数字通信基础教材

天津市德力电子仪器有限公司德力仪器得力助手TianJinDeviserElectronicsInstrumentCo.,Ltd.数字基础知识系列培训

第二版2006年1月23日张敬坡

数字电视信号是一种数字信号，数字电视传输系统归属于数字通信系统范畴，遵循数字通信系统的一般规律。数字电视传输系统对信号的处理的关键技术(能量扩散技术,R-S码纠错,卷积交织,数字调制,π/2旋转不变性)以及很多名词术语都来自于数字通信系统，所以我们先从数字通信系统概念引出数字电视传输系统的概念。数字通信系统的基础知识第一章通信：将信息从发端迅速准确地传递到收端。通信系统的概念发端媒介收端干扰

通信的基本原理推广信源信源编码信道编码传输媒介调制信源解码信道解码解调信宿干扰信源编码的主要任务是提高数字信号传输的有效性，通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分。具体说就是用适当的方法降低数字信号的码元速率以压缩频带。多按MPEG-2标准进行压缩信源编码

信源编码

另外，如果信息源是数据处理设备，还要进行并串变换以便进行数据传输；如果待传的信息是模拟信号，则要进行模数转换、信源编码的输出就是信息码。信源编码的流程

最常用的信源编码方式是脉冲编码（PCM），它需要经过抽样、量化和编码三个过程。

抽样是将时间上连续的取值变为有限个离散取值的过程。在模拟通信系统中传输的是连续的模拟信号，在数字通信中传输的是离散的数字信号，模拟信号是我们所传送的真实信息，如话音、视频信号，要将这些在时间上连续的模拟信号变成时间上不连续的数字信号，头一个工序就是对这些模拟信号进行抽样处理，这就是抽样信号的频率问题，奈奎斯特采样定理告诉我们：抽样信号和模拟信号必须满足Fs≥2fmax，Fs是抽样信号的频率，fmax是模拟信号的最高频率，也就是说，抽样信号的频率必须要大于或等于模拟信号最高频率的二倍，这样抽样所得到的样本才能比较正确地反映出原来模拟信号随时间变化的规律。这是带限信号的采样定理。但是对于带通信号，由于它的频谱只占用有限的频带，所以带通信号的采样率可以不是信号中最高频率的两倍。采样频率可以由下式决定：

量化是将经抽样后幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值的过程。

抽样后所产生的样本电压值虽然是不连续的，也不一定是整数（如1V、1.23V、2.1V等），因此还必须将这些数值化为某个最小单位的整倍数，这个转化过程称为量化。 最小单位:就是ADC（AnalogtoDigitalConverter）的最低有效位（LSB）代表的模拟量。 例如：我公司目前采用的某ADC是14-bit,50MSPS,输入范围是2V,那么它的LSB代表的是：

如果某个采样值为0.6V,那么经过量化后它对应的数字量就是： 经过量化以后的样本脉冲信号仍有许多个不同的幅值，将它们直接传输仍会受到噪声，失真等的严重影响，还需要经过编码，变成为只有一个确定幅度的一系列脉冲。

编码是把量化后的信号按照一定的对应关系转变成一系列数字编码脉冲的过程。编码信道编码：

任务是提高数字信号传输的可靠性。信道编码是通过按一定规则重新排列信号码元或加入辅助码的办法来防止码元在传输过程中出错，并进行检错和纠错，以保证信号的可靠传输。信道编码也称纠错编码。接收端信源解码则是其反过程。常用的信道编码方式有：R-S编码。 为了信息有效可靠的传输，将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段，这个过程叫做调制。通过调制可以实现信道复用，提高抗干扰能力。调制

数字调制方式

信道编码后的基带信号经过调制，可送入各类通道中进行传输。正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。

QAM是用数字信号去调制载波的幅度和相位，使载波的幅度和相位受控于数字信号，常用有16QAM、32QAM、64QAM等。这种调制由于载波的幅度和相位都带有信息，所以它比QPSK方式所能传输的数码率高。一般情况下，由于QPSK方式具有较强的抗干扰能力，所以多用在双向网的回传。而QAM因其传输的码率高，所以多用在下传。DVB-C的信号就多用64QAM的调制方式。

数字电视标准

目前全球数字电视广播领域已有三种相对成熟的数字电视标准。美国的标准是ATSC（AdvancedTelevisionSystemCommittee）；

欧洲的标准是DVB（DigitalVideoBroadcasting）；

日本的标准是ISDB（IntegratedServicesDigitalBroadcasting）

DVB标准

DVB(DigitalVideoBroadcasting)意为数字视频广播。DVB是欧洲有170多个组织参加的一个项目。它包括了卫星、电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。 主要的标准有三个：DVB-S(Satellite)、DVB-C(Cable)和DVB-T(Terrestrial)，分别用于卫星、电缆电视和地面广播。数字信号的测量指标第二章我国CATV及HFC网络发展状况

