14--信道编码-数字信号的载波调制解析

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,14,课 信 道 编 码,数字信号的载波调制,与,DVB,标准,14.1,概述,14.1.1 基带信号传输,模拟电视连续的电信号数字化后，变成了完全由“0”、“1”组成的脉冲串传输流。直接把数字串在网络上传送，叫做基带传输。,未经某种处理的数字信号称为基带信号。它要占用从0 开头的无限带宽。,14.1.2 传输平台的特点以HFC网络为例,现在的HFC网络对模拟电视信号是承受AM-VSB残留边带调幅频分复用方式传输的。每套电视节目的基带视音频模拟信号先调制到一个指定频道的高频率载波上承受残留边带调幅方式，每一套节目，占用不同频率的载频，混合送到HFC网络上传输。节目是以频率不同而区分的，这就是频分复用。每套节目占用的频带宽度都是8Mhz。,卫星传输通道：每个转发器大约,45MHz,带宽，可转发,56,套模拟电视节目或约,30,套数字电视节目；,地面电视信号传输：开路模拟和数字电视节目都被调制在,45-900MHz,带宽中，每个模拟频道占带宽,8MHz,。,我国电视频道配置和频率分布表,(,据国标,GY/T106-1999),单位：,MHz,频段 频道 图像载频 声音载频 中心频率 频带,VI,DS,1 49.75 56.25 52.5 48.5,56.5 DS,2 57.75 64.25 60.5 56.5,64.5 DS,3 65.75 72.25 68.5 64.5,72.5 DS,4 77.25 83.75 80 76.0,84.0FM 87,108A1,Z,1 112.25 118.75 115 111.0,119.0 Z,2 120.25 126.75 123 119.0,127.0 Z,3 128.25 134.75 131 127.0,135.0 Z,4 136.25 142.75 139 135.0,143.0 Z,5 144.25 150.75 147 143.0,151.0 Z,6 152.25 158.75 155 151.0,159.0 Z,7 160.25 166.75 163 159.0,167.0,VIII,DS,6 168.25 174.75 171 167.0,175.0 DS,7 176.25 182.75 179 175.0,183.0 DS,8 184.25 190.75 187 183.0,191.0 DS,9 192.25 198.75 195 191.0,199.0 DS,10 200.25 206.75 203 199.0,207.0 DS,11 208.25 214.75 211 207.0,215.0 DS,12 216.25 222.75 219 215.0,223.0A2,Z,8 224.25 230.75 227 223.0,231.0 Z,9 232.25 236.75 235 231.0,239.0 Z,10 240.25 246.75 243 239.0,247.0 Z,11 248.25 254.75 251 247.0,255.0 Z,12 256.25 262.75 259 255.0,263.0,14.1.3 数字化后的基带信号调制,数字化后的基带，不符合传输体制，没有方法让数字电视信号以基带的形式上网与现有的模拟电视信号兼容传输。为了使数字基带信号适应HFC 网络的要求，与模拟的频带信号在传输网 中兼容传输，就需要对数字基带信号做适当处理，我们称这种做法叫信道编码。就是说，信道编码，是使数字基带信号适配进传输网络的过程。