【正文】 QAM的功率譜分析 QAM(正交幅度調(diào)制 )是一種節(jié)省頻帶的數(shù)字調(diào)幅方法，在 2400 b/s以上的中、高速調(diào)制中常被采用，廣泛應(yīng)用于有線電視的下行傳輸及 HDTV的地面廣播傳輸中。 將 16QAM、 64QAM的平均功率譜密度和 QPSK的平均功率譜密度一起畫在圖 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 16QAM 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 LPF是滾降濾波器。 16QAM調(diào)制信號中各個 16QAM調(diào)制器電平狀態(tài)所對應(yīng)的 Q電平及 I電平由表 。同理可證明 64QAM中， 64=26，則它的頻譜利用系數(shù)為6b/(s 10Mbit/ s 4 b/( s H z ) z ??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 3. 64QAM系統(tǒng)星座圖 圖 64QAM調(diào)制的星座圖，這種星座圖經(jīng)常使用。 滾降系數(shù) α=。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 奈奎斯特濾波器的模板 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 奈奎斯特濾波器的模板參數(shù)詳見表 。相位混淆程度與星座有關(guān)。根據(jù)差分編碼原理，不難看出，碼變換器的輸出 IkQk與輸入 AkBk符合表 。而兩個最高位正好確定它所處象限的位置。當 φ=90176。整個系統(tǒng)基于 LSI Logic公司生產(chǎn)的 L64767 QAM 編碼芯片。 (3) 只需要一個數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。 每一個輸入信號都是差分對的形式，所以先進行差分處理，使數(shù)據(jù)由雙極性變換為單極性。 14 151 xx??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (3) QAM調(diào)制。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (5) D/A變換電路。這種 I、 Q信號的數(shù)字合成比傳統(tǒng)的 QAM調(diào)制少用了一個D/A變換器，這樣可消除兩個 DAC鎖相不穩(wěn)定造成的影響，提高了系統(tǒng)性能。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) I、 Q兩路數(shù)據(jù)抽取樣值的過程及 I、 Q抽取樣值的合成過程詳見圖 。 如圖 ，串行數(shù)據(jù)以每組 3 bit輸入到串 /并轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)串 /并轉(zhuǎn)換以后，送入 D/A中，由數(shù)字信號變?yōu)槟M信號，然后送入調(diào)制器進行幅度調(diào)制，調(diào)制后的信號最后經(jīng)殘留邊帶濾波后，則完成了殘留邊帶的調(diào)制過程。Hz) () 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 2. 16VXB的實現(xiàn)原理 16VSB原理與 8VSB基本相同，只是串行數(shù)據(jù)流以 4 bit為一組送入 D/A變換器中。 專門為克服由多普勒頻率擴散而引起的時間選擇性衰落的信道交織編碼技術(shù) 。這樣，在 k信道和(L＋ k)信道中的基帶信號在載波頻率 fk上進行抑制載波的調(diào)幅，這里： fk＝ f1＋ (k－ 1)f0 (1≤k≤L) f0代表波特率 1/T。 11sfTN t? ??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 將式 ()和式 ()代入式 ()得 () 其中： () 為 X(t)的低通復(fù)包絡(luò)。解決的方法是延長符號的持續(xù)時間或增加載波數(shù)量，使失真變得不是那么明顯。圖 OFDM時域原理示意圖。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 OFDM歸一化功率譜 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 5. OFDM的等效頻域表示 (1) 數(shù)學表達式。 圖 OFDM頻域等效框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 為了便于物理實現(xiàn)，將式 R=H (b) OFDM幀 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 實際應(yīng)用中，經(jīng)常將 Ks個 OFDM符號組合為一個 OFDM幀，其幀長為 () 而 即 OFDM的符號周期 應(yīng)為理論周期 Ts加上插入的保護間隔 Tg 。音頻信息比特率是 384 kb/s。頻域交織的作用是使相鄰格狀編碼的信號點在時間上分開，以便突發(fā)干擾點的噪聲相對均勻，使其分散在不同格狀編碼點，而不是集中在連續(xù)的幾個信號點上超出 TCM解碼的能力。