在通信原理中把通信信号按调制方式可分为调频、调相和调幅三种。数字传输的常用调制方式主要分为：
正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。
键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。
残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。
编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。
世广数字卫星广播系统的下行载波的调制技术采用TDM QPSK调制体制。它比编码正交频分多路复用（COFDM）调制技术更适合卫星的大面积覆盖。
摘要：由于数字电视系统采用数字传输，而在传输系统中都使用到了数字调制技术，本文就对ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制方法进行详细的介绍。
1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以来的事情。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。而这些系统都使用到了数字调制技术，本文就数字信号的调制方法作一些详细的介绍。
一数字调制
数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有"0"和"1"两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。
1、基带传输
传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输
等。载波传输则是用原信号去改变载波的某一参数实现频谱的搬移，如果载波是正弦波，则称为正弦波或连续波调制。把二进制信号调制在正弦波上进行传输，其目的除了进行频率匹配外，也可以通过频分、时分、波分复用的方法使信源和信道的容量进行匹配。
2、为什么要进行调制
首先，由于频率资源的有限性，限制了我们无法用开路信道传输信息。再者，通信的最终目的是远距离传递信息。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号是无法在无线信道或光纤信道上进行长距离传输的。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。最后，较小的倍频程也保证了良好的带内特性。所以调制就是将基带信号搬移到信道损耗较小的指定的高频处进行传输（即载波传输），调制后的基带信号称为通带信号，其频率比较高。数字信号的载波传输与基带传输的主要区别就是增加了调制与解调的环节，是在复接器后增加了一个调制器，在分接器前增加一个解调器而已。
3、映射
信息与表示和承载它的信号之间存在着对应关系，这种关系称为"映射"，接收端正是根据事先约定的映射关系从接收信号中提取发射端发送的信息的。信息与信号间的映射方式可以有很多种，不同的通信技术就在于它们所采用的映射方式不同。实际上，数字调制的主要目的在于控制传输效率，不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的，其性能也是由映射方式决定的。
一个数字调制过程实际上是由两个独立的步骤实现的：映射和调制，这一点与模拟调制不同。映射将多个二元比特转换为一个多元符号，这种多元符号可以是实数信号（在ASK调制中），也可以是二维的复信号（在PSK和QAM调制中）。例如在QPSK调制的映射中，每两个比特被转换为一个四进制的符号，对应着调制信号的四种载波。多元符号的元数就等于调制星座的容量。在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩。应该注意的是，经过映射后生成的多元符号仍是基带数字信号。经过基带成形滤波后生成的是模拟基带信号，但已经是最终所需的调制信号的等效基带形式，直接将其乘以中频载波即可生成中频调制信号。
4、调制方法
调制的方法主要是通过改变正弦波的幅度、相位和频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的某个参数上：幅度、频率和相位，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制和相位调制。数字信号只有几个离散值，这就象用数字信号去控制开关选择具有不同参量的振荡一样，为此把数字信号的调制方式称为键控。数字调制分为调幅、调相和调频三类，最简单的方法是开关键控，"1"出现时接通振幅为A的载波，"0"出现时关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号，就是频移键控（FSK）的方法，当"1"出现时是低频，"0"出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果"0"和"1"来改变载波的相位，则称为相移键控（PSK）。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变。但在间隔中部保留了相位信息。收端解调通常在其中心点附近进行。一般来说，PSK系统的性能要比开关键控FSK系统好，但必须使用同步检波。除上面所述的二相位、二频率、二幅度系统外，还可以采用各种多相位、多振幅和多频率的方案。在DVB系统中卫星传输采用QPSK，有线传输采用QAM方式，地面传输采用COFDM（编码正交频分复用）方式。下面就对ASK、FSK、
PSK、QAM进行详细的介绍。
（1）PSK相移键控(PhaseShiftKeying)
QPSK调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。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。此项调制技术应用较为广泛，所以本文对PSK进行详细的介绍。
数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于"同相"状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为"反相"。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。
(a)M-PSK
相移就是把振幅、频率作为常量，而把相位作为变量。M-PSK信号可以用这样的一组信号来代表：
各个矢量的端点在矢量图中的空间分布称为星座。在图1中，由于各矢量的幅度都等于A，矢量的端点分布在以A为半径的圆上。图中用虚线表示出接收机解调器的判决范围。只要相位为θn
的矢量的相位偏离不超过以θn中心的+-π/M的范围，就能作出正确的判决。
利用简单的三角函数式可将（1-1）式改写成如下的正交信号表示式：
