ATSC数字电视系统解析

美国的ATSC数字电视系统是1988年由FCC（美国联邦通信委员会）提出设想，历经多年，于1996年正式批准的地面数字电视广播标准，名称为“ATSC数字电视标准”。

ATSC信道编码与调制流程如图10-38所示。

图10-38　ATSC信道编码与调制框图

（一）数据随机化与RS编码

ATSC中采用的生成多项式G（x）如图10-39所示。

图10-39　ATSC采用的加扰框图

图10-39中表明了由8个抽头输出的随机字节，它们通过8个异或门分别与输入流中每一个字节的8个比特作高位对高位、低位对低位的异或运算，实现数据随机化。

由图可见，生成多项式的表达式为：

在帧结构安排中，将188个字节中每一字节分成四个2比特的符号（symbol），共有752个符号。其第一个同步字节（4个符号）不进行扰码，进行扰码的是随后的748个符号。ATSC的帧结构如图10-40所示。

图10-40表明，初始化是在每场内第2段的同步字节（在后面它被段同步数据取代）期间实施的。初始化后，PRBS发生器连续运行，使每段内的有效数据加扰，但在后面加入RS纠错码期间阻断PRBS序列进入异或门，并在段同步和场同步期间也阻断PRBS序列进入异或门，也就是，虽然PRBS发生器初始化后连续运行，但只对每场的有效数据起加扰作用。

（二）数据交织

RS编码之后是数据交织，数据交织是在不附加纠错码字的前提下用改变数据码字（以比特或字节为单元）传输顺序的方法来提高接收端去交织解码时的抗突发误码能力。

ATSC中的数据交织为字节交织。由交织原理可知，交织深度I值越大，抗突发误码的能力越强。ATSC中交织电路如图10-41所示。

图10-40　ATSC的帧结构图

图10-41　ATSC数据交织电路

（三）格栅编码

信道编码中，为了充分提高抗误码的纠错能力，通常采用两次附加纠错码的FEC编码。RS编码属于第一个FEC，187字节后附加20字节RS码，构成（207，187）RS码，这也可以称为外编码。第二个附加纠错码的FEC一般采用卷积编码，它可以称为内编码。外编码和内编码结合一起，称之为级联编码。级联编码后得到的数据流再按规定的调制方式对载频进行调制，完成信道编码和载频调制的整个信号处理。

ATSC中，TCM编码框图如图10-42所示。

图10-42　ATSC的格栅编码器

图10-42分为干扰抑制滤波器（预编码器）、格栅编码器和8电平符号映射器三部分。

由梳状滤波器组成的预编码器的作用是为了避免与NTSC同频道信号间发生干扰如图10-43所示（见第367页）。

（四）格栅编码交织器

原理上，数据交织器后面的格栅编码器只需要一个，然而，虽然格栅编码器有助于抗白噪声干扰（随机干扰），但对于脉冲干扰和突发误码其抗御性能并不好。为了改善这方面的性能，以及为了使接收端的格栅解码器电路简化，编码器中采用了12个同样的格栅编码器并行地工作，它们接受经过块交织的、交织深度I=12符号的数据符号。格栅编码交织器的框图如图10-44所示。(www.xing528.com)

（五）段同步和场同步的加入

格栅编码之后是多路复用框图，在这里加入段同步和场同步。每一数据段前加入段同步后的数据段如图10-45所示。

图10-43　6MHz内预编码器的作用

图10-44　格栅编码交织器框图

图10-45　段同步加入数据段

场同步段有下列作用：

一是给出每个数据场的起始信息；

二是PN511向接收端提供信道特性均衡用的训练序列数据，使接收端得到时变的信道特性信息，及时实现解码信道的特性均衡；

三是PN63供接收端实现重影补偿中作测试序列使用，能补偿延时范围在63个符号内即时间为63×93=5.86μs内的重影信号，接收机设计人员可在5.86μs总量内任意分配前重影和后重影的校正范围；

四是最后12符号供接收机中的梳状滤波器（干扰抑制滤波器）使用；

五是可用于接收信号信噪比的测量；

六是可供接收机中的相位跟踪电路用来使电路复位、并确定跟踪环路参数。

场同步数据的加入如图10-46所示。

图10-46　场同步数据的加入

（六）导频的加入

ATSC中高频调制采用8VSB即8电平残留边带调幅方式，它不同于NTSC中高频调制的VSB残留边带调幅方式，后者的6MHz载波在已调波带宽内载波本身是不抑制的，载频位置距频道下端1.25MHz，而ATSC的8VSB中载波本身是抑制的，载频位置距频道下端0.31MHz，如图10-47所示。

图10-47　8VSB已调波的频带图

图10-47中α为滚降系数。

接收端若收不到载波信息将无法进行解调，发送端对此的做法是在多路复用器后的导频加入级加入一个小幅度同相位（即正值）的导频信息，实际是在复用数据中加上1.25的小值直流电平。

（七）上变频器和射频载波偏置

8VSB发射机像通常那样采用两级调制方式：第一次将数据信号调制到一个固定中频上，第二次再上变频到所需的电视频道上。

当同频道干扰严重时，可采用载频精密偏置技术。

另一种情况是ATSC-ATSC同频道干扰，这时，精密偏置能防止自适应均衡器工作中可能出现的不收敛。