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1 數字信號載波調制的目的 ? 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，在傳輸前要對數字信號進行某種處理，減少數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。? 數字信號的載波調制是信道編碼的一部份。有線電視寬帶綜合網是基于模擬環境下的數字 信號的傳輸，圖象數字信號不是基帶傳輸方式而是在射頻通帶中傳輸。? 為了使數字信號在帶通信道中傳輸，必須用數字信號對載波進行調制。 傳輸數字信號時也有三種基本調制方式：幅度鍵控，頻移鍵控和相移鍵控，它們分別對應于 用正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號。 本章將主要介紹得到廣泛應用的幾種數字調制方法。??  把相繼兩個碼元的四種組合(00，01，10，11)對應于正弦波的四個相位： ?  其中i=1，2，3，4；-T／2≤t≤T／2；? 此處可以是0、±π／2、π或 ±π／4、±3π／4，這就是四相PSK(即QPSK)。上式也可寫成：?  -T／2≤t≤T／2；? 相應的是0，±π／2，π的情況，這時 (  )=(1，0)，(0，1)，(－1，0)，(0，－1)? 而當是±π／4，±3π／4時(  )=(1，1)， (－1，1)，(－1，－1)，(1，－1)? 用 二維平面上的點來表示，如圖5－1所示。 其中水平軸稱為同相軸，垂直軸 稱為正交軸。實際上色度信號的調制就是正交振幅 調制，只不過是用連續信號去調制兩個正交載波而已。粗略地說，由于在一個時期內可以 傳送 2比特數據，相同帶寬下的數碼率就提高了一倍。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的數碼率要略小于原傳輸數碼率的一倍。??  QSPK正交調制器方框圖如圖5－2所示。它可以看成由兩個BSPK調制器構成，輸入的串行二進制信息序列經串－并變換，分成兩路速 率 減半的序列，電平發生器分別產生雙極性二電平信號I(t)和Q(t)，然后對  進行調制，相加后即得到QPSK信號。圖中畫出了典型波形 ? QPSK調制方法常用于上、下通道交互式信息的傳送。? ?3 正交振幅調制(QAM) 如果讓 本身取不同的值，所作的處理就是正交振幅調制(QMA：Quadrature Ampli tude Modulation)，圖5－3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 傳輸的數碼率也將是原來的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 級數來增加傳輸數碼率。因為隨著電平數的增加，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，64QAM和256QAM用于下行數字電信 號的傳送。64QAM的頻帶利用率可達5bit／Hz。QAM調制器的一般方框圖如圖5－5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，相加后即產生MQAM 信號。在64QAM調制時M=64。 ? MQAM信號的解調同樣可以采用正交的相干解調方法，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，分別恢復出速率等 于 的二進制序列，最后經并－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 正交頻分復用 
數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，會給判決帶來嚴重的碼間干擾。必須使用均衡及抽頭延遲線調整等 方法減輕這種干擾。使用正交頻分復用(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，把高數碼率信號變成低數碼率信號，分別調制在每個載波上。由于數 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5－6示出了OFDM的頻譜，各載波間的間隔為符號周期 的倒數，任一載波在其它載波位置上的值均為(sinx／x)。數百個甚至數千個載波產生的方 法不能采用通常的鎖相頻率合成器，而要采用反離散付立葉變換(IDFT)來同時產生所需要數 量的載波。采用這種方法的另一個好處是，要使某個位置有或沒有載波很簡單，只要令相 應的數據為“1”或“0”。歐洲的DVB、HDTV以及DAB系統都采用OFDM調制方式。 |
數字信號的載波調制
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