（测试计量技术及仪器专业论文）有线数字电视信号调制器校准系统研究.pdf

摘要 捅。要 有线电视的全面数字化和产业化必将需要大量相关的数字化设备，有线数字 电视调制器是不可或缺的其中之一，它是保障数字电视系统正常运行的关键设 备。同时也被广泛地应用在数字电视相关产品的开发和生产中作为测试设备，对 数字电视产品的质量起着至关重要的把关作用。于是对数字电视调制器的校准就 很有必要，而且也必须。本课题主要侧重于有线数字电视调制器的校准研究，研 究其主要参数及校准方法，组建其完善的校准系统，编制其校准方法。这为保障 数字电视测试仪器的量值准确与统一有重要的社会意义。 文中从系统的角度对调制器的功能进行了实际的探索和实验，研究了有线数 字电视调制器都涉及那些指标参数，各个参数的含义，计算方法及其它们之间的 关系；分析了相关因素对参数指标的影响与劣化，结合实验以星座图的形式给出 了参数指标劣化的直观表现。并通过大量的实验与分析，最终确定了调制误差率、 误差矢量幅度、载噪比等调制指标参数的校准方法，组建了基于直接测量方法的 精确校准平台，和校准时注意的相关事项。 文章最后利用组建的系统校准平台对罗德施瓦茨公司的s f q 型数字电视调 制器进行了实际校准实验。通过对校准测试结果的评定分析，利用该校准测试系 统和其校准方法对调制误差率、误差矢量幅度等主要调制性能参数的测量不确定 度分别为o 9 4 d b ( 自由度为1 0 3 1 5 2 ) 和o 1 9 ( 自由度为2 6 9 1 7 5 ) ，其测量值分散性 小，精度较高，可靠性高。相比较用基础仪器校准测量，现只需要一台仪器就可 以完成以前需几台仪器相结合才能完成的一些参数的校准测试，影响测量结果的 因素少，测量结果更接近真实值，工作量少，测量更简便易行，且能校准测量i q 相位正交不平衡，i q 幅度不平衡等用基础仪器无法完成的测量参数，校准测试 参数较全面。因此该校准测试系统和其校准方法能更好地完成对调制器技术指标 调制参数的校准测试，合理全面地评估有线数字电视调制器的性能。 关键字：数字电视；数字电视调制器；q a m 调制；调制参数；测量不确定度； 广东工业大学硕士学位论文 a b s tr a c t o v e r a l ld i g i t i z a t i o na n di n d u s t r i a l i z a t i o no fc a b l et e l e v i s i o nw i l ln e e dal o to f r e l a t e dd i g i t a le q u i p m e n t s c a b l ed i g i t a lt vm o d u l a t o ri st h ei n d i s p e n s a b l eo n e i ti s o n eo fk e ye q u i p m e n tt om a i n t a i nt h en o r m a lo p e r a t i o no ft h ed i g i t a lt e l e v i s i o ns y s t e m a n di th a sa l s ob e e nw i d e l yu s e d 弱t e s te q u i p m e n tt ok e e pt h eq u a l i t yo fd i g i t a l t e l e v i s i o n - r e l a t e dp r o d u c t su n d e rs u r v e i l l a n c ei nt h e i rd e v e l o p m e n ta n dp r o d u c t i o n p r o c e s s s oi ti sa b s o l u t e l yr e q u i r e do ri n d i s p e n s a b l et oc a l i b r a t et h ed i g i t a lt e l e v i s i o n m o d u l a t o r t h ep r o j e c tf o c u s e sp r i m a r i l yo nc a l i b r a t i o nr e s e a r c ho fc a b l ed i g i t a lt v m o d u l a t o r r e s e a r c hc o n t a i n ss t u d yo ft h em a i n l ym o d u l a t i o np a r a m e t e r sa n dt h e i r c a l i b r a t i o nm e t h o d s ，b u i l d i n gt h ep e r f e c tc a l i b r a t i o ns y s t e ma n dc o m p i l i n gt h e c a l i b r a t i o nm e t h o d s w h i c hw i l lh a v ei m p o r t a n ts o c i a ls i g n i f i c a n