數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)中DVB-T信道內(nèi)編碼解碼的研究

摘要：數(shù)字通信系統(tǒng)中，在實際信道上傳輸數(shù)字信號時，由于信道傳輸特性不理想及噪聲的影響，接收端所收到的數(shù)字信號不可避免地會發(fā)生錯誤。為了減小誤碼率，提高接收質(zhì)量，必須采用差錯控制編碼。在數(shù)字視頻廣播DVB（Digital Video Broadcast）這類高碼率，高要求的系統(tǒng)中，為了提供優(yōu)良的圖像質(zhì)量，采用差錯控制編碼尤為重要。因此對信道編碼技術(shù)的深入分析，研究它在各個通信領(lǐng)域中的應(yīng)用，有著重大的意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視地面廣播；信道編碼；交織；信道調(diào)制

中圖分類號：TN919文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

一、DVB-T系統(tǒng)技術(shù)及信道特性

（一）DVB-T系統(tǒng)技術(shù)。DVB-T系統(tǒng)采用目前的開路電視特高頻或甚高頻頻段。由于地面建筑物等對信號的多次反射以及多種噪聲等多徑效應(yīng)的干擾，會使電視廣播頻率資源嚴重不足，為此在DVB-T中，引入COFDM處理方式。信號經(jīng)過COFDM方式處理后，再靈活采用QPSK或QAM的調(diào)制方式，最后再通過上變頻器進行上變頻送到發(fā)射天線。這種方案具有抗多徑干擾和實現(xiàn)移動接收等優(yōu)點。

（二）DVB-T 信道特性。DVB-T廣播信道中的干擾主要有以下3種：（1）多徑干擾。多徑干擾在地面廣播中最為普遍，地面廣播中發(fā)射的信號電磁波遇到山脈、樹木及樓房而產(chǎn)生反射，反射信號進入接收機中就會造成多徑干擾，它是一種乘性的干擾。（2）噪聲干擾。數(shù)字地面廣播信道中的噪聲干擾有兩類：高斯白噪聲干擾和沖激噪聲干擾，它是一種加性干擾。高斯白噪聲主要來源于其他頻道中的電磁輻射以及設(shè)備外部的噪聲干擾；有源器件中電子或載流子運動的起伏變化、電阻的熱噪聲等設(shè)備內(nèi)部的噪聲干擾。沖激噪聲干擾是一種突發(fā)性的噪聲干擾，它主要來源于閃電、各種工業(yè)電火花和電器開關(guān)的通斷等。（3）同頻干擾。同頻干擾存在于數(shù)字地面同播方式中，如果數(shù)字地面廣播中不采用同播方式是不存在這種干擾的。所謂“同播”是指在數(shù)字電視的地面廣播中，將數(shù)字電視放置在“禁用頻道”上進行廣播。禁用頻道為相鄰服務(wù)區(qū)的模擬電視所使用，當(dāng)本地的模擬電視不用時，可用禁用頻道廣播本地數(shù)字電視，以提高地面廣播的頻譜資源利用率，但此時相鄰服務(wù)區(qū)的模擬電視發(fā)射信號卻可能會對DVB-T接收機造成干擾，這種干擾稱為“同頻干擾”。

二、DVB-T系統(tǒng)信道編碼方案分析

發(fā)送系統(tǒng)主要由信源編碼、分離器、能量分散、外編碼、外交織、內(nèi)編碼、內(nèi)交織、映射、幀形成、OFDM調(diào)制、保護間隔和D/A構(gòu)成。下面主要介紹幾個重點模塊。

（一）能量擴散。能量擴散又稱擾碼，是一個隨機過程。能量擴散為了保證在任何情況下進入傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)碼流中“0”與“1”的概率都能基本相等，首先用一個偽隨機序列對輸入的 TS 碼流進行隨機化處理。偽隨機序列是由一個標(biāo)準的偽隨機序列發(fā)生器生成的，無論原TS碼流是何種分布，隨機化后的數(shù)據(jù)碼流中的“0”與“1”的概率都接近50%。從信號功率譜的角度看，隨機化過程相當(dāng)于將數(shù)字信號的功率譜拓展了，使其分散開了，因此隨機化過程又被稱為“能量擴散”。

（二）外碼糾錯。糾錯編碼 DVB-T系統(tǒng)中采用了級聯(lián)的兩層糾錯的方法以增強 FEC(Forward Error Correction)能力，有利于抗御地面開路信道不良的傳輸環(huán)境。外層編碼采用RS(Reed Solomon Code)編碼，是在每188個字節(jié)后加入16字節(jié)的RS碼(204，188，t=8)，這種編碼可以糾正8個字節(jié)的突發(fā)錯誤。RS碼屬于多進制BCH碼的一種，具有很強的抗突發(fā)誤碼的能力。

（三）內(nèi)糾錯碼。數(shù)字通信系統(tǒng)中的糾錯編碼技術(shù)能提高通信的可靠性，所以自它出現(xiàn)以來一直受到世界各國科研人員的廣泛關(guān)注。在編碼過程中，通過給所傳輸?shù)男畔⒃O(shè)置附加的校驗位，即增加其冗余度，使原來無規(guī)律或規(guī)律性不強的一組信息具有某種相關(guān)性；接收信息時再依據(jù)這種相關(guān)性譯碼，使編碼信息具有檢測或糾錯性能，而用來檢測或糾錯的冗余碼被稱為糾錯碼。

（四）內(nèi)交織編碼。卷積交織提高了系統(tǒng)的糾錯能力，特別是對沖激噪聲的糾錯能力。卷積交織放在外層，稱為外交織，在DVB-T系統(tǒng)中還有一層內(nèi)交織。內(nèi)交織分成兩部分，一部分是基于塊交織的比特交織。另一部分是基于隨機交織的符號交織， 符號交織在頻域進行，以增強抗頻率選擇性失真的能力，所以又叫頻率交織。

DVB-T在8MHz射頻帶寬內(nèi)設(shè)置1705（2K模式）或6817（8 k模式)個載波，將高碼率的數(shù)據(jù)流相應(yīng)的分解成2K或8K路低碼率的數(shù)據(jù)流，分別對每個載波進行QPSK 、16QAM、64QAM調(diào)制。

（五）幅度相位映射。將由2比特，4比特和6比特構(gòu)成的字符，依據(jù) QPSK，16QAM和64QAM三種不同的調(diào)制方式，進行幅度和相位的影射。系統(tǒng)中采用的星座映射方式有多種選擇：QPSK，16QAM，64QAM等。QPSK每次調(diào)制可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的，接收端根據(jù)星座圖及接收到的載波相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。QPSK調(diào)制只利用了載波的相位信息，當(dāng)星座點較多時，星座點之間的最小距離就會很小，非常容易受到噪聲干擾的影響。

（六）保護間隔插入。我們知道由于無線環(huán)境的復(fù)雜性，必然會產(chǎn)生反射波的干擾以及來自多個發(fā)射機的多波效應(yīng)。為了克服該多波效應(yīng)，我們可以插入保護間隔，將每一幀最后一個字符進行重復(fù)，重復(fù)長度可以是有用字符長度的1/4、1/8、1/16和1/32，以防止由于多路反射造成第N-1個字符與第N個字符的重疊，即避免碼間干擾。加入保護間隔后，只要反射波與直達波之間的延時差不超過保護間隔期，就不會發(fā)生符號間干擾，而本符號的反射波將增強直達波的接收功率，帶來增益。保護間隔減小了多徑傳輸?shù)挠绊?，付出的代價是降低了數(shù)據(jù)傳輸速率，帶寬效率（b/s/Hz）下降，信噪比有所減低。

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