地面廣播中的8-VSB與COFDM比較

地面廣播中的8-VSB與COFDM比較

地面廣播中的8-VSB與COFDM比較

數字地面電視廣播依靠的是一種可靠的射頻能量調制方法來傳送離散的數據而不是模擬變量。
傳統的模擬電視頻道是以幾十年前的老技術為基礎的，占用了大量的帶寬，如果發射機之間距離足夠遠的話，則可以使用同一頻道在各自的覆蓋范圍內播出各自的節目,但是如果兩者覆蓋范圍若存在有重疊的區域，該頻道則完全不能使用。在某些電子新聞采集系統（ENG）中，會利用模擬微波技術進行信號傳送，但這些微波通路會受多徑干擾問題的影響，這種影響有時很嚴重，導致很長的時延，從而使畫面完全失真。解除禁用頻道和使用較窄的帶寬來發射，是廣播業發展的必然趨勢。地面DVB（DVB-T）標準就是依賴一系列的基礎技術，利用MPEG-2壓縮編碼方式降低比特率來進行視頻編碼，并可根據實際用途來選擇4：2：0或4：2：2兩種不同的圖像編碼方式進行傳輸，使兩者有機的結合在一起。
模擬發射機和數字發射機器工作原理之間的主要差別是，前者的發射機輸出是由連續變化的模擬信號調制過的載波，而后者是通過一系列分立狀態之間的切換來傳遞信息的，這一過程稱為信道編碼，數字等效于調制。地面發射可以有比衛星之類的發射更大的功率，所以能將更強的信號發送到接收機。這就有可能采用多電平信號，這種信號的功率以一系列階梯波發射出去，不存在一個階梯信號被誤認為另一階梯而造成的雜波。結果是減少了所用的帶寬。
圖1a是最簡單的情況，發射機只有一個單位功率,0和1代表發射機功率高低的兩種狀態,每種狀態只用1個比特表示。圖1b所示系統中發射機有4個功率。此時一個符號載兩個比特，因此兩個比特有四種可能的組合，從而使帶寬減半。圖1c示出美國ATSC系統如何使用一個8功率信號。此時每個符號傳送3個比 特，只需要圖1a所示簡單系統的三分之一帶寬。
VSB和COFDM這兩種調制技術，有助進一步節省帶寬。接收機接收到信號后在把數字信號變成模擬信號之前對誤碼及殘留受損數據進行處理，只要誤碼修正系統還工作在它的能力范圍之內，就不會出現明顯的質量下降。但如果誤碼超過可以矯正的范圍，MPEG解碼后的結果就非常糟。因此畫面和聲音的原始質量實際上由壓縮系統的性能決定，而不在于射頻發射通道。在數字通道系統中，信號強度并不直接影響圖像質量，圖像質量由比特誤碼率決定,一般由信號差造成，從整體上看，信道只有足夠好，才能保證在所有可以預見的條件下，不會發生超出誤碼校正范圍的情況。
信道包括調制器，發射機，天線，接收天線和解調器以及發射機和接收機之間的中轉部分。通常最不受控制的就是傳輸途徑。傳輸路徑將引入寬帶噪聲或者高斯噪聲，以及由于閃電引起的脈沖噪聲等,這兩種效應都能通過誤碼矯正來處理。卷積內碼抗噪聲性能很好，而交織的里德-索羅門碼可以解決突發誤碼。
隨著射頻傳輸頻率越來高，波長越來越短。對于任何類型的高頻傳輸，最大問題之一就是多徑接收。無線電信號受障礙物的影響是與波長與物體的相對大小而定。
波長為數百米的調幅（AM）傳輸可以輕易地繞過較大的物體。傳輸波長越短，則同樣的障礙物影響越大，這些物體造成的反射越大。
經過反射物體的延時反射信號疊加在接收機接收的直達信號上，在模擬傳輸過程中這將導致重影。在簡單的數字傳輸中，比特率非常高，以至反射信號可能落后直達信號幾個比特，引起碼間串擾。與噪聲不同，噪聲是統計的，由反射造成的干擾則是連續不斷的，其結果就是一個高比特誤碼率，造成糾正系統難以應付。
提高發射機功率于事無補，因為反射的功率也按比提高。如同模擬電視UHF傳輸一樣，對于普通的數字傳輸，必須具備一幅定向天線，因為它能幫助抑制反射。事實上，在調整天線時，最佳的結果將是讓反射波在極坐標圖的零點里，而不是調到有最大的信號。
當前國際上全數字高清晰度電視傳輸系統中采用的調制技術主要有：QPSK（四相移相鍵控）,MQAM（多電平正交幅度調制）,VSB（多電平殘留邊帶調制）和COFDM（正交頻分復用調制）。QPSK廣泛應用于數字微波通訊系統，數字衛星通訊系統及有線電視的上行傳輸；美國HDTV傳輸系統中采用MQAM和VSB方案，有線電視的下行傳輸亦采用QAM技術；COFDM為歐洲HDTV傳輸系統采用。采用這些高速數據調制技術，能有效的提高頻譜利用率，進一步提高抗干擾能力，滿足電視系統的傳輸要求用，由于DVB-C和DVB-S是一個全球化的標準，已被世界各國采納，因此數字電視之爭主要為數字地面廣播系統。然而,在數字地面廣播系統中采用的有兩種很不相同的數字調制技術：由ATSC開發的網格編碼的8電平殘留邊帶（Vestigal-Side-Band，8-VSB）調制系統，以及在DVB-T標準中采用的“編碼的正交頻分復用 ”（ Codrthogonal Frequency Divi-sion Multipiexing,COFDM）調制系統。

這里先介紹8VSB模式。地面廣播8VSB模式在6MHz帶寬內可傳輸19.28Mbps的信息碼率，其原理框圖如圖2所示。
從傳送系統輸入到傳輸系統的輸入碼率是19.39Mbps，每個數據包188Byte，其中一個同步Byte和187Byte信息（187/188=19.28/19.39）。輸入信息首先進行隨機化，然后進行前項糾錯編碼，附加20Byte糾錯碼后，每個數據包變為208Byte，再經2/3格形編碼輸出到復用器，與數據段同步和數據場同步混合。隨機化和前向糾錯不加到原包中的同步Byte。包中的同步Byte在復用時轉成段數據同步信號。兩個數據均最后合成一個數據幀，其數據結構如圖3所示。

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