ATSC中NTSC抑制濾波器的設(shè)計(jì)

摘要：討論了NTSC信號(hào)與數(shù)字電視ATSC信號(hào)在相鄰信道中的相互影響以及NTSC抑制濾波器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。關(guān)鍵詞：ATSC NTSC 抑制濾波器 在數(shù)字電視尚未普及之前，模擬信號(hào)NTSC服務(wù)就不會(huì)停止。因此，討論模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的相互影響有一定的現(xiàn)實(shí)意義。VSB傳輸系統(tǒng)干擾抑制性能的討論是基于6MHz電視信道中NTSC同信道干擾信號(hào)的主要載波分量和梳狀濾波器中周期性空隙的頻率位置。在數(shù)字傳輸中用預(yù)編碼補(bǔ)償梳狀濾波器中的空隙。如果預(yù)編碼是模擬的，就會(huì)在傳輸頻譜中產(chǎn)生峰值。因此，預(yù)編碼在模運(yùn)算中完成，由于模運(yùn)算“回卷”(wrap—around)的隨機(jī)化影響，會(huì)產(chǎn)生平坦的傳輸頻譜。 1 ATSC頻譜分析 ATSC頻譜如圖1所示。其中圖(a)表明NTSC三個(gè)主要分量的位置和大致幅度。(1)視頻載波(V)位于下邊帶的1．25MHz；(2)色度子載波(C)比視頻載波高3．58MHz；(3)伴音載波(A)比視頻載波高4．5MHz。 圖(b)是梳狀濾波器的頻響，提供周期性的頻譜空隙57%26;#215;fH(＝10．762MHz／12，即896．86kHz)間隔。在6MHz帶寬中有7個(gè)空隙。圖(a)和圖(b)的比較表明視頻載波比梳狀濾波器第二個(gè)空隙低2．1kHz，色度子載波接近第6個(gè)空隙，伴音載波比第7個(gè)空隙低13．6kHz。如上所述，這些值將隨特殊情況下的導(dǎo)頻偏移而有所不同。 圖(c)表明如果在6MHz帶寬居中放置VSB信號(hào)，導(dǎo)頻信號(hào)位于VSB信號(hào)的低位奈奎斯特頻率點(diǎn)，6MHz帶寬的309．4405595kHz處。在兩個(gè)奈奎斯特頻率點(diǎn)之間的信號(hào)帶寬是符號(hào)速率的一半，是NTSC水平掃描速率的342倍。342／286%26;#215;4．5MHz＝5．381118811MHz。圖12 導(dǎo)頻頻偏 如圖1所示，NTSC視頻載波和模擬電視(ATV)載波之間的頻率差為56%26;#215;19／22%26;#215;fH。這就要求ATV頻譜相對(duì)于HDTV標(biāo)準(zhǔn)頻譜有一個(gè)頻偏，這個(gè)頻偏最大為+45．8kHz，約為6MHz帶寬的0．76％。事實(shí)上，進(jìn)一步的測(cè)量表明DTV頻率偏移的期望值依賴于本地的干擾情況。FCC規(guī)定同信道DTV／NTSC的標(biāo)準(zhǔn)頻偏是+28．615kHz。頻偏使頻譜稍高于當(dāng)前信道并進(jìn)入上鄰信道約-40dB，ATV頻譜的附加頻偏主要用來跟蹤分布在-10kHz、0kHz或10kHz范圍內(nèi)的NTSC干擾。 DTV信號(hào)在NTSC信號(hào)上鄰信道的情況下，導(dǎo)頻設(shè)置到邊帶332．138kHz%26;#177;3Hz上(偏移+22．697kHz)。這個(gè)頻率進(jìn)一步偏移+10kHz、0Hz或-10kHz來匹配NTSC發(fā)射臺(tái)的頻偏。精確的%26;#177;3Hz容限用于彌補(bǔ)NTSC接收機(jī)抑制上鄰信道DTV信號(hào)所需選擇性的不足。需要注意：精確的偏置可能導(dǎo)致NTSC接收機(jī)在空間域和時(shí)域交織生成沖擊頻率，引起無法收看。其它導(dǎo)頻偏置情形也可能存在這種情況。 如果上鄰信道干擾不存在，DTV頻偏用于應(yīng)付NTSC同頻道干擾(精確的DTV頻率值使得DTV的同頻道干擾對(duì)NTSC沒有明顯的影響)。一個(gè)DTV發(fā)射臺(tái)導(dǎo)頻對(duì)NTSC同頻干擾的標(biāo)稱偏置在邊帶338．056kHz%26;#177;10Hz上，即偏移+28．615kHz。這個(gè)頻率進(jìn)一步偏移+10kHz、0Hz或-10kHz來匹配NTSC發(fā)射臺(tái)的頻偏。 對(duì)于DTV-DTV同信道情況，一個(gè)DTV信道可能比另一個(gè)信道偏置高19．403kHz。需要注意：這個(gè)頻率是數(shù)據(jù)段速率的1．5倍，會(huì)在連續(xù)數(shù)據(jù)段上產(chǎn)生倒相干擾；還會(huì)在連續(xù)數(shù)據(jù)場(chǎng)參考段上產(chǎn)生倒相，以致均衡器失效。 所有可能的偏置在VSB接收機(jī)上產(chǎn)生的凈影響(net effect)是因?yàn)樵谔厥庑诺郎系膶?dǎo)頻不可能在標(biāo)稱頻率上，但在38．6kHz范圍內(nèi)。 3 NTSC抑制濾波器 如圖2所示，NTSC干擾抑制濾波器(梳狀濾波器)是一個(gè)抽頭的線性前向反饋濾波器，傳遞函數(shù)為1—z-1。梳狀濾波器延遲信號(hào)12個(gè)符號(hào)(1．