视频广播标准范本

门爱东教授

2：第二代卫星数字视频广播():,,,

主题概述 引言回顾2是什么？2物理层技术元素2应用举例参考资料2引言：通信系统模型数字通信系统信源解码信道解码信道信道编码信源编码调制解调可靠性和效率传输子系统主要涉及：信道编码调制信号帧结构3数字视频广播及所用标准引言：广播系统模型信源编码24H.263H.264传输层地面：8有线：卫星：2信源编码24H.263H.264流2161.2G12820透明传输2161.2G流4引言：视频广播网络社区前端第一个有线环PrimaryRing第二个有线环SecondaryRing光节点集线器主前端CATV网其它网络的接口约125-2000用户分布式服务平台中央交互式服务平台数据网络(TCP/IP)HFC-HybridFiberCoax混合光纤同轴网络卫星地面地面地面地面5引言：卫星视频广播卫星是视频广播的理想平台卫星数字视频广播系统包括卫星、广播中心和地面接收机（天线、机顶盒）；视频广播最有效的覆盖方式——一颗卫星和一个频道就可覆盖整个国家；前端设施成本低廉，包括卫星和广播中心；点波束卫星能够提供本地到本地的业务；随着信源压缩和信道传输技术的快速发展，卫星广播频道价格越来越低廉，甚至在欧洲出现了；用户数量快速增长。中国也将发射直播星，和S波段多媒体广播星。6引言：比特率和波特率—有效性比特率表示每秒可传输多少个二元比特，单位是。波特率是指三元及三元以上的多元数字码流的信息传输速率，单位是，表示每秒可传输多少个多元码字。比特率与波特率在本质上是一回事，都表示信息传输的速率，只是在传输系统的不同阶段，信号呈现出不同的形式，因此以不同的计算方式来衡量其信息的传输速率。发射端在映射之后以及接收端在反映射之前，信息以多元数字符号表示，因此其中各环节传输和处理信息的速率用波特率表示，如调制信号的速率等。比特率和波特率容易产生混淆，为了避免造成人们的困惑，许多书上称波特率为符号率。对通信系统的评估中通常还定义了净荷速率，它是指在传输的符号中扣除由于信道编码和同步字段等一切额外花销后的“纯”信息速率，单位通常是。7引言：频谱效率和滚降系数—有效性频谱效率定义为每赫兹()带宽的传输频道上每秒可传输比特数，单位是，表示通信系统的有效性。对于带通调制信号，那么奈奎斯特带限定理表明，理论上没有码间串扰的最大频谱效率为1符号(码元)。频谱效率主要用于衡量各种数字调制技术的效率，在数量上等效于每个调制符号所映射的比特数。或2，理论最高频谱效率为1；理论最高频谱效率为2；8理论最高频谱效率为3；16理论最高频谱效率为4；32理论最高频谱效率为5；32理论最高频谱效率达5；64理论最高频谱效率达6。8数字信号在传输过程中产生二种畸变：叠加干扰与噪声，出现波形失真。瑞典科学家哈利•奈奎斯特在1928年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件，称为奈奎斯特准则。奈奎斯特第一准则：抽样点无失真准则，或无码间串扰（)准则奈奎斯特第二准则：转换点无失真准则，或无抖动（）准则奈奎斯特第三准则：波形面积无失真准则。引言：频谱效率和滚降系数—有效性9理想低通滤波器频域响应理想低通滤波器时域响应第一准则引言：频谱效率和滚降系数—有效性理想脉冲成形滤波器在物理上是不可实现的，只能近似，称为奈奎斯特滤波器，其H(f)可表示为矩形函数和任意一个实偶对称频率函数的卷积，即奈奎斯特脉冲函数表示为()函数与另一个时间函数的乘积。因此，奈奎斯特滤波器以及相应的奈奎斯特脉冲为无穷多个。10常用用的的奈奈奎奎斯斯特特滤滤波波器器是是升升余余弦弦成成形形滤滤波波器器：：左图图为为频频域域响响应应为为滚滚降降系系数数若把把升升余余弦弦滤滤波波器器放放置置在在收收发发两两端端，，即即为为平平方方根根升升余余弦弦函函数数（（））。。时域响应应：引言：频频谱效率率和滚降降系数——有效性性滚降系数数а影响响着频谱谱效率，，а越小小，频谱谱效率就就越高，，但а过过小时，，升余弦弦滚降滤滤波器的的设计和和实现比比较困难难，而且且当传输输过程中中发生线线性失真真时产生生的符号号间干扰扰也比较较严重。。在实际际工程中中，а的的范围一一般定在在0.15～～0.5之间间。11引言：误误码率和和误符号号率—可可靠性用于衡量量系统可可靠性误码率或或误比特特率()是指指在经过过系统传传输后，，送给用用户的接接收码流流中发生生错误的的比特数数占信源源发送的的原始码码流总比比特数的的比例。。对于多元元调制信信号，由由于接收收机的判判决是基基于符号号的，所所以更常常采用误误符号率率或误字字率，即即接收端端发生符符号错误误的比例例。线性调制制系统的的误符号号率与其其星座图图中星座座点间的的欧几里里德距离离有确切切的函数数关系。。一般地说说，星座座点越密密集，接接收端符符号判决决错误的的概率越越大。12引言：信信噪比、、载噪比比与0—可可靠性定义信噪比()是指传输输信号的平均均功率与加性性噪声的平均均功率之比；；载噪比()指已经经调制的信信号的平均均功率与加加性噪声的的平均功率率之比；它们都以对对数的方式式来计算，，单位为。。信噪比与载载噪比区别别在于，载载噪比中的的已调信号号的功率包包括了传输输信号的功功率和调制制载波的功功率，而信信噪比中仅仅包括传输输信号的功功率。对同一个传传输系统而而言，载噪噪比要比信信噪比大，，两者之之间相差一一个载波功功率。当然然载波功率率与传输信信号功率相相比通常都都是很小的的，因而载载噪比与信信噪比在数数值上十分分接近。在调制传输输系统中，，一般采用用载噪比指指标；而在在基带传输输系统中，，一般采用用信噪比指指标。实际数字通通信系统的的可靠性性性能常以一一个载噪比比对误码率率的关系曲曲线来描述述的，曲线线的横坐标标为，纵纵坐标为。。对某个个，越越小，则说说明该通信信系统的可可靠性越高高。13()~曲曲线对于曲线线，只能比比较系统的的抗干扰能能力（可靠靠性），无无法比较系系统的效率率。从上图图可以看出出系统b抗干扰扰能力优于于a。此时系统a，b的效效率无法进进行比较，，有可能a优于于b，也也可能b优于a。若b优于于a，则则系统b的整体体性能优于于a。若若a优优于b，，说明系统统b通通过牺牲效效率达到增增强抗干扰扰能力。