用ai，bi二维平面上的点来表示，如图3所示。QPSK是一种二维调制技术，其中水平轴ai称为同相轴，垂直轴bi称为正交轴，分别对应于星座图上的I 和Q坐标。同相载波指载波本身，正交载波指相位旋转90度的载波。QPSK调制在实现时是采用正交调幅的方式，某星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度，在Q坐标上的投影去调制正交载波的幅度，然后将两个调幅信号相加就是所需的调相信号。实际上色度信号的调制就是正交振幅调制，只不过是用连续信号去调制两个正交载波而已。"I"是波形的"同相"成分，"Q"是正交成分。IQ调制既能有效传输信息，也能适应数字制式。IQ调制器实际建立了AM、FM和PM。它的工作为：当您用一个波形调制载波时，您可把调制信号作为矢量来处理。它有实部和虚部，或同相（I）和正交（Q）部分。现在制作一个锁定至载波的接收器，您可通过读取调制信号的I和Q部分译解信息。在极坐标上的信息如图4所示。从I/Q平面我们能看到调制载波与未调制载波相比作了什么以及产生调制载波需要什么样的基带I和Q输入。
QPSK正交调制器方框图如图5所示。它可以看成由两个BSPK调制器构成，首先将输入的串行二进制信息序列经串－并变换，变成m=log2M个并行数据流，每一路的数据率是R/m,R是串行输入码的数据率。I/Q信号发生器将每一个m比特的字节转换成一对（pn，qn）数字，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t)，然后对coswct和sinwct进行调制，相加后即得到QPSK信号。
（2）QAM正交振幅调制(QuadratureAmplitudeModulation)
QAM调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。在美国，正交调幅通常用在地面微波链路，不用于国内卫星，欧洲的电缆数字电视采用QAM调制，而加拿大的卫星是采用正交调幅。
PSK只利用了载波的相位，它所有的星座点只能分布在半径相同的圆周上。
当星座点较多时，星座点之间的最小距离就会很密，非常容易受到噪声干扰的影响。调制技术的可靠性可由相邻星座点之间的最小距离来衡量，最小距离越大，抵抗噪声等干扰的能力越强，当然前提是信号的平均功率相同。当噪声等干扰的幅度小于最小距离的1/2时，解调器不会错判，即不会发生传输误码；当噪声等干扰的幅度大于最小距离的1/2时，将发生传输误码。因此PSK一般只用在8PSK 以下，常用的是BPSK和QPSK。当星座点进一步增加时，也即需要更高的频带利用率时，就要采用QAM调制了。在PSK中I信号和Q信号互相不独立，为了得到恒定的包络信号，它们的数值是受到限制的，这是PSK信号的基本特性。如果去掉这一限制，就得到正交幅度调制QAM。作为一个特例，当每个正交信号只有两个数值时，QAM与4-PSK完全相同。当M》4时QAM的信号星座呈正方形分布，而不再像PSK那样沿着一个固定的圆周分布。
QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，目前QAM星座点最高已可达256QAM。我们以16QAM 为例来说明QAM的特性。
（4）M-FSK频移键控（FrequencyShiftKeying）
频移就是把振幅、相位作为常量，而把频率作为变量，通过频率的变化来实现信号的识别。
在FSK中传送的信号只有0和1两个，而在M-FSK中则通过M个频率代表M个符号，即
在数字通信系统中，定性而论，传输效率越高，传输可靠性越差；效率越低，可靠性越高，即提高有效性与提高可靠性是一对矛盾，实际通信系统设计的任务就是在这两者之间作综合考虑。例如在卫星通信中，由于信号衰减很严重，传输信号常淹没在噪声中，可靠性问题变得十分尖锐，因此采用了QPSK调制技术。QPSK具有很强的抵抗幅度干扰的能力，但传输效率比较低，仅为2bit/s/Hz。而在数字微波通信中，由于干扰较小，信道环境较好，因此采用了256QAM这种高效调制技术，传输效率高达8bit/s/Hz，但256QAM抗干扰的能力较差。总之，我们所采用的调制技术的最终目的就是使得调制以后的信号对干扰有较强的抵抗作用，同时对相邻的信道信号干扰较小，解调方便且易于集成。
世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起广泛的关注，各发达国家根据自己的国情，已分别制定出由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标。数字电视被各国视为新世纪的战略技术。数字电视成了继电信引爆IT之后的又一大“热点”。
数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点，如：可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率
高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。
电视数字化是电视发展史上又一次重大的技术革命。数字电视不但是一个由标准、设备和节目源生产等多个部分相互支持和匹配的技术系统，而且将对相关行业产生影响并促进其发展。
一、数字电视的基本知识
1.数字电视的概念
所谓数字电视，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。
2.数字电视的基本原理
在传统的模拟电视中，模拟全电视信号通过调制在无线电射频载波上发送出去。广播信道可以是地面广播、有线电视网或卫星广播。数字电视则是将电视信号进行数字化采样，其信号的数据率是很高的，演播室质量的数字化电视信号的数据率在200Mbps。要在原模拟电视频道带宽内传输如此高速率的数字信号是不可能的，因此，必须发展数据压缩技术。
实现数据压缩技术方法有两种：一是在信源编码过程中进行压缩，利用人类听觉视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听收看效果的前提下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。在信源编码方面，IEEE的MPEG专家组已发展制订了ISO/IEC11172(MPEG-1)和ISO/IEC13818(MPEG-2)两项国际标准。MPEG-1的输入视频格式为CIF352×288，主要用于CD-ROM、VCD或T1(E1)线路传输，码率为固定的1.5Mbps；MPEG-2供数字电视使用，它支持标准分辨率的16∶9宽屏及高清晰度电视等多种格式，其码率可变，为3～40Mbps。
信源编码是把节目源的模拟图声信号变为数字信号，再经过MPEG-2压缩编码，形成数字信号源，并根据多个节目传输的要求，编为复用码流。MPEG-2是未来的广播电视数字压缩的国际标准。采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求，其应用面很广。从进入家庭的DVD到卫星电视、广播电视微波传输都采用了这一标准。
