数字电视C7ppt-PowerPointTemplat

上海交通大学数字电视原理与应用PrincipleandApplicationofDigitalTelevision主讲：张文军教授上海交通大学图像通信与信息处理研究所Email：[e-mail]2006～2007学年第一学期数字调制基础,class072数字电视原理与应用课程安排1数字电视概述•电视技术的发展历程•模拟电视原理•数字电视的发展2数字电视基本原理视频压缩原理MPEG-2视频编码及测量MPEG-2音频编码及测量MPEG-2系统及其测量数字调制基础数字电视的纠错编码原理3数字电视相关标准•DVB-S标准及相关测量•DVB-C标准及相关测量•OFDM技术•DVB-T标准及相关测量•ATSC和ISDB-T标准及其测量•我国的数字电视标准数字调制基础,class073数字电视原理与应用数字电视基本原理视频压缩原理——第5章MPEG-2视频编码部分及其测量——第4,6,11章MPEG-2音频编码部分及其测量——第7章MPEG-2系统部分及其测量——第3,9,10章数字调制基础——第12章数字电视中的纠错编码原理——补充数字调制基础,class074数字电视原理与应用数字调制基础1.概述2.混频器3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用数字调制基础,class075数字电视原理与应用本章介绍数字调制基本方法，是后续DTV相关标准章节的基础知识。被传输的信息通过改变载波幅度或频率或相位的方式，叫做调制。模拟信号传输通常是AM(调幅)和FM(调频)。数字信号传输早期通常幅移键控(ASK)和频移键控(FSK)。如果采用NRZ码(不归零码non-return-to-zero)，ASK方式传输一个10Mbit/s数据流需要至少10MHz带宽。根据香农原理，对NRZ基带信号，带宽至少为数据率的一半。ASK产生两个边带，得到一个带宽为基带信号数据率的射频信号。由于需要进行信号滤波来抑制邻道干扰，实际所需带宽甚至更大。模拟电话带宽大约3kHz，起初，该信道可得到1200bit/s数据率；现在该信道可达到56kbit/s。我们已习惯于这种数据率的传真和调制解调器。更大的突破只能通过采用现代数字调制方法——IQ调制。IQ调制实际上是幅度调制的一种。1、概述数字调制基础,class076数字电视原理与应用我们已知下列调制方法：幅度调制频率调制相位调制幅移键控(ASK)频移键控(FSK)相移键控(PSK)正交调幅(QAM)幅移和相移键控目标是降低信号传输带宽，只能通过现代数字调制方法，使得带宽数据率。调制的缺点：更容易受到噪声和干扰的影响。1、概述数字调制基础,class077数字电视原理与应用利用矢量方式来表示正弦信号：每个正弦信号都可以由其幅度和零相位角来准确描述，另外必须已知频率。矢量表示中t＝0时刻的旋转矢量，角度为零相位角，矢量长度为正弦信号的幅度。1、概述图12.1一个时域正弦信号的矢量表示φAtu(t)-1012-2-6-4-20246T);/2sin()(TtAtuA=vectorlengthf=1/TReIm);2sin()2cos(:)2(ftjimftreAeFormulaEulerft数字调制基础,class078数字电视原理与应用正弦信号的获得：将矢量投影到纵轴(Im)，并记录矢量顶点相对时间的位置。相应余弦信号的获得：将矢量投影到横轴(Re)。任意正弦或余弦信号的获得：对具有相同频率、期望幅度的一个正弦和一个余弦信号的合成。1、概述数字调制基础,class079数字电视原理与应用数字调制基础1.概述2.混频器3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用数字调制基础,class0710数字电视原理与应用2、混频器Mixer混频器是构成IQ调制器最重要的电子设备之一。混频器实际上是一个乘法器。调制信号通常利用载波被转换为IF信号，结果得到载波的两个边带。这种调制叫做抑制载波的双边带调幅制。图中所示混频器实际上是由载波控制的一个双向开关，在载频处变换调制信号的极性。对纯正弦调制信号，可得到两个谱线，分布在载频两侧，各自与载频的距离都是调制频率。同时还产生与载频距离为载波频率整数倍的高次谐波，必须通过低通滤波进行抑制。图12.2Mixer数字调制基础,class0711数字电视原理与应用2、混频器Mixer图12.3现代模拟双平衡混频器框图调制信号的极性由4PIN二极管来转换载波（LO本地振荡器）信号通过一个射频变换器耦合输入，调制信号由DC耦合输入，已调制信号通过一个射频变换器耦合输出。目前的混频器通常由纯数字乘法器的形式来实现，除了量化噪声和舍入误差以外，其他性能良好。模拟混频器的重要参数：使用频率范围载频抑制幅度相对温度和时间稳定。LORFIF数字调制基础,class0712数字电视原理与应用数字调制基础1.概述2.Mixer3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用数字调制基础,class0713数字电视原理与应用3、幅度调制调幅制的信息包含在载波的幅度中，调制信号对载波的幅度进行改变（调制）。图12.4是一个标准调幅器，其载波没有被抑制：正弦调制信号改变载波的幅度，影响载波的包络。调制信号和载波都是正弦信号时，已调信号的频谱在载频处有一条谱线，另外在载频两端距离为调制频率处还有两个边带。例如对1MHz载频用1kHz正弦信号进行调幅，得到已调信号的频谱为：1MHz载频处的谱线，以及1MHz±1kHz处的两个边带。此时带宽为2kHz。图12.4标准调幅器数字调制基础,class0714数字电视原理与应用3、幅度调制如上所述，混频器可抑制载频。如果用混频器进行幅度调制，而且调制信号本身没有直流分量，则已调信号频谱中没有载频分量，只有两个边带。图12.5是由双平衡混频器实现的调幅器，已调信号频谱中除了两个边带以外，还有载频整数倍处的高次谐波边带（必须由低通滤波器抑制）。