引言：信噪噪比、载噪噪比与0—可靠靠性abab140曲线:每比特特能量n0:单单边带高斯斯白噪声功功率谱密度度0与关关系S：：信信号号功功率率N：：噪噪声声功功率率E：：信信号号能能量量：比比特特速速率率B：：信信道道带带宽宽可以以看看出出0中中已已经经考考虑虑了了效效率率这这一一因因素素。。引言言：：信信噪噪比比、、载载噪噪比比与与0——可可靠靠性性15对于0曲曲线，可以比比较系统的综综合性能左图：对相同同的，在相相同条件件下，0越越小，频谱效效率越高。在在相同抗干扰扰能力情况下下，系统b效效率优于系统统a。所以系系统b综综合性能优于于a。右图：对相同同的0，在在相同条条件下，越越小，系统性性能越优。所所以系统b性能优于于a。0可以综合合反映系统的的性能，但不不直观，因为为和n0不是系统统中可以直接接测得的参数数，必须通过过计算得出；；而可以以通过测量直直接得到，但但较为片面。。因此当需要要直接了解系系统的可靠性性时，一般使使用；而当当需要横向比比较不同系统统的性能时，，一般使用0。引言：信噪比比、载噪比与与0—可可靠性16公式：可靠性性与有效性是是可以互换的的：提高，能增增加信道容量量C当N趋向向0，C趋趋向无穷大大。无干扰信信道容量为无无穷大增加B能能提高C，，极限条件下下，B趋向向无穷大，C=1.44当C一定定时，B与与可以互互换定理为信道编编码奠定了理理论基础，虽虽然定理本身身并没有给出出具体的编码码方法和结构构，但它从理理论上为信道道编码的发展展指出了方向向—进行高效效而可靠的通通信途径可以以通过编码来来实现。引言：定理理－可靠和效效率互换17定理理论曲线线根据仙农定理理，，为为了保证可靠靠传输，必须须，，经推导可以得得到：仙农理论曲线线说明：噪声声只是限制了了可以得到的的信息传输速速率，但不能能限制可以获获得的精确度度。只要信息息传输速率低低于信道容量量C，理论论上可以找到到一种编码方方式可以获得得误码率为任任意小的信息息传输。（无无误码理论曲曲线）引言：定理理－可靠和效效率互换18引言：定理理－可靠和效效率互换19主题概述引言回顾系统框图信号复接和传传输结构能量扩散散成形滤波波和调制制性能2是什什么？2物理理层技术术元素2应用用举例参考资料料20回顾：系系统框图图是通信史史上最成成功的标标准之一一：这意味着着新的标标准需要要很好地地处理与与的的关系；；业务如何何平稳转转移、频频谱规划划、用户户和和用户流流失等问问题；技术方案案基于码码和卷卷积码构构成的级级联码，，是上世世纪六七七十年代代提出的的纠错编编码技术术，非常常成熟；；是唯一的的调制方方案，这这限制了了总的数数据吞吐吐量。21回顾：信信号复接接和传输输结构TS流能量扩散RS码交织22回顾：能能量扩散散：周期很很长21；1和0大大致等概概率出现现。目的：破破连“0”连连“1””，便于于时钟恢恢复；破破周期性性，降低低对其它它信道的的干扰。。方式：自自同步；；外同步步问题：误误码扩散散23回顾：前前向纠纠错编码码信道编码码的基本本思想是是在被传传送的信信息中附附加一些些监督码码元，在在两者之之间建立立某种校校验关系系，当这这种校验验关系因因传输错错误而受受到破坏坏时，可可以被发发现并予予以纠正正。这种种检错和和纠错能能力是用用信息量量的冗余余度来换换取的。。例：对于于三位二二进制码码组若采用000、001、010、、011、100、101、、110、111，没有冗余余信息，，不具有有纠错功功能。若只选用用四种，，000、011、101、、110。当出出现111时时，表示出现现了差错错，但此此时不具具有纠错错功能，，只有检检错功能能。若只采用用000、111，，可以用用来纠正正一位错错误。24回顾：线线性分组组码——kkkkkkkkn线性分组组（n，，k）码码。码字长度度=n校验位长长度=信息位长长度=k码率R=(编码效效率）在一般情情况下，，对线性性分组码码有以下下结论：：在一个码码组内检检测e个误误码，要要求最小小码距：：≥1在一个码码组内纠纠正t个误误码，要要求最小小码距：：≥21在一个码码组内纠纠正t个误误码，同同时检测测e(e≥≥t)个误误码，要要求最最小码距距：≥≥125校验方程程是基础础线性分组组码既可可以用生生成矩阵阵G，，也可以以用校验验矩阵H来来描述，，两者有有：G·0或或H··0T码字c如如下生成成：c=m·G例如线性分组码码的码字c满足足：c·0或或H··0T回顾：线性性分组码——26系统码信息组以不不变的形式式在码组的的任意k位（通通常在左边边：1,2,……..,））中出现现的码，称称为系统码码，否则为为非系统码码。系统码码既可以是是分组码，，也可以是是后面要讲讲的卷积码码。系统码码字字的前k位是原原来的信息息组，因此此，生成矩矩阵G的的左边k列必必是单位方方阵，则则G=[]其其中，P是是k××()阶阶矩阵H矩阵为为H=[]其中，“-”表示示-阵阵中的每每一个元素素是P矩矩阵中对对应元素的的加法逆元元，在二进进制时，仍仍是该元素素自己。G和H满足：：G·[][]T=0k位信息位n-k位校验位系统码的一一种形式回顾：系统统码—27回顾：缩短短码（截短短码）—在[]码码的码字字集合中，，挑选前i个信信息位数字字均为0的所有有码字，组组成一个新新的子集，，则分组码码[,]为[n,k}码码的缩短码码或截短码码。由于于该该子子集集的的前前i为为均均取取0，，故故传传输输时时可可以以不不传传送送它它们们，，仅仅传传后后面面的的位位即即可可。。该子子集集是是维维线线性性空空间间中中一一个个维维子子群群，，构构成成一一个个[]分分组组缩缩短短码码。。该该缩缩短短码码的的最最小小距距离离至至少少与与原原码码相相同同。。缩短短码码的的G矩矩阵阵只只是是在在原原[n,k]码码的的G阵阵中中去去掉掉左左边边i列列和和上上面面i行行即即可可。。缩短短码码或或截截短短码码的的H矩矩阵阵，，只只要要在在原原码码H矩矩阵阵中中去去掉掉若若干干列列即即可可得得到到。。缩短短码码的的码码率率R比比原原码码要要小小。。28回顾顾：：外外码码(码码)——1960年年的的和和在在发表表了论论文““””。码是效效率很很高的的分组组码，，码码是一一类非非二进进制码码,每每个个符号号由m比比特特组成成。既既适用用于纠纠随机机误码码，也也特别别适用用于纠纠突发发误码码。