c ei ne n s u r i n gt h e a c c u r a c ya n du n i f o r mo fm e a s u r i n gv a l u e so fd i g i t a lt v t e s te q u i p m e n t t h ep a p e rm a k e sas y s t e m i cg r o p ea n de x p e r i m e n tf o rt h ef u n c t i o n so ft h ec a b l e d i g i t a lm o d u l a t o r , a n ds t u d i e ss o m ep a r a m e t e r sr e l a t e dt oi t sm o d u l a t i o nf u n c t i o n ，t h e d e f i n i t i o no fe a c hp a r a m e t e r , t h e i rc a l c u l a t i o nm e t h o d sa n dt h er e l a t i o n s h i pa m o n g t h e m a n da n a l y z e st h er e l e v a n tf a c t o r sw h i c hi m p a c to nt h e p a r a m e t e r sa n d d e t e r i o r a t et h e m t h er e s u l t so fp a r a m e t e rs p e c i f i c a t i o nd e g r a d a t i o na r ed i r e c t l yg i v e n i nt h ef o r mo fc o n s t e l l a t i o ng e tf r o me x p e r i m e n t s b ym a n y e x p e r i m e n t sa n da n a l y s i s ， t h ec a l i b r a t i o nm e t h o do fm o d u l a t i o np a r a m e t e r ss u c ha sm o d u l a t i o ne r r o rr a t e ，e r r o r v e c t o rm a g n i t u d e ，c a r r i e rt on o i s er a t i oa r eu l t i m a t e l yd e t e r m i n e d ，t h ep r e c i s e c a l i b r a t i o np l a t f o r mb a s e do nd i r e c tm e a s u r e m e n tm e t h o d si se s t a b l i s h e d ，a n ds o m e r e l a t e dm e a s u r e m e n ta t t e n t i o n sa r ea l s og i v e n i nt h en e a re n do f t h ep a p e r , t h es y s t e mc a l i b r a t i o np l a t f o r mi su s e dt oc a l i b r a t et y p e s f qd i g i t a lt e l e v i s i o nm o d u l a t o ro fc o m p a n yr o h d e & s c h w a r z b ya n a l y z i n ga n d e v a l u a t i n gc a l i b r a t i o nt e s tr e s u l t so fe x p e r i m e n t s ，t h em e a s u r e m e n tu n c e r t a i n t yo f m a i nm o d u l a t i o nf u n c t i o np a r a m e r e r so fm o d u l a t o rl i k em o d u l a t i o ne r r o rr a t ea n d e r r o rv e c t o rm a g n i t u d ei s0 9 4 d b ( d e g r e e so f f r e e d o mi s1 0 3 ，1 5 2 ) a n do 1 9 ( d e g r e e s o ff r e e d o mi s2 6 9 ，17 5 ) ，w h i c hs h o w st h es m a l l e rd i s p e r s i o no fm e a s u r e m e n t s ，h i g h e r a b s t r a c t a c c u r a c ya n dh i g h e rr e l i a b i l i t y c o m