【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 固定碼率的單載波調(diào)制技術(shù)，其原理框圖如圖 所示 數(shù)據(jù)隨機(jī)化RS編碼導(dǎo)頻加入多路復(fù)接數(shù)據(jù)交織上變頻VSB調(diào)制格形編碼數(shù) 據(jù) 段 同 步數(shù) 據(jù) 場(chǎng) 同 步 圖 VSB 系統(tǒng)原理框圖 包格式為 188 字節(jié)的 TS 流進(jìn)行前項(xiàng)糾錯(cuò)編碼后附加了 20Byte 糾錯(cuò)碼，每個(gè)數(shù)據(jù)包變?yōu)?208Byte，再經(jīng) 2/3 格形編碼輸出到復(fù)用器，與數(shù)據(jù)段同步和數(shù)據(jù)場(chǎng)同步混合。由于 8VSB 調(diào)制是用 1 個(gè)符號(hào)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(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換為 4 個(gè) 8VSB 符號(hào)。 8VSB 系統(tǒng)加入了 的導(dǎo)頻信號(hào)，用于輔助載波恢復(fù)，同時(shí)加入了段同步信號(hào)，用于系統(tǒng)同步和時(shí)鐘信道編碼糾錯(cuò)保護(hù)措施。如此設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具備噪聲門(mén)限低 (理論 值) 、大傳輸容量 ( 固定有用數(shù)據(jù)位率為 ) 和實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)流 6 MPEG2Packet 188bit(1bit 同步 +187bit)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 (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(fù)用 )，屬于多載波調(diào)制技術(shù)，其原理框圖如圖 所示。 外F E C編 碼外 交織內(nèi)F E C編 碼內(nèi) 交織字 符映 射導(dǎo) 頻 加入幀 適配O F D M調(diào) 制加 入保 護(hù)間 隔數(shù) / 模轉(zhuǎn) 換發(fā)射數(shù) 據(jù)隨 機(jī)化 圖 COFDM 系統(tǒng)原理框圖 我們知道一個(gè)串行數(shù)據(jù)信號(hào)波形基本上包含了一系列的矩形脈沖，矩形的時(shí)域變量是 sinx/x 函數(shù)，因 此數(shù)字基帶信號(hào)具有 sin x/x 的頻譜特性。當(dāng)這個(gè)信號(hào)波形被用來(lái)調(diào)制一個(gè)載波頻率時(shí)，結(jié)果為一個(gè)以載波頻率為中心的對(duì)稱 sin x/x頻譜。頻譜里的零點(diǎn)出現(xiàn) 在載波后幾倍比特率的間隔上，接下來(lái)的載波可以其他零點(diǎn)為中心放置，載波間的相位為 ?90 。整個(gè)頻譜幾乎是矩形的，由幾千個(gè)載波被插入在一起，并填滿可用的傳輸信道。所以說(shuō) COFDM 實(shí)質(zhì)上就是首先將高碼率的串行數(shù)據(jù)流變成 Ⅳ 個(gè)低碼率的并行數(shù)據(jù)流，并對(duì) Ⅳ 個(gè)彼此正交的載波分別調(diào)制和發(fā)送，它是把多個(gè)載波緊密而高效地聯(lián)系起來(lái)，相互沒(méi)有干擾。由于使用很低的比特率，加上保護(hù)間隔的利用，使保護(hù)間隔的周期比反射信號(hào)周期更長(zhǎng)，有效地克服了碼間串?dāng)_。系統(tǒng)中放置了大量的導(dǎo)頻信號(hào)，穿插于數(shù)據(jù)之中，并以高于數(shù)據(jù) 3dB 的功率發(fā)送，完成系統(tǒng)同步、載波恢復(fù)、時(shí)鐘調(diào)整和信道估計(jì)。基于 8MHz 帶寬時(shí)，圖像、伴音、附加數(shù)據(jù)等的總有效數(shù)據(jù)率為 ，經(jīng)RS 糾錯(cuò)編碼后達(dá)到 。 （ 3）日本 ISDB—TOFDM系統(tǒng)日本提出的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播 (ISDB—TOFDM) 系統(tǒng)采用頻帶分段傳輸 (BST)OFDM 的調(diào)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(diào)制、傳輸方式與 DVB—TCOFDM 基本相同，可以說(shuō)是經(jīng)修改的歐洲方式，獨(dú)特之處在于 BST—OFDM 對(duì)不同的 BST 段采用不同的載波調(diào)制 方案和內(nèi)碼編碼碼率，依此提供了分級(jí)傳輸特性。