數(shù)字電視信號(hào)傳輸中的多載波調(diào)制技術(shù)分析

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字電視已步八了尋常百姓家，但它和同模擬電視相比卻有很多的不同之赴。本文雙數(shù)字電視信號(hào)傳輸中的多載波調(diào)制技術(shù)為討論對(duì)象進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視 信號(hào)傳輸 多載波調(diào)制

中圖分類號(hào)：TN949 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098x(2012)02(b)-0040-01

引言

我國從1998年開始了對(duì)數(shù)字電視的研制和開發(fā)，到2004年已有10多個(gè)大中城市開通了數(shù)字電視，目前，數(shù)字電視以進(jìn)入了尋常百姓家，成為人們生活中不可缺少的日用電器之一。數(shù)字電視由電視臺(tái)送出的圖像及聲音信號(hào)，經(jīng)數(shù)字壓縮和數(shù)字調(diào)制后，形成數(shù)字電視信號(hào)，經(jīng)過衛(wèi)星、地面無線廣播或有線電纜等方式傳送，由數(shù)字電視接收后，通過數(shù)字解調(diào)和數(shù)字視音頻解碼處理還原出原來的圖像及伴音。要保證數(shù)字電視傳輸過程中信號(hào)的高質(zhì)量和高效率，就離不開調(diào)制技術(shù)的支持，因此，研究數(shù)字電視信號(hào)傳輸中的多載波調(diào)制技術(shù)就具有了現(xiàn)實(shí)意義。

1兼容制的彩色電視信號(hào)

1.1電視系統(tǒng)的兼容

由于數(shù)字電視需要以數(shù)字信號(hào)為傳輸模式，于是就得具備兼容的特性。在電視系統(tǒng)的兼容性中，又可以分為正向兼容和逆向兼容。所謂的正向兼容即我們家里的電視機(jī)一樣，它既能接收黑白的電視信號(hào)，又能接收彩色的電視信號(hào)，進(jìn)而在屏幕上呈現(xiàn)正常的黑白的圖像。逆向兼容是指彩色電視機(jī)在接收色彩信號(hào)時(shí)，能將圖像進(jìn)行正常重現(xiàn)，而接收黑白信號(hào)時(shí)，也能正常重現(xiàn)。要保證亮度和色度信號(hào)的頻譜交錯(cuò)，就要將-兩個(gè)色差信號(hào)調(diào)制在一個(gè)恰當(dāng)?shù)母陛d波上，從而形成色度信號(hào)。通常色差信號(hào)的調(diào)制用正交平衡調(diào)幅。彩色電視機(jī)除了能兼容黑白電視機(jī)的壘部信號(hào)內(nèi)容，還有經(jīng)過正交平衡調(diào)幅的色度信號(hào)，更能更加齊備。因此，彩色電視機(jī)的電視信號(hào)就由亮度信號(hào)、色度信號(hào)、色同步信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)、復(fù)合消隱信號(hào)混合而成的彩色壘電視信號(hào)。

1.2電視信號(hào)的發(fā)送

電視系統(tǒng)的視頻信號(hào)一般采用調(diào)幅方式，而音頻信號(hào)則用調(diào)頻方式，在傳輸過程中，兩種信號(hào)不能同時(shí)發(fā)送，解決的辦法就是分別調(diào)制在高頻載波上。調(diào)制的高頻載波合成為射頻全電視信號(hào)，再將全電視信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)幅，使之成為高頻電視信號(hào)，其波形的包絡(luò)于全電視信號(hào)一樣。

但在各個(gè)不同的頻率信號(hào)中，需要準(zhǔn)確的進(jìn)行調(diào)制，于是，多載波的調(diào)制技術(shù)就需要進(jìn)一步分析。

2多載波的調(diào)制技術(shù)

1948年，電視信號(hào)數(shù)字化就以被提到電視發(fā)展的歷程中，將R、G、B模擬電視信號(hào)取樣、量化，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，將模擬電視的信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的代碼進(jìn)行傳輸。直到七八十年代，方見數(shù)字電視的雛形，如數(shù)字錄像機(jī)、數(shù)字降噪器等。之后的很長(zhǎng)一段時(shí)間，數(shù)字化的信號(hào)處理仍舊不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了電視內(nèi)的數(shù)字電視處理和傳輸、基本實(shí)現(xiàn)了電視內(nèi)的全數(shù)字處理。在提高信號(hào)在質(zhì)量上，以數(shù)學(xué)分量為基礎(chǔ)的手段應(yīng)用讓信號(hào)質(zhì)量大幅提高。但接收機(jī)仍然以模擬電視信號(hào)為主，這就需要對(duì)傳輸?shù)碾娨曅盘?hào)進(jìn)行調(diào)制。

2.1單載波調(diào)制

即用一個(gè)信號(hào)去調(diào)制一個(gè)載波，且在同一個(gè)信道內(nèi)只有一個(gè)載波的信號(hào)。通俗的說就是用一個(gè)已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)來填滿所有的寬帶。單載波的調(diào)制信號(hào)主要是改變載波的振幅、頻率和相位。在數(shù)學(xué)調(diào)制技術(shù)中則表現(xiàn)為振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)、正交調(diào)幅(QAM)以及其他一些相關(guān)的調(diào)制方法。