去掉码码的某某些信信息码码元后后,分分组组长度度缩短短,只只要要监督督码元元数不不变,码码的最最小距距离就就不会会减少少,即即任任何一一种缩缩短的的码码仍仍是一一个最最大码码。在（n，k）码码中中，输输入信信息被被分成成比比特特一组组，每每组包包括k个个符符号，，每个个符号号由m比比特特组成成。纠正t个个符符号错错误的的码码参参数如如下：：码长n=21符符号号，或或m(21)比比特信息段段k符符号，，或或比比特监督段段2t符符号号，或或m()比比特最小码码距21符符号号，或或m(21)比比特29采用了（（204,188））（204,188）是是由（（255,239）截截短得到到。（204,188）监监督段长长16字节节，可以以纠正一一个包包中8个个字节的的错误。。(204,188)编编码器器的码字字生成多多项式：：输入......输出RS（204,188）编码器结构域生成多多项式:p(x)=x8+x4+x3+x2+1回顾：外外码码(码码)——30上图为64调调制系系统中采采用(204,188)编编码前前后系统统误码率率回顾：外外码码(码码)——31回顾：有有突发误误码的信信道——干扰、衰衰落、噪噪声和多多普勒频频移等都都会引入入突发误误码。经过信道编译译码后，码码译码输出的的误码也将呈呈现突发性，，无论是分组组码，还是卷卷积码都是如如此。信道编译码的的门限效应卷积码抗突发发错能力很差差卷积码是靠相相邻符号间的的相关性提供供保护的，而而此相关性的的保持时间一一般较短。分组码对突发发误码和随机机误码的纠错错能力基本相相当，但码长长较短，稍长长一些的突发发也无能为力力。也有专门针对对突发误码设设计的分组码码，但纠随机机误码的能力力相应降低。。32回顾：交织——抗突发误码码的有效手段段交织（）就是是一种将数据据的顺序进行行变换的处理理方法。又可可称为置换（（）。交织器的参数数交织前相邻的的符号在交织织后的最小距距离称为交织织深度，交织织深度应不小小于信道上可可能的突发错错长度，否则则解交织后仍仍可能存在一一定的突发错错误。交织后相邻的的符号在交织织前的最小距距离称为交织织宽度，交织织宽度应不小小于编码的约约束长度，或或相应的参数数，否则突发发误码仍不能能彻底打散。。合理的选择交交织参数抗突发误码的的性能：交织织越长越好！！！！交织延迟性能能：交织越长长，信号时延延越大，那么么中断恢复时时间，或信道道切换时间就就越长。33回顾：交织方方式1块交织（））将数据流分成成长度为W×L的块块，将数据逐逐行写入一个个L行W列的矩矩阵形缓冲区区，写满后再再逐列读出。。深度为L，，宽度为W，延时为。。交织和解解交织延时总总和为2。。x11x12x13………x1Wx21x22x23………x2W…………………………..123………x11x21x31………1x12x22x32…………………………………..x1Wx2Wx3W………写读突发错误34卷积交织（））就采用了这种种卷积交织方方式回顾：交织方方式2交织器解交织器35随机交织（)随机交织在每一次使用用交织器时，，使用完全不不同的交织器器，每次的交交织图案完全全随机。一般在不知哪哪一种确知交交织方法最好好的情况下，，为了分析系系统性能而作作的一种平均均交织的假设设可以得到一个个平均性能，，事实上说明明至少有一种种交织方法可可以获得比随随机交织更好好的性能。理想交织交织后的序列列完全打散，，即原有的突突发误码可以以变成彻底的的随机误码。。理想交织是不不可能实现的的，但有时为为了分析方便便，可以做此此假设。回顾：交织方方式336回顾：内内码(卷积积码)纠错内码采用用了卷积码卷积码由编码码码率和和约束长度N描述，，记做(n,k,N)。卷积码也是把把k个信信息比特编成成n个比比特，但k和n通通常很小，，特别适用于于以串行形式式传输的信息息，延时小。。输出是当前输输入块与以前前(1)个个输入块的的加权求和，，N一般小于于9。卷积码没有固固定的码字长长度。译码采用———最最优的最大似似然（，））译码。分组码有严格格的代数结构构，但卷积码码至今尚未找找到严密的数数学手段，把把纠错性能与与码的构成十十分规律的联联系起来，目目前大都采用用计算机来搜搜索好码。卷积码可以设设想为模2算术的数数字滤波器，，编码器的记记忆可以是有有限的，也可可以是无限的的。YOutputDataInput1-BitDelay1-BitDelay1-BitDelay1-BitDelay1-BitDelay1-BitDelayXOutput133otc171otc工业标准802.11802.16.37凿孔码按凿孔（）图图从母码（例例如前面的1/2码率率卷积码编码码）产生的输输出X和和Y中选选择最终的码码字，达到删删余增信的目目的，提高编编码效率，但但这样降低了了凿孔码的纠纠错能力。1—保留0——删除回顾：内内码(卷积积码)38回顾：内内码(卷积积码)译码码卷积码的译码码方法不仅基基于码的代数数结构基础之之上，而且还还利用了信道道的统计特性性，因而能充充分发挥卷积积码的特点，，使译码错误误概率达到很很小，这种译译码称为概率率译码，即结结合信道符号号统计特性的的译码方法。。1961年乌乌曾格来夫（（）提出了序序列译码，第第一个卷积码码的概率译码码方法1963年费费诺（）对序序列译码进行行了改进，提提出了算算法，推动了了序列译码的的实用。1967年年维特比（））提出了另一一种概率译码码算法—算算法。译码算法是一一种最大似然然译码算法。。它比序列译译码算法效率率更高，速度度更快，译码码器也简单，，因而得到了了广泛应用。。39上面三图分别别为：卷积编编码、16卷卷积编码、64卷积编码码的仿真曲线线。卷积编码具有有较好的纠错错性能。回顾：内内码(卷积积码)性能40通过随机编码码达到信道容容量从信息论的角角度看，不论论是什么信道道，只要用随随机编码，长长度足够长，，就可以无限限逼近信道容容量。而实际的编码码长度是很有有限的，前面面提到的各种种编码码都谈谈不上随机，，其码长更不不能做得太大大，否则根本本没法译出来来。也可将编码、、信道、译码码整体看成一一个广义的信信道。这个广广义信道输出出还存在错误误。因此，对对它还可作进进一步的纠错错编译码。对于有多次编编码的系统，，对各级编码码，看成一个个整体编码，，就是级联码码。级联码的最初初想法是为了了进一步降低低残余误码率率（改善渐近近性能），但但事实上它同同样可以提高高较低信噪比比下的性能。。