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。 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(jìn)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(qiáng)的干擾。因此，在傳輸前要對數(shù)字信號進(jìn)行某種處理, 減少數(shù)字信號

2、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(jìn)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(jìn)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組合(00, 01, 10, 11)對應(yīng)于正弦波的四個

3、相位:%©= 8£（X"Q）其中 i=1 , 2, 3, 4; -T/2<t<T/ 2;此處可以是0、±n/2、Tt或±冗/4、±3n/4,這就是四相PSK（即QPSK）。上式也可寫成：易 © = a. cos 嗎上 十良 sin w/d * ，工bIL-T/2<t<T/ 2;相應(yīng)的Qi是0, 士n/ 2, Tt的情況，這時(*也)=(1 , 0),(0, 1) , ( 1, 0), (0, - 1)而當(dāng)a是士冗/4,±3n/4時（島，何尸(11), ( -1, 1), (-1, - 1),

4、 (1, - 1)用軟及二維平面上的點來表示， 如圖51所示。其中水平軸 巴稱為同相軸，垂直軸 自稱為正交軸。實際上色度信號的調(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(kuò)展到下一判決時刻而造成干擾， 信號要按照一定的要求進(jìn)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(kuò)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。QSPKE交調(diào)制器方框圖如圖 52所示。它可以看成由

5、兩個BSPK調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串一并變換，分成兩路速 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),然后對二。£的/和加嗎£進(jìn)行調(diào)制，相加后即得到 QPSK言號。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)如果讓小本身取不同的值，所作的處理就是正交振幅調(diào)制(QMA: Quadrature Ampli tude Modulation) ，圖 53 是16QAM口 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)

6、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 5-4是64QAM的星座圖，64QAMm 256QAM用于下行數(shù)字電信 號的傳送。64QAM的頻帶利用率可達(dá) 5bit /Hz。QAMM制器的一般方框圖如圖55所示。L1011IIAliOllI0114117teiitkiItltUI11WM1411側(cè)1010 ICk>I«MKlliewiBimIVLQ1IO

7、lllllWI4IIM»10mmmoioiDll 111loiomOMIVOwxmfl'll OMQ甲 11“*的M”&owm必 iioi1-0MW3NUNGienoGOCH.州11卻toooioOOJLKoiiLDLn1DTH011MI1ki mudtwi4|IVt3LI301114114im»1旬1晚計3的4tU Mill tie建i 4d叫mi 厚田因與*片串-并變換器將速率為 Rb的輸入二進(jìn)序列分成兩個速率為 C 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& ”心目4 M的L電平信號，然后分別與兩個正交的載波

8、相乘，相加后即產(chǎn)生MQAM信號。在64QAMM制時 M=64MQAM言號的解調(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5 5中。同相路和正交路的 L電平基帶信號用有(L 1)個門限電平的判決器判決后，分別恢復(fù)出速率等的二進(jìn)制序列，最后經(jīng)并-串變換器將兩路二進(jìn)制序衣32列合成一個速率為 Rb的二進(jìn)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(OFDMOrthogonal 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勺頻譜，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(sinx /x) o數(shù)百個甚至數(shù)千個載波產(chǎn)生的方