目前，数字电视的传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视。这三种数字电视的信源编码方式相同，都是MPEG-2的复用数据包，但由于它们的传输途径不同，它们的信道编码也采用了不同的调制方式。例如，欧洲DVB数字电视系统中，数字卫星电视系统(DVB-S)采用正交相移键控调制(OPSK)；数字有线电视系统(DVB-C)采用正交调幅调制(QAM)；数字地面开路电视系统(DVB-T)采用更为复杂的编码正交频分复用调制(COFDM)。
3.数字电视的分类
数字电视可以按以下几种方式分类：
(1)按信号传输方式分类：可以分为地面无线传输(地面数字电视)、卫星传输(卫星数字电视)、有线传输(有线数字电视)三类。
(2)按产品类型分类：可以分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。
(3)按清晰度分类：可以分为低清晰度数字电视(图像水平清晰度大于250线)、标准清晰度数字电视(图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视(图像水平清晰度大于800线，即HDTV)。VCD的图像格式属于低清晰度数字电视(LDTV)水平，DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视(SDTV)水平。
(4)按显示屏幕幅型分类：可以分为4：3幅型比和16：9幅型比两种类型。
(5)按扫描线数(显示格式)分类：可以分为HDTV扫描线数(大于1000线)和SDTV扫描线数(600～800线)等。
4.数字电视的优点
数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点：
(l)信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信杂比，就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求。模拟信号要求S/N＞40dB，而数字信号只要求S/N＞20dB。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，基本上不产生新的噪声，也即信杂比基本不变。
(2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。
(3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有"0"、"l"两个电平，"l"电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是"l"电平就可，大一点、小一点无关紧要。
(4)易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模集成电路(半导体存储器)的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理,获得各种新的电视图像特技效果。
(5)由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。
(6)数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可实现文字多工广播(Teletext)。
(7)压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内(地面广播)，观众将以极大的概率实现"无差错接收"(发"0"收"0"，发" l"收"l")，收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。
(8)可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可以启用模拟电视?quot;禁用频道"(taboo channel)，而且在今后能够采用"单频率网络"(single frequency network)技术，例如l套电视节目仅占用同1个数字电视频道而覆盖全国。此外，现有的6MHz模拟电视频道，可用于传输l套数字高清晰度电视节目或者4-6套质量较高的数字常规电视节目，或者16-24套与家用VHS录像机质量相当的数字电视节目。
(9)在同步转移模式(STM)的通信网络中，可实现多种业务的"动态组合"(dynamic combination)。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少，便可插入其它业务(如电视节目指南、传真、电子游戏软件等)，而不必插入大量没有意义的"填充比特"。
(10)很容易实现加密／解密和加扰／解扰技术，便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类收费业务)。
(ll)具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式(ATM)的网络中传输，也便于与计算机网络联通。
(12)可以与计算机"融合"而构成一类多媒体计算机系统，成为未来"国家信息基础设施"(NII)的重要组成部分。
5.数字电视的相关技术
(1)数字电视广播流程及实现手段
数字电视广播，其信号流程包括制作(编辑)、信号处理、广播(传输)和接收(显示)几个过程。
目前用于数字节目制作的手段主要有：数字摄像机和数字照像相机、计算机、数字编辑机、数字字幕机；用于数字信号处理的手段有：数字信号处理技术(DSP)、压缩、解压、缩放等技术；用于传输的手段有：地面广播传输、有线电视(或光缆)传输、卫星广播(DSS)及宽带综合业务网(ISDN)、DVD等；用于接受显示的手段有：阴极射线管显示器(CRT)、液晶显示器、等离子体显示器、投影显示(包括前投、背投)等。
(2)数字电视的信源编解码技术
信源编解码技术包括视频压缩编解码技术及音频压缩编解码技术。
数字电视尤其数字高清晰度电视与模拟电视相比，在实现过程中，最为困难的部分就是对视频信号的压缩。在1920×1080显示格式下，数字化后的码率在传输中高达995Mbit/s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多。因而数字电视的图像不能象模拟电视的图像那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。
视频编码技术主要功能是完成图像的压缩，使数字电视的信号传输量由995Mbit/s减少为20～30Mbit/s。视频编码计算时主要有以下客观依据：(1)图像时间的相关性。视频信号由连续图像组成，相邻图像有很多相关性，找出这些相关性就可减少信息量。(2)图像空间的相关性。例如图像中有一大块单一颜色，那么不必把所有像素存贮。(3)人眼的视觉特性。人眼对原始图像各处失真敏感度不同，对不敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理，即使这些信息全部丢失了，人眼也可能觉察不到；相反，对人眼比较敏感的信息，则尽可能减少其失真。(4)事件间的统计特性。事件发生的概率越小，则其熵值越大，表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。
