第5章数字信号的载波调制

1、第五章数字信号的载波调制1数字信号载波调制的目的信源编码的目的是提高信源的效率，去除冗余度。信道编 码的目的主要有两点:(1)要求码列的频谱特性适应通道频谱特性，从而使传输过 程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性，提高传输效率。 增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。一般传输通道的频率特性总是有限的，即有上、下限频率， 超过此界限就不能进行有效的传输。如果数字信号流的频率特 性与传输通道的频率特性很不相同，那么信号中的很多能量就 会失去，信噪比就会降低，使误码增加，而且还会给邻近信道 带来很强的干扰。因此，在传输前要对数字信号进行某种处理, 减少数字信号

2、中的低频分量和高频分量，使能量向中频集中， 或者通过某种调制过程进行频谱的搬移。这两种处理都可以被 看作是使信号的频谱特性与信道的频谱特性相匹配。数字信号的载波调制是信道编码的一部份。有线电视宽带综合网是基于模拟环境下的数字信号的传输，图象数字信号不是基带传输方式而是在射频通带中传输。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制。 传输数字信号时也有三种基本调制方式：幅度键控，频移键控和相移键控，它们分别对应于 用正弦波的幅度、频 率和相位来传递数字基带信号。本章将主要介绍得到广泛应用的几种数字调制方法。把相继两个码元的四种组合(00, 01, 10, 11)对应于正弦波的四个

3、相位:%©= 8£（X"Q）其中 i=1 , 2, 3, 4; -T/2<t<T/ 2;此处可以是0、±n/2、Tt或±冗/4、±3n/4,这就是四相PSK（即QPSK）。上式也可写成：易 © = a. cos 吗上 十良 sin w/d * ，工bIL-T/2<t<T/ 2;相应的Qi是0, 士n/ 2, Tt的情况，这时(*也)=(1 , 0),(0, 1) , ( 1, 0), (0, - 1)而当a是士冗/4,±3n/4时（岛，何尸(11), ( -1, 1), (-1, - 1),

4、 (1, - 1)用软及二维平面上的点来表示， 如图51所示。其中水平轴 巴称为同相轴，垂直轴 自称为正交轴。实际上色度信号的调 制就是正交振幅调制，只不过是用连续信号去调制两个正交载波而已。粗略地说，由于在一个时期内可以传送2比特数据，相同带宽下的数码率就提高了一倍。为了避免码间干扰， 即由于通道特性而使 脉冲扩展到下一判决时刻而造成干扰， 信号要按照一定的要求进行整形，使各判决点不受相邻码的干扰，这种处理称为均衡调整。一般采用具有升余弦频谱的特 性，这时信号的带宽 会略有扩展，因此在相同的带宽下所传 输的数码率要略小于原传输数码率的一倍。QSPKE交调制器方框图如图 52所示。它可以看成由

5、两个BSPK调制器构成，输入的串行二进制信息序列经串一并变换，分成两路速 率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t),然后对二。£的/和加吗£进行调制，相加后即得到 QPSK言号。图中画出了典型波形QPSK调制方法常用于上、下通道交互式信息的传送。3正交振幅调制(QAM)如果让小本身取不同的值，所作的处理就是正交振幅调制(QMA: Quadrature Ampli tude Modulation) ，图 53 是16QAM口 32QAM的星座图。由图可见，在同相轴和正交轴上的幅度电平不再是2个而是4个(16QAM)和6个(32QAM),所能 传输的数

6、码率也将是原 来的4倍到5倍(不考虑滚降因子)。但是并不能无限制地通过 增加电平级数来增加传输数码率。因为随着电平数的增加， 电平间的间隔减小，噪声容限减小，同样噪声条件下误码增加。在时间轴上也会如此，各相位间隔减小，码间干扰增加， 抖动和 定时问题都会使接收效果变差。图 5-4是64QAM的星座图，64QAMm 256QAM用于下行数字电信 号的传送。64QAM的频带利用率可达 5bit /Hz。QAMM制器的一般方框图如图55所示。L1011IIAliOllI0114117teiitkiItltUI11WM1411侧1010 ICk>I«MKlliewiBimIVLQ1IO

7、lllllWI4IIM»10mmmoioiDll 111loiomOMIVOwxmfl'll OMQ甲 11“*的M”&owm必 iioi1-0MW3NUNGienoGOCH.州11却toooioOOJLKoiiLDLn1DTH011MI1ki mudtwi4|IVt3LI301114114im»1旬1晚计3的4tU Mill tie建i 4d叫mi 厚田因与*片串-并变换器将速率为 Rb的输入二进序列分成两个速率为 C 的两电平序列，2 - L电平变换器将每个速率为 ， 的两电平序列变成速 率为& ”心目4 M的L电平信号，然后分别与两个正交的载波

8、相乘，相加后即产生MQAM信号。在64QAMM制时 M=64MQAM言号的解调同样可以采用正交的相干解调方法，其方框图也画在图5 5中。同相路和正交路的 L电平基带信号用有(L 1)个门限电平的判决器判决后，分别恢复出速率等的二进制序列，最后经并-串变换器将两路二进制序衣32列合成一个速率为 Rb的二进制序列4正交频分复用数字传输中一个很大的问题是多径问题，即电视中的 重影问题。如果反射信号接近一个周期或在多个周期中心附近，会给判决带来严重的码间干扰。必须使用均衡及抽头延迟 线调整等方法减轻这种干扰。使用正交频分复用(OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplex ing)方法可以有效地克服反射或重影造成的影响的另一条思路，其基本方法是 把原来的一个载波变成多个载波，把高数码率信号变成低数 码率信号，分别调制在每个载波上。由于数码率大大降低，比特周期大大加长，因此反射波的影响就大为减小。由于OFDM各载波间是正 交的，因此即使各载波间有重叠部分，解调时 也能利用正交性把各载波信号分开。这样就可充分利用带宽，安排尽量多的载波。图 56示出了 OFDM勺频谱，各载波间的 间隔为符号周期的倒数，任一载波在其它载波位置上的值均 为(sinx /x) o数百个甚至数千个载波产生的方