这是由较好的的短码进一步步构造性能更更好的长码（（近随机码））的一种途径径，即编码的的组合，利用用短码构造一一个低复杂度度的长码。回顾：级联联码（)41串行级联码码（））当由两个编编码串联起起来构成一一个级联码码时位于广义信信道里面的的编码称为为内码以广义信道道为信道的的编码称为为外码由于内码译译码结果不不可避免地地会产生突突发错误。。因此内外外码之间一一般都要有有一层交织织器，称为为外码交织织；而内码码与传输信信道之间的的交织器，，称为内码码交织器。。串行级联码码第一个编码码器编一个个码字，然然后第一个个的输出作作为第二个个的输入。。R=R1×R2=(k11)×(k22)。通常k2=n1，因此此，总的码码率k12。例如，串行行级联+卷积积码成为普普遍使用的的标准模式式。回顾：级联联码（)Encoder1Encoder2OutercodeInnercode外码交织器内码交织器42级联码的特特点需要指出的的是级联虽虽然大大地地提高了纠纠错能力，，但这个能能力提高量量中的大部部分是来源源于编码效效率的降低低。如果从从0的的角度看，，级联的好好处并不太太大，但有有一个好处处是显然的的，即在信信道质量稍稍好时（信信噪比较大大时），误误码可以做做到非常低低，即渐近近性能很好好。然而在信道道质量较差差时，新增增加的一层层编译码反反而可能会会使误码越越纠越多。。因此级联联存在着明明显的门限限效应。因因此会出现现差错的进进一步扩展展，会出现现多级还不不如一级的的情况，也也就是说级级联码的门门限效应比比简单的编编码要明显显。常见的串行行级联方式式卷积码为内内码，码码为外码，，即（＋卷卷积码）。。这主要是是为了充分分利用卷积积码可以进进行最优的的维特比译译码，而且且可以用软软判决译码码。而码码又有较较好的纠突突发错误能能力。内码和外码码均采用卷卷积码，特特别是当内内码译码可可以输出软软信息时，，更为有效效。回顾：级联联码（)43回顾：串行行级联码-6×1512载波6××6048载波外码(204,188)交织器交织器内码FEC(2/3卷积)调制映射1882042043062448166444采用了平方方根升余弦弦滤波器()，滚滚降系数αα为0.35。。基带滤滤波器具有有如下定义义的理论函函数：输出信号频谱模板回顾：基基带成形滤滤波45基带成形滤滤波后的同同相分量I和正正交分量Q分别别乘以(2πf0t)和和(2ππf0t)，相加后后得到正交交调制信号号s(t)：回顾：调调制信号in-phase同相Quadrature正交46回顾：频频谱特性性QPSK/DQPSKGMSK(MSK)1.01.01.52.02.50.50-120-100-80-60-40-200100.25B3-dBTb=0.16NormalizedFrequency(f-fc)TbPowerSpectralDensity(dB)47回顾：误误码码特性(）PbBPSK,QPSKDBPSKDQPSK010-6252525252510-110-310-410-510-22468101214ForPb=10-3BPSK6.5dBQPSK6.5dBDBPSK~8dBDQPSK~9dBgb,SNR/bit,dB480性能能回顾：性性能能随着发展展，已已经不适适应要求求了：新的业务务导致了了吞吐量量的增长长、、交互互业务、、本地业业务等数字信号号处理技技术的快快速发展展，特别别是上世世纪九十十年代纠纠错编码码技术的的突破（（码的的发明）），提供供了技术术上的强强大保证证。新的卫星星技术能能提供更更高的，，除了了调调制，需需要新的的调制方方式，以以便更有有效地利利用更大大功率的的卫星或或点波束束的卫星星。49主题概述述引言回顾2是什什么？2物理理层技术术元素2应用用举例参考资料料502是指指“第二二代卫星星数字视视频广播播”系系统，是是的的后续发发展；欧欧洲代代号为为302307；2发展展历程2002年早期期成立2研研究组2002年11月第一一、二轮轮竞争：：、、、、、、、、、等等8家家公司参参与，““”系系列方方案（并并行/串串行卷卷积码码+、、乘乘积码、、），2003年1月月第三、、四轮竞竞争，选选择休斯斯公司系系统作为为。2003年2月征集集接收机机方案2003年5月休斯斯研发成成功了版版本本的2演演示2003年6月休斯斯提交了了2帧帧同步步和载波波相位同同步方案案2003年11月发发布2标准准草案2004年1月颁布布了2最终终标准。。2是什什么？JiangYiminSunFengWenLeeLinNanMustafaEroz512所处处位置2222高容量下下行链路路交互信道DVB-RCS52主题概述述引言回顾2物理理层技术术元素模式适配配码流适配配编码调制映射射物理层成成帧滤波和正正交调制制2应用用举例参考资料料532系统统调制端端框图:;:多个输入入码率合并:定定义输输入轮询询策略(10)()输入适配配描述当需要时时，填充充比特填充虚构构帧542系统统解调端端框图552系统统配置和和应用领领域按表1，，在传输输和接收收设备中中至少实实现标注注““”的子子系统和和功能，，以便符符合附录录H中中所给给出的模模式选择择指南。。562系统开销销外码0.6%2物理层0.3%80.4%160.4%同步开销82/3或或3/52.2%16¾码码率2.2%总开销没有同步开销销的模式1.0%有同步开销的的模式3.2%有用的吞吐：：97~99%572模式适配配（）输入接口；输入码流同步步；空包(,)删除；；8编码器缓存合并/分割（（）基带（，）信信令2模式适配配582可以传输输单个或多个个码流:(分包的或连连续的，例如如，..)适用于2和和，以及及新的编码方方案(例例如H264,9,)每个码流可以以采用不同的的保护方法2模式适配配：透明的输输入接口59输入是恒码率率的，传传输是变码率率的调制制，但到接收收端要恢复流流。条件恒定比特特率→但但是变变比特率!!恒定的端到端端延时为了把恒码率率（）的流流映射到变变码流（）物物理层，采取取的措施：空包删除→→比特率恒恒定输入码率同步步→时延延恒定2模式适配：：输入码流流码率适配60即使业务比特特率是可变的的（由反反馈系统控制制），但比比特率总是是恒定的，因因为：传统的复复用器添加了了空包（，8191D））…..2模式适配：：输入码流流空包删除GTW

