视频广播标准DVB-S2

北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授[e-mail]-S2：第二代卫星数字视频广播DigitalVideoBroadcasting(DVB):Secondgenerationframingstructure,channelcodingandmodulationsystemsforBroadcasting,InteractiveServices,NewsGatheringandotherbroadbandsatelliteapplications北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT2主题概述引言DVB-S回顾DVB-S2是什么？DVB-S2物理层技术元素DVB-S2应用举例参考资料北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT3引言：通信系统模型数字通信系统信源解码信道解码信道信道编码信源编码调制解调可靠性和效率传输子系统主要涉及：信道编码调制信号帧结构北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT4数字视频广播及所用标准引言：广播系统模型信源编码MPEG2MPEG4H.263H.264AVS传输层地面：8VSB-TISDB-TDMB-T有线：DVB-C卫星：DVB-SDVB-S2信源编码MPEG2MPEG4H.263H.264AVSAV流216M~1.2GTS128kb~20MbpsTS透明传输216M~1.2GAV流北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT5引言：视频广播网络社区前端第一个有线环PrimaryRing第二个有线环SecondaryRing光节点集线器主前端CATV网其它网络的接口约125-2000用户分布式服务平台中央交互式服务平台数据网络(TCP/IP)HFC-HybridFiberCoax混合光纤同轴网络卫星地面地面地面地面北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT6引言：卫星视频广播卫星是视频广播的理想平台卫星数字视频广播系统包括卫星、广播中心和地面接收机（天线、机顶盒）；视频广播最有效的覆盖方式——一颗卫星和一个频道就可覆盖整个国家；前端设施成本低廉，包括卫星和广播中心；点波束卫星能够提供本地到本地的业务；随着信源压缩和信道传输技术的快速发展，卫星广播频道价格越来越低廉，甚至在欧洲出现了Free-to-airDBS；DBS用户数量快速增长。中国也将发射直播星，和S波段多媒体广播星。北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT7引言：比特率和波特率—有效性比特率表示每秒可传输多少个二元比特，单位是bit/s。波特率是指三元及三元以上的多元数字码流的信息传输速率，单位是baud/s，表示每秒可传输多少个多元码字。比特率与波特率在本质上是一回事，都表示信息传输的速率，只是在传输系统的不同阶段，信号呈现出不同的形式，因此以不同的计算方式来衡量其信息的传输速率。发射端在映射之后以及接收端在反映射之前，信息以多元数字符号表示，因此其中各环节传输和处理信息的速率用波特率表示，如调制信号的速率等。比特率和波特率容易产生混淆，为了避免造成人们的困惑，许多书上称波特率为符号率。对通信系统的评估中通常还定义了净荷速率，它是指在传输的符号中扣除由于信道编码和同步字段等一切额外花销后的“纯”信息速率，单位通常是bit/s。北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT8引言：频谱效率和滚降系数—有效性频谱效率定义为每赫兹(Hz)带宽的传输频道上每秒可传输比特数，单位是bit/s/Hz，表示通信系统的有效性。对于带通调制信号，那么奈奎斯特带限定理表明，理论上没有码间串扰的最大频谱效率为1符号(码元)/s/Hz。频谱效率主要用于衡量各种数字调制技术的效率，在数量上等效于每个调制符号所映射的比特数。BPSK或2ASK，理论最高频谱效率为1bit/s/Hz；QPSK理论最高频谱效率为2bit/s/Hz；8PSK理论最高频谱效率为3bit/s/Hz；16APSK理论最高频谱效率为4bit/s/Hz；32APSK理论最高频谱效率为5bit/s/Hz；32QAM理论最高频谱效率达5bit/s/Hz；64QAM理论最高频谱效率达6bit/s/Hz。北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT9数字信号在传输过程中产生二种畸变：叠加干扰与噪声，出现波形失真。瑞典科学家哈利•奈奎斯特在1928年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件，称为奈奎斯特准则。奈奎斯特第一准则：抽样点无失真准则，或无码间串扰（ISIFree)准则奈奎斯特第二准则：转换点无失真准则，或无抖动（JitterFree）准则奈奎斯特第三准则：波形面积无失真准则。