,14.2,数字信号传输方式,14.2.1 数字信号传输方式分为：,1 有线电视传输,传输介质：同轴电缆、光缆、HFC网络等；,特点：受干扰小，传输质量高，可双向传输；建设、改造较简洁；反向回传有“漏斗效应”；,2 卫星传输,传输方式：承受地球同步卫星转发；,特点：掩盖面广，3颗同步卫星可掩盖全球；信号强度弱，易受干扰；,3 地面传输,传输方式：地面波无线放射，可视距离接收；,特点：易建设、易接收；干扰大，范围受放射功率和地形、工业等干扰限制；,14.2.2 ASK,，,FSK,和,PSK,数字调制,ASK,振幅键控调制,FSK,频率键控调制,PSK,相位键控调制,图14-1 数字调制的三种键控方式例如,1.2ASK,ASK是二进制幅度键控，由二进制数据1和0组成的序列对载波进展幅度调制。2ASK可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘，即,MASK,MASK表示多电平(M个电平)的ASK，比方将串行数据流经并行变换后形成k路的并行比特数据流，再进展D/A转换和ASK，则成为2k M电平的ASK。,2.FSK 频率键控调制,FSK 频率键控调制是用数字基带信号转变载波频率的调制方式。,3 QPSK,(4,PSK,),调制,在相移键控,(,PSK,),调制中，最常用的是四相移相键控,(4,PSK,或,QPSK,),和差分四相移相键控,(4,DPSK,或,DPSK,),方式。,14.3 QPSK,调制,14.3.1 QPSK,调制过程,QPSK,调制过程主要有映射、基带成形和调制载波三个步骤。,图,7-2 QPSK,调制步骤,中频调制,信号,载波,调制,基带,成形,映射,I,Q,二进制入,1 映射：又称串并转换。是将输入的“0”、“1”二进制数序列分成两个并行序列，既转换为“+1”、“-1”QPSK调制符号。在DVB-S系统中承受传统的格雷码进展确定映射。,2 基带成形：承受平方根升余弦滚降滤波器形成基带信号I(t)和Q(t)信号。DVB-S系统中规定带内纹波不大于0.2dB，带外衰减不小于43dB。,3 载波调制：用成形后的基带信号I(t)和Q(t)去分别调制中频载波同相载波和相位旋转了90度的正交载波。,I支路信号调制同相载波；Q支路信号调制正交载波。,14.3.2,四相相移键控,4PSK(QPSK),四相制是用载波的4种不同相位来表征数字信息。由于4种不同相位可代表4种不同的数字信息，因此，对输入的二进制数字序列先进展分组，将每两个比特编为一组，可以有四种组合00，10，11，01，再用载波的四种相位分别表示它们。,图,14-3,调相法产生,4PSK,信号原理图,图,14-3,为,调相法产生,4PSK,信号原理图。,I,I,I,I,I,Q,Q,Q,格雷码,I,Q,Q,I,Q,I,Q,信号,四相相移键控 QPSK的相位矢量,在QPSK中，数字序列相继两个码元的4种组合对应4个不同相位的正弦载波。,图14-4a是QPSK相位矢量图，图中 Q 表示同信任号，I表示正交信号。,图14-4b是QPSK星座图，星座图中不画矢量箭头只画出矢量的端点。星座图中星座间的距离越大，信号的抗干扰力气就越强，接收端判决再生时就越不简洁消逝误码。,星座图：码元与载波相位之间的对应关系。,图,14-4 QPSK,的矢量图和星座图,(a),矢量图；,(b),星座图,14.3.3 QPSK信号的解调,由于QPSK信号可看成是两个正交2PSK信号的合成，所以可承受2PSK信号的解调方法进展解调，即由两个2PSK相干解调器构成解调电路，其组成方框图如图14-5所示。,图,14-5,QPSK,解调电路框图,14.3.4 QPSK的使用,QPSK调制常用于卫星播送中。由于：,1卫星播送传输途径远定点卫星36000公里，信号衰减特殊严峻，地面站接收到的信号常漂移在噪声中；,2转发功率受限；,3选用卫星播送的信号调制方式时既要使系统具有很强的抗干扰性能-特殊是抗幅度方面的干扰和失真-又不过分损害频谱效率；,4 QPSK是一种恒包络调制技术，它的最大特点是所携带的信息完全在相位上，无论幅度上的衰减和干扰多么严峻，只要调制信号的相位不发生错误，就不会造成信息丧失。,QPSK所实现的最高频谱效率为2bit/s/Hz,14.3.5 QPSK,映射相位星座图,I,支路和,Q,支路每次分别传输,1,个比特。