【正文】 km/h、 300 km/h，甚至 400 km/h環(huán)境下正常觀看手機(jī)電視的要求。絕對移相的主要缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作，所以必須采取措施克服。 00xx????第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 可見， BPSK信號相干解調(diào)的過程實(shí)際上是輸入已調(diào)信號與本地載波信號進(jìn)行極性比較的過程，故常稱為極性比較法解調(diào)。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 BPSK星座映射 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) BPSK信號屬于 DSB信號，它的解調(diào)不能采用包絡(luò)檢測的方法，只能進(jìn)行相干解調(diào)，其方框圖如圖 圖 BPSK信號接收系統(tǒng)方框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 不考慮噪聲時(shí)，帶通濾波器 BPF輸出可表示為 y(t)=cos(ωct+φn) 式中 φn為 BPSK信號某一碼元的初相。 圖 (b)是產(chǎn)生 BPSK信號的鍵控法框圖。 (概率為 P) (概率為 (1－ P)) () 因此，在某一個碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)觀察時(shí)，有 sBPSK(t)=177。 下面介紹雙相移相鍵控的原理和實(shí)現(xiàn)方法。 經(jīng)壓縮后的數(shù)字電視信號速率以 Mb/s為單位，再經(jīng)數(shù)字調(diào)制后信號的單位變成了 MHz， MHz單位是慣用的模擬信號帶寬單位。 例 設(shè)數(shù)字電視速率為 8 Mb/s，選用 QPSK調(diào)制 (頻譜利用系數(shù)理論值為 2 b/(sHz) 調(diào)制后 , 從例 ，采用的調(diào)制方式相同 (VSB)，但頻譜利用系數(shù)不同 ( b/(sHz)，信 從例 ，采用的調(diào)制方式相同(64QAM)，但壓縮標(biāo)準(zhǔn)不同 (MPEG MPEG2)，調(diào)制出來的信號帶寬就不同 ( MHz、 MHz)。 (4) 同步離散多音調(diào)制 (SDMT)。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 2. 數(shù)字電視反向傳輸采用的調(diào)制 在雙向傳輸中，用戶端的數(shù)據(jù) (如用戶上網(wǎng) (Inter)數(shù)據(jù)、視頻點(diǎn)播數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、各種計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)等 )需要傳向前端，由于用戶數(shù)為千家萬戶，千家萬戶的數(shù)據(jù)匯集到前端，數(shù)據(jù)中夾雜著各種噪聲也一起涌向前端，形成所謂的“漏斗效應(yīng)”，為克服它，必須選擇抗干擾性能很強(qiáng)的調(diào)制方式。歐洲采用編碼正交頻分多路調(diào)制 (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing， COFDM)方式，這種方式的抗干擾能力極強(qiáng)，它可滿足移動接收的條件。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (2) 數(shù)字電視有線傳輸時(shí)，由于采用光纖或同軸電纜作為傳輸媒介，傳輸條件較好，干擾較弱，一般采用多電平正交幅度調(diào)制 (Multilevel Quadrature Amplitude Modulation，MQAM)方式。 1. 數(shù)字電視正向傳輸采用的調(diào)制 (1) 數(shù)字電視衛(wèi)星傳輸時(shí)，由于傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)，要求采用抗干擾能力較強(qiáng)的調(diào)制方法。不同的傳輸方式采用的調(diào)制方式不同。 例 設(shè)有 MPEG2主級圖像質(zhì)量 (MPML)的信號，其速率為 Mb/s(相當(dāng)于目前演播室的 PAL圖像質(zhì)量 )，采用64QAM數(shù)字調(diào)制，頻譜利用系數(shù)理論值為 6 b/(s而且，不同的傳輸方式 (衛(wèi)星、地面廣播、有線 )采用不同的調(diào)制方式。要將如此大量的信息傳送至用戶家中，圖像壓縮編碼系統(tǒng)與傳輸系統(tǒng)是兩大關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。圖像壓縮編碼已提出了 MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 例 設(shè) HDTV未經(jīng)壓縮時(shí)的數(shù)碼率為 Mb/s，經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮后為 Mb/s (壓縮比為 ∶ 1)，又設(shè)采用 8VSB數(shù)字調(diào)制，此時(shí)的頻譜利用系數(shù)為 b/(sHz), 則經(jīng)調(diào)制后信號的帶寬為 。正向傳輸指的是從前端向用戶端傳輸 。一般采用四相相移鍵控調(diào)制(Quadrature PhaseShift Keying， QPSK)。這種調(diào)制方法的頻譜利用系數(shù)較高，抗干擾能力次于 QPSK。美國采用多電平殘留邊帶調(diào)制 (Multilevel Vestigial Side Band， MVSB)方式，這種調(diào)制方式的頻譜利用率較高，雖然它能滿足美國地理?xiàng)l件和房屋結(jié)構(gòu)情況下的室內(nèi)接收，但不能滿足移動接收。