【正文】 其抵抗傳播狀況的能力。如果傳播狀況變化得很快，則采用不同的調(diào)制方法比采用單一的調(diào)制方法更可取。因此在移動的數(shù)字傳播條件下，對每一個OFDM載波，既可采用同樣的調(diào)制方法也可采用不同的調(diào)制方法，如 QPSK和 QAM。因為在信源數(shù)據(jù)的傳播中，多徑延遲傳播比地面廣播系統(tǒng)短，又因為 FFT的載波數(shù)量是 1024個，在頻域內(nèi)基帶濾波需要多余的帶寬，因此有效的符號長度為 64 μs。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 復雜的 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)。這時的帶寬是9MHz，并且功率譜密度的形狀是矩形。加入的保護間隔也是IFFT輸出數(shù)據(jù)的一部分，我們能夠從基帶的 OFDM碼元中獲得樣值?？紤]到中繼的距離短，接收方的定向天線、傳播能力和傳播環(huán)境等因素，保護間隔的長度為 2 μs。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。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (4) 幀結(jié)構(gòu)：一個 OFDM幀包含 1000個碼元，其中 4個是同步碼元 (1個 0碼元、 1個掃描碼元和 2個參考碼元 )。同步位包含幀時鐘、碼元時鐘、 FFT樣點時鐘以及其它的時鐘。它是通過探測 0碼元和掃描碼元來確定的。 (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)。只要多徑的延遲沒有超出保護間隔的長度，載波上的數(shù)據(jù)就能夠被正確地解調(diào)。由于頻率交織，每一個載波上的相位旋轉(zhuǎn)在 FFT處理前通過相位旋轉(zhuǎn)裝置進行了補償，同時 A/D變換裝置的輸入通過自動增益控制進行了優(yōu)化。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) (6) 實際應用：因為數(shù)字廣播系統(tǒng)的音頻和視頻編碼朝著國際上統(tǒng)一的標準發(fā)展，所以數(shù)字開路廣播鏈路的信源編碼采用統(tǒng)一的標準。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。 OBL中的 OFDM的有效碼元的長度要考慮傳播路徑的延時和時變衰減。同時這個參數(shù)還取決于硬件的限制。如 FFT載波的個數(shù)和大規(guī)模集成電路處理的速度。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。硬件技術(shù)的發(fā)展對 OFDM裝置性能的改善起著重要的作用。保護間隔的長度大于最大的多徑延遲是可取的，但是在 OBL中保護間隔的長度不能取得太長。因為在OBL中，即使在保護間隔內(nèi)，也會有短延遲的多徑信號和嚴重 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 的錯誤出現(xiàn)，所以有必要確定保護間隔的長度，以避免冗余碼不能進行充分的糾錯。體積小和低功耗是實際應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。傳統(tǒng)情況下，在大規(guī)模的電視直播傳輸中需要大量的接收基站和定向天線。當應用 OFDMOBL時，可以減少基站的數(shù)量并應用非定向的天線。由于它的良好的抗多徑傳播的性能，OFDM調(diào)制方案還能夠形成單一頻率網(wǎng)絡。 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。數(shù)字 OBL采用 OFDM調(diào)制方案在多徑延遲條件下能保持穩(wěn)定的傳播。在 OBL中采用 OFDM，對移動信源不必采用跟蹤的定向天線，取而代之的是非定向天線和較少的接收基站，就可以在多徑環(huán)境中取得優(yōu)良的性能?？梢灶A料到， OFDM調(diào)制方案可以改善移動信源電視廣播傳播的操作，并且在大規(guī)模的傳播中簡化中繼網(wǎng)絡。 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用調(diào)制 (OFDM)。在這種調(diào)制方式內(nèi)，可以分成適用于小范圍的單發(fā)射機運行的 2k載波方式，適用于大范圍多發(fā)射機的 8k載波方式。在進行 OFDM之前，往往還采用內(nèi)碼編碼 (卷積編碼 )。這樣，編碼和調(diào)制合起來又稱為COFDM， COFDM調(diào)制方式將信息分布到許多個載波上面，這種技術(shù)曾經(jīng)成功地運用到了數(shù)字音、視頻廣播 DAB上面，用來避免傳輸環(huán)境造成的多徑反射效應，其代價是引入了傳輸“保護間隔”。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。但是總有一個平穩(wěn)點，增加載波數(shù)量會 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 使接收機復雜性增加，破壞相位噪聲靈敏度。由于 COFDM調(diào)制方式的抗多徑反射功能，它可以潛在地允許在單頻網(wǎng)中的相鄰網(wǎng)絡的電磁覆蓋重疊，在重疊的區(qū)域內(nèi)可以將來自兩個發(fā)射塔的電磁波看成是一個發(fā)射塔的電磁波與其自身反射波的疊加。但是如果兩個發(fā)射塔相距較遠，發(fā)自兩塔的電磁波的時間延遲比較長，系統(tǒng)就需要較大的保護間隔。 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。 設(shè)串行數(shù)據(jù)流的符號周期為 Δt，各子載波間的最小間隔為 Δf。為提高頻譜利用率，一般取 (串行傳輸?shù)姆柋环殖砷L度為 N的段 )。 OFDM系統(tǒng)的總帶寬為B=fN－ 1－ f0+2δ，其中 fk(0≤k≤N－ 1)為第 k個子載波， δ為子載波的單邊帶寬，如圖 。 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 。但在實際中 , (α為滾降系數(shù) ) 1 1 122fNt?????l b l blb111MMMBtNN??? ? ?????????? ?11 12 Nt?????第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 相應的頻譜利用率為 () 在 OFDM系統(tǒng)中，要想獲得較高的頻譜利用率，應選擇較大的 N值，同時應盡可能使?jié)L降系數(shù) α小一些。 l b l b l blb1111M M MMBtNNN????? ? ? ? ???????????