引言：频谱效率和滚降系数—有效性北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT10理想低通滤波器频域响应2/,02/,)(020SSftjSffffeThfH理想低通滤波器时域响应)()(sin)(000ttfttfhthSS第一准则引言：频谱效率和滚降系数—有效性理想脉冲成形滤波器在物理上是不可实现的，只能近似，称为奈奎斯特滤波器，其H(f)可表示为矩形函数和任意一个实偶对称频率函数的卷积，即奈奎斯特脉冲函数表示为sinc(t/T)函数与另一个时间函数的乘积。因此，奈奎斯特滤波器以及相应的奈奎斯特脉冲为无穷多个。北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT11常用的奈奎斯特滤波器是升余弦成形滤波器：左图为频域响应为滚降系数若把升余弦滤波器放置在收发两端，即为平方根升余弦函数（SRRC）。时域响应：222041cossin)(tftftftfhthSSSS引言：频谱效率和滚降系数—有效性滚降系数а影响着频谱效率，а越小，频谱效率就越高，但а过小时，升余弦滚降滤波器的设计和实现比较困难，而且当传输过程中发生线性失真时产生的符号间干扰也比较严重。在实际工程中，а的范围一般定在0.15～0.5之间。北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT12引言：误码率和误符号率—可靠性用于衡量系统可靠性误码率或误比特率(BER)是指在经过系统传输后，送给用户的接收码流中发生错误的比特数占信源发送的原始码流总比特数的比例。对于多元调制信号，由于接收机的判决是基于符号的，所以更常采用误符号率或误字率，即接收端发生符号错误的比例。线性调制系统的误符号率与其星座图中星座点间的欧几里德距离有确切的函数关系。一般地说，星座点越密集，接收端符号判决错误的概率越大。北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT13引言：信噪比、载噪比与Eb/N0—可靠性定义信噪比(S/N)是指传输信号的平均功率与加性噪声的平均功率之比；载噪比(C/N)指已经调制的信号的平均功率与加性噪声的平均功率之比；它们都以对数的方式来计算，单位为dB。信噪比与载噪比区别在于，载噪比中的已调信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率，而信噪比中仅包括传输信号的功率。对同一个传输系统而言，载噪比要比信噪比大，两者之间相差一个载波功率。当然载波功率与传输信号功率相比通常都是很小的，因而载噪比与信噪比在数值上十分接近。在调制传输系统中，一般采用载噪比指标；而在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。实际数字通信系统的可靠性性能常以一个载噪比对误码率的关系曲线来描述的，曲线的横坐标为C/N，纵坐标为BER。对某个C/N，BER越小，则说明该通信系统的可靠性越高。北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT14C/N(SNR)~BER曲线对于C/N~BER曲线，只能比较系统的抗干扰能力（可靠性），无法比较系统的效率。从上图可以看出系统b抗干扰能力优于a。此时系统a，b的效率无法进行比较，有可能a优于b，也可能b优于a。若b优于a，则系统b的整体性能优于a。若a优于b，说明系统b通过牺牲效率达到增强抗干扰能力。引言：信噪比、载噪比与Eb/N0—可靠性abab北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT15Eb/n0~BER曲线Eb:每比特能量n0:单边带高斯白噪声功率谱密度Eb/n0与SNR关系S：信号功率N：噪声功率E：信号能量Rb：比特速率B：信道带宽可以看出Eb/n0中已经考虑了效率这一因素。BnRENtENSSNRbb0/0/bbESNRRBn引言：信噪比、载噪比与Eb/n0—可靠性北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT16对于Eb/n0~BER曲线，可以比较系统的综合性能左图：对相同的BER，在相同SNR条件下，Eb/n0越小，频谱效率越高。在相同抗干扰能力情况下，系统b效率优于系统a。所以系统b综合性能优于a。右图：对相同的Eb/n0，在相同SNR条件下，BER越小，系统性能越优。所以系统b性能优于a。Eb/n0可以综合反映系统的性能，但不直观，因为Eb和n0不是系统中可以直接测得的参数，必须通过计算得出；而C/N可以通过测量直接得到，但较为片面。因此当需要直接了解系统的可靠性时，一般使用C/N；而当需要横向比较不同系统的性能时，一般使用Eb/n0。abab引言：信噪比、载噪比与Eb/N0—可靠性北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT17Shannon公式：可靠性与有效性是可以互换的：提高S/N，能增加信道容量C当N趋向0，C趋向无穷大。无干扰信道容量为无穷大增加B能提高C，极限条件下，B趋向无穷大，C=1.44S/N当C一定时，B与S/N可以互换Shannon定理为信道编码奠定了理论基础，虽然定理本身并没有给出具体的编码方法和结构，但它从理论上为信道编码的发展指出了方向—进行高效而可靠的通信途径可以通过编码来实现。)/()1(log2sbNSBC引言：Shannon定理－可靠和效率互换北京邮电大学电信工程学院多媒体通信中心门爱东教授MenAidong,MultimediaTelecommunicationCentre,BUPT18Shannon定