每個(gè)數(shù)據(jù)段有其 7 自己的誤碼保護(hù)方案 (內(nèi)碼編碼碼率、時(shí)間交織深度 ) 和調(diào)制類(lèi)型 (QPSK，DQPSK， 16QAM 或者 64QAM)，因此每段能滿足不同的業(yè)務(wù)需求。整個(gè) 6MHz 頻帶被劃分為 13 個(gè)子帶，每個(gè)子帶 432kHz，將中間一個(gè)用于傳輸音頻信號(hào)，并大大加長(zhǎng)了交織深度 (最長(zhǎng)達(dá) )。 由上可見(jiàn)， QAM 作為一種數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，在數(shù)字電視中發(fā)揮著重要作用。 研究?jī)?nèi)容 主要研究?jī)?nèi)容 第 一 章 前言部分介紹了 QAM 的概念，介紹了調(diào)制與解調(diào)的概念， 概述 了QAM 的背景及應(yīng)用 第 二 章 主要 介紹了 QAM 的調(diào)制與解調(diào)原理，誤碼率性能。概述了 MQAM調(diào)制解調(diào)原理 第 三 章 概述了眼圖的概念，對(duì)正交振幅調(diào)制解調(diào)眼圖進(jìn)行了分析，概述了眼圖的概念。 第 四 章 介紹了尾隨機(jī)序列及概述了其應(yīng)用。 第 五 章 介紹了 MATLAB 仿真軟件，在 MATLAB 環(huán)境下對(duì) 16QAM 調(diào)制及解調(diào)進(jìn)行了仿真。 第 六 章 對(duì)論文進(jìn)行了總結(jié) ，指出文章的主要貢獻(xiàn)， QAM 的優(yōu)點(diǎn)，對(duì) QAM調(diào)制解調(diào)做出了展望。 8 第 2 章 正交振幅調(diào)制解調(diào)原理 正交振幅調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介 正交振幅調(diào)制 (QAM)是一種矢量調(diào) 制，它是將輸入 比特先映射 (一般采用格雷碼 )到一個(gè)復(fù)平面 (星座 )上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào)。然后將符號(hào)的 I、 Q 分量 (對(duì)應(yīng)復(fù)平面的實(shí)部和虛部 )采用幅度調(diào)制，分別對(duì)應(yīng)調(diào)制在相互正交 (時(shí)域正交 )的兩個(gè)載波上。這樣與只作幅度調(diào)制 (AM)相比，其頻譜利用率高出一倍 [2]。 由于正交幅度調(diào)制，尤其是高維數(shù)的正交幅度調(diào)制，抗干擾能力差，接收時(shí)需要的信噪比高，故不宜用于條件惡劣的無(wú)線信道，而常用于有線信道。 QAM 調(diào)制器的工作原理是這樣的，發(fā)送數(shù)據(jù)在比特 /符號(hào)編碼器內(nèi)被分成兩路 (速率各為原來(lái)的 1/2)，分別與一對(duì)正交調(diào)制分量相乘， 求和后輸出。與其它調(diào)制技術(shù)相比 ,QAM 編碼具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 目前，在歐洲 DVB 有線電纜傳輸標(biāo)準(zhǔn) DVBC 中采用 QAM 調(diào)制。根據(jù)信道質(zhì)量和傳輸數(shù)據(jù)率要求的不同，可采用 16QAM、 32QAM、 64QAM、 128QAM和 256QAM，分別對(duì)應(yīng)每符號(hào) 7 和 8 比特。 將各種調(diào)制結(jié)合起來(lái) ,可以更好地利用傳輸頻帶。對(duì)于各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻和數(shù)字調(diào)相，均以正弦信號(hào)作為 載波，并將二元或多元符號(hào)去調(diào)制載波的某一個(gè)參量，而正交幅度調(diào)制 (QAM)是以載波的幅度和相位兩 個(gè)參量同時(shí)載荷一個(gè)比特或一個(gè)多元符號(hào)的信息，它比單一參量受控?cái)?shù)字符號(hào)的頻帶傳輸方式更富有抗干擾能力。 正交幅度調(diào)制 (QAM)方式利用兩路正交的載波信號(hào)對(duì)兩路數(shù)字信號(hào) (由一路信號(hào)經(jīng)串 —并變換分離出的兩路數(shù)字信號(hào) )分別進(jìn)行幅度調(diào)制，然后在同一信道中傳輸。