【文章內容簡介】 固定碼率的單載波調制技術，其原理框圖如圖 所示 數據隨機化RS編碼導頻加入多路復接數據交織上變頻VSB調制格形編碼數 據 段 同 步數 據 場 同 步 圖 VSB 系統(tǒng)原理框圖 包格式為 188 字節(jié)的 TS 流進行前項糾錯編碼后附加了 20Byte 糾錯碼，每個數據包變?yōu)?208Byte，再經 2/3 格形編碼輸出到復用器，與數據段同步和數據場同步混合。由于 8VSB 調制是用 1 個符號表示 3bit 信息，采用 2/3 格形編碼 (即2bit 將變成 3bit)后正好可以使 1 個字節(jié)轉換為 4 個 8VSB 符號。 8VSB 系統(tǒng)加入了 的導頻信號，用于輔助載波恢復，同時加入了段同步信號，用于系統(tǒng)同步和時鐘信道編碼糾錯保護措施。如此設計使系統(tǒng)具備噪聲門限低 (理論 值) 、大傳輸容量 ( 固定有用數據位率為 ) 和實現串行數據流 6 MPEG2Packet 188bit(1bit 同步 +187bit)等技術優(yōu)勢。 (2) 歐洲 DVB—TCOFDM 系統(tǒng) 。 歐洲的 DVB—T 采用的是 COFDM(編碼正交頻分復用 )，屬于多載波調制技術，其原理框圖如圖 所示。 外F E C編 碼外 交織內F E C編 碼內 交織字 符映 射導 頻 加入幀 適配O F D M調 制加 入保 護間 隔數 / 模轉 換發(fā)射數 據隨 機化 圖 COFDM 系統(tǒng)原理框圖 我們知道一個串行數據信號波形基本上包含了一系列的矩形脈沖，矩形的時域變量是 sinx/x 函數，因 此數字基帶信號具有 sin x/x 的頻譜特性。當這個信號波形被用來調制一個載波頻率時，結果為一個以載波頻率為中心的對稱 sin x/x頻譜。頻譜里的零點出現 在載波后幾倍比特率的間隔上，接下來的載波可以其他零點為中心放置，載波間的相位為 ?90 。整個頻譜幾乎是矩形的，由幾千個載波被插入在一起，并填滿可用的傳輸信道。所以說 COFDM 實質上就是首先將高碼率的串行數據流變成 Ⅳ 個低碼率的并行數據流，并對 Ⅳ 個彼此正交的載波分別調制和發(fā)送，它是把多個載波緊密而高效地聯系起來，相互沒有干擾。由于使用很低的比特率，加上保護間隔的利用，使保護間隔的周期比反射信號周期更長，有效地克服了碼間串擾。系統(tǒng)中放置了大量的導頻信號，穿插于數據之中，并以高于數據 3dB 的功率發(fā)送，完成系統(tǒng)同步、載波恢復、時鐘調整和信道估計?；?8MHz 帶寬時，圖像、伴音、附加數據等的總有效數據率為 ，經RS 糾錯編碼后達到 。 （ 3）日本 ISDB—TOFDM系統(tǒng)日本提出的綜合業(yè)務數字廣播 (ISDB—TOFDM) 系統(tǒng)采用頻帶分段傳輸 (BST)OFDM 的調制方式，由一組共同的稱為 BST 段的基本頻率塊組成。使用的編碼、調制、傳輸方式與 DVB—TCOFDM 基本相同，可以說是經修改的歐洲方式，獨特之處在于 BST—OFDM 對不同的 BST 段采用不同的載波調制 方案和內碼編碼碼率，依此提供了分級傳輸特性。每個數據段有其 7 自己的誤碼保護方案 (內碼編碼碼率、時間交織深度 ) 和調制類型 (QPSK，DQPSK， 16QAM 或者 64QAM)，因此每段能滿足不同的業(yè)務需求。整個 6MHz 頻帶被劃分為 13 個子帶，每個子帶 432kHz，將中間一個用于傳輸音頻信號，并大大加長了交織深度 (最長達 )。 由上可見， QAM 作為一種數字信號的調制方式，在數字電視中發(fā)揮著重要作用。 研究內容 主要研究內容 第 一 章 前言部分介紹了 QAM 的概念，介紹了調制與解調的概念， 概述 了QAM 的背景及應用 第 二 章 主要 介紹了 QAM 的調制與解調原理，誤碼率性能。概述了 MQAM調制解調原理 第 三 章 概述了眼圖的概念，對正交振幅調制解調眼圖進行了分析，概述了眼圖的概念。 第 四 章 介紹了尾隨機序列及概述了其應用。 第 五 章 介紹了 MATLAB 仿真軟件，在 MATLAB 環(huán)境下對 16QAM 調制及解調進行了仿真。 第 六 章 對論文進行了總結 ，指出文章的主要貢獻， QAM 的優(yōu)點，對 QAM調制解調做出了展望。 