IP

TS复接器Video

Audio

Multimedia

TSCBRDVB-S2调制器ACM物理层空包插入源比特率控制-

C/N+I反馈信道?VBR(ACM)

61把流映映射到物物理层：在调调制制器器端端删删除除（（））……..在解解调调器器端端在在完完全全相相同同位位置置重重新新插插入入…………时间间标标签签()不不需需要要!2模模式式适适配配：：输输入入码码流流空空包包删删除除62接收收机机通通过过保保持持缓缓存存器器处处于于空空/满满的的中中间间状状态态，，从从而而恢恢复复时时钟钟。。...因因此此，，按按着着定定义义，，在在稳稳态态时时，，缓缓存存不不能能吸吸收收时时延延的的变变化化，，时时延延恒恒定定的的条条件件不不能能得得到到满满足足。。如果果没没有有输输入入码码流流同同步步处处理理...2模模式式适适配配：：输输入入码码流流同同步步TS复接器DVB-2调制器

CKTSTS解复用器

卫星信道

延时可变NP空包删除写DVB-2解调器变速率比特流NP重新生成

FIFOBUFFER读

TSClock再生空/满CKTS63在这这种种情情况况下下，，在在稳稳态态和和瞬瞬态态，，缓缓存存能能够够吸吸收收时时延延和和比比特特码码率率的的变变化化。。条件件得得到到满满足足!=符符号号率率输入入码码流流直直接接锁锁定定（（））和和时时钟钟。。2模模式式适适配配：：输输入入码码流流同同步步TS复用器DVB-2调制器