p a r e dt ot h ep r e v i o u sm e a s u r e m e mb yb a s i s i n s t r u m e n t s ，n o wo n l yas i n g l ei n s t r u m e n tc a l lc o m p l e t es o m eo ft h ep a r a m e t e r so ft h e c a l i b r a t i o nt e s tw h i c hn e e dt oc o m b i n es e v e r a li n s t r u m e m st o 1 e a s l m eb e f o r e s o f a c t o r sa f f e c t i n gt h em e a s u r e m e mr e s u l t sa r el e s s ，i t sr e s u l t sa r ec l o s e rt ot h et r u e v a l u e a n di t sw o r k l o a di nm e a s u r e m e mi sl e s s ，a n dt h em e a s u r e m e mi sm o r es i m p l e a n de a s y t h ep a r a m e t e r sc a l la l s ob em e a s u r e dl i k ei qq u a d r a t u r ep h a s ei m b a l a n c e ，i q a m p l i t u d ei m b a l a n c ew h i c ha r en o tb ec o m p l e t e db yu s i n gb a s i ct e s te q u i p m e n t s b e f o r e ，c a l i b r a t i o np a r a m e t e r sa r em o r ec o m p r e h e n s i v e s ot h ec a l i b r a t i o nt e s ts y s t e m a n di t sc a l i b r a t i o nm e t h o d sc a nm e e tt h em e a s u r e m e mr e q u k e m e m so f p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r so fam o d u l a t o r , a n dm a y e s t i m a t eac a b l ed i g i t a lt vm o d u l a t o r r e a s o n a b l y a n dc o m p l e t e l y k e y w o r d s ：d i g i t a lt v ；d i g i t a lt vm o d u l a t o r ；q a mm o d u l a t i o n ；m o d u l a t i o n p a r a m e t e r ；m e a s u r e m e mu n c e r t a i n t y 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 。 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导导师签名： 论文作者签名： 7 吖年( 月爹日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 电视是二十世纪对人类生活最有影响的技术发明之一，世界上自从发明电视 广播系统以来，电视技术仅仅有过从黑白到彩色一次总体技术上的提高。数字电 视被称作继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视技术n 一，。数字电视是电视数字 化和网络化后的产物，它已不仅仅是传统意义上的电视，是指电视信号的处理、 传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。能提供包括图像、 数据、语音等全方位的服务，是3 c 融合的一个典范，是计算机、传输平台、消 费电子三个环节的聚焦点口，。因此，数字电视的发展受到各方面的特别关注。 数字电视系统具有许多优点，如资源利用率高；通信保密性好，安全系数高， 很容易实现“加密和解密 与“加扰和解扰；抗干扰能力强，信号稳定可靠， 信噪比高；图像和伴音质量高；可以实现双向交互业务和视频服务等等j ，。正是 由于这些优点，使得其应用领域越来越广，如远程教育，实现教育资源的优化配 置和共享；会议电视，带给人们更高更有效的工作，适应了现代信息社会的工作 方式；电视商务，可以足不出户就可以享受到各种商业服务：家居银行，借助于 双向数字电视网络的一种电子服务渠道，通过电视网络为广大客户提供全方位金 融服务等嚏”。在军事上，还作为一个重要的数字可视化设备应用于军队的信息化 建设中。