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 復(fù)雜的 FFT的輸入數(shù)據(jù)也僅僅為 572個數(shù)據(jù)點，被調(diào)制在不同的載波上，剩余的載波都被調(diào)制上零數(shù)據(jù)。 (5) 解調(diào)：在接收方，每一個 OFDM載波上的數(shù)據(jù)能夠通過 FFT處理器解調(diào)。假定采用統(tǒng)一的帶寬，增加有效的碼元長度和保護間隔同增加 FFT的載波數(shù)可以達到一樣的效果。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (7) 結(jié)論：在 QPSKOFDM傳輸試驗中，得到了如下的結(jié)論：這里我們采用的是在 9 MHz 帶寬中采用 572個載波和 2 μs的間隔。這些“保護間隔”會占用一部分帶寬，通常 COFDM的載波數(shù)量越多，對于給定的最大反射延時時間，傳輸容量損失就越小。 11fT N t? ???第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 OFDM系統(tǒng)帶寬 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 因為 fN－ 1－ f0=(N－ 1)Δf，又有 ，所以 由于 N個子載波用 MQAM調(diào)制， MQAM的頻譜利用率為lbM，因此， OFDM系統(tǒng)的頻譜利用率為 () 11fT N t? ??? ? ?101 1 111Nf f N N t N t?????? ? ? ? ?????22l og l og112MMBt tN? ????? ????????第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 對于各子載波滿足正交性且各子載波的頻譜為嚴格的帶限頻譜的 OFDM系統(tǒng)，有 ， 所以 ?？傊?，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)傳輸信道的具體特性來合理選擇數(shù)字調(diào)制方式，以便更有效地利用信道資源，消除各種噪聲干擾。在每一種情況下，符號 Z的MSB由字節(jié) V的 MSB所取代。 (4) 同步離散多音調(diào)制 (SDMT)。 (8) 支持城域覆蓋。 75 試證明 OFDM系統(tǒng)的頻譜利用率為 l b l b112MMBttN??????????????第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 76 畫出 16QAM數(shù)字電視信號調(diào)制框圖，計算它的頻譜利用系數(shù)理論值，并說明整個計算過程。 lb1MN? ?? ??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 711 為什么要把 QAM星座圖變成 π/2旋轉(zhuǎn)不變星座圖？ 712 請分別畫出 64QAM調(diào)制的均勻星座和非均勻星座圖，并解釋各有什么作用。 79 試證明 16VSB的頻譜利用系數(shù)為 b/(s表 。 (4) 兼容 ATM技術(shù) 。因為 16VSB中每個符號需 4 bit信息，所以一個字節(jié)可映射成兩個符號。例如， 16QAM數(shù)字調(diào)制器輸入的一個符號數(shù)據(jù)量為 4 bit， 32QAM為 5 bit， 64QAM為 6 bit， 8VSB為 3 bit, 16VSB為4 bit等。 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) 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 在進行數(shù)字傳輸系統(tǒng)的設(shè)計時，調(diào)制方式的選擇依賴于所采用的傳輸信道特性。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 7. OFDM的頻譜利用率 接下來分析 QAMOFDM的頻譜利用率。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (8) 歐洲 DVB標準的 COFDM： 歐洲 DVBT數(shù)字電視開路標準采用了正交頻分復(fù)用調(diào)制 (OFDM)。體積小和低功耗是實際應(yīng)用中要考慮的主要因素，因此必須盡量將數(shù)字處理部分集成到大規(guī)模集成電路上。信源的比特率要在傳輸容量與信源的質(zhì)量之間找到一個平衡點。碼元的數(shù)據(jù)通過低通基帶濾波，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換，再通過正交調(diào)制轉(zhuǎn)換到中頻帶，然后通過頻率轉(zhuǎn)換裝置在射頻帶傳播。每一個 OFDM載波采用什么樣的調(diào)制方法關(guān)鍵是看其抵抗傳播狀況的能力。在 Mb/s的比特率情況下，糾錯僅僅在信源編碼中由 RS碼提供。下面對圖 圖部分加以說明。 Hn為 n個子載波信道的復(fù)衰落系數(shù) 。 S為信源矩陣， S=(S1S2… ) T。 ③ N越大，實際發(fā)送的并行碼元信號周期 Tp(≥NTs)就越長，抗符合間串擾 (ISI)的能力也就越強。當保護間隔大于信道脈沖響應(yīng)或多徑延遲時，就可以消除符號間的干擾。當 N=2m(m為正整數(shù) )時，可用快速算法，實現(xiàn)極其簡單。