8 第 2 章 正交振幅調制解調原理 正交振幅調制技術簡介 正交振幅調制 (QAM)是一種矢量調 制，它是將輸入 比特先映射 (一般采用格雷碼 )到一個復平面 (星座 )上，形成復數調制符號。然后將符號的 I、 Q 分量 (對應復平面的實部和虛部 )采用幅度調制，分別對應調制在相互正交 (時域正交 )的兩個載波上。這樣與只作幅度調制 (AM)相比，其頻譜利用率高出一倍 [2]。 由于正交幅度調制，尤其是高維數的正交幅度調制，抗干擾能力差，接收時需要的信噪比高，故不宜用于條件惡劣的無線信道，而常用于有線信道。 QAM 調制器的工作原理是這樣的，發(fā)送數據在比特 /符號編碼器內被分成兩路 (速率各為原來的 1/2)，分別與一對正交調制分量相乘， 求和后輸出。與其它調制技術相比 ,QAM 編碼具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強等優(yōu)點。 目前，在歐洲 DVB 有線電纜傳輸標準 DVBC 中采用 QAM 調制。根據信道質量和傳輸數據率要求的不同，可采用 16QAM、 32QAM、 64QAM、 128QAM和 256QAM，分別對應每符號 7 和 8 比特。 將各種調制結合起來 ,可以更好地利用傳輸頻帶。對于各種數字調制技術，如數字調幅、數字調頻和數字調相，均以正弦信號作為 載波，并將二元或多元符號去調制載波的某一個參量，而正交幅度調制 (QAM)是以載波的幅度和相位兩 個參量同時載荷一個比特或一個多元符號的信息，它比單一參量受控數字符號的頻帶傳輸方式更富有抗干擾能力。 正交幅度調制 (QAM)方式利用兩路正交的載波信號對兩路數字信號 (由一路信號經串 —并變換分離出的兩路數字信號 )分別進行幅度調制，然后在同一信道中傳輸。這種調制方式結合了幅度調制和相位調制，目前在各種行業(yè)的利用正在越來越多。 正交幅度調制 (QAM)屬于 M=4 的四元正交調幅，即 4QAM，簡稱 QAM，常用于 M2 的多元調制。 QAM 的多元技術 MQAM，其中 M 值可以很大，如M=1024，即 1024QAM，其頻帶 利用率大大提高，這對無線傳輸的頻帶資源是很大的節(jié)省。 正交幅度調制 (QAM)是利用正交載波對兩路信號分別進行雙邊帶抑制載波 9 調幅形成 ,有各種各樣的 QAM,通過改變 PN 圖符的電平數 (Levels)參數得到其他的 QAM 波形 。將 Levels 改為 2,可得到 4QAM,改為 4 時可得到 16QAM,改為 8 時可得到 64QAM 等。 若要將 16QAM 改為 32QAM 或 64QAM 時 ,需要將系統(tǒng)定時中的抽樣點數相應增多 ,才能得到比較清晰的星云圖 ,采樣點數的設定要按照關系 :采樣點數 =(終止時間 起始時間 )采樣率 + 采樣率采樣點數三者之間不是相互獨立的 ,若有一個有變化 ,系統(tǒng)會相應的變化。 調制端載波的參數必須和解調端的參數保持一致 ,要不就不能恢復出來 ,另外 ,低通濾波器的帶寬必須和載波的頻率一樣 ,這樣才能將有用的信息保留下來。 當采樣點數不夠時 ,得到的星座圖是比較分散 ,在隨著點數的增多 ,星云圖的密集程度越高 ,得到的效果越好 ,但是也不能無限制的增加 ,這樣會使輸出波形模糊不清 ,所需要的時間也會很長 ,同時要調整采樣速率大小 ,從而得到最佳效果。 當采樣速率比 PN 序列的速率大很多倍時 ,得到的輸出波形越清晰 ,但是星云圖就會完全失去應 有的模式 .采樣速率過小也不能得到相應的星云圖。 QAM 信號是有兩個分別受到幅度調制的信號經過疊加得到的 ,信號的幅度和相位都攜帶有信息 ,多進制正交幅度調制充分利用了信號平面 ,因為隨著進制數增多 MQAM 能使得在不減少信號矢量端點之間的最小距離的情況下 ,盡量增加端點的數目。 QAM 的相位表現在坐標上 ,大量的采樣可以得到不同制式信號不同的星座圖 ,相位與采樣周期 ,載波周期 ,載波頻率 ,碼元周期 ,觀察周期等有關。 QAM 通過 載波 某些參數的變化傳輸信息。在 QAM 中，數據信號由相互正交的兩個載波的幅度變化表示。 模擬信號的相位調制和數字信號的 PSK 可以被認為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調制。由此，模擬信號頻率 調制 和數字信號 FSK 也可以被認為是 QAM 的特例，因為它們本質上就是相位調制。