与视频编解码相同，音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩。声音信号数字化后，信息量比模拟传输状态大得多，因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。
音频信号的压缩编码主要利用了人耳的听觉特性。(1)听觉的掩蔽效应。在人的听觉上，一个声音的存在掩蔽了另一个声音的存在，掩蔽效应是一个较为复杂的心理和生理现象，包括人耳的频域掩蔽效应和时域掩蔽效应。(2)人耳对声音的方向特性。对于2KHZ以上的高频声音信号，人耳很难判断其方向性，因而立体声广播的高频部分不必重复存贮。
国际上对数字图像编码曾制订了三种标准，主要用于电视会议的H.261，主要用于静止图像的JPMG标准，主要用于连续图像的MPEG标准。
在HDTV视频压缩编解码标准方面，美国、欧洲、日本设有分歧，都采用了MPEG-2标准。MPEG(Moving Picture Expert Group)意思是"运动图像专家组"，压缩后的信息可以供计算机处理，也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配。
在音频编码方面，欧洲、日本采用了MPEG-2标准；美国采纳了杜比公司(Dolby)的AC-3方案，MPEG-2为备用方案。
对于我国来说，今后信源编解码标准也会与美国、欧洲、日本一样采用MPEG-2标准。
(3)数字电视的复用系统
数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。接受端与此过程正好相反。
模拟电视系统不存在复用器。在数字电视中，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包(这是通俗的说法，其实是数据分组)，然后再复合成单路。目前网络通信
的数据都是按一定格式打包传输的。HDTV数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、交互性的基础。
付费电视是现在和将来电视发展的一个方向。复用器可对打包的节目信息进行加扰，使其随机化，接收机具有密钥才能解扰。
在HDTV复用传输标准方面，美国、欧洲、日本也没有分歧，都采用了MPEG-2标准。美国已有了MPEG-2解复用的专用芯片。我国恐怕也会采用MPEG-2作为复用传输的标准。
HDTV数据包长度是188个字节，正好是ATM信元的整数倍。今后以光纤为传输介质，以ATM为信息传输模式的宽带综合业务数字网极有可能成为未来"信息高速公路"的主体设施。可用4个ATM信元来完整地传送一个HDTV传送包，因而可达到HDTV与ATM的方便接口。
(4)数字电视的信道编解码及调制解调
数字电视信道编解码及调制解调的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。我们目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指各国在该方面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的不同。
数字传输的常用调制方式有：
正交振幅调制(QAM)：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。
键控移相调制(QPSK)：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。
残留边带调制(VSB)：抗多径传播效应好(即消除重影效果好)，适合地面广播。
编码正交频分调制(COFDM)：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。
美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上，因此，美国在发展高清晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了以数字高清晰度电视为基础的标准-ATSC。美国HDTV地面广播频道的带宽为6MHZ，调制采用8VSB。预计美国的卫星广播电视会采用QPSK调制，电缆电视会采用QAM或VSB调制。
从1995年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播(DVB-T)、数字电视卫星广播(DVB-S)、数字电视有线广播(DVB-C)的标准。欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制。欧洲地面广播数字电视采用COFDM调制，8M带宽。欧洲电缆数字电视采用QAM调制。
日本数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制。并在1999年发布了数字电视的标准--ISDB。
QPSK 调制: 四相相移调制就是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息,就 是四 进制移相键控。QPSK 就是在M=4时的调相技术,它规定了四种载波相位,分别为 45°, 135°,225°,315°,调制器输入的数据就是二进制数字序列,为了能与四进制的 载 波相位配合起来,则需要把二进制数据变换为四进制数据,这就就是说需要把二 进制数 字序列中每两个比特分成一组,共有四种组合,即00,01,10,11,其中每一组称 为双比特码元。每一个双比特码元就是由两位二进制信息比特组成,它们分别代 表四进 制四个符号中的一个符号。QPSK 中每次调制 可传输2个信息比特,这些 信息比特就是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 图2-1 QPSK 相位图 以π/4 QPSK 信号来分析,由相位图可以瞧出: 当输入的数字信息为“11”码元时,输出已调载波 ? ?? ? ? +4ππ2cos c t f A (2-1) 当输入的数字信息为“01”码元时,输出已调载波 ? ?? ? ? +43ππ2cos c t f A (2-2) 当输入的数字信息为“00”码元时,输出已调载波
? ?? ? ? +45ππ2cos c t f A (2-3) 当输入的数字信息为“10”码元时,输出已调载波 ? ?? ? ? +47ππ2cos c t f A (2-4) QPSK 调制框图如下: 图2-2 QPSK 调制框图 其中串并转换模块就是将码元序列进行I/Q 分离,转换规则可以设定为奇数 位为I,偶数位为Q 。 例:1011001001:I 路:11010;Q 路:01001 电平转换模块就是将1转换成幅度为A 的电平,0转换成幅度为-A 的电平。 如此,输入00则)4 5 2cos(2)2sin()2cos(ππππ+=+-=t f A t f A t f A QPSK c c c , 输入11,则)4 2cos(2)2sin()2cos(π πππ+= -=t f A t f A t f A QPSK c c c ,等等。