這種調(diào)制方式結(jié)合了幅度調(diào)制和相位調(diào)制，目前在各種行業(yè)的利用正在越來(lái)越多。 正交幅度調(diào)制 (QAM)屬于 M=4 的四元正交調(diào)幅，即 4QAM，簡(jiǎn)稱 QAM，常用于 M2 的多元調(diào)制。 QAM 的多元技術(shù) 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(duì)無(wú)線傳輸?shù)念l帶資源是很大的節(jié)省。 正交幅度調(diào)制 (QAM)是利用正交載波對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波 9 調(diào)幅形成 ,有各種各樣的 QAM,通過(guò)改變 PN 圖符的電平數(shù) (Levels)參數(shù)得到其他的 QAM 波形 。將 Levels 改為 2,可得到 4QAM,改為 4 時(shí)可得到 16QAM,改為 8 時(shí)可得到 64QAM 等。 若要將 16QAM 改為 32QAM 或 64QAM 時(shí) ,需要將系統(tǒng)定時(shí)中的抽樣點(diǎn)數(shù)相應(yīng)增多 ,才能得到比較清晰的星云圖 ,采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)定要按照關(guān)系 :采樣點(diǎn)數(shù) =(終止時(shí)間 起始時(shí)間 )采樣率 + 采樣率采樣點(diǎn)數(shù)三者之間不是相互獨(dú)立的 ,若有一個(gè)有變化 ,系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的變化。 調(diào)制端載波的參數(shù)必須和解調(diào)端的參數(shù)保持一致 ,要不就不能恢復(fù)出來(lái) ,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(lái)。 當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)不夠時(shí) ,得到的星座圖是比較分散 ,在隨著點(diǎn)數(shù)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(wú)限制的增加 ,這樣會(huì)使輸出波形模糊不清 ,所需要的時(shí)間也會(huì)很長(zhǎng) ,同時(shí)要調(diào)整采樣速率大小 ,從而得到最佳效果。 當(dāng)采樣速率比 PN 序列的速率大很多倍時(shí) ,得到的輸出波形越清晰 ,但是星云圖就會(huì)完全失去應(yīng) 有的模式 .采樣速率過(guò)小也不能得到相應(yīng)的星云圖。 QAM 信號(hào)是有兩個(gè)分別受到幅度調(diào)制的信號(hào)經(jīng)過(guò)疊加得到的 ,信號(hào)的幅度和相位都攜帶有信息 ,多進(jìn)制正交幅度調(diào)制充分利用了信號(hào)平面 ,因?yàn)殡S著進(jìn)制數(shù)增多 MQAM 能使得在不減少信號(hào)矢量端點(diǎn)之間的最小距離的情況下 ,盡量增加端點(diǎn)的數(shù)目。 QAM 的相位表現(xiàn)在坐標(biāo)上 ,大量的采樣可以得到不同制式信號(hào)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(guān)。 QAM 通過(guò) 載波 某些參數(shù)的變化傳輸信息。在 QAM 中，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化表示。 模擬信號(hào)的相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的 PSK 可以被認(rèn)為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。由此，模擬信號(hào)頻率 調(diào)制 和數(shù)字信號(hào) FSK 也可以被認(rèn)為是 QAM 的特例，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上就是相位調(diào)制。這里主要討論數(shù)字信號(hào)的 QAM，雖然模擬信號(hào) QAM 也有很多應(yīng)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(lèi)似于其他數(shù)字調(diào)制方式， QAM 發(fā)射的信號(hào)集可以用星座圖方便地表示，星座圖 上每一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)集中的那一點(diǎn)。