數字電視技術(shù)及其應用

二次數字調制是用數字基帶信號去調制射頻正弦振蕩的參數（振幅、頻率或相位），因此，二次調制有調幅、調頻和調相3種形式，包括振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）、最小頻移鍵控（MSK）、移相鍵控（PSK）、正交幅度調制（QAM）、X進(jìn)制殘留邊帶調制（VSB）等多種調制方式。PSK又分2PSK、QPSK、8PSK；QAM又分4QAM、16QAM、64QAM、256QAM幾種。調制方式不同，數字系統的有效性（頻帶利用率）和可靠性（比特差錯率）不同，因此選擇何種數字調制方式是非常重要的。

正交幅度調制、移相鍵控、殘留邊帶調制常常用于數字電視，它們具有極高的頻譜利用率，是在一個(gè)標準電視頻道中傳輸多路數字電視的主要調制方式。

4、數字信號的優(yōu)點(diǎn)

（1）在遠距離傳送時(shí)，各個(gè)中繼站能夠完整地將所收到的數字信號再生出來(lái)，從根本上消除了傳輸過(guò)程中的噪聲和干擾。各中繼站重新發(fā)出來(lái)的都是沒(méi)有噪聲的信號（當然量化噪聲總是存在的）。這就是說(shuō)，在各中繼站之間，信號傳輸過(guò)程中所混入的干擾就不會(huì )積累起來(lái)。

（2）調制和解調電路都是數字電路，很適合于利用集成電路的邏輯設計，因此可靠性和穩定性都很高。

（3）數字信號便于存儲。

（4）可以減少消息信號不必要的重復，進(jìn)行數字壓縮。

（5）合適的編碼可以減少噪聲和干擾的影響。每增加一個(gè)比特就將信號與量化噪聲之比（功率比）提高6分貝，這就是說(shuō)，信號頻帶寬度的加寬能提高信噪比。

五、數字系統方框圖

數字系統方框圖如圖4所示。在發(fā)送端，調制信號m（t）加至壓縮器，壓縮幅度較大的信號，以保證對于大小不同的信號具有相差不多的信號/量化噪聲比。取樣電路將壓縮器處理后的調制信號進(jìn)行取樣，然后與經(jīng)過(guò)同樣處理（即壓縮和取樣）的其它信道信號一起加至復用器，形成時(shí)分多路信號。量化和編碼這兩種作用是由模——數轉換器來(lái)完成的，它將各信道的取樣信號進(jìn)行量化，并將每一量化后的取樣用一組二進(jìn)制電碼來(lái)傳送。信道轉換開(kāi)頭將各路電碼以串聯(lián)方式傳送至信道中，直接經(jīng)光纜、電纜傳送，或者進(jìn)行二次調制，對正弦載波調制以后經(jīng)發(fā)射機發(fā)送出去。

圖4 數字系統方框圖

在接收端，可能是直接從光纜、電纜得到各路信號以串聯(lián)方式傳送過(guò)來(lái)的二進(jìn)制電碼，也可能是由接收機收到的某一種已調波。在后一種情況下，經(jīng)解調后即可得到二進(jìn)制電碼。二進(jìn)制電碼進(jìn)入量化器后，去掉傳輸過(guò)程中混入的噪聲和干擾，并重新形成比較純凈的二進(jìn)制電碼。分配器將各路二進(jìn)制電碼分開(kāi)以并聯(lián)方式傳送到解碼器中。解碼器就是一個(gè)數——模轉發(fā)器，它將各組電碼轉換成相應的有一定高度的脈沖。因此，各路信號分別對應于一路調幅脈沖，各路調幅脈沖是時(shí)分復用在一起的。分路器將各路調幅脈沖分開(kāi)來(lái)，分別傳送到各信道的取樣保持放大的電路中，使每個(gè)脈沖的高度在一個(gè)取樣周期內得以保持，于是將調幅脈沖變成階梯波，它是發(fā)送端經(jīng)預處理后的調制信號的近似波形。低通濾波器將量化噪聲濾去，將階梯波還原成連續信號，它仍然是發(fā)送端被預處理后的調制近似波形。擴展器去掉由于發(fā)送端的壓縮器人為造成的調制信號的失真，于是就得到最后的輸出信號m′（t），它是最初的調制信號m（t）的近似。

如果用光纜傳輸，由于電發(fā)射端機多數輸出的是有正負極性的雙極性碼，這種碼型不宜驅動(dòng)光發(fā)射機。光發(fā)射機是光強度調制，需要單極性脈沖驅動(dòng)。因此，在電發(fā)射端機和光發(fā)射機之間需要加入雙極性到單極性碼型接口。

現在，已有專(zhuān)用數字電視傳輸系統面市，可通過(guò)光纜傳輸非壓縮電視、32路立體聲，如果配置其他設備，也能夠傳輸MPEG-2多路壓縮電視信號。該系統可選一次群E1（2Mb）和三次群E3（34Mb）接口板傳輸數據和電話(huà)，它還可與SDH網(wǎng)絡(luò )相銜接，使數據、有線(xiàn)電視，通信三網(wǎng)合一。

六、數字系統性能參數

1、傳送速率

二進(jìn)制數字出現的頻率即是單位時(shí)間內傳送的二進(jìn)制數字的位數，叫做傳送速率。傳送速率用來(lái)衡量數字系統的效率，有碼元速率和信息速率兩種表示法。

（1）碼元速率 又叫做符號速率、數碼率、鍵控速率，指每秒傳送的碼元個(gè)數，單位為“波特”（Baud），以Ds表示。當數字信號用二進(jìn)制表示時(shí)，稱(chēng)為二進(jìn)制碼元速率；當數字信號用多進(jìn)制表示時(shí)，稱(chēng)為M進(jìn)制碼元速率。

（2）信息速率 又叫做比特率，指每秒傳送的信息單位數，單位為比特/秒（bit/s或b/s或bps），以Rb表示。

碼元速率與信息速率的關(guān)系是：

Rb=Ds×Log2M

式中 M——碼元進(jìn)制數。

特別指出的是，當M=2時(shí)，Rb=Ds，即碼元速率等于信息速率。

2、Eb/No

Eb/No用來(lái)衡量傳送的信號質(zhì)量，表示有用信號的每比特能量Eb與單邊帶噪聲密度No之比。

模擬信號在進(jìn)行模/數轉換后，處于任意兩個(gè)量化電平中間的部分，就會(huì )與其后數/模轉換出來(lái)的信號有微小差別，這相當于在原始信號上疊加了一個(gè)噪聲，叫做量化噪聲。量化噪聲是白噪聲，符合噪聲疊加規律。在傳送過(guò)程中還有各種干擾和噪聲。

假定一個(gè)二進(jìn)制數字信號s（t），其碼元寬度為T(mén)，則該信號每比特能量為：

Eb=2（t）dt

在實(shí)際工程計算時(shí)，往往以發(fā)射端發(fā)射功率除以信息速率來(lái)得到每比特能量。

3、頻帶利用率

頻帶利用率是衡量數字系統效率的重要指標，指單位帶寬內所能實(shí)現的傳送速率，單位是bit/s/Hz或b/s/Hz。

傳送數字信號和傳送模擬信號一樣，要占有一定的頻帶寬度。數字信號是“1”和“0”的不同排列組合，例如，可以都是1，也可以都是0，也可以是0和1交替出現，通常則是0和1的雜亂的排列組合。0和1交替出現這種數字信號包含的最高頻譜成分最高，如圖5（a）中波形的帶寬要大于（b）中波形的帶寬。