ATSC中NTSC抑制濾波器的設計

摘要：討論了NTSC信號與數(shù)字電視ATSC信號在相鄰信道中的相互影響以及NTSC抑制濾波器的設計與應用。關鍵詞：ATSC NTSC 抑制濾波器 在數(shù)字電視尚未普及之前，模擬信號NTSC服務就不會停止。因此，討論模擬信號與數(shù)字信號的相互影響有一定的現(xiàn)實意義。VSB傳輸系統(tǒng)干擾抑制性能的討論是基于6MHz電視信道中NTSC同信道干擾信號的主要載波分量和梳狀濾波器中周期性空隙的頻率位置。在數(shù)字傳輸中用預編碼補償梳狀濾波器中的空隙。如果預編碼是模擬的，就會在傳輸頻譜中產生峰值。因此，預編碼在模運算中完成，由于模運算“回卷”(wrap—around)的隨機化影響，會產生平坦的傳輸頻譜。 1 ATSC頻譜分析 ATSC頻譜如圖1所示。其中圖(a)表明NTSC三個主要分量的位置和大致幅度。(1)視頻載波(V)位于下邊帶的1．25MHz；(2)色度子載波(C)比視頻載波高3．58MHz；(3)伴音載波(A)比視頻載波高4．5MHz。 圖(b)是梳狀濾波器的頻響，提供周期性的頻譜空隙57%26;#215;fH(＝10．762MHz／12，即896．86kHz)間隔。在6MHz帶寬中有7個空隙。圖(a)和圖(b)的比較表明視頻載波比梳狀濾波器第二個空隙低2．1kHz，色度子載波接近第6個空隙，伴音載波比第7個空隙低13．6kHz。如上所述，這些值將隨特殊情況下的導頻偏移而有所不同。 圖(c)表明如果在6MHz帶寬居中放置VSB信號，導頻信號位于VSB信號的低位奈奎斯特頻率點，6MHz帶寬的309．4405595kHz處。在兩個奈奎斯特頻率點之間的信號帶寬是符號速率的一半，是NTSC水平掃描速率的342倍。342／286%26;#215;4．5MHz＝5．381118811MHz。圖12 導頻頻偏 如圖1所示，NTSC視頻載波和模擬電視(ATV)載波之間的頻率差為56%26;#215;19／22%26;#215;fH。這就要求ATV頻譜相對于HDTV標準頻譜有一個頻偏，這個頻偏最大為+45．8kHz，約為6MHz帶寬的0．76％。事實上，進一步的測量表明DTV頻率偏移的期望值依賴于本地的干擾情況。FCC規(guī)定同信道DTV／NTSC的標準頻偏是+28．615kHz。頻偏使頻譜稍高于當前信道并進入上鄰信道約-40dB，ATV頻譜的附加頻偏主要用來跟蹤分布在-10kHz、0kHz或10kHz范圍內的NTSC干擾。 DTV信號在NTSC信號上鄰信道的情況下，導頻設置到邊帶332．138kHz%26;#177;3Hz上(偏移+22．697kHz)。這個頻率進一步偏移+10kHz、0Hz或-10kHz來匹配NTSC發(fā)射臺的頻偏。精確的%26;#177;3Hz容限用于彌補NTSC接收機抑制上鄰信道DTV信號所需選擇性的不足。需要注意：精確的偏置可能導致NTSC接收機在空間域和時域交織生成沖擊頻率，引起無法收看。其它導頻偏置情形也可能存在這種情況。 如果上鄰信道干擾不存在，DTV頻偏用于應付NTSC同頻道干擾(精確的DTV頻率值使得DTV的同頻道干擾對NTSC沒有明顯的影響)。一個DTV發(fā)射臺導頻對NTSC同頻干擾的標稱偏置在邊帶338．056kHz%26;#177;10Hz上，即偏移+28．615kHz。這個頻率進一步偏移+10kHz、0Hz或-10kHz來匹配NTSC發(fā)射臺的頻偏。 對于DTV-DTV同信道情況，一個DTV信道可能比另一個信道偏置高19．403kHz。需要注意：這個頻率是數(shù)據(jù)段速率的1．5倍，會在連續(xù)數(shù)據(jù)段上產生倒相干擾；還會在連續(xù)數(shù)據(jù)場參考段上產生倒相，以致均衡器失效。 所有可能的偏置在VSB接收機上產生的凈影響(net effect)是因為在特殊信道上的導頻不可能在標稱頻率上，但在38．6kHz范圍內。 