星座點(diǎn)經(jīng)常采用水平和垂直方向等間距的正方網(wǎng)格配置，當(dāng)然也有其他的配置方式 。數(shù)字通信中數(shù)據(jù)常采用 10 二進(jìn)制數(shù)表示，這種情況下星座點(diǎn)的個(gè)數(shù)是 2的冪。常見(jiàn)的 QAM形式有 16QAM、64QAM、 256QAM 等。星座點(diǎn)數(shù)越多，每個(gè)符號(hào)能傳輸?shù)?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(diǎn)，會(huì)使星座點(diǎn)之間的距離變小，進(jìn)而導(dǎo)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(hào)采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)。解調(diào)器首先對(duì)收到的 QAM 信號(hào)進(jìn)行正交相干解調(diào)。 低通濾波器 LPF 濾除乘法器產(chǎn)生的高頻分量。 LPF 輸出經(jīng)抽樣判決可恢復(fù)出 m 電平信號(hào) x(t)和 y(t)。因?yàn)楹腿≈禐?177。1 ， 177。3 ， … ， 177。(ml)，所以判決電平應(yīng)設(shè)在信號(hào)電平間隔的中點(diǎn)，即 Ub＝ 0， 177。2 ， 177。4 ， … ， 177。(m2)。根據(jù)多進(jìn)制碼元與二進(jìn)制 碼元 之間的關(guān)系，經(jīng) m/2 轉(zhuǎn)換，可將電平信號(hào) m 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基帶信號(hào) x＇ (t)和 y＇ (t)[3]。 QAM 調(diào)制解調(diào)原理 QAM 調(diào)制 正交幅度調(diào)制 QAM 是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進(jìn)制 QAM 具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)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(diào)制方式是一種比較好的選擇。 正交幅度調(diào)制 (QAM)信號(hào)采用了兩個(gè)正交載波 cos2 cft? 和 sin2 cft? ，每一個(gè)載波都被一個(gè)獨(dú)立的信息比特序列所調(diào)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(hào)星座圖 式中 {Amc}和 {Ams}是電平集合，這些電平是通過(guò)將 k 比特序列映射為信號(hào)振幅而獲得的。例如一個(gè) 16 位 正交幅度調(diào)制信號(hào)的星座圖如 圖 所示，該星座 11 是通過(guò)用 M＝ 4PAM 信號(hào)對(duì)每個(gè)正交載波進(jìn)行振幅調(diào)制得到的。利用 PAM 分別調(diào)制兩個(gè)正交載波可得到矩形信號(hào)星座。 QAM 可以看成是振幅調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合。因此發(fā)送的 QAM 信號(hào)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(dá)到以符號(hào)速率 )( 21 kkRB ?同時(shí)發(fā)送 12221 lo g MMkk ?? 個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖 給出了 QAM 調(diào)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(diào)制 器相 位變 換平 衡 調(diào)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(hào)二進(jìn)制數(shù)據(jù) 圖 QAM 調(diào)制器框圖 QAM 的解調(diào)和判決 假設(shè)在信號(hào)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(hào)與下述兩個(gè)相移函數(shù)進(jìn)行相關(guān) ? ? ? ? ? ???? ?? tftgt cT 2c o s1 (25) ? ? ? ? ? ???? ?? tftgt cT 2s in2 (26) 如圖 所示，相關(guān)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(hào)的載波相