,图,14-6 16,PSK,和,16,QAM,的星座图,14.3.6 QPSK调制方式的优缺点,优点：信号的平均功率恒定，不受幅度衰减影响，抗幅度失真力气强；,缺点：只利用了载波的相位，全部星座点只分布在半径一样的圆周上。星座点较多时，星座点间的距离很近，简洁受噪声干扰的影响，不易增加频带利用率；,14.4 QAM,调制,14.4.1 正交幅度调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation),正交幅度调制也称为正交幅移键控。这种键控由两路数字基带信号对正交的两个载波调制合成而得到。为了避开符号上的混淆，一般用m-QAM代表m电平正交调幅，用MQAM代表M状态正交调幅。通常有2电平正交幅移键控(2-QAM或4QAM)、4电平正交幅移键控(4-QAM或16QAM)、8电平正交幅移键控(8-QAM或64QAM)等。电平数m和信号状态M之间的关系是,Mm,2,简洁地说，QAM调制是幅度、相位复合调制技术。它同时利用载波的幅度和相位来传递信息比特。可以实现更高的频带利用率；,DVB-C系统是有线电视系统。传输信道途径短，信号衰减小、受干扰少，因此只承受一级纠错编码RS和一次穿插卷积。,14.4.2 正交振幅调制方框图,图14-7是MQAM正交振幅调制方框图。调制信号S由分裂器(串并变换)分成I、Q两路信号，再经2-m电平变换器从2电平信号变成m电平信号X(t)、Y(t),用X(t)、Y(t)对正交的两个载波cosct和sinct进展调幅，再相加得到已调信号MQAM。,QAM是二维调制技术，在实现时也承受正交调幅的方式：某星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度；在Q坐标上的投影去调制正交载波的幅度；然后将两个调幅信号相加就是所需的调信任号。,图,14-7 MQAM,正交振幅调制方框图,14.4.3 QAM解调,解调器依据星座图和接收到的载波信号幅度和相位来推断发送端发送的信息比特；,正交幅移键控信号的解调承受正交相干解调器，如图6-8所示。MQAM信号经相干解调后，在输出端分别得到两个m电平信号X(t)和Y(t)，再对m电平信号进展判决，恢复二进制信号I、Q，最终将I、Q信号合成为S(t)。,图,14-8 MQAM,正交振幅解调方框图,16QAM,中规定了,16,种载波幅度和相位的组合。每次调制可传输,4,个信息比特；,14.4.4,QAM,调制器的优缺点,优点：没有导频信号，可以最大限度利用高频功率；在通信领域早已使用，技术成熟；高频调制效率高，如,16 QAM,、,64 QAM,、,256 QAM,高频调制效率分别是,4bit/s/Hz,、,6bit/s/Hz,、,8bit/s/Hz,。考虑低通滤波的效率，实际高频调制效率分别为,3.33bit/s/Hz,、,5bit/s/Hz,、,6.66bit/s/Hz,。,缺点：易受载波幅度失真影响，一般用于传输条件较好的系统中。如用于有线电视信道传输调制。常用有,16 QAM,、,64 QAM,等方式。,14.5 VSB,残留边带调制,14.5.1 残留边带调制,残留边带VSB(Vestigial Side-Band)调制，就是用调幅信号调制载波，并且两个边带信号中一个边带几乎完全通过而另一个边带只有少量残留局部通过。为保证所传输的信息不失真，要求残留边带重量等于传输边带中失去的那一局部。这就要求残留边带滤波器在载频处具有互补滚降特性(奇对称)，这样有用边带重量在载频四周的损失能被残留边带重量补偿。,基带信号经平衡调幅器产生双边带平衡调幅波形,再通过一个适宜的残留边带滤波器得到残留边带调制信号。,14.5.2 VSB,调制和解调波形图,图,14-9,残留边带调制、解调波形图,对于8-VSB，已调波在满功率调制范围内可以取8种不同的电平状态，所以可以表示3位二进制数，明显调制效率高于4-VSB，更是高于一般ASK。,