第五章 數(shù)字信號的載波調(diào)制

1、第五章 數(shù)字信號的載波調(diào)制1 數(shù)字信號載波調(diào)制的目的 信源編碼的目的是提高信源的效率，去除冗余度。信道編碼的目的主要有兩點： (1)要求碼列的頻譜特性適應(yīng)通道頻譜特性，從而使傳輸過程中能量損失最小，提高信號 能量與噪聲能量的比例，減小發(fā)生差錯的可能性，提高傳輸效率。 (2)增加糾錯能力，使得即便出現(xiàn)差錯，也能得到糾正。 一般傳輸通道的頻率特性總是有限的，即有上、下限頻率，超過此界限就不能進行有效的傳輸。如果數(shù)字信號流的頻率特性與傳輸通道的頻率特性很不相同，那么信號中的很多能量就 會失去，信噪比就會降低，使誤碼增加，而且還會給鄰近信道帶來很強的干擾。因此，在傳輸前要對數(shù)字信號進行某種處理，減少數(shù)

2、字信號中的低頻分量和高頻分量，使能量向中頻集中，或者通過某種調(diào)制過程進行頻譜的搬移。這兩種處理都可以被看作是使信號的頻譜特性與信道的頻譜特性相匹配。 數(shù)字信號的載波調(diào)制是信道編碼的一部份。有線電視寬帶綜合網(wǎng)是基于模擬環(huán)境下的數(shù)字 信號的傳輸，圖象數(shù)字信號不是基帶傳輸方式而是在射頻通帶中傳輸。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制。 傳輸數(shù)字信號時也有三種基本調(diào)制方式：幅度鍵控，頻移鍵控和相移鍵控，它們分別對應(yīng)于 用正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號。 本章將主要介紹得到廣泛應(yīng)用的幾種數(shù)字調(diào)制方法。    把相繼兩個碼元的四種

3、組合(00，01，10，11)對應(yīng)于正弦波的四個相位：     其中i=1，2，3，4；-T2tT2；此處可以是0、±2、或 ±4、±34，這就是四相PSK(即QPSK)。上式也可寫成：-T2tT2；相應(yīng)的是0，±2，的情況，這時 ()=(1，0)，(0，1)，(1，0)，(0，1)    而當(dāng)是±4，±34時()=(1，1)， (1，1)，(1，1)，(1，1)用二維平面上的點來表示，如圖51所示。 其中水平軸稱為同相軸，垂直軸 稱為正交軸。實

4、際上色度信號的調(diào)制就是正交振幅 調(diào)制，只不過是用連續(xù)信號去調(diào)制兩個正交載波而已。粗略地說，由于在一個時期內(nèi)可以 傳送 2比特數(shù)據(jù)，相同帶寬下的數(shù)碼率就提高了一倍。為了避免碼間干擾，即由于通道特性而使 脈沖擴展到下一判決時刻而造成干擾，信號要按照一定的要求進行整形，使各判決點不受 相鄰碼的干擾，這種處理稱為均衡調(diào)整。一般采用具有升余弦頻譜的特性，這時信號的帶寬 會略有擴展，因此在相同的帶寬下所傳輸?shù)臄?shù)碼率要略小于原傳輸數(shù)碼率的一倍。     QSPK正交調(diào)制器方框圖如圖52所示。它可以看成由兩個BSPK調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進制信息序列經(jīng)串并變換，分成兩

5、路速 率 減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號I(t)和Q(t)，然后對 進行調(diào)制，相加后即得到QPSK信號。圖中畫出了典型波形 QPSK調(diào)制方法常用于上、下通道交互式信息的傳送。 3 正交振幅調(diào)制(QAM)    如果讓本身取不同的值，所作的處理就是正交振幅調(diào)制(QMA：Quadrature Ampli tude Modulation)，圖53是16QAM和32QAM的星座圖。 由圖可見，在同相軸和正交軸上的幅度電平不再是2個而是4個(16QAM)和6 個(32QAM)，所能 傳輸?shù)臄?shù)碼率也將是原來的4倍到5倍(不考慮滾降因子)。但是并不能無

6、限制地通過增加電平 級數(shù)來增加傳輸數(shù)碼率。因為隨著電平數(shù)的增加，電平間的間隔減小，噪聲容限減小， 同樣噪聲條件下誤碼增加。在時間軸上也會如此，各相位間隔減小，碼間干擾增加，抖動和 定時問題都會使接收效果變差。圖54是64QAM的星座圖，64QAM和256QAM用于下行數(shù)字電信 號的傳送。64QAM的頻帶利用率可達5bitHz。QAM調(diào)制器的一般方框圖如圖55所示。     串并變換器將速率為Rb的輸入二進序列分成兩個速率為的兩電平序列，2 L電平變換器將每個速率為,的兩電平序列變成速 率為M的L電平信號，然后分別與兩個正交的載波相乘，相加后即產(chǎn)生MQAM

7、 信號。在64QAM調(diào)制時M=64。 MQAM信號的解調(diào)同樣可以采用正交的相干解調(diào)方法，其方框圖也畫在圖55中。同相路和正交路的L電平基帶信號用有(L1)個門限電平的判決器判決后，分別恢復(fù)出速率等 于 的二進制序列，最后經(jīng)并串變換器將兩路二進制序列合成一個速率為Rb的二進制序列。 4 正交頻分復(fù)用    數(shù)字傳輸中一個很大的問題是多徑問題，即電視中的重影問題。如果反射信號接近一個周期 或在多個周期中心附近，會給判決帶來嚴(yán)重的碼間干擾。必須使用均衡及抽頭延遲線調(diào)整等 方法減輕這種干擾。使用正交頻分復(fù)用(OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplex ing)方法可以有效地克服反射或重影造成的影響的另一條思路，其基本方法是把原來的一個 載波變成多個載波，把高數(shù)碼率信號變成低數(shù)碼率信號，分別調(diào)制在每個載波上。由于數(shù) 碼率大大降低，比特周期大大加長，因此反射波的影響就大為減小。由于OFDM各載波間是正 交的，因此即使各載波間有重疊部分，解調(diào)時也能利用正交性把各載波信號分開。這樣就可 充分利用帶寬，安排盡量多的載波。圖56示出了OFDM的頻譜，各載波間的間隔為符號周期 的倒數(shù)，任一載波在其它載波位置上的值均為(sinxx)。數(shù)百個甚至數(shù)千個載波產(chǎn)生的方 法不能采