随着数字化时代的来临，它也开始走进千家万户。 我国已建立了遍及家家户户的有线电视网络，在有线数字电视、卫星数字电 视、地面数字电视中，有线数字电视具有更为广泛和实际的推广基础，因此符合 g y t1 7 0 2 0 0 1 有线数字电视广播信道编码与调制规范( 等同于欧盟d v 标准) 标准的有线数字电视是今后我国电子信息制造业主要生产的数字电视产 品。 在数字电视技术的迅猛发展过程中，数字电视产品的质量必然是人们所关注 的焦点，同时也是数字电视技术向前发展的关键。这必然也对检测数字电视产品 的相关仪器设备提出了较高的要求，其中数字电视调制器是这些测试仪器设备当 中比较重要的一个，它是保障数字电视产品质量和保障数字电视产业稳步健康向 广东工业大学硕士学位论文 前发展的前提和关键。从图1 1 和图1 2 中，我们可以看出数字电视调制器的重要 作用。 图1 1 数字电视广播系统基本框图 f i g 1 1b a s i cs t r u c t u r ed i a g r a mo fd i g i t a lt vb r o a d c a s t i n gs y s t e m 图1 - 2 数字电视测试系统的基本构成 f i g 1 - 2s t r u c t u r ed i a g r a mo fd i g i t a lt vt e s ts y s t e m 从图1 1 和图1 2 分析，在数字电视信号的发生、调制、解调、解码整个过程 中，数字电视相当于解调器、解码器，因此在制造数字电视产品过程中使用最多 的测试仪器设备便是调制器和码流发生器。在数字电视测试系统中，有线数字电 视调制器是重要的测试仪器之一，在生产、设计各环节都将使用到此仪器，其i q 信号调制性能对信号的调制质量有直接关系，对测量有线数字电视产品的质量有 直接的影响。在数字电视广播传输系统，数字电视调制器都处于核心的位置，它 对系统的正常运行起着至关重要的作用，其性能好坏直接影响到终端图像和声音 质量的优劣及其分辨力的高低。因此数字电视调制器校准方法的研究必将不仅对 数字电视广播传输系统的正常运行起到重要的技术保障作用，而且也会对相关数 字电视产品质量的提高起到良好的促进作用。并且在有关进口设备质量的维权方 面也会形成有力的技术支撑。而且解决好有线数字电视调制器的校准问题，也可 以为卫星数字电视调制器、地面数字电视调制器的校准方法提供参考。 1 2 国内外有线数字电视调制器校准测量的现状及发展趋势 数字电视是随着计算机技术、数字技术、通讯技术的不断发展而出现的，是 这些技术相互渗透、融合的一种产物，在国际上是属于前沿的科学技术。目前世 界很多国家都把数字电视技术发展作为一项重要的战略，但发展水平层次和阶段 各不相同。根据d a t a m o n i t o r 媒体和广播分析师c h r i sk h o u r i 称，欧洲和美国仅 2 第一章绪论 有5 4 家庭有某种形式的数字电视服务【s 卵；而美国数字电视的用户占用户总数 的约3 6 ，模拟电视还是主要的d o a i ；我国家目前有线数字电视入户率仅为3 6 0 1 ，还处于整体平移的发展阶段，很多的统一的标准方案仍在试验中。不难看出 全球的数字电视产业目前仍然处于一个发展的不成熟的阶段，很多的技术、方案、 标准仍然有待研究、制定、完善。这其中也包括数字电视系统中的相关的仪器设 备的测试方法与测试规程标准，在有线数字电视系统众多设备之中，具有重要地 位的数字电视调制器便是其中之一。限于数字电视技术的不成熟，数字电视调制 器通用的技术条件及其测试方法的标准尚未制定，某些技术指标限于测试手段， 还没有规定和测试。 对于通用仪器，国外著名仪器公司都在相关技术文件中给出主要参数的检测 方法。我国校准规范的制定也大多参考这些技术文件。因数字电视仪器相对来说 还处于发展阶段，即使是国外知名仪器公司也还没有在仪器说明书中给出相关的 技术资料。但有些公司会在客户购置仪器时，给出仪器主要性能的检测报告。这 可在课题研究中作为参考。当前，国内虽有些计量单位也对数字电视调制器等仪 器进行着尝试性地性能检测，但都缺少深入细致的研究工作。而所采用的方法也 限于用基础仪器进行测量、分析，其分析的技术指标参数有限，不能全面直观地 评价一台仪器的性能。因此，建立一套测量参数全、精度高、工作量少、能全面 反映一台仪器的性能的测量方案显得相当有必要。 1 3 本文解决的关键问题 在数字可视化设备产品开发的初期，由于没有成熟的测量设备，而采用一些 基础的测量设备测量部分参数。对数字调制器，可以采用矢量分析仪部分解调分 析调制信号，见图1 3 。矢量分析仪有符合欧洲传输标准和美国传输标准的解调 器功能，可以对符合这两种传输模式的信号进行解调分析。例如星座图，幅度矢 量误差，幅度误差，相位误差，频率误差等等。但是从测量结果上看来，准确度 无法和解调器相比。如与解调器测量结果相比，星座图的噪声明显偏高。加之， 测量分析的参数有限，不能全面地评估一台仪器的技术性能。 有线数字电视调制器参数很多，有一些用基础仪器无法测量，采用解调器直 接对调制器的调制信号进行解调，这样就能对调制器的性能有一个全面的评价， 3 广东工业大学硕士学位论文 i 被校数字电视调制器 、矢量信号分析仪 ， 图1 - 3 数字调制器校准框图 f i g 1 - 3d i a g r a mo fd i g i t a lt v t e s tc a l i b r a t i o ns y s t e m 工作量相对也减少很多。