开路地面电视7-等级调制

1、第六章：DVB-T的等级调制一、等级调制定义 在DVB-T系统中，我们首先回忆一下QPSK，16QAM和64QAM三种调制的星座图，我们发现相邻象限字符之间或相限内部字符都是等距的，例如16QAM调制中的字符0011与0001之间，字符0011与0111之间；64QAM调制中的字符与之间，字符与之间，这种字符的映射称为均匀映射，见图1。16QAM 非等级调制QPSK 非等级调制64QAM 非等级调制图1： 非等级调制（=1）QPSK，16QAM，64QAM星座图DVB-T系统引入等级调制的概念，相邻象限之间的字符采用非均匀映射，我们定义一个参数阿尔法 ，=1，2，4，它代表与坐标X，Y轴最近的

2、字符与坐标轴的距离；=1对应非等级调制，字符均匀映射，=2和4对应等级调制，它可以将不同坐标象限中的调制星座图间距拉开，详见图2与图3中的显示。从调制角度，我们可以理解成将一个QPSK与另一个QPSK调制相“叠加”，形成一个16QAM，见图2中的16QAM星座图；同样我们可以将一个16QAM叠加到QPSK上面而形成一个64QAM调制，见图3中的64QAM星座图。我们将叠加后形成的调制定义为低等级调制（Low Priority）或（LP），而原来的调制定义为高等级调制（High Priority）或（HP）, 高等级调制（HP）的信号比低等级调制（LP）所需要的载噪比（C/N）较低，比较容易接收

3、，这也是它们的定义的由来。通过选择等级调制中的特殊参数阿尔法=2和4，我们不难发现，对应的等级调制中，虽然相邻象限间的字符间距拉开，但是同一象限间的字符间距缩小；也就是高等级流（HP）的抗干扰能力提高，但是代价是降低低等级流（LP）的抗干扰能力。16QAM 等级调制 =264QAM 等级调制 =2图2：等级调制（=2）16QAM，64QAM星座图16QAM 等级调制 =464QAM 等级调制 =4图3：等级调制（=4）16QAM，64QAM星座图二、等级调制的技术特点DVB-T系统中等级调制的主要特点是：（1）在一个射频模拟频道中传送两个独立的数字电视传输流（2）选择不同的纠错码及调制方式每一

4、个传输流具有自己的信道特性及覆盖范围高级码流（HP）总是选择QPSK调制，其传输效率不高，但是所需要的C/N比低，抗干扰能力强，传输距离远，覆盖区域大。低等级码流（LP）是对高等级码流的再调制，可以看成是高等级码流的额外噪音，对传输有恶化的作用，为了克服这一问题，通常可以采取两种方法：方法一：提高阿尔法的数值，选择=2和4，这样可以完全抵消由于低等级码流引入而造成的额外噪声。方法二：如果可以允许高等级码流的比特率有所降低，那么可通过调节纠错码FEC的方式进行补偿。表1，2，3分别给出非等级调制和等级调制时所需的最低理论C/N比，我们可以清楚地看到，在同样的FEC数值，同样的调制方式，同样的传输

5、信道时，等级调制所需的C/N比比非等级调制要高，例如采用16QAM调制，FEC采用1/2，选择高斯信道，非等级调制的C/N为8.8dB（表1），而采用等级调制（=2）的C/N为13dB（图2），采用等级调制（=4）的C/N为17.3dB（表2），低等级码流（LP）的码流率直接由它的调制方式和纠错码决定，但是它所需的C/N比却比非等级调制的高出许多，具体数据见下表：Viterbi纠错后BER=210-4RS纠错后BER10-11QEF条件下的最小C/N值比特率(Mbit/s)调制方式纠错码高斯信道莱斯信道瑞利信道保护间隔1/4保护间隔1/8保护间隔1/16保护间隔1/32QPSK1/23,13,

6、65,44,985,535,856,03QPSK2/34,95,78,46,647,377,818,07QPSK3/45,96,810,77,648,298,789,05QPSK5/66,98,013,18,299,229,7610,05QPSK7/87,78,716,38,719,6810,2510,5616-QAM1/28,89,611,29,9511,0611,7112,5616-QAM2/311,111,614,213,2714,7515,6116,0916-QAM3/412,513,016,714,9316,5917,5618,1016-QAM5/613,514,419,316,59

