數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的建模與仿真

摘要：系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)軟件為復(fù)雜電子系統(tǒng)提供了一種全新的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。本文用Cadence公司的SPW軟件工具對(duì)數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)與仿真，介紹了系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)與仿真的完整流程。

1.引言

在數(shù)字電視的概念提出以前，高清晰度電視的開發(fā)是以模擬電視技術(shù)為基礎(chǔ)的。數(shù)字電視的開發(fā)工作始于1980年代末期，當(dāng)時(shí)集成電路技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得將高清晰圖象和高保真音響以數(shù)字技術(shù)壓縮進(jìn)單一模擬電視頻道成為可能。

在有限帶寬內(nèi)傳輸高清晰度電視對(duì)視頻、音頻壓縮編碼和信道編碼都提出了更高的要求，而且在地面?zhèn)鬏數(shù)那闆r下無(wú)線環(huán)境的各種衰落和干擾也不可避免，同時(shí)考慮到移動(dòng)環(huán)境下的接收需求，在新一代的地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中必需引入無(wú)線通信的最新技術(shù)。數(shù)字電視廣播和現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)的結(jié)合，使得傳統(tǒng)的電視傳媒得以在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上新生。

我們?cè)跀?shù)字電視傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了Cadence公司的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)與仿真軟件SPW(Signal Processing Worksystem)。在大型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只有實(shí)現(xiàn)算法和系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化，才能對(duì)系統(tǒng)性能有極大的提升，因?yàn)樗鹊讓觾?yōu)化具有更大的優(yōu)化空間。

2.理想系統(tǒng)仿真

數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)涉及調(diào)制、編碼、發(fā)送和接收、解碼、解調(diào)諸多子系統(tǒng)，但信道的建模對(duì)系統(tǒng)性能具有重要意義。在設(shè)計(jì)方法學(xué)上，可先考慮建立信道噪聲和干擾不存在的理想傳輸信道，即著重調(diào)制、解調(diào)、編碼與解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。若以信號(hào)幀為基本信息單元，信號(hào)幀的同步頭采用沃爾斯(Walsh)編碼的偽隨機(jī)序列，數(shù)據(jù)體采用多載波調(diào)制(OFDM)信號(hào)且由保護(hù)間隔(Guard Interval)和離散傅里葉變換(DFT)模塊構(gòu)成。

用SPW可以方便地調(diào)整參數(shù)及替換相關(guān)的模塊，以便系統(tǒng)的總體性能最佳。對(duì)調(diào)制方式、糾錯(cuò)外碼、時(shí)域和頻域的交織編碼、糾錯(cuò)內(nèi)碼的描述如信號(hào)流程圖如圖1所示。相應(yīng)的接收過(guò)程是解碼、解交織、解調(diào)制的過(guò)程，選用何種模式及選用什么參數(shù)只需在設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單地修改即可，不斷調(diào)整參數(shù)和模塊可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體性能的最優(yōu)化。

在調(diào)制和編碼過(guò)程中提供了若干種可選的模式，如外碼選用高數(shù)據(jù)率的RS(208,200)或高保護(hù)率的RS(208,188)等。這主要是為了對(duì)不同的數(shù)據(jù)提供不同的優(yōu)先級(jí)和保護(hù)級(jí)別，達(dá)到分層傳輸?shù)哪康?。理想系統(tǒng)仿真只對(duì)成幀、分幀、編碼和調(diào)制驗(yàn)證其可行性。仿真分兩部分：1)信號(hào)源用給定數(shù)據(jù)碼流，以在接收端得到源碼流為仿真正確的標(biāo)準(zhǔn)。2)信號(hào)源為一幀圖象，在接收端解碼后恢復(fù)此圖象，這是一個(gè)直觀正確的結(jié)果。3.高斯白噪聲(AWGN)和多徑性能研究。

因多徑建模和信道估計(jì)算法相對(duì)較為復(fù)雜，故仿真較耗時(shí)。除了參數(shù)仿真，還做了MPEG2碼流的仿真。

對(duì)應(yīng)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)mpath_b信道模型，與本系統(tǒng)根據(jù)接收信號(hào)作出的信道估計(jì)結(jié)果作對(duì)比。可以看出這兩者是非常匹配的。