卫星信道

时延可变空包删除写DVB-2解调器VBR码流FIFOBUFFER读CK’TSRsTS解复用器空包再生CKTS64在每每个个包包附附加加()。。接收收机机产产生生一一个个本本地地时时间间戳戳，，与与比比较较，，锁锁定定接接收收机机流流时时钟钟。。2模模式式适适配配：：输输入入码码流流同同步步和输输入入码码流流同同步步处处理理计数器

计数器

NCO

比较

插入在TS包中的时间戳ISCR接收到的ISCR本地时间戳

RsTSClock的”传输链”是符号码率(Rs)TS复接器DVB-2调制器

CKTSTS解复用器

卫星信道

延时可变NP空包删除写DVB-2解调器NP重新生成

FIFOBUFFER读

空/满CK‘TS65接收收机机““吸吸收收””传传输输链链路路中中动动态态时时延延变变化化。。输入入码码流流同同步步在在接接收收端端的的处处理理2模模式式适适配配：：输输入入码码流流同同步步Rs读取DNPR’TS

相位差初始化使用的缓存大小BUFS和缓存状态BUFSTAT读取ISCRMod222计数器解调时钟恢复装载第一个ISCR15or22MSBFIFOBuffer写入TS包+ISCR读取TS包空包重新插入比较NCOLPF

