第5章數(shù)字信號(hào)的載波調(diào)制

1、第五章數(shù)字信號(hào)的載波調(diào)制1數(shù)字信號(hào)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(diǎn):(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(guò) 程中能量損失最小，提高信號(hào)能量與噪聲能量的比例，減小發(fā)生差錯(cuò)的可能性，提高傳輸效率。 增加糾錯(cuò)能力，使得即便出現(xiàn)差錯(cuò)，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(guò)此界限就不能進(jìn)行有效的傳輸。如果數(shù)字信號(hào)流的頻率特 性與傳輸通道的頻率特性很不相同，那么信號(hào)中的很多能量就 會(huì)失去，信噪比就會(huì)降低，使誤碼增加，而且還會(huì)給鄰近信道 帶來(lái)很強(qiáng)的干擾。因此，在傳輸前要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種處理, 減少數(shù)字信號(hào)

2、中的低頻分量和高頻分量，使能量向中頻集中， 或者通過(guò)某種調(diào)制過(guò)程進(jìn)行頻譜的搬移。這兩種處理都可以被 看作是使信號(hào)的頻譜特性與信道的頻譜特性相匹配。數(shù)字信號(hào)的載波調(diào)制是信道編碼的一部份。有線(xiàn)電視寬帶綜合網(wǎng)是基于模擬環(huán)境下的數(shù)字信號(hào)的傳輸，圖象數(shù)字信號(hào)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(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。 傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)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(duì)應(yīng)于 用正弦波的幅度、頻 率和相位來(lái)傳遞數(shù)字基帶信號(hào)。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(gè)碼元的四種組合(00, 01, 10, 11)對(duì)應(yīng)于正弦波的四個(gè)

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(xiě)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(shí)(*也)=(1 , 0),(0, 1) , ( 1, 0), (0, - 1)而當(dāng)a是士冗/4,±3n/4時(shí)（島，何尸(11), ( -1, 1), (-1, - 1),

4、 (1, - 1)用軟及二維平面上的點(diǎn)來(lái)表示， 如圖51所示。其中水平軸 巴稱(chēng)為同相軸，垂直軸 自稱(chēng)為正交軸。實(shí)際上色度信號(hào)的調(diào) 制就是正交振幅調(diào)制，只不過(guò)是用連續(xù)信號(hào)去調(diào)制兩個(gè)正交載波而已。粗略地說(shuō)，由于在一個(gè)時(shí)期內(nèi)可以傳送2比特?cái)?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(shí)刻而造成干擾， 信號(hào)要按照一定的要求進(jìn)行整形，使各判決點(diǎn)不受相鄰碼的干擾，這種處理稱(chēng)為均衡調(diào)整。一般采用具有升余弦頻譜的特 性，這時(shí)信號(hào)的帶寬 會(huì)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(gè)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(hào)I(t)和Q(t),然后對(duì)二。£的/和加嗎£進(jìn)行調(diào)制，相加后即得到 QPSK言號(hào)。圖中畫(huà)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(jiàn)，在同相軸和正交軸上的幅度電平不再是2個(gè)而是4個(gè)(16QAM)和6個(gè)(32QAM),所能 傳輸?shù)臄?shù)

6、碼率也將是原 來(lái)的4倍到5倍(不考慮滾降因子)。但是并不能無(wú)限制地通過(guò) 增加電平級(jí)數(shù)來(lái)增加傳輸數(shù)碼率。因?yàn)殡S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(shí)間軸上也會(huì)如此，各相位間隔減小，碼間干擾增加， 抖動(dòng)和 定時(shí)問(wèn)題都會(huì)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(hào)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(jì)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(gè)速率為 C 的兩電平序列，2 - L電平變換器將每個(gè)速率為 ， 的兩電平序列變成速 率為& ”心目4 M的L電平信號(hào)，然后分別與兩個(gè)正交的載波

8、相乘，相加后即產(chǎn)生MQAM信號(hào)。在64QAMM制時(shí) M=64MQAM言號(hào)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(huà)在圖5 5中。同相路和正交路的 L電平基帶信號(hào)用有(L 1)個(gè)門(mén)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(gè)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(gè)很大的問(wèn)題是多徑問(wèn)題，即電視中的 重影問(wèn)題。如果反射信號(hào)接近一個(gè)周期或在多個(gè)周期中心附近，會(huì)給判決帶來(lái)嚴(yán)重的碼間干擾。必須使用均衡及抽頭延遲 線(xiàn)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(lái)的一個(gè)載波變成多個(gè)載波，把高數(shù)碼率信號(hào)變成低數(shù) 碼率信號(hào)，分別調(diào)制在每個(gè)載波上。由于數(shù)碼率大大降低，比特周期大大加長(zhǎng)，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(shí) 也能利用正交性把各載波信號(hào)分開(kāi)。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(hào)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(gè)甚至數(shù)千個(gè)載波產(chǎn)生的方