本项目拟采用直接测量法。采用直接测量的方法，用数 字解调器直接将调制器的各项参数解调，并给出参数测量结果。对载波特性如载 波频率、载波电平和频谱纯度可以用测量接收机和频谱分析仪来测量、分析。 其解决的关键问题如下： 1 有线数字电视调制器测量校准系统的建立； 2 研究有线数字电视调制器主要指标参数及其校准测量方法；如调制误差 比、误差矢量幅度、i q 幅度不平衡、i q 相位误差、载波抑制等参数： 3 参数测量的不确定度来源分析与计算。 1 4 本文主要内容和论文章节安排 本次工作主要研究数字电视调制器的校准方法和组建其校准系统。其主要内 容有研究g y t17 0 2 0 0 1 有线数字电视广播信道编码与调制规范，d v b c 欧 洲有线电视传输系统标准对有线数字电视广播信道编码与调制的要求；实现数字 电视调制器的主要技术指标参数的测量；完成其参数的不确定度的分析与计算； 利用r o h d e & s c h w a r z 的e f a 型数字电视测量接收机并辅以数字矢量信号分 析仪和频谱分析仪等仪器来建立数字电视调制器的测量系统；最后在上述工作的 基础上完成数字电视调制调制器的校准方法编写工作。 根据研究内容，本论文各章的主要内容如下： 第一章绪论介绍了课题研究的背景及意义、国内外有线数字电视调制器的校 准测试的现状及发展趋势和本文研究的关键问题及内容。 第二章从整体上介绍了有线数字电视调制器的基本结构，详细阐述了每一个 基本结构块的作用、对信号的处理变换，给出了有线数字电视调制器的技术参数 及指标。 第三章详细阐述有线数字电视调制器的调制技术指标参数的定义，分析了相 关因素对参数指标的影响，并阐述了指标劣化对有线数字电视系统的信号影响， 辅以星座图的形式给出了直观的说明。 4 第一章绪论 第四章针对有线数字电视调制器的技术指标参数，分析了在测量时所受到 的不确定影响因子，对每一个影响因子给出了其不确定度的评定分析。并且将各 个影响因子的不确定度分量进行合成，以数据的形式给出了测量结果的可靠性。 1 5 本章小结 本章阐述了课题研究的背景及意义、国内外有线数字电视调制器校准测试的 现状及发展趋势和本文研究的关键问题及内容。 s 广东工业大学硕士学位论文 第二章有线数字电视调制器的结构及信号调制原理 有线数字电视调制器将数字t s 复用码流进行信道编码、q a m 调制并进行 上变频处理，将其变换为适合信道传输的形式，然后送入信道进行传输。信号调 制质量的好坏及其接收端信号的解调结果如何直接取决于调制器的调制性能。本 章主要针对数字电视调制器介绍其基本构成及其对信号的处理变换调制过程。 2 1 有线数字电视调制器的组成结构 有线数字电视q a m 调制器包括信道编码和信道调制单元，如图2 - 1 所示。 被压缩的m p e g 2 数字码流信号送入数字接口电路，经信道编码和信道调制后， 输出中频信号，最后经上变频变换为射频信号送往线路中【1 2 】。信道编码一是使码 流的频谱特性适应信道的频谱特性，从而提高信号的信噪比，减小误码率，二是 增加纠错能力。信号调制则是采用q a m 调制即正交平衡调制，提高了频带利用 率。 图2 1 有线数字电视调制器的结构框图 f i g , 2 - ls t r u c t u r ed i a g r a mo fc a b l ed 酒t a lt vm o d u l a t o r 2 2 信号调制原理 2 2 1m p e g - 2 传送层和帧结构 当前，国际国内的有线数字电视系统有着基本上公认和优化的技术规范。而 且，在欧洲，将有线、卫星和地面数字电视广播统一于由d v b ( 数字视频广播) 6 第二章数字电视调制器的构成及其调制原理 组织规定的d v b 标准框架内，分别简称为d v b c ，d v b s 和d v b t 技术规范。 为照顾到三种传输系统有最大的共通性的信号处理技术，它们的冗余信息压缩和 信源编码都基于m p e g 2 国际标准【1 3 - 4 】。 m p e g 2 标准的系统层、视频编解码和音频编解码适用范围是多方面的，并 不局限于视音频广播领域，因此，将m p e g 2 使用于d v b 是需规定其特定场合 下的实施准则。为了使d v b 电视广播比特流与m p e g 2 标准完全相符并与其将 来的增强版本兼容，并为了使电视广播接收端的i r d ( 综合接收解码器) 能正确解 码比特流，d v b 实施准则中对于传输的m p e g 2 复用码流t s 流( 传输流) 的编码 和i r d 对t s 流的解码作出了约束旧。其t s 传输流的结构如图2 2 所示。 1 8 8 字节 矛晶二丽丽 包头l 有效载荷i 包头 i 有效载荷 ii 包头 l 有效载荷 同步l 传输误码l 净数据单元i 传送l 。