G F S K的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK(GaussfrequencyShiftKeying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency-shiftkeying)。但FSK带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK调制特 另一部分则加在PLL的主分频器一端（基于PLL技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO进行分频）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,不受环路带宽的影响。但是，两点调制增加了GFSK调制指数控制的难度。
频率调制信号的表示式为：()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+ ? 其中，kf 为 调频灵敏度，m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序。 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波。 在模拟信号的调频程序中，先对输入参量的个数做出判断，少于则运行默认的。然后对信号进行调制，这里采样的调制信号是最简单的正弦信号，当然也可以为其他信号。调制过程中，积分是根据积分的定义编写的一段程序。在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的，当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。
下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形，可以发现信噪比对解调的影响。 而在语音信号的调频中，积分采用cumsum来完成，微分采用diff。因为经过调试发现，采用根据定义编写的程序由于循环运行需
要很多时间。另外，在经过微分器后，包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样，所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说，都会存在门限效应，使之在小信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。
下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号，发生了频谱搬移，还有在fc处多了一个冲激。 另外还有一个需要注意的问题，读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献： [1]樊昌信，曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。2006.9 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).santosh_am_fm.m.2002.4 [3]陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真
重庆交通大学信息科学与工程学院综合性设计性实验报告 专业班级： 姓名 学号： 实验所属课程：通信原理 实验室(中心)：语音八楼 指导教师： 实验完成时间：２０１3 年１月1日
教师评阅意见： 签名：年月日实验成绩： 一、设计题目 基于MATLAB的通信系统仿真——信源编解码 二、实验目的: 1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使我们建立通信系统的整体概念； 2.培养我们系统设计与系统开发的思想； 3.培养我们利用软件进行通信仿真的能力。 4.培养我发现问题，解决问题，查阅资料解决问题的能力。 5、培养我熟练掌握MATLAB，运用此matlab软件工具进行通信仿真的能力 三、实验设备及软件： PC机一台，MATBLAB。 四、实验主要内容及要求： 1、对通信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基础，画出对应的通信子 系统的原理框图 2、提出仿真方案； 3、完成仿真软件的编制 4、仿真软件的演示 5、提交详细的设计报告 五、实验原理 1、PCM基本原理 脉冲编码调制（PCM）简称脉码调制，它是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。因此此种通信方式抗干扰能力强，因此在很多领域都得到了广泛运用。PCM信号的形
成主要由三大步骤组成，包括：抽样、量化和编码。它们分别完成时间上离散、幅度上离散及量化信号的二进制表示。量化分为均匀量化和非均匀量化，为了减小小信号的量化误差，我们常使用的是非均匀量化。非均匀量化分为A 律和μ律。我国采用的是A 律，但由于A 律不好实现，所以我们常用近似的13折线编码。 1.1抽样 抽样即是将时间连续的模拟信号由一系列时间离散的样值所取代的过程它实现的是信号在时间上的离散化。抽样信号要想无失真的恢复出原信号，抽样频率必须要满足抽样定理。即：如果信号的最高频率为f H ，那么抽样频率fs 必须要满足fs>=2f H . 1.2量化 经过抽样后的信号还并不是数字信号，它只实现了时间上的离散化。幅值上并不离散。所以我们要对信号进行量化，实现其幅值的离散化。量化分为均匀量化和非均匀量化。本实验主要用到了非均匀量化中的A 律13折线压缩。下面主要介绍A 律13折线。 A 律压缩是指压缩器具有如下的压缩特性： 由于A 律在工程上不好实现，所以我们经常用近似的13折线压缩法去代替A 率压缩 下面是13折线时的X 值与A 律计算得的X 的比较 第二行的X 值是根据A=87.6时计算得到的，第三行的X 值是13折线分段时的值。可见，13折线各段 ??? ? ?? ?≤≤++≤+=11)],ln(1[ln 1)sgn(1 ),(ln 1V x A V Ax A x A V x V x A A Z 20 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 0 X 近 似值 1 0 x 准 确值 1 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 0 z 128 1 60.6 130.6 115.4 17.79 1 3.93 1 1.98 10.25 0.5 1 2 4 8 16 16 斜率 8 7 6 5 4 3 2 1 段号