這里主要討論數字信號的 QAM，雖然模擬信號 QAM 也有很多應用，例如 NTSC 和 PAL 制式的電視系統(tǒng)就利用正交的載波傳輸不同的顏色分量。 類似于其他數字調制方式， QAM 發(fā)射的信號集可以用星座圖方便地表示，星座圖 上每一個星座點對應發(fā)射信號集中的那一點。星座點經常采用水平和垂直方向等間距的正方網格配置，當然也有其他的配置方式 。數字通信中數據常采用 10 二進制數表示，這種情況下星座點的個數是 2的冪。常見的 QAM形式有 16QAM、64QAM、 256QAM 等。星座點數越多，每個符號能傳輸的 信息量 就越大。但是，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點，會使星座點之間的距離變小，進而導致誤碼率上升。因此高階星座圖的 可靠性 比低階要差。 QAM 信號采取正交相干解調的方法解調。解調器首先對收到的 QAM 信號進行正交相干解調。 低通濾波器 LPF 濾除乘法器產生的高頻分量。 LPF 輸出經抽樣判決可恢復出 m 電平信號 x(t)和 y(t)。因為和取值為 177。1 ， 177。3 ， … ， 177。(ml)，所以判決電平應設在信號電平間隔的中點，即 Ub＝ 0， 177。2 ， 177。4 ， … ， 177。(m2)。根據多進制碼元與二進制 碼元 之間的關系，經 m/2 轉換，可將電平信號 m 轉換為二進制基帶信號 x＇ (t)和 y＇ (t)[3]。 QAM 調制解調原理 QAM 調制 正交幅度調制 QAM 是數字通信中一種經常利用的數字調制技術，尤其是多進制 QAM 具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調制方式是一種比較好的選擇。 正交幅度調制 (QAM)信號采用了兩個正交載波 cos2 cft? 和 sin2 cft? ，每一個載波都被一個獨立的信息比特序列所調制。 ( ) ( ) c os 2 ( ) sin 2 , 1 , 2 , .. .,m m c T c m s T cu t A g t f t A g t f t m M??? ? ? (21) 圖 M=16QAM 信號星座圖 式中 {Amc}和 {Ams}是電平集合，這些電平是通過將 k 比特序列映射為信號振幅而獲得的。例如一個 16 位 正交幅度調制信號的星座圖如 圖 所示，該星座 11 是通過用 M＝ 4PAM 信號對每個正交載波進行振幅調制得到的。利用 PAM 分別調制兩個正交載波可得到矩形信號星座。 QAM 可以看成是振幅調制和相位調制的結合。因此發(fā)送的 QAM 信號波形可表示為： ? ? ? ? ? ? 21 , .. .2,1, .. .,2,1,2c o s MnMmtftgAtu ncTmmn ???? ?? (22) 如果 ,211 kM? ,2 22 kM ? 那么 QAM 方法就可以達到以符號速率 )( 21 kkRB ?同時發(fā)送 12221 lo g MMkk ?? 個二進制數據。圖 給出了 QAM 調制器的框圖。 串 / 并發(fā) 送 濾波 器 g ( t )本 地 振 蕩發(fā) 送 濾波 器 g ( t )平 衡 調制 器相 位變 換平 衡 調制 器C o s 2 π f c ts i n 2 π f c t發(fā) 送 Q A M信 號二進制數據 圖 QAM 調制器框圖 QAM 的解調和判決 假設在信號傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。 因此 r(t)可以表示為： ( ) ( ) c os( 2 ) ( ) sin( 2 ) ( )m c T c m s T cr t A g t f A g t f n t? ? ? ?? ? ? ? ? (23) 其中 ? 是載波相位偏移，且 ( ) ( ) c os 2 ( ) 2c c s t n t f t n t f t???? (24) 將接收信號與下述兩個相移函數進行相關 ? ? ? ? ? ???? ?? tftgt cT 2c o s1 (25) ? ? ? ? ? ???? ?? tftgt cT 2s in2 (26) 如圖 所示，相關器的輸出抽樣后輸入判決器。使用圖 中所示的鎖相環(huán)估算接收信號的載波相