數(shù)字電視系統(tǒng)10.1數(shù)字電視廣播系統(tǒng)10.2衛(wèi)星廣播系統(tǒng)

DVB-T(terrene)用于6～8MHz陸上數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，其傳輸層的數(shù)據(jù)碼率最大為24Mb/s，采用64QAM調(diào)制，并采用COFDM(CodedOFDM)多載波頻分復(fù)用技術(shù)。COFDM在抑制多徑傳輸干擾方面有著顯著的優(yōu)越性。在傳輸比特率方面，DVB允許比特率可變，對(duì)DVB-T而言，在6MHz的頻帶內(nèi)傳輸速率為3.7～23.8Mb/s；在8MHz的頻帶內(nèi)，傳輸速率為4.9～31.7Mb/s。10.1數(shù)字電視廣播系統(tǒng)

PSK、QAM調(diào)制在單個(gè)載波上容易產(chǎn)生碼間干擾而增加誤碼率，在多徑傳播的環(huán)境中由于瑞利衰落的影響會(huì)造成誤碼。DVB-T采用正交頻分多載波調(diào)制OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)，先將高速率的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多路低速率數(shù)據(jù)流，每路低速數(shù)據(jù)流對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制，組成一個(gè)多載波并行傳輸系統(tǒng)?？偟男盘?hào)帶寬被劃分為N個(gè)互不重疊的子通道，N個(gè)子通道進(jìn)行正交頻分多重調(diào)制，當(dāng)每路載波的帶寬小于Δf

(多徑時(shí)延τ的倒數(shù))時(shí)，可有效地抑制由頻率選擇性衰落造成的碼間干擾。多徑傳播會(huì)引起平坦性衰落和多普勒頻移，結(jié)果OFDM各載波間的正交性被破壞。COFDM進(jìn)行了編碼和交錯(cuò)，各載波受到的衰落近似統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，消除了平坦性衰落和多普勒頻移的影響。OFDM與普通的頻分復(fù)用(FDM)的區(qū)別是存在正交性，不同載波的頻譜可以相互交疊，因而獲得最佳的頻譜利用率(每單位帶寬的比特率)。圖10-1所示數(shù)字視頻廣播仿真系統(tǒng)(SCHX10_1.mdl)是一個(gè)根據(jù)ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)EN300744標(biāo)準(zhǔn)制作的演示系統(tǒng)，名為陸地?cái)?shù)字視頻廣播系統(tǒng)(commdvbt.mdl)。該系統(tǒng)取自工具箱通信模塊(Toolbox\Commblocks\Commblocksdemos\commdvbt)。它由發(fā)射、接收和傳輸部分、信號(hào)源和誤碼儀組成。

該仿真系統(tǒng)的主要組成及信號(hào)流程如下。

1.發(fā)射部分

信號(hào)源是256進(jìn)位、采樣速率為400ksymbol/s、每幀188符號(hào)的整數(shù)數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)格式是unit8。

采取的多種信道編碼的措施有：整形里德-索洛蒙(RS)編碼，信息位長188，碼字長204。卷積交織，寄存器行數(shù)12，寄存器長度間隔17后，將數(shù)據(jù)變換為二進(jìn)制代碼(204行變?yōu)?04

×

8=1632行)。采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是poly2trellis(7,[171133])以及打孔矢量為[110110]'的縮短卷積碼(1632行變?yōu)?632

×

2

×

2/3=2176行)。DVB-T特有的內(nèi)部交織，其中包括塊交織，數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)變換后變成9072行的數(shù)據(jù)流，然后進(jìn)行符號(hào)交織。調(diào)制方式：將二進(jìn)制代碼映射為通用64QAM調(diào)制(9072行變?yōu)?072/6=1512行)。

OFDM：將1512行的數(shù)據(jù)塊經(jīng)過填零操作后變?yōu)?048行的數(shù)據(jù)塊，再將數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)重新排列(填零的數(shù)據(jù)搬移到中間)，填零操作后的選擇器(Selector)中的指針(Index)設(shè)定為：

[1:7561513:2048757:1512]

進(jìn)行長度為2048的反向快速傅里葉變換。完成了正交頻分多址OFDM操作。

2.傳輸部分

加性高斯白噪聲信道的信噪比設(shè)置為18.5dB。

3.接收部分

OFDM接收，正向快速傅里葉變換，去填零。

64QAM解調(diào)。

信道解碼：DVB-T的內(nèi)部解交織。解縮短卷積編碼。解卷積交織。整形里德-索洛蒙(RS)解碼。

4.顯示部分

圖10-1的仿真系統(tǒng)中，有兩個(gè)誤碼儀。(1)在基帶信號(hào)的收發(fā)端，通過整數(shù)到二進(jìn)制數(shù)變換器連接到誤碼儀可以測試仿真系統(tǒng)的誤碼特性。(2)繞開了卷積交織、解交織，整形里德-索洛蒙(RS)編解碼后的誤碼儀，可以測試系統(tǒng)沒有這兩種差錯(cuò)控制手段時(shí)的誤碼傳輸特性。由圖10-3的仿真結(jié)果表明前者好于后者。

圖10-1數(shù)字視頻廣播仿真系統(tǒng)(SCHX10_1.mdl)在接收機(jī)的輸入端放置一個(gè)頻譜儀，OFDM解調(diào)后放置一個(gè)星座圖儀，可以測試到數(shù)字視頻廣播仿真系統(tǒng)接收信號(hào)的星座圖、頻譜圖，如圖10-2所示。