一l 传送加l 自适应i 连续i 自适应 字节i 指示符l 起始指示符l 优先级l l 扰控制i 字段控制i 计数码i 字段 8 比特1 比特1 比特i 比特1 3 比特2 比特2 比特4 比特 图2 - 2m p e g 2 传送数据流结构 f i g 2 - 2s t r u c t u r eo fm p e g - 2t r a n s p o r t a t i o nd a t as t r e a m 从图上可见，m p e g 2 传送层由1 8 8 字节的数据包组成，其中，前4 个字节 为包头字节，包头中的第1 个字节是专用于同步的同步字节，包头中的其余3 个字节用于业务识别、加扰控制和自适应字段控制等。2 比特的“自适应字段控 制”指明该数据包内1 8 4 字节是否都是有效载荷，如果有效载荷用不满1 8 4 字节， 则用“自适应字段”内的填充字节补足1 8 4 字节。有效载荷可以是图像、声音或 数据信息，但它们在包内不能混合存在m 】。 输入至信道编码编码器的1 8 8 字节数据包首先组织成由每8 个数据包构成的 数据帧，其帧结构如图2 3 所示，由连续的8 个数据包组成。其帧结构如图2 3 a ) 表示单个数据包，由1 8 8 个字节组成。图b ) 表示帧结构，由连续的8 个数据包 构成，在每个数据包中，除了同步字节外的1 8 7 个字节是经过随机化处理的。第 一个包的同步字节为4 7 h ，其余的7 个包的同步字节为4 7 h ，这样就可以将分别 传送的每个数据帧进行界限区分。 7 广东工业大学硕士学位论文 l 字节：矾或4 7 h a ) m p e g 2 传送复用数据包结构 a ) s t m e t u r eo fm p e g - 2t r a n s p o r t a t i o nm u l t i p l e x i n gd a t ap a c k a g e 4 7 h4 7 h ，4 7 h ， i 随机化随机化随机化 s y n c i1 8 7 字节 s y n c 2s y n c 8 1 8 7 字节1 8 7 字节 ， b ) 随机化传送帧：同步字节和随机化序列 b ) r a n d o mt r a n s m i s s i o nf r a m e s ：s y n cb y t ea n dr a n d o ms e q u e n c e 图2 3 传送数据帧的帧结构 f i g 2 3f r a m es t r u c t u r eo ft r a n s p o r t a t i o nd a t af r a m e s 2 2 2 数据输入接口 数据输入接口是把输入信号进行预处理，实现输入数据流标准归一化。以此 保证不同厂家生产的m p e g 2 编码信号数字设备间能兼容互联。输入接口有多种 选择，a s i 、s p i 、d s 3 、e 3 均能应用于有线数字电视q a m 调制器，但商用化q a m 调制器一般都采用d v b 标准接口- a s i ，s p i 。s p i 用于在中、短距离内传输数据 率可变的m p e g 2t s 流，由t s 流中的字节时钟实现数据信号同步传输，传输输 送链路采用l v d s ( 低压差分信号) 、2 5 帧连接。a s i 在实际中应用较普遍，是许多 m p e g 2 数据流处理设备大多配置的一种接口，它采用恒定的传输速率 2 7 0 m b 矾，但它容许不同设备的原始数据流速率不是2 7 0 m b i 佻，由传输设备填 入专用数据字符( 逗号k 2 8 5 ，0 0 11 l11 0 1 0 或l1 0 0 0 0 0 1 0 1 ) 予以补充。因此，接收端 的接收时钟是恒定的，可利用锁相环路( p l l ) 恢复原始时钟速率。a s i 接口的传输 链路可采用电缆或光缆，并且分为第2 层，第1 层，第0 层三层。 这两种类型的接口均可采用g b t 1 7 9 7 5 1 2 0 0 0 规定的1 8 8 字节的包结构，如 图2 2 所示。同时也可采用经i 峪编码的包( 2 0 4 字节) ，如图2 5 所示。 在有线数字电视q a m 调制器中，可以通过进入系统主菜单来设置输入接口， 设置时一定要与实际的调制器系统接口连线相对应，也有一些调制器能自动侦测 输入信号的接口，此时可通过系统主界面来查看系统使用的是那一个输入接口和 接口的状态。 8 第二章数字电视调制器的构成及其调制原理 2 2 3 能量扩散 在数字电视信号传输过程中，t s 码流中可能会出现长0 ”或“1 ”，这样数据流 频谱在低端就有大的能量分布，不适应信道的传输特性，将给接收端恢复定时信 息造成一定的困难。另外还可能会出现信号源没有比特流输入或输入比特流与 m p e g 2 传送流t s 格式不兼容，这时调制器就输出未调制的载波，结果会导致出 现能量集中的高频信号干扰其他信道。基于上述两种现象，加入了能量扩散电路， 这样就一方面可以防止码流中的连“0 ”和连“1 ”破坏传输系统的定时功能，使收发 双方会失去同步；另一方面还可以防止在某些情况下调制器输出未调制载波而对 系统造成干扰【佑l ；能量扩散的实现方法是用一个p r b s ( 伪随机二进制序列) 发生器 产生一个p r b s 流，与输入的数据流逐个比特进行x o 剐异或) 运算。p r b s 也称为 朋序列，一般用带有若干反馈线的m 级一位移位寄存器产生，序列的周期为 2 用一1 。