7、18,4319,5220,1116-QAM7/813,915,022,817,4219,3522,4921,1164-QAM1/214,414,716,014,9316,5917,5618,1064-QAM2/316,517,119,319,9122,1223,4224,1364-QAM3/418,018,621,722,3924,8826,3527,1464-QAM5/619,320,025,324,8827,6529,2730,1664-QAM7/820,121,027,926,1329,0330,7431,67注释：斜体是近似值QEF（Quasi Error Free）代表近乎无错，即：

8、每小时的错码小于1个，BER大于10-11表1：非等级调制信道最小理论C/N比值Viterbi纠错后BER=210-4RS纠错后BER10-11QEF条件下的最小C/N值比特率(Mbit/s)调制方式纠错码高斯信道莱斯信道瑞利信道保护间隔1/4保护间隔1/8保护间隔1/16保护间隔1/32等级调制QPSK映射16-QAM1/224.85.46.94.985.535.856.032/37.17.79.86.647.377.818.043/48.49.011.87.468.298.789.05+1/213.013.314.94.985.535.856.032/315.115.317.96.647.

9、377.818.043/416.316.920.07.468.298.789.055/616.917.822.48.299.229.7610.057/817.918.724.18.719.6810.2510.56等级调制QPSK映射16-QAM1/243.84.46.04.985.535.856.032/35.96.68.66.647.377.818.043/47.17.910.77.468.298.789.05+1/217.317.819.64.985.535.856.032/319.119.622.36.647.377.818.043/420.120.824.27.468.298.789.

10、055/621.122.026.08.299.229.7610.057/821.922.828.58.719.6810.2510.56注释：斜体是近似值表2：等级调制QPSK/16QAM=2，4条件下信道最小理论C/N比值Viterbi纠错后BER=210-4RS纠错后BER10-11QEF条件下的最小C/N值比特率(Mbit/s)调制方式纠错码高斯信道莱斯信道瑞利信道保护间隔1/4保护间隔1/8保护间隔1/16保护间隔1/32等级调制QPSK映射64-QAM1/218.99.511.44.985.535.856.032/312.112.714.86.647.377.818.033/413.7

11、14.317.57.468.298.789.05+1/214.614.916.49.9511.0611.7112.062/316.917.619.413.2714.7515.6116.093/418.619.122.214.9316.5917.5618.105/620.120.825.816.5918.4319.5220.117/821.122.227.617.4219.3520.4921.11等级调制QPSK映射64-QAM1/226.57.18.74.985.535.856.032/39.09.911.76.647.377.818.043/410.811.514.57.468.298.78

12、9.05+1/216.316.718.29.9511.0611.7112.062/318.919.521.713.2714.7515.6116.093/421.021.624.514.9316.5917.5618.105/621.922.727.316.5918.4319.5220.117/822.923.829.617.4219.3520.4921.11注释：斜体是近似值.由于64QAM信号劣质的性能,=4的QPSK/64-QAM结果没被包括。表3：等级调制QPSK/64QAM=1，2条件下信道最小理论C/N比值对于上面的表1，2，3，我们还有3点说明，以方便读者理解。（1）在表1中我们可以

13、看出正常的QPSK、FEC=1/2时的C/N比是3.1dB，在表3的前半部分Alpha=1时，同样的QPSK、FEC=1/2时，其C/N比为8.9dB，由于等级调制带来的损失为5.8dB，通过调节Alpha的值，在表3的后半部分Alpha=2数时，对于QPSK、FEC=1/2，其C/N比回到了6.5，可以改善为2.4dB。（2）通常LP码流或者是QPSK或者是16QAM，与QPSK等级调制叠加以后的星座图是16QAM和64QAM，我们可以得出结论，在Alpha1的均匀等级调制情况下，正常16QAM的C/N比等于LP的QPSK的C/N比，正常64QAM的C/N比等于LP的16QAM的C/N比（见