四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四 进制移相键控。QPSK 是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为 45°, 135°, 225°，315°,调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制 的载 波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据， 这就是说需要把二进 制 数 字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即 00, 01，10，11,其中每一 组称 为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成， 它们分别代表 四进 制四个符号中的一个符号。QPSK 中每次调制 图2-1 QPSK 相位图 以n /4 QPSK 信号来分析,由相位图可以看出： 当输入的数字信息为“11 ”码元时，输出已调载波 (2-1) 当输入的数字信息为“ 01”码元时，输出已调载波 (2-2) 当输入的数字信息为“ 00”码元时，输出已调载波 (2-3) 当输入的数字信息为“10”码元时，输出已调载波 (2-4) 4 01 11 ? ? ? ■ 00 10 可传输2个信息比特，这些 信息比特是通过载波的四种 相位来传递的。解调器根据 星座图及接收到的载波信号 的相位来判断发送端发送的 信息比特。
QPS碉制框图如下: 图2-2 QPSK调制框图 其中串并转换模块是将码元序列进行I/Q分离，转换规则可以设定为奇数位为I，偶数位为Q 例：01: 1 路：11010；Q路：01001 电平转换模块是将1转换成幅度为A的电平，0转换成幅度为-A的电平。 如此，输入00 则QPSK Acos(2 fj) Asin(2 f」)、2Acos(2 f」4 ), 输入11,则QPSK Acos(2 f c t) Asin(2 口、2Acos(2 以-)，等等。 4 QPSK军调： 接收机收到某一码元的QPSK言号可表示为:
HUNAN UNIVERSITY 课程实验报告 题目：十QPSK调制解调实验 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 专业班级：
实验10 QPSK调制解调实验 一、实验目的 1. 掌握QPSK调制解调的工作原理及性能要求；了解IQ调制解调原理及特性 2. 进行QPSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性 二、实验原理 1、QPSK调制原理 QPSK又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控。QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位来表征。 用调相法产生QPSK调制原理框图如图所示，QPSK的调制器可以看作是由两个BPSK调 制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串行变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I（t）和Q（t），然后对Acosωt和Asinωt进行调制，相 加后即可得到QPSK信号。 二进制码经串并变换后的码型如图所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路；另外一路称为正交支路，即Q支路
2、QPSK解调原理 由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图 三、实验步骤 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。 1、QPSK调制实验 a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成连接 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 b、按基带成形模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。 c、用示波器观察基带模块上“NRZ-I,I-OUT,NRZ-Q,Q-OUT”的信号;并分别与“NRZ IN”信号进行对比，观察串并转换情况。 NRZ-I 与NRZ IN I-OUT与NRZ IN NRZ-Q 与NRZ IN Q-OUT与NRZ IN d、观测IQ调制信号矢量图。
GFSK 的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK 带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz 频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK 调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调 频。由于通常调制信号都是加在PLL 频率合成器的VCO 上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK 调制特性，提出了一种称为两点调制的直接调频技术。 uc 图一 两点调制：调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL 的VCO 端,另一部分则加在PLL 的主分频器一端（基于PLL 技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO 进行分频 ）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK 信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量, 鉴频器 PD 环路低通滤波器LF 压控振荡器VCO 载波信号 调制信号ui 调频信号uo 主分频器
