经过信源编码和系统复接后生成的节目传送码流,通常需要通过某种传输媒
介才能到达用户接收机。通常情况下,编码码流并不能直接通过信道传输,必须经过信道编码后,使其变成适合在信道中传输的形式后再进行传输。
DVB-S的信道编码主要包括
- 扰码
- R-S编码
- 卷积交织
- 卷积编码
扰码
数字通信理论在设计通信系统时都是假设传输比特流中 0 和 1
的出现概率是等概的,实际中的通信系统的设计指标等首先也是以该假设为前提的。
但是TS(transport
stream)码流经过编码后可能会出现连0或连1的情况,一方面破坏了系统设计的前提,另一方面连0或连1会使得比特时钟的提取变得困难,因此,为保证在任何情况下进入
DVB
传输系统的数据码流中”0”与”1”的概率都能基本相等,系统引入一个伪随机序列对TS码流进行==扰乱处理==,使得
0 和 1 的出现概率接近50%。
扰乱改变了原 TS 码流,因此在接收端对传输码流纠错解码后,还需
按逆过程对其进行解扰处理,以恢复原 TS 码流。
在接收端对接收到的码流逆编码后,就可以恢复原TS码流
原理
传送复用器输出的TS流帧结构如图所示:
第一个字节为同步字节,数值为47H。每8个包组成一个超帧,并将第一个包的同步字节反转,变为B8H,后面的7个包的同步字节不变。同步字节不参与扰码,其余字节参与扰码
伪随机二进制序列(PRBS)生成器的多项式应为:
_P_(_X_) = 1 + _X_14 + _X_15
其扰码过程如图所示:
扰码输出如下图所示:
R-S编码
DVB-S中使用的外层纠错编码为R-S(204,188)码,编码效率 $ R_c==0.92 $
, 码字长度为8。
每个TS包独立进行R-S编码保护,生成一个R-S码字,R-S同步头就采用TS的包头,如此设计有以下好处:
- 当某个 R-S 码字在接 收端解码时出现无法纠正的错误时,误码集中在一个
TS 包中,不会影响到其它的TS 包,便于分接器进行差错指示 - 便于分接器提取 TS 包的同步,简化了 TS 包同步提取系统结构
R-S码字结构
编码原理
对于定义在_GF_(2_m_)的RS(n,k)码,_n_ = 2_m_ − 1
,生成多项式取
记 $ n-k=2t $ ,纠错能力为_t_,就是说如果编码后的一组数据里面出现了错误的数据个数不大于
t,那么可以通过 n-k 个监督数据达到对错误数据纠正的目的
_g_(_x_)的系数属于_GF_(2_m_)
,生成矩阵 G 可表示为:
对矩阵 G 进行变换得到与其等价的矩阵 G_1 ,该矩阵由 k阶单位矩阵 $ I $
和 $k*(n-k) $ 阶的矩阵 $ A $ 组成 ,满足 $$
G_1=[I|A]=\begin{bmatrix}1&0&\cdots&0&a_{1,1}&a_{1,2}&\cdots&a_{1,n-k}\\0&1&\cdots&0&a_{2,1}&a_{2,2}&\cdots&a_{2,n-k}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots&\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\0&0&\cdots&1&a_{k,1}&g_{k,2}&\cdots&a_{k,n-k}\end{bmatrix}
G(X)=\overset{15}{\operatorname*{\coprod}}(X+\lambda^i)
g(x)=x^{16}+59x^{15}+13x^{14}+104x^{13}+189x^{12}\+68x^{11}+209x^{10}+30x^{9}+8x^{8}+163x^{7}+65x^{6}\+41x^{5}+229x^{4}+98x^{3}+50x^{2}+36x+59
\begin{aligned}G_1&=1+X+X^2+X^3+X^6\\\\G_2&=1+X^2+X^3+X^5+X^6\end{aligned}
$$
该系统每个clk输入1bit信息,有两个模2加法器输出2bit信息,且输出的信息和移位寄存器内的当前信息和前6个信息都有关系,因此常用(2,1,7)来表示该卷积码
QPSK
数字信号理论频谱带宽无限宽,要想无失真的传输数字信号,要在无限带宽信道中传输,而卫星系统的信道是带限信道,因此需要对卷积编码模块输出的信号进行成型滤波,使其与卫星信道匹配。
基带成型滤波器一方面要降低传输中需要的带宽,另一方面使码间串扰降至最低。理论上来说,如果随机数字码元流的重复周期为
Ts,只要通过带宽为π/Ts 的理想滤 波器后,在 _nTs_
时刻抽样,无码间干扰。由于理想LPF难以实现,因此选用升余弦滚降滤波器,传输函数为
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的升余弦滚降滤波器满足要求
$f_N=\frac{1}{2T_s}=\frac{R_s}{2}$为奈奎斯特频率
传输带宽$B_r=\frac{1=\alpha}{2T_s}Hz$
频带利用率$\eta=\frac{R_s}{B_r}=\frac{2}{1+\alpha}bit/Hz$
在DVB-S系统中滚降系数_α_ = 0.35
下图为QPSK调制框图:
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- 本文作者: Moerjie
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