14--信道编码-数字信号的载波调制解析.ppt

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1、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开始的无限带宽。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采用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（采用残留边带调幅方式），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

2、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VIDS149.7556.2552.548.556.5DS257.7564.2560.556.564.5DS365.7572.2568.564.572.5DS477.2583.758076.084.0FM87108A1Z1112.25118.75115111.0119.0Z

3、2120.25126.75123119.0127.0Z3128.25134.75131127.0135.0Z4136.25142.75139135.0143.0Z5144.25150.75147143.0151.0Z6152.25158.75155151.0159.0Z7160.25166.75163159.0167.0VIIIDS6168.25174.75171167.0175.0DS7176.25182.75179175.0183.0DS8184.25190.75187183.0191.0DS9192.25198.75195191.0199.0DS10200.25206.75203199.

4、0207.0DS11208.25214.75211207.0215.0DS12216.25222.75219215.0223.0A2Z8224.25230.75227223.0231.0Z9232.25236.75235231.0239.0Z10240.25246.75243239.0247.0Z11248.25254.75251247.0255.0Z12256.25262.75259255.0263.014.1.3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，没有办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

5、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、改造较复杂；反向回传有“漏斗效应”；2卫星传输传输方式：采用地球同步卫星转发；特点：覆盖面广，3颗同步卫星可覆盖全球；信号强度弱，易受干扰；3地面传输传输方式：地面波无线发射，可视距离接收；特点：易建设、易接收；干扰大，范围受发射功率和地形、工业等干扰限制；14.2.2ASK，FSK和PSK数字调制ASK振幅

6、键控调制FSK频率键控调制PSK相位键控调制图图14-1 数字调制的三种键控方式示例数字调制的三种键控方式示例1.2ASKASK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行幅度调制。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MASKMASK表示多电平(M个电平)的ASK，比如将串行数据流经并行变换后形成k路的并行比特数据流，再进行D/A转换和ASK，则成为2kM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改变载波频率的调制方式。3 QPSK(4PSK)调制在相移键控(PSK)调制中，最常用的是四相移相键控(4PSK或QPSK)和差分

7、四相移相键控(4DPSK或DPSK)方式。14.3 QPSK调制调制 14.3.1QPSK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7-2QPSK调制步骤（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系统中采用传统的格雷码进行绝对映射。（2）基带成形：采用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

8、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行分组，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。图图14-3 调相法产生调相法产生4PSK信号原理图信号原理图图14-3为调相法产生4PSK信号原理图。四相相移键控四相相移键控 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14-4（a）是QPSK相位矢量图，图中Q 表示同相信

9、号，I表示正交信号。图14-4（b）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，信号的抗干扰能力就越强，接收端判决再生时就越不容易出现误码。星座图：码元与载波相位之间的对应关系。图图14-4 QPSK的矢量图和星座图的矢量图和星座图 (a)矢量图；矢量图；(b)星座图星座图14.3.3QPSK信号的解调由于QPSK信号可看成是两个正交2PSK信号的合成，所以可采用2PSK信号的解调方法进行解调，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。图图14-5 QPSK解调电路框图解调电路框图14.3.4QPSK的使用QPSK调制常用于卫星

10、广播中。因为：（1）卫星广播传输途径远定点卫星36000公里，信号衰减十分严重，地面站接收到的信号常淹没在噪声中；（2）转发功率受限；（3）选用卫星广播的信号调制方式时既要使系统具有很强的抗干扰性能-特别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重，只要调制信号的相位不发生错误，就不会造成信息丢失。QPSK所实现的最高频谱效率为2bit/s/Hz14.3.5QPSK映射相位星座图I支路和Q支路每次分别传输1个比特。图图14-6 16PSK和和16QAM的星座图的星座图14.3.6QPS

11、K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，抗幅度失真能力强；缺点：只利用了载波的相位，所有星座点只分布在半径相同的圆周上。星座点较多时，星座点间的距离很近，容易受噪声干扰的影响，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。为了避免符号上的混淆，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16Q

12、AM)、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简单地说，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，因此只采用一级纠错编码（RS）和一次交织（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进行调幅，再相加得到已调信号

13、MQAM。QAM是二维调制技术，在实现时也采用正交调幅的方式：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相信号。图14-7MQAM正交振幅调制方框图14.4.3 QAM解调解调解调器根据星座图和接收到的载波信号幅度和相位来判断发送端发送的信息比特；正交幅移键控信号的解调采用正交相干解调器，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电平信号进行判决，恢复二进制信号I、Q，最后将I、Q信号合成为S(t)。图14-8MQAM正交振幅解调方框图16QAM中规定了16种载波

14、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16QAM、64QAM、256QAM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16QAM、64QAM等方式。14.5 VSB残留边带调制残留边带调制14.5.1残留边带调制残留边带VS

15、B(VestigialSide-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部分通过。为保证所传输的信息不失真，要求残留边带分量等于传输边带中失去的那一部分。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)，这样有用边带分量在载频附近的损失能被残留边带分量补偿。基带信号经平衡调幅器产生双边带平衡调幅波形,再通过一个合适的残留边带滤波器得到残留边带调制信号。14.5.2VSB调制和解调波形图图14-9残留边带调制、解调波形图 对于对于8-VSB，已调波在满功率调制范围内可以取，已调波在满功率调制范围内可以取8种不同的种不同的电平状态，所以可以表示电平状态，所以可以表示3位二进制数，显然调制效率高于位二进制数，显然调制效率高于4-VSB，更是高于一般，更是高于一般ASK。图图14-10 8-VSB的电平状态图的电平状态图14.5.3 8-VSB的电平状态的电平状态