數字電視技術及其應用（一）

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(tǒng)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

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

（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(wěn)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，信號頻帶寬度的加寬能提高信噪比。

五、數字系統(tǒng)方框圖

數字系統(tǒng)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行取樣，然后與經過同樣處理（即壓縮和取樣）的其它信道信號一起加至復用器，形成時分多路信號。量化和編碼這兩種作用是由模——數轉換器來完成的，它將各信道的取樣信號進行量化，并將每一量化后的取樣用一組二進制電碼來傳送。信道轉換開頭將各路電碼以串聯方式傳送至信道中，直接經光纜、電纜傳送，或者進行二次調制，對正弦載波調制以后經發(fā)射機發(fā)送出去。

圖4 數字系統(tǒng)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方式傳送過來的二進制電碼，也可能是由接收機收到的某一種已調波。在后一種情況下，經解調后即可得到二進制電碼。二進制電碼進入量化器后，去掉傳輸過程中混入的噪聲和干擾，并重新形成比較純凈的二進制電碼。分配器將各路二進制電碼分開以并聯方式傳送到解碼器中。解碼器就是一個數——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，各路調幅脈沖是時分復用在一起的。分路器將各路調幅脈沖分開來，分別傳送到各信道的取樣保持放大的電路中，使每個脈沖的高度在一個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(xù)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。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，已有專用數字電視傳輸系統(tǒng)面市，可通過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(tǒng)可選一次群E1（2Mb）和三次群E3（34Mb）接口板傳輸數據和電話，它還可與SDH網絡相銜接，使數據、有線電視，通信三網合一。

六、數字系統(tǒng)性能參數

1、傳送速率

二進制數字出現的頻率即是單位時間內傳送的二進制數字的位數，叫做傳送速率。傳送速率用來衡量數字系統(tǒng)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數，單位為“波特”（Baud），以Ds表示。當數字信號用二進制表示時，稱為二進制碼元速率；當數字信號用多進制表示時，稱為M進制碼元速率。

（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系是：

Rb=Ds×Log2M

式中 M——碼元進制數。

特別指出的是，當M=2時，Rb=Ds，即碼元速率等于信息速率。

2、Eb/No

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

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

假定一個二進制數字信號s（t），其碼元寬度為T，則該信號每比特能量為：

Eb=2（t）dt

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

3、頻帶利用率

頻帶利用率是衡量數字系統(tǒng)效率的重要指標，指單位帶寬內所能實現的傳送速率，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。