15or22bit有效包PLL662模模式式适适配配：：8编编码码器器(只只对对包包码码流流））如果果0D(连连续续通通用用码码流流)，，输输入入码码流流没没有有改改变变，，直直接接跳跳过过8编编码码器器。。如果果≠≠0D，，输输入入码码流流是是长长度度为为的的序序列列，，有有用用部部分分(不不包包括括同同步步)将将进进行行8系系统统码码编编码码。。8生成多多项式：编码输出为为：其中u(X)是是输入序列列（8)。。，67通过移位寄寄存器实现现，在每个个序列的第第一个比特特输入电路路之前，所所有的寄存存器初始化化为0。计算得到的的8码码字将代替替随后的的同步字字，而此同同步字将到到的的域域，用于于传输。2模式适适配：8实实现框图图682模式适适配：合合并/分分割输入码流流是通用用连续或或打包码码流，在在读读取它们们之前，，输入码码流应该该缓存。。将从它的的输入（（单个或或多个之之一）读读取一段段数据组组成长度度为()的域域。。–(10×8)≥≥≥≥0见下表5，(8×10)=80表表示，，见后描描述。将拼接成成单一的的一个输输出，不不同的数数据域从从它的输输入码流流中读取取和分割割数据。。对于单单个码流流，只存存在分割割()功能能块。把组织来来自单一一输入端端口的比比特，并并按着相相同的传传输模式式（和和调制））进行传传输。优优先原原则依赖赖于应用用和遵循循2标标准所所描述的的策略。。依赖于应应用，分分配比比特数：：输入比特特数等于于最最大容量量（=––80)，，则分割割的放放在随随后的域域；；中分配整整数个，，则在在上述要要求的边边界内是是可可变的。。当请请求，而而无无效时，，物理层层成帧模模块将产产生和传传输一个个虚构物物理帧（（）。。69前述8代替替同步字字后，必必须为接接收机提提供一个个方法来来恢复同同步步(当当接收机机已实现现域域同步时时)。计算开开始到到第一个个完整开开始始(8的第第一个比比特)的的比特数数；存储在的的域域()。。0D，表表示第一一个与与对对齐。。2模式适适配：合合并/分分割702模式适适配：位于域域之前前，具有有固定长长度80=10×8。。1描述了输输入码流格式式，模式适配配类型和滚降降系数，见表表3。2为为多个输入入码流的指示示，否则保留留。其它比特特描述了、、、、和8等等系统信息，，见表4。。滚降空包删除输入同步指示恒定/自适应编码和调制单个/多个输入码流连续/分包码流用户包长度数据域长度同步字同步距离纠错712码流适配配输入是和和随后的域域，输出码码流为。码流适配模块块通过填充()构建建恒定长度()的，，然后进行扰扰乱。当传输的有效效用户数据不不能填满完整整的时，，或当整数分分配给了了时，可可能需要填充充（补“0”）处理。。对于广播业务务应用，没有有填充。BBHeaderDataFieldBBFrame格式722码流适配配：扰乱完整的进进行随机化处处理，随机序序列应与同同步，从开开始，后后结束。。扰乱序列采用用反馈移位寄寄存器生成：：生成多项式为为：1＋X14＋＋X15在每个起起始处，寄寄存器初始化。。73此功能块完成成：外码（）内码（）比特交织输入为的的，输出为为的。。外码的校验验位()附加在在后面面，而内内码的校校验位（））将附加在在域后后面。2编编码BBFrameFECFrame74正常（=64800)2编编码：编码码参数75短小（（=16200））2编编码：编码码参数762编编码：外码码纠t个个错误的编编码器器的生成多多项式是通通过把下表表中的前t个多多项式相乘乘而得到的的。编码参数如如下表所示示。772编编码：外码码782编编码：外码码信息比特：：码字：编码过程：：消息多项式式m(x)乘以以除以生成多多项式g(x)。。令d(x）为余项项：得码字多项项式：79()1963年年在在其博士论论文中提出出了规则码码，但但没有有效效的实现而而沉寂了，，在九十年年代码码热潮中获获得了新生生，1995年和和重重新介绍了了，成为为热点。码是是长长的的线线性性分分组组码码，，其其校校验验矩矩阵阵H是是稀稀疏疏矩矩阵阵，，即即H有有大大量量的的0和和小小量量的的1组组成成。。码组组长长度度n通通常常很很大大，，从从几几千千到到几几十十万万比比特特。。列中1的个个数J≥3行中1的个个数K>J设计的码码率R=()参考文章章,R.G.,,,1963.,..1995;100––111.,..1997;33(6):457–458.T,R..2001;47:638–656.T,A,R..2001;47:619––637.2编编码：：内码80规则码码：每每行中有有相同数数量的““1””，每列列亦是。。规则码码的H矩矩阵举例例20,J=3,K=4,=6,设设计码码率=1/4,实实际际码率=7/20.2编编码：：内码81无规则的的码码在行向量量中1的数数目可能能不相同同，同样样，列向向量中也也是如此此。相对于规规则的码码，，如果选选择适当当，将具具有更好好的性能能。基于图图论的的强大大的迭迭代译译码算算法。。软判决决：算算法法硬判决决：算算法法2编编码：：内码码长度N=1024码率R＝＝½½30次次迭迭代代82为什么么采用用码码？？有何何特点点？人们对对码码系系列进进行了了大量量研究究，需需要标标准化化；用最小小的复复杂度度，提提供了了最好好的性性能；；较短的的码字字使复复杂度度减半半，性性能损损失0.2.这意味味着在在相同同性能能时，，若采采用用全()译译码算算法，，与码码相比比，复复杂杂度只只有¼¼。。复杂度和性性能之间更更灵活的折折中：易于并行解码码，只包含加加法、比较和和查表等简单单操作。并行度是“可可调整的”，，可在全并行行和全串行之之间折中实现现量化字长显著著影响实现性性能除了译码码算法，还有有其它众多的的次最优译码码算法不需要码交织织码结构本身就就直接构成了了随机化处理理对于系统码，，系统具有短短的延迟简单有效的迭迭代译码本身适于双向向图表示具有误码平台台（），2采用了了+，，二进制码(比如)对所有的的调制方式都都具有良好的的性能。2编码码：内码83线性分组码线性分组码既既可以用生成成矩阵G，，也可以用校校验矩阵H来描述，，两者有：G·0或或H·0T假如规则为为8，，码率为½½，其校验矩矩阵为：二进制信息矢矢量：u=(u1,u2,u3,u4)(长度k)码矢量（码字字）：c=u··G=(c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8)(长度n）线性分组码的的码字c满满足：c·0或或H·0T2编码码：内码84双向图和解码码图形描述最重重要的结果：：高效迭代译译码(软判决)消消息传递:变量节点和校校验节点相互互传递可靠性性(对数似似然性)校验节点决定定哪些变量是是不可靠的，，并“抑制””它们的输入入。图中线的数目目=H的的密度稀疏=小小的复杂度在标准信道中中最好性能：：长的、随机机似的码码2编码码：内码n1中非0处和mn相连求和后为0则无错85解码结构之一一是可采用并并行迭代译码码结构12PEc1PEv1PEv2…...PEv3PEv4InterconnectFabricPEvnPEc2PEkM…全并行例如DVB-S2卫星接收机:64800变量节点处理单元PEv6,000-3,200校验节点处理单元PEc高吞吐量，低功耗路由复杂[A.BlanksbyandC.J.Howland,JSSC2002]2编码码：内码变量节点校验节点86部分并行实现现(,2002)结构化的VNU交换单元信道信息外信息硬判决AddressLocatorVNUChannelInfoExtrinsicinfoHardDecisionVNUChannelInfoExtrinsicinfoHardDecisionAddressLocatorAddressLocatorBlocksofvariablenodes(sayLnodes)perVNU,takingLclockcyclesperiterationCNUCNUCNUCNU2编码码：内码87小的面积和路路由大量的存储需需求由于存储器访访问，所以吞吞储量小。