制(CM)，这些调制(CM)的范围在8PSK3/4与16APSK5/6之间简单DVB-S2实现(CCM)最简单的DVB-S2工作模式称作:连续编码及调制(CCM)， 与 DVB-S 类似的是：所有的数据帧采用相同的不变的编码及调 制参数这种传输模式在发送接收上只需一对具有标准接口，比 如 ASI 信号的调制与解调然而， DVB-S2 采用内层纠错编码 LDPC为内层纠错编码，比DVB-S增加近30%的传输能力作为DVB-S信道编码和调制技术的升级，DVB-S2充分利用 上述新技术，提供了一个灵活性强、卫星业务覆盖广泛的新技术 标准据Newtec公司提供的实验结果，用DVB-S2可使带宽利 用率显著增加：使用LDPC,在 CCM工作模式下增29%； VCM模 式增加 66%； ACM 模式增加 131%，其传输能力的大幅度提高 及带来的经济效益是显而。