其朋序列可用特征多项式g ( 或称生成多项式) 表示。d v b 系统采用的 p r b s 生成多项式如下： g ( x ) = 1 + x 1 4 + x 1 5( 2 1 ) 可以看出p r b s 发生器是由1 5 个移位寄存器组成，两条反馈线。其实现逻辑 电路框图如2 4 所示。 在每8 个传送包的开始时将序列“1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 ”装入p r b s 计数器，使其 初始化。在一个8 个包长的组中，第一个包的m p e g 2 同步字节应逐比特倒相， 从4 7 a e x 变为b 8 r 正x ，这样处理是为了给解扰器提供一个启动信号。 p r b s 生成输出的第一个比特应作用于已倒相的m p e g 2 同步字节( i i p b s h e x ) 后的第一个字节中的第一位。为了实现其它同步功能，在后继的7 个传送包的 m p e g 2 同步字节持续期间，p r b s 继续工作，但其输出是无效的，不对这些字 节进行随机化。因此，实际经过1 5 0 3 字节后，p r b s 序列重新初始化，再与输入 数据进行异或运算，依次不断地反复进行。 当调制器没有比特流输入或输入比特流与m p e g 2 传送码流格式( 即1 个同 步字节+ 1 8 7 个数据包字节) 不兼容时，随机化过程仍将持续进行。这样可避免调 制器输出未调制载波【7 】。 在每个同步字节期间，图2 4 所示的使能信号切断与门，以抑制p i m s 在此期 间的输出，使同步字节不被随机化。 9 广东工业大学硕士学位论文 初始化序列 1o0l0l0l00000 00 数据输出 输入数据( 从m s b 开始) ：l0l ll0 0 00 x x x x p r b s 序列：0 0 0 0 0 0 1 l 2 4 数据随机化与去随机化原理图 f i g 2 - 4p r i n c i p l ed i a g r a mo fd a t ar a n d o m i z a t i o na n du n r a n d o m i z a t i o n 2 2 4r s 纠错编码 化 数字电视信号中的一切劣化集中表现为误码，若误码率超过一定阀值，整个 图像会产生马赛克或根本不能正常观看。所以须采取有效措施来防止或纠正传输 误码。r - s 编码具有较强的纠错能力，是为了避免数字电视传输信号发生错误码 而采取的一种纠错措施。目前在数字电视系统中广泛使用。对每个传输包而言， r s 编码可纠正8 个字节随机错误的任意组合，或纠正长度不大于5 7 的突发错误 1 6 1 。 r s 编码是在每1 8 8 字节后加入1 6 字节的i 峪码( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 ) ，参见图2 5 。其监 督码组的码生成多项式与本源域生成多项式分别为旧； 码生成多项式： g ( x ) = ( x + a o ) ( x + 口1 ) ( x + 口1 5 ) 式中，口= 0 2 h e x ( 2 2 ) 域生成多项式： p ( x ) = x 8 + x 4 + x 3 + x 2 + 1 ( 2 3 ) 实际工程实施中，常采用( 2 5 5 ，2 3 9 ，8 ) 的i 述编码，它是在2 0 4 字节( 包括同步字 节) 前添加5 1 个全0 ”字节，产生r s 码后丢弃前面5 1 个空字节，形成截断的 ( 2 0 4 ，1 8 8 ) r s 码。它能纠正t s 包内至多8 个有误码的字节。这对于传输环境良好的 有线系统来说已足够强。在接收端，靠检验1 6 个字节的r s 码的情况来判断并纠 第二章数字电视调制器的构成及其调制原理 正错误。 注意i 述编码同样也作用于包同步字节，不论是未倒相的( 即4 7 旺x ) 还是己倒相 的( 且p b 8 1 - m x ) 。 2 0 4 s y n c 或s y n c n l 随机化的1 8 7 字节 i 1 6 字节r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，8 ) 码 图2 - 5r s ( 2 0 4 ，18 8 ，户8 ) 码误码保护包 f i g ，2 5s t r u c t u r ed i a g r a mo fd a t ap a c k a g eg u a r d e db yr sc o d e 2 2 5 卷积交织 为了提高抗突发干扰的能力，在r s 编码后采用以字节为单元的交织，称为 字节交织或卷积交织。交织可以使得信道的突发差错分散开来，把在信道上发送 的相邻的各个比特或符号广泛地分散在待解码的数据序列内。接收端去交织后， 突发差错( 误码) 就被分散到待解码的数据序列中，分散在多个接收码字上，使由 r s 保护的实际数据帧内的误码率降低。通常均匀分布的差错是很容易被纠正的， 于是就可以充分发挥纠错编码的作用。对数据作交织处理，进一步增强了纠错能 力。 在有线数字电视信号调制中，对误码保护包进行深度为卢1 2 的卷积交织， 这样即生成一个交织帧( 见图2 7 ) 。