PPM和PCM的工作原理： 前面提到了PPM和PCM编解码技术，那么，究竟什么是PPM和PCM呢？两者又有什么区别呢？ PCM是英文pulse-code modulation的缩写，中文的意思是：脉冲编码调制，又称脉码调制。PPM是英文pulse position modulation的缩写，中文意思是：脉冲位置调制，又称脉位调制，这里顺便提一句，有些航模爱好者误将PPM编码说成是FM，其实这是两个不同的概念。前者指的是信号脉冲的编码方式，后者指的是高频电路的调制方式。比例遥控发射电路的工作原理如图1所示。操作通过操纵发射机上的手柄，将电位器组值的变化信息送人编码电路。编码电路将其转换成一组脉冲编码信号（PPM或PCM）。这组脉冲编码信号经过高频调制电路（AM或FM）调制后，再经高放电路发送出去。 目前，比例遥控设备中最常用的两种脉冲编码方式就是PPM和PCM：最常用的两种高频调制方式是FM调频和AM调幅：最常见的组合为PPM/AM脉位调制编码/调幅、PPM/FM 脉位调制编码/调频、PPM/FM脉冲调制编码/调频三种形式。通常的PPM接收解码电路都由通用的数字集成电路组成，如CD4013，CD4015等。对于这类电路来说，只要输入脉冲的上升沿达到一定的高度，都可以使其翻转。这样，一旦输入脉冲中含有干扰脉冲，就会造成输出混乱。由于干扰脉冲的数量和位置是随机的，因此在接收机输出端产生的效果就是“抖舵”。除此之外，因电位器接触不好而造成编码波形的畸变等原因，也会影响接收效果，造成“抖舵”。对于窄小的干扰脉冲，一般的PPM电路可以采用滤波的方式消除；而对于较宽的干扰脉冲，滤波电路就无能为力了。这就是为什么普通的PPM比例遥控设备，在强干扰的环境下或超出控制范围时会产生误动作的原因。尤其是在有同频干扰的情况下，模型往往会完全失控。 PPM的编解码方式一般是使用积分电路来实现的，而PCM编解码则是用模/数（A/D）和数/模（D/A）转技术实现的。 首先，编码电路中模/数转换部分将电位器产生的模拟信息转换成一组数字脉冲信号。由于每个通道都由8个脉冲组成，再加上同步脉冲和校核脉冲，因此每个脉冲包含了数十个脉冲信号。在这里，每一个通道都是由8个信号脉冲组成。其脉冲个数永远不变，只是脉冲的宽度不同。宽脉冲代表“1”，窄脉冲代表“0”。这样每个通道的脉冲就可用8位二进制数据来表示，共有256种变化。接收机解码电路中的单片机（单片计算机，下同）收到这种数字编码信号后，再经过数/模转换，将数字信号还原成模拟信号。由于在空中传播的是数字信号，其中包含的信号只代表两种宽度。这样，如果在此种编码脉冲传送过程中产生了干扰脉冲，解码电路中的单片机就会自动将与“0”或“1”脉冲宽度不相同的干扰脉冲自动清除。如果干扰脉冲与“0”或“1”脉冲的宽度相似或干脆将“0”脉冲干扰加宽成“1”脉冲，解码电路的单片机也可以通过计数功能或检验校核码的方式，将其滤除或不予输出。而因电位器接触不良对编码电路造成的影响,也已由编码电路中的单片机将其剔除,这样就消除了各种干扰造成误动作的可能。 PCM编码的优点不仅在于其很强的抗干扰性，而且可以很方便的利用计算机编程，不增加或少增加成本，实现各种智能化设计。例如，将来的比例遥控设备完成可以采用个性化设计，在编解码电路中加上地址码，实现真正意义上的一对一控制。另外，如果在发射机上加
ＱPSＫ调制: 四相相移调制就是利用载波得四种不同相位差来表征输入得数字信息,就 是四 进制移相键控。QPＳK就是在M＝4时得调相技术,它规定了四种载波相位,分别 为45°, 1３5°,225°,３15°,调制器输入得数据就是二进制数字序列,为了能与四进制 得载 波相位配合起来,则需要把二进制数据变换为四进制数据,这就就是说需要把二 进制数 字序列中每两个比特分成一组,共有四种组合,即00,01,10,11,其中每一组称 为双比特码元。每一个双比特码元就是由两位二进制信息比特组成,它们分别代 表四进 制四个符号中得一个符号。QＰＳK中每次调制 可传输2个信息 比特,这些信息比特就是通 过载波得四种相位来传递 得。解调器根据星座图及接 收到得载波信号得相位来判 断发送端发送得信息比特。以π/: (2—1) 当输入得数字信息为“0１"码元时,输出已调载波 (2-２) 当输入得数字信息为“00”码元时,输出已调载波 (2－3) 当输入得数字信息为“１0”码元时,输出已调载波 (2－4) QPSK调制框图如下:
图2—2 QPS Ｋ调制框图 其中串并转换模块就是将码元序列进行I/Q 分离,转换规则可以设定为奇数位为I,偶数位为Q 、 例:1011０0１001:Ｉ路:11０1０;Ｑ路:01０01 电平转换模块就是将1转换成幅度为A 得电平,０转换成幅度为－A 得电平。 如此,输入0０则 )4 5 2cos(2)2sin()2cos(ππππ+=+-=t f A t f A t f A QPSK c c c , 输入11,则,等等。 QP ＳK 解调: 接收机收到某一码元得QPSK 信号可表示为: yi(t)＝ａ ｃos(2πfc ｔ+φｎ) 其中 (2—5) 图2—4 QPS Ｋ解调原理分析 由ＱＰＳK 得解调框图得到:
通信原理课程设计报告
一. 2DPSK基本原理 1.2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。 定义?Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设： ?Φ=0→数字信息“0”； ?Φ=π→数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1
DPSK信号相位：0 π π 0 π π 0 π 0 0 π 或：π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 2. 2DPSK信号的调制原理 一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。 图1.2.2 键控法调制原理图 码变换相乘 载波 s(t)e o(t)
PCM基本工作原理 脉冲调制就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程. 所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号.该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号.它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的.在该实验中,抽样速率采用8Kbit/s. 所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示. 一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值. 所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值.然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D. PCM的原理如图5-1所示.话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM信号用"四舍五入"办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码后转换成二进制码.对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有28=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s.为解决均匀量化时小信号量化误差大,音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量