3 NTSC抑制濾波器 如圖2所示，NTSC干擾抑制濾波器(梳狀濾波器)是一個抽頭的線性前向反饋濾波器，傳遞函數(shù)為1—z-1。梳狀濾波器延遲信號12個符號(1．115μs)，然后抽取一個。如果NTSC干擾信號在載波電平上有一個階躍(從低到高或從高到低)，則在ATV和NTSC載頻之間一個周期的零沖擊頻率(偏移)將通過梳狀濾波器，幅值與作為瞬態(tài)干擾的NTSC階躍值成比例。這個NTSC載頻上階躍的例子出現(xiàn)在同步的頭部和尾部(40IRE單位)。如果希望的信號與不希望的信號的功率比(D／U)足夠大，數(shù)據(jù)判決錯誤就會出現(xiàn)。但交織會分散錯誤，使得RS糾錯變得容易(RS能糾10字節(jié)錯誤／段)。圖2因為在梳狀濾波器空隙附近仍然有接近NTSC信號頻率的邊帶能量，會使DTV接收機在同信道狀態(tài)下產生一個頻率偏移，如NTSC能量在連續(xù)數(shù)據(jù)段中的相位偏離。 雖然梳狀濾波器減小了NTSC干擾，但數(shù)據(jù)也被改變。7個數(shù)據(jù)眼(8級)變成了14個數(shù)據(jù)眼(15級)。這種變化是因為特殊情況下的符號內干擾部分響應過程不能使眼圖關閉反而使同等幅度下數(shù)據(jù)眼加倍。但改變后的數(shù)據(jù)信號能被格狀解碼器正確解碼。 4 NTSC信號的檢測與梳狀濾波器的切換 NTSC干擾也可以用圖2所示的電路來檢測。在梳狀濾波器的輸入和輸出測量二進制數(shù)據(jù)場同步的信號干擾加噪聲比，并比較兩次結果，由生成的兩個誤差信號來完成。通過比較接收到的信號和保存的場同步參考信號生成第一個誤差信號；通過比較梳狀濾波器的輸出信號和保存的場同步參考信號再經(jīng)過梳狀濾波器之后的信號生成第二個誤差信號。誤差信號經(jīng)過平方和積分器獲得一個預定的電平之后，由最大的信噪比(最低的干擾能量)的路徑自動切入／出系統(tǒng)。 典型流程是：如果梳狀濾波器路徑是好的，步長為一個確定的權重因子的8位置信計數(shù)器(confidencecounter)遞增計數(shù)；如果正常路徑(梳狀濾波器OFF路)是好的，步長為一個較小的數(shù)遞減計數(shù)。當一個復位信號改變信道時，計數(shù)器初始化值為零，計數(shù)器不允許重復計數(shù)。如果計數(shù)器超過一個閾值，梳狀濾波器ON路被選通，濾波器為自適應均衡器。如果計數(shù)器值為零，正常路徑被選通，選擇器(MUX)輸出未經(jīng)濾波的信號給均衡器。當檢測到NTSC干擾信號時，計數(shù)器以權重因子為步長遞增計數(shù)而不是遞減計數(shù)來允許梳狀濾波器路徑的快速選擇。梳狀濾波器路徑一旦選擇，當干擾消失時，需要較長時間再選擇正常路徑。這是為了阻止由于圖像內容的變化干擾而產生不希望的轉換。當在確定的回波和相位噪聲狀態(tài)下，ATV均值／NTSC峰值信號≌20dB時，檢測方案應該能檢測NTSC干擾，閾值應該可調。 不讓梳狀濾波器在任何時間都接入系統(tǒng)是有原因的。梳狀濾波器在提供抑制同信道干擾的好處的同時，也降低了3dB白噪聲性能。事實上這歸因于濾波器的輸出是兩個完全增益路徑之差，白噪聲與符號不相關，噪聲功率加倍。另外12個符號的差分編碼造成0．3dB的附加衰減，所以總數(shù)達3．3dB。如果NTSC干擾較小或沒有，梳狀濾波器自動切出系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路。當NTSC服務停止時，梳狀濾波器就會在數(shù)字電視接收機中省去。 梳狀濾波器能瞬時切入／出，下一步TCM電路也要切換。雖然切換是瞬間的，但由于是基于場同步的，所以切換時刻受限。另外，檢測器輸出經(jīng)過置信計數(shù)器(con—fidence counter)濾波而有點滯后，應阻止突變(thrashing)和不必要的快速模式轉變。