115μs)，然后抽取一個(gè)。如果NTSC干擾信號(hào)在載波電平上有一個(gè)階躍(從低到高或從高到低)，則在ATV和NTSC載頻之間一個(gè)周期的零沖擊頻率(偏移)將通過梳狀濾波器，幅值與作為瞬態(tài)干擾的NTSC階躍值成比例。這個(gè)NTSC載頻上階躍的例子出現(xiàn)在同步的頭部和尾部(40IRE單位)。如果希望的信號(hào)與不希望的信號(hào)的功率比(D／U)足夠大，數(shù)據(jù)判決錯(cuò)誤就會(huì)出現(xiàn)。但交織會(huì)分散錯(cuò)誤，使得RS糾錯(cuò)變得容易(RS能糾10字節(jié)錯(cuò)誤／段)。圖2因?yàn)樵谑釥顬V波器空隙附近仍然有接近NTSC信號(hào)頻率的邊帶能量，會(huì)使DTV接收機(jī)在同信道狀態(tài)下產(chǎn)生一個(gè)頻率偏移，如NTSC能量在連續(xù)數(shù)據(jù)段中的相位偏離。 雖然梳狀濾波器減小了NTSC干擾，但數(shù)據(jù)也被改變。7個(gè)數(shù)據(jù)眼(8級(jí))變成了14個(gè)數(shù)據(jù)眼(15級(jí))。這種變化是因?yàn)樘厥馇闆r下的符號(hào)內(nèi)干擾部分響應(yīng)過程不能使眼圖關(guān)閉反而使同等幅度下數(shù)據(jù)眼加倍。但改變后的數(shù)據(jù)信號(hào)能被格狀解碼器正確解碼。 4 NTSC信號(hào)的檢測(cè)與梳狀濾波器的切換 NTSC干擾也可以用圖2所示的電路來檢測(cè)。在梳狀濾波器的輸入和輸出測(cè)量二進(jìn)制數(shù)據(jù)場(chǎng)同步的信號(hào)干擾加噪聲比，并比較兩次結(jié)果，由生成的兩個(gè)誤差信號(hào)來完成。通過比較接收到的信號(hào)和保存的場(chǎng)同步參考信號(hào)生成第一個(gè)誤差信號(hào)；通過比較梳狀濾波器的輸出信號(hào)和保存的場(chǎng)同步參考信號(hào)再經(jīng)過梳狀濾波器之后的信號(hào)生成第二個(gè)誤差信號(hào)。誤差信號(hào)經(jīng)過平方和積分器獲得一個(gè)預(yù)定的電平之后，由最大的信噪比(最低的干擾能量)的路徑自動(dòng)切入／出系統(tǒng)。 典型流程是：如果梳狀濾波器路徑是好的，步長(zhǎng)為一個(gè)確定的權(quán)重因子的8位置信計(jì)數(shù)器(confidencecounter)遞增計(jì)數(shù)；如果正常路徑(梳狀濾波器OFF路)是好的，步長(zhǎng)為一個(gè)較小的數(shù)遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)一個(gè)復(fù)位信號(hào)改變信道時(shí)，計(jì)數(shù)器初始化值為零，計(jì)數(shù)器不允許重復(fù)計(jì)數(shù)。如果計(jì)數(shù)器超過一個(gè)閾值，梳狀濾波器ON路被選通，濾波器為自適應(yīng)均衡器。如果計(jì)數(shù)器值為零，正常路徑被選通，選擇器(MUX)輸出未經(jīng)濾波的信號(hào)給均衡器。當(dāng)檢測(cè)到NTSC干擾信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器以權(quán)重因子為步長(zhǎng)遞增計(jì)數(shù)而不是遞減計(jì)數(shù)來允許梳狀濾波器路徑的快速選擇。梳狀濾波器路徑一旦選擇，當(dāng)干擾消失時(shí)，需要較長(zhǎng)時(shí)間再選擇正常路徑。這是為了阻止由于圖像內(nèi)容的變化干擾而產(chǎn)生不希望的轉(zhuǎn)換。當(dāng)在確定的回波和相位噪聲狀態(tài)下，ATV均值／NTSC峰值信號(hào)≌20dB時(shí)，檢測(cè)方案應(yīng)該能檢測(cè)NTSC干擾，閾值應(yīng)該可調(diào)。 不讓梳狀濾波器在任何時(shí)間都接入系統(tǒng)是有原因的。梳狀濾波器在提供抑制同信道干擾的好處的同時(shí)，也降低了3dB白噪聲性能。事實(shí)上這歸因于濾波器的輸出是兩個(gè)完全增益路徑之差，白噪聲與符號(hào)不相關(guān)，噪聲功率加倍。另外12個(gè)符號(hào)的差分編碼造成0．3dB的附加衰減，所以總數(shù)達(dá)3．3dB。如果NTSC干擾較小或沒有，梳狀濾波器自動(dòng)切出系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路。當(dāng)NTSC服務(wù)停止時(shí)，梳狀濾波器就會(huì)在數(shù)字電視接收機(jī)中省去。 梳狀濾波器能瞬時(shí)切入／出，下一步TCM電路也要切換。雖然切換是瞬間的，但由于是基于場(chǎng)同步的，所以切換時(shí)刻受限。另外，檢測(cè)器輸出經(jīng)過置信計(jì)數(shù)器(con—fidence counter)濾波而有點(diǎn)滯后，應(yīng)阻止突變(thrashing)和不必要的快速模式轉(zhuǎn)變。