我們把這種多載波正交調(diào)制稱做 OFDM調(diào)制。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 。在實際的移動通信中，多徑干擾根據(jù)其產(chǎn)生的條件大致可分為以下三類：第一類多徑干擾：是由于快速移動的用戶附近物體的反射形成的干擾信號，其特點是在信號的頻域上產(chǎn)生 Doppler(多普勒 )擴散而引起的時間選擇性衰落。 VSB比單邊帶 SSB帶寬多一部分，因此其頻譜利用率降低。 8VSB的格狀編碼器、預(yù)編碼器、符號映射器如圖 。 π π( ) ( ) c os ( ) sin22u k I k k Q k k? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ?πc os2 k??????πsin2 k第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 由此數(shù)字式調(diào)制過程即相當于交替對 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，送至 D/A變換器，轉(zhuǎn)換成模擬 MQAM信號，即完成了此全數(shù)字調(diào)制處理。 (6) LC濾波電路。輸入數(shù)據(jù)率為符號時鐘，轉(zhuǎn)換器以 4倍符號率對信號進行過抽樣。隨機碼的 。 可以接收外部 MPEG數(shù)據(jù)流，也可以用其內(nèi)部的偽隨機碼源產(chǎn)生一個比特流用于測試。整個系統(tǒng)可以接收來自 MPEG2傳輸編碼器或衛(wèi)星接收機的輸入數(shù)據(jù)，輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)諧電路可直接送到有線電視傳輸系統(tǒng)中。表 中第 Ⅰ 象限星座點到星座圖中其它象限的轉(zhuǎn)換關(guān)系。、或 270176。 1111( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )k k k k k k k k kk k k k k k k k kI A B A I A B A A B B Q A B B I????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 接收端碼的卡諾圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 正如圖 ，改變兩個 MSB(即 a1和 b1)并根據(jù)表 所示的規(guī)則，旋轉(zhuǎn) q個 LSB可將象限 Ⅰ 中的星座點轉(zhuǎn)換到象限 Ⅱ 、Ⅲ 、 Ⅳ 中。相移時，這樣勢必造成后面譯碼的差錯。對于 QAM調(diào)制而言，傳輸信息量越高，抗干擾能力越低。濾波器同帶內(nèi)的帶內(nèi)紋波 rm值將提高到 ，同時在奈奎斯特頻率中 fN將降低 dB。請讀者注意區(qū)分這兩個圖中坐標的不同刻度。 256QAM的頻譜利用系數(shù)為 8 b/(s (b) 平衡調(diào)幅頻譜 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 所以帶寬為 2Ω。 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) 經(jīng)過 24電平轉(zhuǎn)換后，可得到－ － ＋ ＋ 3四個電平，則調(diào)制器 1輸出四個信號為＋ 3 sinω0t、＋ 1 sinω0t、 － 1 sinω0t、－ 3 sinω0t。Hz)。 Su(f)為正交幅度調(diào)制信號的功率譜密度 。圖 是以國際衛(wèi)星地球站標準 (IESS)308 號為基礎(chǔ)的，不同的滾降系數(shù)有不同的修正。 連接在 IF環(huán)中的 QPSK調(diào)制解調(diào)器應(yīng)滿足表 統(tǒng)中 IF環(huán) BER和 Eb/No 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 注：① Eb指的是 RS編碼前的有用位率，包括由于外部編碼 (10 lg(188/204)= dB)所造成的調(diào)制器、解調(diào)器共造成 dB的衰減和噪聲帶寬的增加。各種比率卷積碼在收縮過程中傳輸和不傳輸?shù)谋忍匾姳?。 M＝ 4時，即 QPSK的頻譜利用率為 2 b/(s每個分量都用二進制序列分別進行鍵控。 高速移動性，即最高移動速度要達到中國動車組火車 200 km/h、 300 km/h，甚至 400 km/h環(huán)境下正常觀看手機電視的要求。 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)的過程實際上是輸入已調(diào)信號與本地載波信號進行極性比較的過程，故常稱為極性比較法解調(diào)。 圖 (b)是產(chǎn)生 BPSK信號的鍵控法框圖。 下面介紹雙相移相鍵控的原理和實現(xiàn)方法。 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)，信 從例 ，采用的調(diào)制方式相同(64QAM)，但壓縮標準不同 (MPEG MPEG2)，調(diào)制出來的信號帶寬就不同 ( MHz、 MHz)。 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