光纤/同轴电缆混合(HFC)网络作为有线电视系统的主要信号传输模式，其迅速发展带动了模拟电视向数字有线电视的转化，而它本身就是一个复杂结构的双向多功能综合信息网,其"高速"性能不仅使有线电视网可延伸到实际用户家中,该网络还具有其它网络不能取代的独特功能。HFC网络的出现，不仅使有线电视台传送的电视节目数量和质量有了质的提高，而且服务内容超出了单纯的电视节目播放，各种增值服务也在有线电视网络中出现。于是,"一网多功能"就成了有线电视网络发展的指导思想。数字电视网络建设和维护全面解决方案电视台前端机房信号测试：

DS8821Q、DS9000在网络节点或用户端，主要进行正向信号和反向传输测试：

DS1191、DS1883Q、DS1286B、DS1283光网络测量：

DS3023、DS3025、DS3620(OTDR)HFC网络全网运行状态的监测：

DS7510数字信号的测量在原先模拟系统的基础上带来很多新的变化。数字系统最基本的测量是传输错误率，传输错误率通常用比特误码率（BER）来表示。另外还有一些参数：信号电平、调制误差率(MER)、噪声余量、信噪比等等。这些参数的测量不同于模拟系统中的测量。数字信号通常采用QAM调制方式，对星座图的分析在系统状态和问题判断上也具有重要的作用。

1信号电平

数字信号的电平测量与模拟信号的电平测量的不同。对数字信号来说，信号电平就是指有效带宽内射频或中频信号的平均功率电平。2调制误差率数字系统中的调制误差率(MER)类似于用在模拟系统中的信噪比或载噪比。数字信号的MER判别是判定系统失效容限的关键部分。不象模拟系统中随着载噪比性能的下降，可以看到图像质量的降低，较差的MER对数据传输的影响上并不显著，只有在低于系统MER门限值的情况下，才严重影响数据传输。

MER不仅考虑到幅度噪声，也考虑到相位噪声。判定信号的MER是判定通路失效边界的关键部分。64QAM调制信号的MER门限值为23dB。256QAM调制信号的MER门限值为28dB。典型MER值大约是30～34dB。MER是一个统计测量，其主要局限是不能捕捉到周期性的瞬间的测量。在周期性的干扰下测得的MER可能很好，但BER值却很差。3比特误码率

定义为错误比特数与传送的比特总数之比。未加特别说明的都是之指R-S解码前的误码率。有线数字电视中心的R-S解码前的误码率在1E-7～1E-3范围。4星座图在QAM调制中，不仅利用了载波的幅度，而且利用了载波的相位来表示被调制数据。用调制信号的矢量点发布图来表示调制情况的图称为星座图。星座图中反映了调制技术的两个基本参数，载波的幅度和相位。德力数字测量仪器DS8821系列便携式频谱分析仪

DS1191数字DVB综合分析仪DS1883Q数字电视DVB测试仪DS9000码流分析仪DS1283Q综合分析仪DS5115数字调制反向回传信号源DS3620光时域反射分析仪（OTDR）DS7510网络综合管理系统DS8821系列便携式频谱分析仪

适于各种带宽的QAM,QPSK数字信号测量具备有线电视分析、数字信号分析两大专业性分析工具能快速有效维护CableModem、DTV等关键业务是数字电视工程中全面、可靠的测量分析仪器

CATV测量指标提供CSO/CTB、C/N、HUM、TILT、MOD、LEVEL、调制度、伴音频偏等数字信号测量指标数字功率、QAM/QPSK调制星座图、MER（调制误码率）、EVM（矢量误差）、Pre/PostBER（比特误码率）等关键数字信号指标测量DS1191数字DVB综合分析仪全面的数字/模拟电视网络性能检测具有星座图、信道功率、误码率检测功能快速超强的频谱分析功能电池超长工作时间适合前端机房、网络检测

DS1883Q数字电视DVB测试仪具有模拟电视的全部功能数字电视信道功率、MER、BER等测量分析功能简易频谱功能支持多种DVB模式便携式设计，超低价格快速充电，超长工作时间，更适于多种测量需要DS9000码流分析仪

可对MPEG2等传输码流（TransportStream）提供实时分析、记录和脱机状态下数据记录的详细分析，快速发现和解决数字电视传输系统运行中出现的错误和故障。DS1283Q综合分析仪带有反向信号源CATV有线分析频谱分析数字QAM功率测量电视播放超强“五合一”特别适合反向传输通道调试

DS5115数字调制反向回传信号源可对信号进行QPSK、DQPSK、QAM调制支持3