【文章內(nèi)容簡介】 保護中可以取消內(nèi)碼編碼。調(diào)制方式改成 64QAM方式，有時也可以采用 16QAM、 32QAM或更高的 128QAM、 256QAM。對于 QAM調(diào)制而言，傳輸信息量越高，抗干擾能力越低。在一個 8 MHz 標準電視頻道內(nèi)，如果使用 64QAM，則所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率為 Mb/s。 DVBC在 CATV網(wǎng)中的應用實例見表 。 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) π/2旋轉不變 QAM星座的獲得 在數(shù)字電視信號傳輸中，接收端的相干載波是從收到的發(fā)送信號中提取的，由于信號集的布局不同，它可以在不同程度上產(chǎn)生相位不定度 (phase ambiguity)。相位混淆程度與星座有關。當提取的相干載波發(fā)生 90176。、 180176。、 270176。相移時，這樣勢必造成后面譯碼的差錯。解決這個問題的主要途徑是將差分的概念應用到 QAM調(diào)制中去，使星座信號點的角度取決于相對差值，而與角度的絕對值不直接掛鉤。這種不受相干載波相位混淆的 QAM星座稱為 π/2旋轉不變的 QAM星座。 為獲得 π/2旋轉不變的 QAM星座圖，每個符號的兩個最高有效位進行差分編碼。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 。 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 。 因此由圖 MSB位的差分編碼如下： ”表示異或 (EXOR)，“＋”表示邏輯或 (OR)，“ ”表示邏輯與 (AND)，上畫線表示反轉。 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 q個 LSB可將象限 Ⅰ 中的星座點轉換到象限 Ⅱ 、Ⅲ 、 Ⅳ 中。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的旋轉對稱性。這樣，就可以消除相位模糊度對解調(diào)的影響。從圖 可以清楚地看出，星座圖中如果移去兩個最高位不考慮，則相鄰兩個象限的配置呈現(xiàn)出 π/2 的旋轉對稱性。而兩個最高位正好確定它所處象限的位置。如圖， a1b1的矢量安排滿足 π/2的旋轉不變的原則， 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 結果恢復載波的 φ相位無論是 0176。、 90176。、 180176。、或 270176。，解調(diào)輸出的矢量代碼將保持不變。當 φ=0176。時，根據(jù)圖中 A點與 I軸的位置關系，譯出其代碼為 11。當 φ=90176。時，恢復載波與 Q軸同相，此時 A點與 Q軸的位置關系相當于 A′點和 I軸的位置關系，解出的代碼仍為 11?？梢耘卸ń庹{(diào)得到與 a1b1相位模糊度無關。圖 表示的是 16QAM調(diào)制符合 π/2的旋轉不變原則的星座圖。表 中第 Ⅰ 象限星座點到星座圖中其它象限的轉換關系。 32QAM、 64QAM調(diào)制符合 π/2的旋轉不變原則的星座圖見圖 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 QAM調(diào)制中兩個最高位進行差分編碼 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 16QAM調(diào)制符合 π/2的旋轉不變原則的星座圖 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) 圖 32QAM調(diào)制符合 π/2的旋轉不變原則的星座圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 64QAM調(diào)制符合 π/2的旋轉不變原則的星座圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) OffsetQAM 數(shù)字調(diào)制技術 1. OffsetQAM調(diào)制電路框圖 QAM調(diào)制廣泛應用于數(shù)字有線電視網(wǎng)傳輸中。在此，介紹一種高精度數(shù)字 QAM調(diào)制系統(tǒng)的硬件電路設計。整個系統(tǒng)基于 LSI Logic公司生產(chǎn)的 L64767 QAM 編碼芯片。 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。將數(shù)字衛(wèi)星接收下來的信號經(jīng) QPSK數(shù)字解調(diào)后，再送入 L64767進行 QAM數(shù)字調(diào)制，調(diào)制后的信號可以送往數(shù)字有線電視網(wǎng)中。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 以這一芯片為基礎，加上輸入信號預處理電路、 I/Q合成電路、 D/A變換電路，就構成了基帶數(shù)字 QAM調(diào)制系統(tǒng)。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。OffsetQAM調(diào)制電路框圖見圖 。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 OffsetQAM調(diào)制電路框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 該 QAM全數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點： (1) 可以對 MPEG數(shù)據(jù)流進行 1 3 6 128或 256QAM調(diào)制，也即調(diào)制系數(shù)是可以選擇的。 (2) 對于 I、 Q信號進行數(shù)字式合成。 (3) 只需要一個數(shù) /模轉換器。 (4) I、 Q合成后直接連到中頻。 (5) 可以下載 QAM調(diào)制所需的奈奎斯特濾波系數(shù)。 (6) 在濾波系數(shù)下載后，整個系統(tǒng)自行工作。 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。 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。 這是 QAM全數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的輸入部分， DVB兼容的信號通常來源于 QPSK解調(diào)器或 MPEG視頻源。 MPEG數(shù)據(jù)流可以是字節(jié)并行或比特串行格式。 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。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (2) 偽隨機碼源。