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在此背景下,我国也正致力于确定本国自有的数字电视广播标准。清华大学提出的地面数字多媒体电视广播协议(DMT-B)是中国标准的一个候选对象,在数字电视地面广播的信
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一、 研究背景
数字调制分为基带调制与频带调制。其中,基带调制信号是信源发出的没
有经过调制的原始电信号,其特点是频率较低,信号频谱从零频附近开始,具
有低通形式。然而在通信系统中,由于基带信号具有频率很低的频谱分量,出
于抗干扰和提高传输率考虑一般不宜直接传输,需要把基带信号变换成其频带
适合在信道中传输的信号,变换后的信号就是频带信号,数字频带信号又称为
键控信号,调制过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相
位进行调制。这种调制的最基本方法有 3 种:振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、
相移键控(PSK)
[1]
。
根据需要处理的基带信号的进制不同,它们可分为二进制和多进制调制(M
进制)。所谓多进制数字调制,就是利用多进制数字基带信号去调制高频载波的
某个参量,如幅度、频率或相位的过程。
根据被调参量的不同,多进制数字调制可分为多进制幅度键控(MASK)、
多进制频移键控(MFSK)以及多进制相移键控(MPSK 或 MDPSK)。也可以
把载波的两个参量组合起来进行调制,如把幅度和相位组合起来得到多进制幅
相键控(MAPK)或它的特殊形式多进制正交幅度调制(MQAM)等。
这些数字频带调制技术应用最为广泛的一个领域就是数字电视,包括卫星
电视,有线数字电视等,在传输数字电视的信号过程中,也涌现了一大批研究
人员对调制方法的开拓创新以及改进升级。因此,本篇文章就针对数字频带调
制技术在数字电视领域现有的研究进行部分概括和整理,从而学习数字频带技
术的现今状况和一些较前沿的技术。
二、 现状分析
1. ASK 和 FSK 调制技术的应用
ASK 即“幅移键控”又称为“振幅键控”,也有称为“开关键控”(通断键控)的,
所以又记作 OOK 信号。ASK 是一种相对简单的调制方式。幅移键控(ASK)
相当于模拟信号中的调幅,只不过与载频信号相乘的是二进制数码而已。幅移
就是把频率、相位作为常量,而把振幅作为变量,信息比特是通过载波的幅度
来传递的。振幅键控(ASK)具有功耗低、灵敏度高、以及成本低等优点,从
而在现代数字通信系统的中低速数据传输中得到了广泛的应用。主要应用于:
远距离无线遥控,高速光传输系统和无线内窥镜。
频移键控是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是:实现
起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的
应用。频移键控 FSK ,是利用信号载波的频率变化来传递数字信息的数字调制
技术。调制技术可分为模拟调制与数字调制,早期模拟调制因为抗干扰能力差
等缺点逐渐被数字调制所替代,尤其是 FSK 调制技术的出现,在电导体、光纤
等实现了数据的传输,使得数字通信实现了快速发展。FSK 是在 ASK 的基础上
发展过来的,其后随着第二代移动通信的发展,在 FSK 的基础上逐步产生
4FSK、8FSK、16FSK 等,还得到了高斯最小频移键控 GMSK,利用 FSK 还可
实现直序扩频技术 DSSS—FSK,使得 FSK 数字调制技术理论得到了空前的丰
富与发展
[2]
。
在数字化时代,电脑通信在数据线路(电话线、网络电缆、光纤或者无线媒
介)上进行传输,就是用 FSK 调制信号进行的,即把二进制数据转换成 FSK
信号传输,反过来又将接收到的 FSK 信号解调成二进制数据,并将其转换为用
高、低电平所表示的二进制语言,这是计算机能够直接识别的语言。实际应用:
水下噪声及信号的遥测浮标,车载信号的高精度检测
[3]
和未接来电显示等。
这两种传统的调制方法为后续各种调制方式的研究提供了参考性价值,但实
际上在数字电视领域的信号调制并没有实际的使用和应用。可能是这两种调制
方式的在有效性和可靠性方面还存在着严重的不足。
2. QPSK(四相相移键控)技术的应用
QPSK 广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移
动通信及有线电视的上行传输。
在卫星数字电视传输中普遍采用的 QPSK 调谐器可以说是当今卫星数字电
视传输中对卫星功率、传输效率、抗干扰性以及天线尺寸等多种因素综合考虑
的最佳选择。欧洲与日本的数字电视首先考虑的是卫星信道,采用 QPSK 调制,
我国也出现了采用 QPSK 调制解调的卫星广播和数字电视机。
要实现卫星电视的数字化,必须在卫视传输中采用高效的调制器和先进的
压缩技术,因为我国现行的 PAL 制彩色电视是采用 625 行/50 场,其视频带宽
5MHz,根据 4∶2∶2 的标准,625 行/50 场的亮度信号(Y)的取样频率为 13.5
MHz,每个色差信号(R -Y)和(B-Y)的取样频率均为 6.75 MHz。当 Y ,(R -Y),
(B-Y)信号的每个取样为 8 bit 量化时,电视信号经数字化后的亮度信号码率为
13.5 ×8 =108 Mbps,色度信号的码率为 6.75×8×2=108 Mbps,总码率为色亮码率
之和,即 216 Mbps,在现有的传输媒介中要传送这样宽带的数字电视信号是不
可能的
[4]
。
采用四相相移键控(QPSK)调制之后,可把传输的带宽降到 100MHz 左右,
再使用电视图像及伴音压缩编码技术,常用 MPEG -2(运动图像压缩编码标准),
可以把数字电视信号中包含的冗余信息去除,即在保证接收端电视图像质量的
前提下,采用数字视频压缩技术,可以降低传送码率,使传送带宽减少,实现
多路传输。目前,已经可以做到把 216 Mbps 速率的数字电视信号压缩到 5
Mbps,使原来只能传送 1 路模拟电视的 36 Mbps 卫星转发器,现在可同时传
送 5 路数字电视信号。这样,数字信号经码率压缩技术处理后,信号传输容量
会得到数倍甚至数十倍的增加。
康佳 ST2989 型彩电就是一种卫视数字彩色电视机,它既能接收地面广播
和有线电视信号,又能接收卫星转发的以 QPSK(正交相移键控调制)数字方式传
送的未加密的卫星信号 DVB。卫视接收单元电路采用 QPSK 解调 、MPEG-2
视音频解压的卫星数字视频广播(DVB -S)接收机的方案。
3. QAM(正交幅度调制)技术的应用
QAM 调制主要用在有线数字视频广播和宽带接入等通信系统方面。QAM
调制方式的多媒体高速宽带数据广播系统采用 DVB-C 有线数字视频广播标准,
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