第7章数字调制祥解.ppt

数字调制 南京邮电大学信息工程系 余兆明 一、为什么要进行数字调制 DTVHDTV在卫星、地面广播、HFC网络上进行多路传输时,为提高频谱利用率,必须进行数字调制。 (1)例: 设HDTV未经压缩时的数据为663.5Mbit/s,经数据压缩后为31.8Mbit/s(压缩比为20.8:1),又设采用8VSB数字调制,此时的频谱利用系数为(5.3bit/s)/Hz,则调制后信号的带宽为(31.8Mbit/s)/(5.3bit/s)/Hz=6MHz 。这说明在6MHz模拟带宽范围内可传一路数字HDTV信号。 (2).例:设有一主级图像质量(MP@ML)的DTV信号,其速率为8.448Mbit/s(相当于目前演播室的PAL图像质量),同样采用8VSB数字调制,则经调制后信号的带宽为(8.448Mbit/s)/ (5.3bit/s)/Hz=1.6MHz 。在400MHz带宽的传输线路中可传输的节目数为400MHz/1.6MHz=250套节目。 三、DTV中几种数字调制技术的谱分析 五种调制方式 : 1.四相移相键控调制(QPSK: Quadrature phase- shift keying) 2.多电平正交幅度调制(M-QAM:Quadrature Amplitude Modulation) 3.正交频分复用调制(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 4.多电平残留边带调制(VSB: Vestigial Band) 5.扩频调制 1.QPSK的谱分析 (2)各种转发器带宽及相应的码率 2.MQAM的分析 3.几种数字调制信号的功率谱密度 (1)QAM数字调制器 (2) QAM系统星座图 (3)π/2旋转不变QAM星座的获得 在数字电视信号传输中，接收端的相干载波是从发送信号中提取的，由于信号集的布局不同，它可以在不同程度上产生相位不定度（phase ambiguity）。相位混淆程度与星座有关。当提取的相干载波发生90°、180°、270°，这样势必造成后面译码的差错。解决这个问题的主要途径是将差分的概念应用到QAM调制中去，使星座信号点的角度取决于相对差值，而不受直接与角度的绝对值挂钩。这种不受相干载波相位混淆QAM星座称为旋转不变的QAM星座。 为获得π/2旋转不变的QAM星座图,每个符号的两个最高有效位进行差分编码。根据差分编码原理，不难看出，码变换器的输出IkQk与输入AkBk符合下表所示的逻辑关系。 可得到卡诺图： 因此由上图可得两个MSB位的差分编码如下逻辑式所示： (4)16QAM调制符合π/2的旋转不变原则的星座图 (5)64QAM星座图 (6)DVB-C在CATV网中应用实例 4.无正交相位差正交幅度调制(Offset-QAM) 5.QAM的频谱利用率分析 设输入的二进制速率为10Mbit/s，2—4电平转换的输入为 ＝2.5Mbit/s，由信息论知识可得，1Hz最高可传输PCM信号2bit，所以它的基带信号最高频率为(2.5/2)MHz。根据平衡调制原理，见图可作如下数字分析，设本振频率为f0，调制信号频率为Ω，进行平衡调幅时，调幅后的输出信号为 : 6.OFDM调制 在无线传输系统，特别是电视广播系统中，由于城市建筑群或其它的复杂的地理环境，发送的信号经过反射，散射等传播路径后，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，使接收到的信号幅度出现随机起伏变化，形成多径衰弱。引起信号的频率选择性的衰减，导致信号畸变。在实际的移动通信中，多径干扰根据其产生的条件大致可分为以下三类：第一类多径干扰:是由于快速移动的用户附近物体的反射形成的干扰信号，其特点是在信号的频域上产生Doppler(多普勒)扩散而引起的时间选择性衰落。第二类多径干扰：它是由于远处山丘与高大建筑物反射形成的干扰信号，其特点是信号在时域和空间角度上发生了扩散，从而引起相对应的频率选择性衰落和空间选择性衰落。第三类多径干扰：由基站附近的建筑物和其他物体的反射而形成干扰信号，其特点是严重影响到达天线的信号入射角分布，从而引起空间选择性衰落。 (1)多载频调制原理框图 (2)OFDM信号频谱 (3)多载频到单载频的解决方案 OFDM调制常要几百或上千个载频，这给实际应用带来极大困难，Weinstein提出了一种利用离散付里叶变换(DFT)来实现OFDM。使多载波概念变成单载波概念来处理。这大大地简化了处理电路。 设OFDM信号发射周期为 所以， (4)消除码间干扰的措施 (5)OFDM的频谱利用率 7.残留边带调制（M-VSB） 假设输入的串行数据流速率为10Mbit/s，因此D/A变换器的输入速率