第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) QPSK、 MQAM、 MVSB 、 OFDM小結(jié) 以上針對數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中常用的幾種數(shù)字調(diào)制方式的功率譜特性及其頻譜利用率進行了數(shù)學分析，表 了各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)頻譜利用率的理論值和實用值。表 為 4種典型數(shù)字調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)的難易比較。 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。例如， CATV上行信道存在漏斗效應，衛(wèi)星信道的天電干擾較嚴重，應選擇抗干擾能力較強、但頻譜利用率不高的 QPSK技術(shù) 。 在地面無線傳輸中，多徑效應較為嚴重，可采用抗多徑干擾顯著的 OFDM技術(shù) 。 而在 CATV下行信道中，干擾較小，可采用頻譜利用率較高的 QAM技術(shù)。總之，設(shè)計者應根據(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。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 字節(jié)到符號的映射 此處的字節(jié)指的是傳輸流中每個字節(jié)的數(shù)據(jù)，通常每個字節(jié)的數(shù)據(jù)量永遠不變，為 8 bit。 符號指的是送到數(shù)字調(diào)制器去的一組數(shù)據(jù)，一般是并行送出的，每組數(shù)據(jù)稱做一個符號。采用的數(shù)字調(diào)制的方法不同，一個符號所包含的比特數(shù)目就不相等。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。針對不同的數(shù)字調(diào)制方法，要把字節(jié) (8 bit)數(shù)據(jù)映射成一個一個符號，再進行數(shù)字調(diào)制。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 在卷積交織后，字節(jié)到符號的映射要精確地執(zhí)行。在調(diào)制系統(tǒng)中，映射依賴于比特邊緣。在每一種情況下，符號 Z的MSB由字節(jié) V的 MSB所取代。相應地，下一個符號的有效位將被下一個字節(jié)的有效位取代。在 2mQAM調(diào)制中，處理器將從k比特映射到 n個符號，如： 8k=n m () 圖 64QAM (其中 m=6， k=3 and n=4)為例說明了處理過程。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 用于 64QAM的字節(jié)到 m比特符號的轉(zhuǎn)換 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 美國有線電視網(wǎng)曾采用過 16VSB數(shù)字調(diào)制，在調(diào)制之前要進行字節(jié)到符號的映射，它的映射方式如圖 。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。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 圖 16VSB映射器 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 反向信道 (上行信道 )數(shù)字調(diào)制技術(shù) 1. 上行信道調(diào)制 上行信道主要用于用戶的點播數(shù)據(jù)傳輸，對信號的調(diào)制方式有以下 4種 : (1) 四相移相鍵控 (QPSK)調(diào)制 。 (2) 離散小波多音調(diào)制 (DWMT)。 (3) 同步碼分多址 (SCDMA)調(diào)制 。 (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. 回傳信道協(xié)議 Cable TV LAN MAC/PHY 提出的媒體訪問控制 (MAC)協(xié)議，必須滿足如下要求： (1) 能滿足恒定比特速率 (CBR)、變比特速率 (VBR)和可用比特速率 (ABR)業(yè)務的動態(tài)帶寬分配要求 。 (2) 兼容 。 (3) 支持物理層技術(shù)的升級 。 (4) 兼容 ATM技術(shù) 。 (5) 支持對稱和非對稱傳輸 。 (6) 信道容量大 。 (7) 接入延時低 。 (8) 支持城域覆蓋。 第 7章 數(shù)字電視調(diào)制和解調(diào) 世界各國提出許多 MAC協(xié)議，歸結(jié)起來可分為兩大類： 分布式協(xié)議和集中式協(xié)議。在分布式協(xié)議中沒有集中控制器，例如載波偵聽沖突檢測 (CSMA/CD)和 RALOHA協(xié)議。集中式協(xié)議提供了更好的定時機制來避免沖突，如 IBM公司的MLAP(MAC水平接入?yún)f(xié)議 )、 亞特蘭大科技公司的XDQRAP(擴展分布式排隊隨機接入?yún)f(xié)議 )、 ATT貝爾實驗室的 ADAPt(自登記 )協(xié)議、佐治亞理工學院的 CPR(集中式優(yōu)先級預約 )協(xié)議、 TDMA(時分多址 )協(xié)議、 PCUP(流水線循環(huán)上行 )協(xié)議等。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) 習 題 71 通信系統(tǒng)中學過哪些數(shù)字調(diào)制技術(shù)？ 72 為什么 OFDM數(shù)字調(diào)制的抗干擾性強？ 73 簡述 OFDM數(shù)字調(diào)制原理。為什么它能提高頻譜利用率？ 請舉例作定量分析。 74 采用數(shù)學方法證明可將多載頻的 OFDM調(diào)制變成單載頻調(diào)制。 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。 77 畫出 64QAM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。 78 試證明 8VSB的頻譜利用系數(shù)為 b/(sHz)。 79 試證明 16VSB的頻譜利用系數(shù)為 b/(sHz)。 710 試證明 OFDMMQAM的頻譜利用率為 注： α為滾降系數(shù) (一般為 ~)。 N為子載波數(shù)。 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。 713 說明 64QAM調(diào)制如何獲得 π/2旋轉(zhuǎn)不變的星座圖。 714 下行信道有哪幾種數(shù)字調(diào)制