图12.5也表示了一个典型的抑制载波时域调幅信号，带宽与不抑制载频的标准调幅器相同。图12.5抑制载频调幅器数字调制基础,class0715数字电视原理与应用数字调制基础1.概述2.Mixer3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用数字调制基础,class0716数字电视原理与应用彩色电视系统的色度信号传输很长时间内采用正交调制或IQ调制：对PAL或NTSC，色度信号包含在色度载波的相位中，色饱和度或彩色亮度包含在色度载波的幅度中；已调色度载波再叠加到亮度信号上。已调色度载波由IQ调制器或正交调制器获得。4、IQ调制图12.6IQ调制器Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)I：in-phase同相Q：quadraturephase正交相位数字调制基础,class0717数字电视原理与应用IQ调制器分为I通道和Q通道：I通道混频器采用0°载波相位Q通道混频器采用90°载波相位I和Q互相正交矢量图中，I轴相当于实轴，Q轴相当于虚轴。数字调制器，在IQ调制器之前还接一个变换器mapper，输入待传输的数据流data(t)，输出i(t)和q(t)信号分别是I和Q混频器的调制信号，已不是数据信号，而是带符号电压值。如果i(t)＝0，则I混频器没有输出信号；如果q(t)＝0，则Q混频器没有输出信号。如果i(t)＝1，则I混频器输出固定幅度、0°载波相位的载波信号；如果q(t)＝1，则Q混频器输出固定幅度、90°载波相位的载波信号；I和Q已调信号再由加法器合成。4、IQ调制Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)数字调制基础,class0718数字电视原理与应用结果iqmod(t)是I和Q混频器输出信号之和。如果Q通道没有输出，则iqmod(t)相当于I通道输出信号；反之亦然。由于I和Q通道的输出信号是与载波同频的正弦和余弦信号，只是幅度不同，则I和Q通道输出信号的叠加可输出一个不同幅度和相位的正弦信号iqmod(t)。因此，通过改变控制信号i(t)和q(t)，可以改变iqmod(t)的幅度和相位。4、IQ调制Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)数字调制基础,class0719数字电视原理与应用利用IQ调制器，可以得到：纯调幅值，纯调相制，混和调幅调相制。Iqmod(t)的幅度和相位：Ai是I通道幅度；Aq是Q通道幅度。根据通常定义，I通道产生余弦分量，Q通道产生正弦分量。可以利用欧拉公式。4、IQ调制22)()(AqAiA)arctan(AiAqMapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)数字调制基础,class0720数字电视原理与应用4、IQ调制先只看I通道，Q通道的q(t)＝0，不产生输出信号：i(t)=±1V（＋1V和－1V交替），此时载波lo(t)只是在0°和180°相位间转换;通过改变I(t)的幅度，可以改变输出信号iqmod(t)的幅度。对矢量图而言，矢量从0°和180°之间变换，长度也发生变化；如果只有i(t)存在和变化，则矢量始终在I轴上。图12.7IQ调制器，只有I通道Mapper90data(t)i(t)＋/-1q(t)IQIO(t)iqmod(t)00QI数字调制基础,class0721数字电视原理与应用4、IQ调制再假设i(t)=0,只有q(t)产生输出信号：q(t)=±1V（＋1V和－1V交替），此时iqmod(t)相当于Q通道混频器输出信号，I通道没有输出。Iqmod(t)是一个正弦信号，相位90°和270°通过改变q(t)的幅度可以改变iqmod(t)的幅度。矢量图中矢量沿Q轴在90°和270°之间变换，长度也发生变化。图12.8IQ调制器，只有Q通道QIMapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)0+/-1数字调制基础,class0722数字电视原理与应用4、IQ调制再同时改变i(t)和q(t)，假设i(t)＝q(t)＝±1V：I和Q通道的调制输出相加，因此载波可以在45°，135°，225°和315°之间变换。叫做正交相移键控QPSK。如果i(t)和q(t)任意取值，则iqmod(t)可以得到任意幅度和相位。图12.9IQ调制器，I和Q通道都有Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)+/-1+/-1QIQPSK数字调制基础,class0723数字电视原理与应用4、IQ调制输入数据流data(t)通过mapper产生I通道和Q通道的两个调制信号i(t)和q(t)。Mapping表指定了data(t)如何产生i(t)和q(t)信号。对QPSK，mapping表中有两个bit（bit0和bit1）合成dibit，来控制i(t)和q(t)信号的生成。dibit为10，对应输出i(t)=-1V,q(t)=-1Vdibit为11，对应输出i(t)=+1V,q(t)=-1V图12.10IQ调制器Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)+/-1+/-1数字调制基础,class0724数字电视原理与应用4、IQ调制图12.10IQ调制器LOBWffSpectrumBit1Bit0IQ00+1+101-1+110-1-111+1-1Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)+/-1+/-1QPSKQI00011011数字调制基础,class0725数字电视原理与应用4、IQ调制关键是调制器和解调器必须采用相同的mapping表。Mapper以后，码率降为