ATSC中NTSC抑制濾波器的設(shè)計(jì)

摘要：討論了NTSC信號與數(shù)字電視ATSC信號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NTSC服務(wù)就不會(huì)停止。因此，討論模擬信號與數(shù)字信號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×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，導(dǎo)頻信號位于VSB信號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)之間的信號帶寬是符號速率的一半，是NTSC水平掃描速率的342倍。342／286×4．5MHz＝5．381118811MHz。

圖1

2 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56×19／22×fH。這就要求ATV頻譜相對于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信號在NTSC信號上鄰信道的情況下，導(dǎo)頻設(shè)置到邊帶332．138kHz±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)射臺的頻偏。精確的±3Hz容限用于彌補(bǔ)NTSC接收機(jī)抑制上鄰信道DTV信號所需選擇性的不足。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NTSC沒有明顯的影響)。一個(gè)DTV發(fā)射臺導(dǎo)頻對NTSC同頻干擾的標(biāo)稱偏置在邊帶338．056kHz±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)射臺的頻偏。

對于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12個(gè)符號(1．115μs)，然后抽取一個(gè)。如果NTSC干擾信號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)。如果希望的信號與不希望的信號的功率比(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)變成了14個(gè)數(shù)據(jù)眼(15級)。這種變化是因?yàn)樘厥馇闆r下的符號內(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)信號能被格狀解碼器正確解碼。

4 NTSC信號的檢測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。在梳狀濾波器的輸入和輸出測量二進(jìn)制數(shù)據(jù)場同步的信號干擾加噪聲比

，并比較兩次結(jié)果，由生成的兩個(gè)誤差信號來完成。通過比較接收到的信號和保存的場同步參考信號生成第一個(gè)誤差信號；通過比較梳狀濾波器的輸出信號和保存的場同步參考信號再經(jīng)過梳狀濾波器之后的信號生成第二個(gè)誤差信號。誤差信號經(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)濾波的信號給均衡器。當(dāng)檢測到NTSC干擾信號時(shí)，計(jì)數(shù)器以權(quán)重因子為步長遞增計(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≌20dB時(shí)，檢測方案應(yīng)該能檢測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，白噪聲與符號不相關(guān)，噪聲功率加倍。另外12個(gè)符號的差分編碼造成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，但由于是基于場同步的，所以切換時(shí)刻受限。另外，檢測器輸出經(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。

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