2.2多載波調(diào)制

多載波調(diào)制實(shí)質(zhì)上是一種化整為零的方法，即將要傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)流進(jìn)行分解，讓其變成多個(gè)低速比特流，在用這些經(jīng)過高速數(shù)據(jù)分解得到的比特率去并行調(diào)制多個(gè)子載波。即將一個(gè)傳輸信道進(jìn)行分解成若干個(gè)子信道，在分解出的信道上用一個(gè)子載波去進(jìn)行調(diào)制，讓子信道之間無頻譜重疊的方法。多載波調(diào)制本質(zhì)上可以算是一種頻分復(fù)用調(diào)制。其優(yōu)點(diǎn)是能抵抗無信道時(shí)間的彌散。

2.3頻分復(fù)用(FDM)調(diào)制

在通信系統(tǒng)中，通常一個(gè)信道的寬帶要大于傳輸一路信號(hào)的寬帶，若一個(gè)信道只用于傳輸一路信號(hào)，那多余部分就是一種浪費(fèi)，于是，若能將一個(gè)信道進(jìn)行多路信號(hào)的傳輸，就能極大的節(jié)省空間和材料，這就是頻分復(fù)用(FDM)調(diào)制的方法。所謂的“頻分”即將一個(gè)信道的寬帶進(jìn)行多路信號(hào)傳輸；而“復(fù)用”即將獨(dú)立的信號(hào)合并在同一個(gè)信道內(nèi)進(jìn)行傳輸。在頻分復(fù)用(FDM)調(diào)制中，按信號(hào)在信道內(nèi)占的頻率被稱之為頻分復(fù)用，而若按時(shí)間進(jìn)行區(qū)分，則叫時(shí)分復(fù)用。

2.4正交頻分復(fù)用

在正交頻分復(fù)用中，子載波之間保持著正交性但有重疊。因正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中載波數(shù)量較多(通常達(dá)到上百)，故在實(shí)際的使用中不可能如頻分復(fù)用般用多個(gè)振蕩器和鎖相環(huán)陣列進(jìn)行調(diào)制。正交頻分直到離散付立葉變換才得以實(shí)現(xiàn)，并使之技術(shù)得到應(yīng)用。正交頻分復(fù)用是將通常在載頻實(shí)現(xiàn)的頻分復(fù)用過程轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)字預(yù)處理。應(yīng)用中，離散付立葉變換又用快速傅里葉變換算法進(jìn)行。于是正交頻分復(fù)用在射頻部分雖然此阿勇的還是單載波模式，但子載波之間的交調(diào)不在受干擾，多載波同步也能進(jìn)行，并使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。因此，正交頻分復(fù)用是將頻域分解成若干個(gè)正交子信道，在分解出的每個(gè)子信道上用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)的是子載波的并行傳輸。如此調(diào)制，可以將寬帶變成各個(gè)不同的窄帶，從而讓頻率選擇性衰落問題得到解決。在頻分復(fù)用中，頻帶不重疊。頻譜利用率低。但在正交頻分復(fù)用中，各個(gè)子載波相互正交，其間有部分重疊，頻帶利用率得到提高。因此，正交頻分復(fù)用在DAB、DVB-T、無線局域網(wǎng)802.11和802.16、ADSL和VDSL等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

2.5正交頻分復(fù)用的干擾

雖然正交頻分復(fù)用能將子載波的信號(hào)周期擴(kuò)大，但也不能完全消除多徑衰落。多徑回波能讓多載波系統(tǒng)中的同一載波前后相鄰符合疊加，導(dǎo)致符號(hào)間的干擾，且會(huì)破壞正交性，導(dǎo)致載波間的串?dāng)_。要解決這一個(gè)問題的方法是增加間隔時(shí)間，讓每個(gè)符號(hào)周期變成實(shí)際的符號(hào)傳輸周期。

2.6正交頻分復(fù)用的缺點(diǎn)

在數(shù)字電視信號(hào)傳輸中的多載波調(diào)制技術(shù)中，正交頻分復(fù)用是應(yīng)用最廣的一種，但也存在以下缺點(diǎn)：

(1)信號(hào)呈現(xiàn)很多的峰平功率比，需要更寬的線性范圍。因?yàn)樵谡活l分復(fù)用中，是基于DFT而進(jìn)行的調(diào)制，對(duì)相位噪聲、頻率偏移和非線性放大就更為敏感，為了避免信號(hào)的失真和頻譜的擴(kuò)展，就需要較大的線性放大器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(2)正交頻分復(fù)用中的子載波需要正交，若正交惡化，系統(tǒng)性自然降低，導(dǎo)致串?dāng)_的出現(xiàn)。加之無線衰落信道的時(shí)變性，多普勒頻移效應(yīng)也經(jīng)常發(fā)生，為此，在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)子載波的精確同步也是一大關(guān)鍵。

當(dāng)然，各種調(diào)制技術(shù)都有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們也只有在這種對(duì)比中，找到最適合數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)恼{(diào)制技術(shù)，方能推動(dòng)數(shù)字電視信號(hào)傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展。

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