目前采用的主要調(diào)制方法如下： (1) 四相相移鍵控 (QPSK)調(diào)制 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 數(shù)字電視信號經(jīng)調(diào)制后的幾項(xiàng)性能 (1) 采用不同壓縮標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電視信號，在選用同一種調(diào)制情況下，調(diào)制后信號的帶寬不同。 8 M b/s 3 M H z6 b / ( s H z )??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (2) 同一種速率的數(shù)字電視信號，在選用同一種調(diào)制但頻譜利用系數(shù)不同的情況下，調(diào)制后信號的帶寬就不同。Hz)、 b/(sHz)后， 8 M b/s 4 MH z2 b / ( s H z )??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 例 設(shè)數(shù)字電視速率仍為 8 Mb/s，選用 OFDM64QAM調(diào)制 (頻譜利用系數(shù)理論值為 6 b/(s所以，可以說數(shù)字電視信號經(jīng)數(shù)字調(diào)制后，相當(dāng)于模擬信號，可以在模擬信道中傳輸。 絕對相移是利用載波的相位 (指初相 )直接表示數(shù)字信號的相移方式。 cosωct=cos(ωct+φi) () 當(dāng)碼元寬度為載波周期的整數(shù)倍時(shí)， BPSK信號的典型波形如圖 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 BPSK信號的調(diào)制方框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 就模擬調(diào)制法而言， BPSK信號可以看做是雙極性基帶信號作用下的 DSB調(diào)幅信號。 φn=0時(shí)，代表數(shù)字“ 0” 。 由于 BPSK信號實(shí)際上是以一個固定初相的未調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻同相的同步載波。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 手機(jī)電視不同于普通的移動電視，它要求：低功耗，總功耗不超過 100 mW。因此，BPSK可以作為手機(jī)電視的調(diào)制方式。四相移相鍵控等效于二電平正交調(diào)幅，它是討論正交幅度調(diào)制的基礎(chǔ)。功率譜公式為 () 式中： Ss(f)為功率譜 。 QPSK的功率譜密度如圖 。Hz)。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 內(nèi)碼使用卷積編碼，這一系統(tǒng)允許使用不同比特收縮卷積碼 (Punctured Convolutional Codes)，但都基于 1/2卷積碼，其約束長度 K＝ 7。該系統(tǒng)使用卷積格雷碼 QPSK調(diào)制，但不使用差分編碼而使用絕對比特映射，其星座圖見圖 。 ，是 Nyquist頻率， Ts為矩形脈沖寬度。 No指的是出現(xiàn)的噪聲誤碼。圖 和圖 A到 S的特性有一一對應(yīng)的關(guān)系。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 調(diào)制濾波器的群遲延 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 傳輸系統(tǒng)首先對突發(fā)的誤碼進(jìn)行離散化，然后加入 RS外糾錯碼保護(hù)，內(nèi)糾錯碼是可以根據(jù)發(fā)射功率、天線尺寸以及碼率進(jìn)行調(diào)節(jié)變化的。 QAM有較高的頻帶利用率，同時(shí)有較高的信噪比。 Esm為幅度最大碼元的平均能量 。從圖中可以看出， QPSK的頻譜利用率為 2 b/(s QAM的調(diào)制器的實(shí)際框圖如圖 。二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)輸入以后，以 4 bit為一組，分別取出 2 bit送入上、下兩個 24電平轉(zhuǎn)換器，再分別送入調(diào)制器 2進(jìn)行幅度調(diào)制，調(diào)制后的信號線性相加，得到 16QAM的輸出信號。 調(diào)制器 2輸出四個信號為＋ 3 cosω0t、 ＋1 cosω0t、－ 3 cosω0t、－ 1 cosω0t。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 16QAM信號的形成過程 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 2) QAM的頻譜利用率分析 下面分析 16QAM信號的帶寬情況。從上面分析可知， Ω＝ ，則 2Ω＝ MHz。Hz)。Hz)。從圖 ， I、 Q軸坐標(biāo)是以等比級數(shù)排列的，所以我們稱它為均勻星座圖。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 64QAM均勻星座圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 64QAM非均勻星座圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 在進(jìn)行 64QAM調(diào)制前， I和 Q信號將先進(jìn)行升余弦平方根滾降濾波。 Ts為矩形脈沖寬度。濾波器阻帶抑制將高于 43 dB。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 數(shù)字有線電視采用與衛(wèi)星同樣的 MPEG2壓縮編碼的傳輸流。在一個 8 MHz 標(biāo)準(zhǔn)電視頻道內(nèi)，如果使用 64QAM，則所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率為 Mb/s。