14、表1和表3中的数值）也就是说LP码流的C/N比等效于它的整体星座图的C/N比（3）表2和表3中的号上面是HP码流，号下面是LP码流，对于总码流率来讲，是LP于HP码流率总和。三、等级调制的服务模式网络运营商通过选择不同的调制方式，纠错码而获得最大的带宽输出。例如：在固定覆盖接收的情况下，选择64QAM、FEC=2/3时，有用带宽是24Mb/s，进一步运营商还有如下两个参数要进行选择：（1）2k和8k模式决定了是否进行单频网（SFN）和多频网（MFN）的运行，以及单个发射机之间的最大覆盖距离。（2）保护间隔决定了运营区域，在城市与在农村的反射波延迟是不同的。在上面所谈的2个问题之外，我们还可以采

15、用等级调制对网络进行详细规划，我们以下面几个实例给出等级调制的几种应用。应用：同时兼顾室外固定接收和室内便携接收对于固定接收，由于采用室外方向性接收天线，增益强高，相应覆盖较大；对于室内便携接收，由于采用全向天线，增益低，再加上建筑物的屏蔽，相应的覆盖范围小。下面的图形展示当一个码流被分成HP和LP两个码流后的覆盖情形。非等级调制覆盖LPHPLPHP正常码流等级调制固定接收覆盖等级调制室内便携接收覆盖覆盖HP码流所需的C/N比较低，可以同时被固定天线与室内便携天线收到。对于HP码流，其固定接收的覆盖范围会比非等级调制的正常码流大一些，对于LP码流，固定接收的覆盖范围没有明显降低。我们举例说明，

16、例如我们将一个非等级调制的码流（64QAM，FEC2/3）分成一个HP码流（QPSK，FEC1/2）和一个LP码流（16QAM，FEC2/3）其码流率特性和C/N比总结如下：非等级调制等级调制传输码流率24.13Mb/sHP6.03Mb/sLP16.09Mb/s高斯信道C/N比16.5dBHP8.9dBLP16.9dB从有效总比特率来讲，从非等级调制的24.13Mb/s降到等级调制HP与LP之和的22.12Mb/s，总带宽降低2.01Mb/s；但是从C/N比来看，HP的C/N比有巨大改善，LP的C/N比只有微小损失。总之，总码流率只有微小降低，但是总体的C/N比有明显改善，其最大的好处是对室内

17、便携接收的巨大改善。应用：通过等级调制改善频道总带宽我们知道，运营商采用等级调制以后会改善系统的整体的覆盖范围，如下图所示：正常码流LPHP例如：我们将一个64QAM，FEC2/3的系统分成等级调制，例如：HP，QPSK、FEC3/4，LP，16QAM，FEC=3/4。很显然采用QPSK调制的HP信号的覆盖范围增大，我们通过下表了解一下C/N所受到的影响：非等级调制等级调制传输码流率24.13Mb/sHP9.05Mb/sLP18.10Mb/s高斯信道C/N比16.5dBHP13.7dBLP18.6dB 我们发现HP的C/N比比原来的信号改善2.8dB，所以HP的覆盖范围增大，LP的覆盖范围减小

18、，而总码流率从24.13Mb/s增加到27.15Mb/s，增加幅度为3.02Mb/s。应用：对移动接收的带宽改善。我们假设某个城市规划了两个DVBT频点，一个是用于固定接收，一个用于移动接收。同样的两个频点，如果我们采用等级调制，HP，QPSK，FEC=1/2，LP，16QAM，FEC=3/4，其结果非常有趣，见下表：非等级调制移动频道12Mb/s2路节目固定频道24 Mb/s6路节目等级调制频道1HP15.85 Mb/s1路节目LP117.56 Mb/s4路节目等级调制频道2HP25.85 Mb/s1路节目LP217.56 Mb/s4路节目同样是2个射频频点，采用非等级调制，可以传送2路移动节目和6路固定节目，如果采用等级调制，则可传送2路移动节目与8路固定节目。应用：高清电视与标清电视同播（Simulcast）在有些国家，例如澳洲，DVBT被用于高清电视的播放。但是现阶段并不是所有的电视机及