已交织的帧由交叠的误码保护包组成，且以 e g 一2 同步字节为边界( 保留2 0 4 个字节的周期性) ，r s 编码与卷积交织级联可 纠正8 x 1 2 = 9 6 字节的突发误码。 在数字电视的信道编码中，最简单的交织器是采用二维存储器阵列实现的块 交织器，采用基于f o m e y 方法的交织电路，它由以字节为单元的f i f o 移位寄存器 组成。其实现原理框图如图2 6 所示。 图中同时示出了发送端的卷积交织器和接收端的去交织器。交织器由卢1 2 个分 支构成，由输入开关循环地轮流接通输入的字节流。每个分支都有一个先进先出 ( f i f o ) 移位寄存器，且深度为肌，( 其r 扣m = 1 7 = n i , n = 2 0 4 = 误码保护帧长度， i = 1 2 = 交织深度，产分支序号) 。f i f o 移位寄存器为一个字节，且输入输出开关 同步。为了实现同步，不论什么情况下，都是将同步字节及倒相的同步字节送至 交织器的分支o ( 相当于零延时) - 7 1 s l 。 1 1 广东工业大学硕士学位论文 同步字节支路同步字节支路 s 叫廿3 f i f o 移存器交织深度1 - 1 2去交织深度i = 1 2 图2 6 卷积交织器与去交织器 f i g 2 - 6p r i n c i p l ed i a g r a mo fd a t ae o n v o l u t i o n a la n du n c o n v o l u t i o n a li n t e r t e x t u r e 去交织器和交织器在原理上相类似，但是分支序号恰好相反( 即，= 0 相当于 最大的延时) 。去交织器的同步可通过将第一个可识别的同步字节传送到一0 号分 支来实现。 在应用交织技术时，关键是交织深度的选择，选择过大，寄存器或存储器数 量大，延时也大，交织系统将很复杂。在d v b 系统中，一般交织深度选为1 = 1 2 。 f f s y n c 或2 0 3s y n c 或2 0 3s y n c 或 s y n c l l字节s y n c l l字节s y n c n 丽丙西：未随机化的同步字节补码 s y n c n = 未随机化的同步字节，n = 2 ，3 ，8 图2 - 7 交织帧，交织深度= 1 2 字节 f i g 2 - 7s t r u c t u r ed i a g r a mo fd a t ai n t e r t e x t u r ef r a m e 、析t l l12i n t e r t e x t u r eb y t ed e p t h 2 2 6m - q a m 映射( 字节到符号映射) 有线数字电视系统中采用的是q a m 调制方式，需要将信道编码后的串行比 特流变换成适应于q a m 调制的i ，q 两路基带比特流，以对两个正交的载波分别进 行平衡调幅，形成正交平衡调幅波。因此，需要在卷积交织器后实施字节( 8 l l 特) 到肌比特符号的映射变换，而后再将m 比特分成两个m 2 ( m 为偶数) 比特，以形成 一路i 信号和一路q 信号。字节到字符的映射( 转换) 也是一种适配，是为了平衡码 率与信道频带利用率而做的一种调整嗍。对于不同级别的q a m 调制，映射的符 号数也各不同，对有线数字电视的6 4 q a m 调制而言，m = 6 ，即将3 个字节转换为 鹫 茼碗 斛 第二章数字电视调制器的构成及其调制原理 4 + 6b i t 的字符。映射变换如图2 8 所示。 去 ( 交织器输出 ( 字节) 字节v字节v字节v ； b 7 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2b l b o b 7 b 6 b 5 b 4 1b 3 b 2 blb 0b 7 6 61 b 5 b 4 b 3 b 2 blb 0 rm s b1 r ，0l s b ， b 5 b 4 b 3 b 2 b1b ob 5 b 4 b 3 b 2 blb 0b 5 1 m b 3 b 2 blb 0b 5 b 4 b 3 b 2 b1b o 符号z符号z + i符号z + 2符号z + 3 注1 ：b 0 为每个字节或m 比特符号( 脚t u p l e ) 的最低有效位( l s b ) 。 注2 ：这个变换中，每个字节产生的m 比特符号不止一个，分别标为z 、z + l 等，且z 在 z + l 之前传送。 图2 86 4 q a m 时字节到m 比特符号的映射变换 f i g 2 8s t r u c t u r ed i a g r a mo fm a p p i n gt r a n s f o r m a t i o nf r o mb y t e st om - b i ts y m b o la t6 4 q a m 2 2 7 正交平衡调制 正交平衡调制( q a m 调制) 是解决数字基带信号不能直接在h f c 网络中与模 拟信号按频分复用方式传输的问题，在d v b 系统中有着重要的作用。通过调制 可以实现频谱从基带到载波频率的搬移，从而将调制信号转换成适合于信道传输 或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着 很大的影响。 在h f