存储器Memory软输入校验节点处理变量节点处理下次迭代2编编码：：内码码串行实实现882编编码：：+级级联与构构成成级联联码外码：：主要要是抵抵抗在在低（（10-？））时出出现的的误码码平台台()。。编码码参参数数见见前前面面表表5：：码分分组组长长度度64800(或或16200)有效效编编码码码码率率:1/4,1/3,2/5,1/2,3/5,2/3,3/4,4/5,5/6,8/9,9/10:<1020.09m89存在在误误码码平平台台（（））2编编码码：：+级级联联误码平台区瀑布区非收敛区收敛门限误码平台门限90信道道下下，，不不同同星星座座图图中中各各种种码码率率的的性性能能2编编码码：：+级级联联数据据是是信信道道中中下下（（10-7)的的计计算算机机仿仿真真结结果果，，50次次定定点点解解码码迭迭代代，，理理想想的的载载波波和和同同步步恢恢复复，，无无相相位位噪噪声声，，信信道道，，正正常常的的长长度度，，没没有有导导频频。。直上直下的的“瀑布””，非常接接近信信道容量91与1和和信道容量量的比较2编编码：+级联与卷积积级联码相相比，在相相同的下下，2传传输容量量提高了35％以以上。在很宽的范范围内，2的距距离极极限0.6~0.8之内。。在未来十几几年内，估估计很难有有其它技术术替代它。。92交织（）就就是一种将将数据序列列的顺序进进行变换的的一种处理理方法。又又可称为置置换（）。。目的：使突突发误码随随机化，便便于随后的的纠错错。交织器的一一般表示方方法交织表：j(i)，表示输输出序列的的第i个个符号取取自输入序序列的第j个符符号。即当当输入序列列为x1,x2,…，，输出序序列为y1,y2,……时，=(i)。交织器的三三个参数交织延迟交织前相邻邻的符号在在交织后的的最小距离离称为交织织深度，交交织深度应应不小于信信道上可能能的突发错错长度，否否则解交织织后仍可能能存在一定定的突发错错误。交织后相邻邻的符号在在交织前的的最小距离离称为交织织宽度，交交织宽度应应不小于编编码的约束束长度，或或相应的参参数，否则则突发误码码仍不能彻彻底打散。。2编编码：比特特交织每种调调制模模式的的块交交织深深度和和宽度度见表表8所所示。。93此功能能块只只对8、、16和和32调调制模模式。。2比比特特交织织采用用了传传统的的块交交织，，数据据按列列方向向串行行写入入交织织器，，然后后按行行方向向串行行读出出（的的首首先读读出，，除了了83/5码码率时时的的是是第三三个读读出。。）2编编码：：比特特交织织942调调制制把串行行转转换换为并并行，，映射射为调调制星星座图图的复复数矢矢量(I,Q)或或等效效的极极坐标标形式式ρρ(jφ））。长度为为64800/η或或16200/ηη。星座图图有4种种格格式（（ηη）：：(2)8(3)16(4):4-1232(5):4-12-16XFECFrameFECFrame三种滚滚降系系数0.350.250.20针对卫卫星转转发器器的非非线性性，星星座图图分布布进行行了优优化。。95对于，，采采用传传统的的码码绝绝对映映射（（没有有差分分编码码）。。每个符符号的的归一一化平平均功功率等等于ρρ2=1。两个比比特映映射为为符符号号，即即第2i和和21比比特特映射射为第第i个个符符号号，其其中0,1,2,…,(2)-1，，N为为编编码分分组长长度。。2调调制制：星星座座图96对于8，，采用用传统统的码码绝对对映射射（没没有差差分编编码））。每个符符号的的归一一化平平均功功率等等于ρρ2=1。除了3/5码码率率，，的的第3i、31和和32比比特映映射为为第i个个8符符号号；而而对于于3/5码码率，，第32、31和和3i比比特映映射为为第i个个8符符号号，其其中0,1,…,(3)-1，，N为为编码码分分组组长度度。2调制制：8星星座图97调制信号在在高功放（（）中工作作在靠近饱饱和点，的的非线性性在信号中中引入了相相位和幅度度失真。卫卫星广播信信道是典型型的非线性性信道。由于于的的功功率率和和频频谱谱效效率率，，以以及及它它对对非非线线性性失失真真固固有有的的抵抵抗抗性性，，使使得得它它在在非非线线性性卫卫星星数数字字传传输输信信道道中中成成为为了了一一个个有有吸吸引引力力的的调调制制方方案案。。由由此此，，它它成成为为2标标准准的的一一部部分分。。卫星星非非线线性性信信道道调调制制方方案案的的发发展展历历程程以最最小小欧欧式式距距离离最最大大化化（（误误码码性性能能））为为优优化化准准则则：：在此此信信道道中中，，与与16或或未未编编码码的的8相相比比，，16没没有有显显出出优优势势；；30年年前前人人们们就就提提出出了了圆圆形形调调制制的的概概念念，，并并分分析析其其非非带带限限的的未未编编码码特特性性，，能能清清楚楚了了它它对对非非线线性性信信道道的的适适用用性性，，但但得得出出的的接接收收是是对对于于非非线线性性信信道道上上的的单单载载波波调调制制，，性性能能不不如如方方案案；；在平平均均功功率率约约束束下下，，人人们们使使用用未未编编码码误误码码概概率率渐渐近近线线，，对对星星座座图图进进行行了了优优化化，，得得到到了了优优化化的的16星星座座图图，，它它由由近近似似等等边边三三角角形形的的格格子子组组成成，，但但这这个个结结果果没没有有应应用用到到卫卫星星信信道道通过比较较线性信信道中的的方形和和圆圆形误误码性性能，表表明稍稍占优优势；以互信息息（信道道容量））为优化化准则：：在平均和和峰值功功率约束束下，人人们研究究了调制制的互信信息（信信道容量量），证证明了圆圆形星星座图图的优势势。进一步研研究了在在峰值功功率受限限的高斯斯复信道道中的的互信信息性能能损失，，并与经经典的调调整整进行了了比较，，表明：：对于互互信息，，明显显优于，，特别别是16和和64星座图图。在线线性信道道中，性性能也几几乎与一一样样好。2调制：：星座图98星座图由个个同心圆组组成，每个圆圆上等间隔均均匀分布星星座点，信信号星座点x是复数数，出自下列列表达式：2调制：：星座图、和θk分别表表示第k个个圆的星座座点数、半径径和相对相移移。我们称这种为为n12+…––。在2中，，采用了|χ|=4+12，，|χχ|=4+12+16，分别别有2和和3个圆圆环。通常调制信号号χ是归一一化能量，即即E[2]=1，意味味着半径是是归一化的的，以便。。99星座图设计的的关键参数：：圆上的星座点点数圆半径星座点相对相相移θk定义φk=θθθ1为第第k个个圆与内圆的的相移。γk=1为k个个圆的相对对半径。2调制：：星座图4+12和和4+12+16星星座图100星座图816VSB68VSB101024QAM8256QAM7128QAM664QAM532QAM416QAM2QPSKbit/s/Hz调制方式、数字多电平平调制频谱利利用率可实现的频带带利用率10116(n1=4,n2=12））星座图的传传输容量性能能优化（相对对半径和相移移为参量，0=12）2调制制：16星星座图γ传输容量与相移φ无关，因此，最大信道容量的二维优化简化为只与相对半径γ为参量。这个结论对其它星座图也成立。

102160性性能优化化(不同同星座点数数、不同相相移)2调制制：16星星座图最小相移φφ=0和和最大相相移φ=π2的的曲线重合合，表明明在高时时相移φφ没有有显著影响响。对星座优化化来讲，圆圆环半径比比圆环上星星座点数更更起作用。。103非线性高功功放（非线线性传输信信道），4+12优优于6+10。外圆存在更更多星座点点，允许功功率转换效效率最大；