將圖10-1稍作改動(dòng)，即在兩個(gè)誤碼儀之前加上提取數(shù)據(jù)的設(shè)備，到工作空間ToWorkspace。改動(dòng)后的仿真系統(tǒng)是SCHX10_1a。運(yùn)行程序10-3后得到圖10-3所示的系統(tǒng)傳輸特性圖。所有差錯(cuò)控制手段都用上的是左邊的曲線，不用里德-索洛蒙(RS)編碼和卷積交織(ConvelutionalInterleave)參與差錯(cuò)控制的是右邊的曲線，可見在相同誤碼率的情況下有2dB的差別。

圖10-2數(shù)字視頻廣播仿真系統(tǒng)接收信號(hào)的星座圖、頻譜圖

圖10-2數(shù)字視頻廣播仿真系統(tǒng)接收信號(hào)的星座圖、頻譜圖

程序10-3

clear

ErproVec=10:1:20;

forn=1:length(ErproVec)

SNR=ErproVec(n);

sim('SCHX10_1a')

S2(n)=[mean(s)]';

S1(n)=log10(S2(n)+eps);

S3(n)=S2(n)+eps;

EN(n)=[ErproVec(n)]';

S4(n)=[mean(s1)]';

S1A(n)=log10(S4(n)+eps);

S5(n)=S4(n)+eps;

EN(n)=[ErproVec(n)]';

end

semilogy(EN，(S3)，'b.-'，EN，(S5)，'r')

axis([10，20，1e-15，1])

grid

title('陸上數(shù)字電視廣播的傳輸特性');

xlabel('信噪比');

ylabel('誤碼率');

圖10-3數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的傳輸特性

圖10-4所示衛(wèi)星廣播系統(tǒng)是一個(gè)射頻衛(wèi)星鏈路演示系統(tǒng)(SCHX10_4.mdl)。該系統(tǒng)取自工具箱通信模塊(Toolbox\Commblocks\Commblocksdemos\commrfsatelink)。它由發(fā)射、接收、傳輸、信號(hào)源和誤碼儀組成了仿真系統(tǒng)。10.2衛(wèi)星廣播系統(tǒng)

圖10-4衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)(SCHX10_4.mdl)衛(wèi)星廣播的下行鏈路仿真系統(tǒng)的主要部分及信號(hào)流程如下。

1.發(fā)射機(jī)

信號(hào)源產(chǎn)生16進(jìn)位、采樣速率為400ksymbol/s、每幀100符號(hào)的數(shù)據(jù)流。采用了矩形分布16QAM調(diào)制和開平方升余弦發(fā)送濾波器(群延遲為3、滾降系數(shù)為0.3)。Saleh模式(無記憶非線性)的高功率放大器。蝶形衛(wèi)星發(fā)射天線的增益為12.426。

2.傳輸環(huán)境

采用了工作在4GHz傳輸36500km的自由空間損耗模塊、多普勒頻移和相移誤差的模塊。

3.接收機(jī)

采用了蝶形衛(wèi)星接收天線，增益為12.426。前置放大器是工作在K氏溫度20°低溫。接下來是多普勒頻移和相移誤差校正、I/Q信號(hào)不均衡校正、直流電平搬移、幅度自動(dòng)增益控制。矩形分布16QAM解調(diào)制和開平方升余弦接收濾波器。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較小的接收誤差。全系統(tǒng)增益與損耗匹配合理。

4.信號(hào)顯示

不僅能夠顯示發(fā)送濾波器之后和接收濾波器之前的信號(hào)頻譜，還能夠顯示發(fā)射機(jī)調(diào)制器輸出端和接收機(jī)解調(diào)器輸入端的信號(hào)星座圖、發(fā)射機(jī)高功率放大器輸入端和輸出端的信號(hào)星座圖，發(fā)射機(jī)調(diào)制前的基帶數(shù)字信號(hào)與接收機(jī)解調(diào)后數(shù)字信號(hào)比較得出的誤碼率。圖10-5是衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)信號(hào)頻譜圖。圖中兩條曲線分別表示發(fā)射濾波器之后(CH1下)的發(fā)射信號(hào)頻譜與接收濾波器之前(CH2上)的接收信號(hào)頻譜?？梢姡邮招盘?hào)背景噪聲提高了。同步衛(wèi)星在35600km的高空將信號(hào)傳輸?shù)降孛?，?duì)于4GHz的信號(hào)有將近200dB的衰減，通常接收機(jī)前置放大器采用低溫制冷20K(開氏溫度)，以獲得低的噪聲系數(shù)，如-100dBc/Hz的低相位噪聲。如圖10-5左邊的圖所示，此時(shí)誤碼儀顯示誤碼率為0。如果前置放大器采用常溫293K(開氏溫度)，在射頻鏈路演示設(shè)置(RFLinkDemoSetting)模塊，那么，即使相位噪聲不變，頻譜圖也將如右圖所示。背景噪聲提高了，誤碼率變差為0.004。

圖10-5衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)信號(hào)頻譜圖(左)20°(右)293°

圖10-5衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)信號(hào)頻譜圖(左)20°(右)293°圖10-6圖(a)是衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)星座圖。此時(shí)星座圖十分干凈。

圖10-6圖(b)是接收濾波器之后的信號(hào)星座圖，可見，通過傳輸環(huán)境以及接收處理后有所偏離。

圖10-7圖(a)是衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)發(fā)射機(jī)高功率放大器之前的發(fā)射信號(hào)星座圖。右圖是發(fā)射機(jī)高功率放大器之后的信號(hào)星座圖。可見，通過高功率放大器后星座圖偏離情況基本不變，但信號(hào)幅度有很大提高。

圖10-6衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)發(fā)射端(a)發(fā)射信號(hào)星座圖

圖10-6衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)發(fā)射端(b)信號(hào)星座圖

圖10-7衛(wèi)星廣播仿真系統(tǒng)發(fā)射機(jī)高功率放大器之前、之后信號(hào)星座