這一模塊要求執(zhí)行兩個功能： ① 切換輸入源到 QAM調(diào)制器，完成輸入的重同步，產(chǎn)生偽隨機數(shù)據(jù)用于測試。 ② 當沒有外部數(shù)據(jù)輸入時，由偽隨機碼源 PRBS產(chǎn)生周期性的偽隨機碼，用于系統(tǒng)測試 QAM調(diào)制器的性能。隨機碼的 。當有外部數(shù)據(jù)輸入時，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。因此，這一模塊將包括一個數(shù)據(jù)源選擇電路，而內(nèi)、外數(shù)據(jù)源選擇的控制信號由微處理器電路提供。本實驗用一片 CPLD來編程實現(xiàn)這些功能。 14 151 xx??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (3) QAM調(diào)制。 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。 (4) I/Q合成電路。 I/Q合成電路將 QAM數(shù)字調(diào)制器 L64767輸出的 10 bit的 I和 Q信號合成為一路碼流。輸入數(shù)據(jù)率為符號時鐘，轉換器以 4倍符號率對信號進行過抽樣。 將 I、 Q信號數(shù)字合成可以改善系統(tǒng)性能，并降低成本。因為傳統(tǒng)的合成信號的方法要用兩個 DAC，分別對 I、 Q兩路信號進行 D/A變換，然后再將兩路模擬信號疊加。這樣，如果兩個DAC沒有完全匹配 , 將產(chǎn)生相位失真 , 導致接收端誤比特率增加。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (5) D/A變換電路。 10 bit的 DAC電路將數(shù)字 I、 Q合成信號變換成模擬信號。 DAC本身是一個非線性器件，所以還要應用補償電路進行補償。本系統(tǒng)是在 DAC之后使用模擬放大電路來進行補償?shù)摹? (6) LC濾波電路。 LC濾波電路是一個帶通濾波器，可以消除數(shù) /模轉換過程中產(chǎn)生的高頻諧波分量。濾波器要設計成在整個濾波范圍內(nèi)的群遲延為線性，因為任何非線性濾波都將導致信號失真。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 2. OffsetQAM調(diào)制原理分析 從 L64767輸出的信號是兩路 10 bit的 I、 Q數(shù)字信號，首先就要把這兩路數(shù)字信號合為一路信號，再對一路合成數(shù)字信號進行模 /數(shù)轉換，將其變?yōu)槟M MQAM 信號，經(jīng)調(diào)諧發(fā)送至信道。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) 設發(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, 則相應上式可用下述離散化形式表達： u(k) T=I(k)cos(2πfc/fsk)+Q(k)sin(2πfc/fsk) (0≤k≤+∞) () 如果假設在每一周期中僅取 4個等間隔樣點，即 fs=4fc，則有 () 而 可以表示為［＋ 1， 0，－ 1， 0， … ］抽樣序列， 可以表示為［ 0， +1， 0，－ 1， … ］抽樣序列， 相應同相及正交樣本序列構成的 u(k)樣本序列即變成為以下 形式： ［ I1， Q2，－ I3，－ Q4， I5， Q6，－ I7，－ Q8， … ］。 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，轉換成模擬 MQAM信號，即完成了此全數(shù)字調(diào)制處理。 由以上分析，設計 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。 本系統(tǒng) I、 Q合成電路的設計仍是用一片 EPM7128實現(xiàn)。而對 I、 Q兩路數(shù)字信號抽取樣值并隔組求反的操作，用 VHDL語言編程可輕易實現(xiàn)。 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 。從該圖可以看出，正交調(diào)制的精度，即嚴格的π/2關系，由對 I、 Q信號進行抽樣來確保。而抽樣時鐘的精度可以做得很高，也就是確保了嚴格的正交關系，從某種意義上來說消除了相位模糊度，數(shù)字解調(diào)時不會造成誤碼，也即抗誤碼能力很強。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 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圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) MVSB(殘留邊帶 )數(shù)字調(diào)制技術 1. 8VSB的實現(xiàn)原理 美國地面廣播采用 8VSB數(shù)字調(diào)制。 8VSB的格狀編碼器、預編碼器、符號映射器如圖 。 ATSC標準系統(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格狀編碼器、預編碼器、符號映射器 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 數(shù)字調(diào)制采用的信號波形是 8電平 (3 bit)一維的星座，采用相對簡單的 (短的 ) 4狀態(tài)格狀編碼器。長的格狀編碼會造成較長的突發(fā)差錯并需要更多的交織過程。 如圖 ，串行數(shù)據(jù)以每組 3 bit輸入到串 /并轉換器中，經(jīng)串 /并轉換以后，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。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 8VSB實現(xiàn)框圖 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 假設輸入的串行數(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。由信息論知識可得， 1 Hz最高可傳輸 PCM信號 2 bit，所以它的基帶信號最高頻率為 () 由平衡調(diào)制原理知，調(diào)制后的信號帶寬為 () 10 / 3 5 MH z = MH z235 102 MH z = MH z33?第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 若只考慮單邊帶 (SSB)濾波，則 SSB的頻譜利用率為 () 殘留邊帶濾波器的頻率特性如圖 。 10 Mb/s6 b/( s H z )5 Mhz3??第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 殘留邊帶濾波器的頻率特性 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 從圖 ， VSB讓一個邊帶全部通過，而另一個邊帶只殘留了一部分余跡。 VSB比單邊