[图文]数字电视中的载波调制技术(下)
2003-05-26 慧聪广电商务网

武汉电视台 刘怀林

三、降低调制信号符号速率的几种办法

首先解释一下符号速率与信息速率。符号速率是系统中每秒所传送的脉冲个数（用MB/s表示，B指baud），而信息速率就是我们常说的传输率，即每秒钟传送的比特数，以Mb/s表示，这里的b为bit，对于二进制来说，Baud与bit相一致，但在多进制中两者就不一样。
现在看一下降低信号符号速率的几种办法。

（1）分流正交：我们依照彩色电视中利用彩色的载波调制两个色差信号的情况，将串行数据流经串/并转换后变成两个并行流，例如输入的数字信号为A1B1A2B2A3B3……，则经串/并变换后变成A1A2A3…和B1B2B3……两个数据流，然后两个数据流再正交调制到一个载波上，达到信号速率降低一半的目的。这就是QPSK的机理。

（2）分成多个并行数据流：如果我们在串/并变换中分成的不是两个，而是多个（如n个），然后再将n个码流分别调制在n个载波上，这样信号速率降低了1/n，大大降低的调制带宽，这是多载波调制的基本思路。

（3）多进制转换

上一节谈到二进制调制，如果在调制前将数字信号进行多进制转换，降低数字信号的符号速率，从而达到降低调制载波占用带宽的问题。

所谓多进制转换，就是将二进制系列脉冲向多进制脉冲的转换。对于一个二进制脉冲，每个脉冲只能携带1个bit的信息；对于四进制脉冲，每个脉冲可携带2个bit的信息，对于一个八进制脉冲，每个脉冲可携带3个比特的信息，推而广之，一个m进制的脉冲，每个脉冲可携带log2M个信息。

我们以八进制为例，看一看八进制与所对应的二进制信息码的关系，其关系图如图4所示。

图4 八进制与二进制的关系

设进制转换器输入的是以3个二进制脉冲进行编码的脉冲信号，在第一个取样周期，输入的3个脉冲是100，这时进制转换器就相应输出一个电平为1×（E/7）的脉冲，紧接着如果输入的3个脉冲是101，则进制转换器相应输出一个电平为3×（E/7）的脉冲。依次类推，通过这种转换，就可将原需3个数字脉冲才能完成的数字编码传递任务，现仅用一个八进制脉冲即可全部完成，很显然这样做的最大好处是降低了脉冲传输的符号速率。从这个例子中，相当于将脉冲的符号速率降低了3倍。经分析可知，对于一个M进制的进制转换器，它的符号速率降低的倍数，刚好是log2M值。

从八进制转换可以看出，对应于二进制三个比特的脉冲，可以转换成8个不同电平的输出，通过多个不同的电平去调制载波，称为多进制调制，也称多电平调制。

四、几种调制方式

1、QPSK（quadrature phase shift key）

QPSK为正交相移键控。这里的Q表示正交，即载波是两个频率相同，但相位相差90度的信号，用数字sinωt和cosωt表示。图5是QPSK原理图，显然这是我们前面介绍的分流正交法的应用之一。

图中有一个单双极性转换，它的作用是将数字信号“1”和“0”这种单极性信号变成1和“-1”的双极性信号。

经A/D分成二个数据流，并经单双极性转换后变成了“1”和“-1”两个状态的脉冲流，那么两个数据可能出现的四种状态为（1，1）、（1，-1）、（-1，1）和（-1，-1）。经过正交调制后，它的矢量图如图6所示，相位图也称星座图如图6所示。

由于QPSK抗干扰性较强，所以在卫星数字电视信号传送中多采用QPSK系统。

2、QAM（quadrature amplitude Molutation）

QAM叫正交幅度调制，如图7所示。

从图中乍一看很像QPSK，只不过多了个多进制转换器取代了单双极性转换器，叫多电平调制或多进制调制，QAM所输出的是单载波，但其幅度和相位均受到了调制，所以有人把这种QAM叫幅度——相位调制。当进制转换器输出不同电平的多进制脉冲时，其调制器就输出不同幅值和相位的单频率调制信号。根据相位图中相位数的不同，就产生不同系数的QAM，叫MQAM，如4QAM、8QAM、16QAM等。同理MPSK常有4PSK（QPSK），8PSK，16PSK等。图8是16QAM矢量及相位星座图。

由于QAM具有较低的调制载波带宽，因此在有线电视（下行）和数字地面广播中得到广泛使用，如美国ATSC采用8—VSB调制就是类似的8QAM调制。

3、多载波调制

上面曾讲过，如果将输入到调制器的数字信号先进行串/并变换，从一个串行码流变换成n个并联码流，然后再分别调制在n个载波上，这就是多载波调制，欧洲数字地面广播采用了类似于这种多载波调制的COFDM方式，它称编码正交频分多重调制方式，图9是该方式的调制方框图。

图9 COFDM调制方框图（a）和频谱图（b）

该方式具有如下特点：
（1）多载波方式的输入的数字信号经串/并转换后变成n个并行数据，然后以QAM（mQAM）或QPSK（mPSK）方式调制在n个载波上。当优先考虑传输的健全性时，可采用误码率特性好的QPSK（mPSK），当优先考虑频谱利用率时，可采用QAM（mQAM）。
（2）相邻载波间正交：由于采用了相邻载波间相差90°的措施，减小了相邻载波间的干扰，使各载波频率紧密靠近，从而充分地利用了宝贵的带宽资源。
（3）采用了有效的编码方法：将数据流进行时间与频率的交织，这样将数据流与各个载波的信号相互联系起来，使部分信道严重受损引起了图像劣化减至最小。
（4）有利于克服多径传输干扰：由于输入数据流分成几个（该COFDM采用2K或8K个），这样经分流后的数据速率大大降低，于是每个信道调制后的符号周期时间将大于回波的延时时间。如果在符号上再加入保护间隔，只要多径延时不超过保护间隔的时间，多径干扰就不会带来符号间的干扰。

这种多载波方式也在日本数字地面广播中以不同的形式采用。(全文完)