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数字电视广播QAM调制原理及应用

 论文栏目:数字电视论文     更新时间:2018/10/8 11:05:42   

:在有限的带宽里要传输大量的多媒体数据,频谱利用率成为眼下至关重要的、需要突破的难题。由于具有高频谱利用率、高功率谱密度等优势,QAM技术被广泛应用于高速数据传输系统,比如数字电视广播等。下文就QAM调制的结构、原理及应用进行介绍。

关键词:QAM调制;原理;运用

引言

QAM是正交幅度调制,它是把2ASK和2PSK两种调制手段结合起来的调制技术,进而保证带宽能够扩展到双倍,传输更加顺畅。QAM调制技术使用独立的两路基带信号对相同频率、正交相位的两个载波进行抑制载波双边带调幅,再将已经调制的信号叠加在一起进行传输。由于QAM已经成为数字电视广播、无线接入、无线通信的关键使用方案,因此深入研究调制解调技术对相关产品的开发具有重要意义。

1QAM的概念

QAM(即正交幅度调制)通常在DVB-C标准下采用,是一种高频带利用率的矢量调制技术,通常表现为利用幅度和相位进行联合调制。同时,它利用了载波的幅度和相位来传递信息比特(基本信息单位),用不同的幅度和相位来代表不同的编码符号,故而在某一特定条件下能够实现更高的频带利用率,除此之外,其抗噪声能力强,技术实现较为简单。目前,QAM在卫星通信和数字电视广播等领域有着广泛的应用。

2QAM的原理

在通信系统中采用调制解调技术的传输叫作频带传输,同时与之相对应的数字通信系统称为基带传输。基带传输是数据通信中极其重要的一种传输形式,但是这种传输形式只能在信道上不做任何加工的传输二进制数字信号,带宽的利用率非常低而且不能多路复用。因此,想要在有限的带宽内传输多路信号就需要调制信号,而效率高、抗噪声强的QAM调制解调技术就成了首选。QAM调制实际上是幅度调制和相位调制的组合,所谓幅度和相位的联合调制,就是指调制载波的振幅和相位都随着两个独立的基带信号的变化而变化,通俗来讲就是“相位”加上“幅度”的状态定义了一个数字或数字的组合,让QAM具有更大的符号率,从而获得更高的系统效率。常用的QAM有16/32/64/128/256QAM,通常为64QAM,但是高质量的光缆和电缆可以采用128、256甚至是512QAM。一般情况下,符号率会决定占用带宽,所以每个符号的比特越多,效率就越高。针对固定的系统,假设需要的符号数为2n,这里n是每个符号的比特数。那么,对于16QAM来说,n等于4,因此有16个符号,每个符号代表4bit:0000,0001,0010等;对于64QAM来说,n则等于6,因此有64个符号,每个符号代表6bit:000000,000001,000010等,这就是QAM调制的基本原理。当然,二进制的MPEG-2比特流在经过信道编码后进入QAM调制器,信号被分为两路,一路给I,另一路给Q,每一路一次给3比特的数据,这3比特的二进制数一共有8种不同的状态,而且分别对应8种不同的电平幅度,这样I就有8个不同幅度的电平,Q也同样有8个不同幅度的电平.而且I和Q两路信号采取正交模式。这样任意一个I的幅度和任意一个Q的幅度组合都会在极坐标图上映射一个相应的星座点,每个星座点就代表由6个比特数据组成的一个映射,I和Q一共有64种组合状态,各种可能出现过的数据状态组合最后到星座图上就是64QAM星座图(图1)。

3QAM的应用

现今我国的有线电视大多采用DVB-C标准,而DVB系统的信源编码则固定使用MPEG-2编码,在模拟信号后经过抽样量化和编码后,发现形成的数字信号码率非常高,频带占用也很宽。一般一路PAL-D视频信号经转换后的码率是216Mbit/s,要顺利传送数字信号,信道带宽应该至少是其码率的0.5倍以上,所以要传送上面那样一组数字信号至少要108MHz带宽以上。这很明显比模拟视频信号占用的6MHz带宽要大很多,所以数字信号一般要经过压缩后才能传输出去,每套节目的传输速率大概是6Mbps。而对于标清信号,在进行电视传输时,大多使用64QAM调制方式。倘若符号率为6.875Mbaud,信道采用RS编码,每套节目的传输速率按照6Mbps计算,则每个频道的传输速率最高能够达到41.25Mbps,而有效传输速率也能够达到38.01Mbps,可以传输的节目数量有6.33个。HDTV信号逐渐成为当今社会的发展趋势,其在未经过压缩的情况下,数据为663.5Mbit/s,压缩后为31.8Mbit/s。倘若使用64QAM调制,确定频带使用率为6bit/(s•Hz),那么传输带宽则为5.3MHz。这也就说明,在现今的有线电视系统中,运用64QAM调制方式,能够在每个频道传输一路高清或者六路标清信号,极大地增强了信道的利用率。

4结语

QAM调制解调技术目前已经被数字电视广播系统广泛采用。从其概念、结构到原理和运用不难看出,随着社会的进步,各领域的科学技术也在不断革新。相信在未来,我国的科技人才必将如雨后春笋般涌现,而科技事业也势必发展得如日中天。

参考文献:

[1]…吴海龙.数字电视QAM调制及星座图的应用[J].中国有线电视,2016(4).

[2]…邱新和.…QAM通信传输系统的设计与实现[J].数字化用户,2017,23(35).

作者:战涛 单位:西北工业大学明德学院

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