數(shù)字電視技術(shù)及其應(yīng)用

二次數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號去調(diào)制射頻正弦振蕩的參數(shù)（振幅、頻率或相位），因此，二次調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)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(diào)制（QAM）、X進(jìn)制殘留邊帶調(diào)制（VSB）等多種調(diào)制方式。PSK又分2PSK、QPSK、8PSK；QAM又分4QAM、16QAM、64QAM、256QAM幾種。調(diào)制方式不同，數(shù)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(shù)字調(diào)制方式是非常重要的。

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

4、數(shù)字信號的優(yōu)點

（1）在遠(yuǎn)距離傳送時，各個中繼站能夠完整地將所收到的數(shù)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(dāng)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(diào)制和解調(diào)電路都是數(shù)字電路，很適合于利用集成電路的邏輯設(shè)計，因此可靠性和穩(wěn)定性都很高。

（3）數(shù)字信號便于存儲。

（4）可以減少消息信號不必要的重復(fù)，進(jìn)行數(shù)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(shù)字系統(tǒng)方框圖

數(shù)字系統(tǒng)方框圖如圖4所示。在發(fā)送端，調(diào)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(diào)制信號進(jìn)行取樣，然后與經(jīng)過同樣處理（即壓縮和取樣）的其它信道信號一起加至復(fù)用器，形成時分多路信號。量化和編碼這兩種作用是由模——數(shù)轉(zhuǎn)換器來完成的，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)制電碼來傳送。信道轉(zhuǎn)換開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(diào)制，對正弦載波調(diào)制以后經(jīng)發(fā)射機(jī)發(fā)送出去。

圖4 數(shù)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(lián)方式傳送過來的二進(jìn)制電碼，也可能是由接收機(jī)收到的某一種已調(diào)波。在后一種情況下，經(jīng)解調(diào)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)制電碼分開以并聯(lián)方式傳送到解碼器中。解碼器就是一個數(shù)——模轉(zhuǎn)發(fā)器，它將各組電碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的有一定高度的脈沖。因此，各路信號分別對應(yīng)于一路調(diào)幅脈沖，各路調(diào)幅脈沖是時分復(fù)用在一起的。分路器將各路調(diào)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(nèi)得以保持，于是將調(diào)幅脈沖變成階梯波，它是發(fā)送端經(jīng)預(yù)處理后的調(diào)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(yù)處理后的調(diào)制近似波形。擴(kuò)展器去掉由于發(fā)送端的壓縮器人為造成的調(diào)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(diào)制信號m（t）的近似。

如果用光纜傳輸，由于電發(fā)射端機(jī)多數(shù)輸出的是有正負(fù)極性的雙極性碼，這種碼型不宜驅(qū)動光發(fā)射機(jī)。光發(fā)射機(jī)是光強(qiáng)度調(diào)制，需要單極性脈沖驅(qū)動。因此，在電發(fā)射端機(jī)和光發(fā)射機(jī)之間需要加入雙極性到單極性碼型接口。

現(xiàn)在，已有專用數(shù)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(shè)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(shù)據(jù)和電話，它還可與SDH網(wǎng)絡(luò)相銜接，使數(shù)據(jù)、有線電視，通信三網(wǎng)合一。

六、數(shù)字系統(tǒng)性能參數(shù)

1、傳送速率

二進(jìn)制數(shù)字出現(xiàn)的頻率即是單位時間內(nèi)傳送的二進(jìn)制數(shù)字的位數(shù)，叫做傳送速率。傳送速率用來衡量數(shù)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(shù)碼率、鍵控速率，指每秒傳送的碼元個數(shù)，單位為“波特”（Baud），以Ds表示。當(dāng)數(shù)字信號用二進(jìn)制表示時，稱為二進(jìn)制碼元速率；當(dāng)數(shù)字信號用多進(jìn)制表示時，稱為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(shù)，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(shù)。

特別指出的是，當(dāng)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(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(shù)轉(zhuǎn)換后，處于任意兩個量化電平中間的部分，就會與其后數(shù)/模轉(zhuǎn)換出來的信號有微小差別，這相當(dāng)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(jìn)制數(shù)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(shù)字系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)，指單位帶寬內(nèi)所能實現(xiàn)的傳送速率，單位是bit/s/Hz或b/s/Hz。

傳送數(shù)字信號和傳送模擬信號一樣，要占有一定的頻帶寬度。數(shù)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(xiàn)，通常則是0和1的雜亂的排列組合。0和1交替出現(xiàn)這種數(shù)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。