當(dāng)提取的相干載波發(fā)生 90176。解決這個問題的主要途徑是將差分的概念應(yīng)用到 QAM調(diào)制中去，使星座信號點(diǎn)的角度取決于相對差值，而與角度的絕對值不直接掛鉤。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 根據(jù)表 ，如圖 。也即用差分編碼得到的兩個最高位來規(guī)定信號矢量所處的象限，而其余比特用來規(guī)定每個象限中信號矢量的配置，并使這種配置呈現(xiàn)出 π/2的旋轉(zhuǎn)對稱性。如圖， a1b1的矢量安排滿足 π/2的旋轉(zhuǎn)不變的原則， 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 結(jié)果恢復(fù)載波的 φ相位無論是 0176。解調(diào)輸出的矢量代碼將保持不變。時(shí)，恢復(fù)載波與 Q軸同相，此時(shí) A點(diǎn)與 Q軸的位置關(guān)系相當(dāng)于 A′點(diǎn)和 I軸的位置關(guān)系，解出的代碼仍為 11。 32QAM、 64QAM調(diào)制符合 π/2的旋轉(zhuǎn)不變原則的星座圖見圖 。 L64767 QAM 編碼芯片是一個專用于衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的高集成化器件，具有 QAM調(diào)制數(shù)字信號處理的全部功能。OffsetQAM調(diào)制電路框圖見圖 。 (4) I、 Q合成后直接連到中頻。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 由圖 ，整個系統(tǒng)可分為以下幾個部分： (1) 輸入差分處理。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (2) 偽隨機(jī)碼源。當(dāng)有外部數(shù)據(jù)輸入時(shí)，對輸入數(shù)據(jù)整形后送至后續(xù)的 QAM數(shù)字調(diào)制器電路中。 QAM調(diào)制模塊基于 L64767芯片，它接收來自衛(wèi)星或 PRBS的數(shù)據(jù)，并對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行 QAM調(diào)制所要求的一切數(shù)字信號處理過程，其輸出是兩路相互正交的 10 bit信號I和 Q。 將 I、 Q信號數(shù)字合成可以改善系統(tǒng)性能，并降低成本。 10 bit的 DAC電路將數(shù)字 I、 Q合成信號變換成模擬信號。 LC濾波電路是一個帶通濾波器，可以消除數(shù) /模轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的高頻諧波分量。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 設(shè)發(fā)信 MQAM波形可表示為 u(t) T=I(t)cos(2πfct)+Q(t)sin(2πfct) A/D變換器的抽樣速率為 fs, 則相應(yīng)上式可用下述離散化形式表達(dá)： u(k) T=I(k)cos(2πfc/fs 由以上分析，設(shè)計(jì) I、 Q合成的電路即只要交替對 L64767輸出的 I、 Q兩路數(shù)據(jù)抽取樣值，并隔組求反，組成一個輸出序列，就可將 I、 Q兩路數(shù)字信號合成為一路。從該圖可以看出，正交調(diào)制的精度，即嚴(yán)格的π/2關(guān)系，由對 I、 Q信號進(jìn)行抽樣來確保。 ATSC標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的 VSB傳輸模式采用 2/3(R=2/3)的格狀編碼(具有一個未編碼比特 )，也即采用 1/2的卷積編碼，將一個輸入碼編碼為兩個輸出比特，而另一個輸入比特則保持未編碼 (見圖 X1輸入，兩個 Z0、 Z1輸出 )。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 8VSB實(shí)現(xiàn)框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 假設(shè)輸入的串行數(shù)據(jù)流速率為 10 Mb/s，因此 D/A變換器的輸入速率為 (10/3)Mb/s。降低量由滾降系數(shù) α決定， α=fr/fH。進(jìn)行與上面相似的分析，可得 16VSB的頻譜利用率為 (取滾降系數(shù) α為 ) 8－ 8 ≈ b/(s 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 第二類多徑干擾： 是由于遠(yuǎn)處山丘與高大建筑物反射形成的干擾信號，其特點(diǎn)是信號在時(shí)域和空間角度上發(fā)生了擴(kuò)散，從而引起相對應(yīng)的頻率選擇性衰落和空間選擇性衰落。 專門為克服由多徑傳播的時(shí)延功率譜的擴(kuò)散而引起頻率選擇性衰落的 Rake接收技術(shù)等。設(shè)有 L個載波，并有 L個比特，每個比特對應(yīng)一個載波進(jìn)行正交調(diào)制，調(diào)制以后的頻譜可示于圖 。 因此，相鄰的載波頻率以波特率相間。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 OFDM系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方案 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 OFDM信號頻譜 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 2. 多載頻到單載頻的解決方案 OFDM調(diào)制常要幾百或上千個載頻，這給實(shí)際應(yīng)用帶來了極大困難， Weinstein提出了一種利用離散傅里葉變換 (DFT)來實(shí)現(xiàn) OFDM的方法 —— 使多載波概念變成單載波概念來處