化方法,即量化特性在小信号时分层密,量化间隔小,而在大信号时分层疏,量化间隔大. 在实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性:A律和律.A律PCM 用于欧洲和我国,律用于北美和日本. #include"stdio.h" #include"iomanip.h" #include"math.h" #include"time.h" #include"fstream.h" #include"iostream.h" int code1[9]; int code2[8]; int s[8]; void main() { void dlm(int n); void dnm(int x,int m,int n); int ipre(int x,int y[8]);
1 设计原理 1.1 PCM系统基本原理 PCM即脉冲编码调制，在通信系统中完成将语音信号数字化功能。PCM调制的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种方式，分别为A律和μ律方式，此处采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13 折线法编码,采用非均匀量化。PCM通信系统示意图 图1.1 时分复用PCM通信系统框图
1.2 抽样、量化、编码 下面介绍PCM编码中抽样、量化及编码的原理： （1）抽样 所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。 （2）量化 从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点 m t 是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号()较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。 非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区?也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突间，其量化间隔v 出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。 非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A 压缩律。美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，PCM编码方式采用的也是A压缩律。 所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：
移动通信实验报告 姓名学号实验日期实验名称QPSK调制与解调实验类型 实验目的 学会使用MATLAB中的simulink仿真软件，了解其各种模块的功能，用simulink 实现QPSK的调制和仿真过程，得到调制信号经高斯白噪声信道，再通过解调恢复原始信号，绘制出调制前后的频谱图，分析QPSK在高斯信道中的性能，计算传输过程中的误码率。通过此次设计，在仿真中形象的感受到QPSK的调制和解调过程，有利于深入了解QPSK的原理。同时掌握了simulink的使用，增强了我们学习通信的兴趣，培养通信系统的仿真建模能力。 实验原理及设计思路（一）QPSK星座图 QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的简称，意为正交移相键控，是数字调制的一种方式。它规定了四种载波相位，分别为0, 2 π , π, 3 2 π (或者 4 π ， 3 4 π ， 5 4 π ，7 4 π )，星座图如图1（a）、（b）所示。 图1 QPSK星座图 （二）QPSK的调制 因为输入信息是二进制序列，所以需要将二进制数据变换成四进制数据，才能和四进制的载波相位配合起来。采取的办法是将二进制数字序列中每两个序列分成一组，共四种组合（00,01,10,11），每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK每次调制可传输两个信息比特。图2的（a）、(b)、(c)原理框图即为QPSK的三种调制方式，本次课程设计主要采用的是正交调制方式。 （a）（b）
（a）正交调制法 （b）相位选择法 （c）脉冲插入法 图2 QPSK的主要调制方式 （三）QPSK的解调 QPSK信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调，它的相干解调器如图3所示，正交路分别设置两个匹配滤波器，得到I（t）和Q（t），经电平判决和并转串即可恢复出原始信息。
一．2FSK 调制原理： 1、2FSK 信号的产生： 2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 式中，假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112 f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1-1（a ）所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1-1（b ）所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) 2FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即 其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。 其中，n a 为n a 的反码，即若1=n a ，则0=n a ；若0=n a ，则1=n a 。 2、2FSK 信号的频谱特性： 由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可以直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即 2FSK 信号带宽为 s s F S K R f f f f f B 2||2||21212+-=+-≈ 式中，s s f R =是基带信号的带宽。 二．2FSK 解调原理： 仿真是基于非相干解调进行的，即不要求载波相位知识的解调和检测方法。 其非相干检测解调框图如下 M 信号非相干检测解调框图 当k=m 时检测器采样值为： 当k ≠m 时在样本和中的信号分量将是0，只要相继频率之间的频率间隔是,就与相移值无关了，于是其余相关器的输出仅有噪声组成。 其中噪声样本{}和{}都是零均值，具有相等的方差 对于平方律检测器而言，即先计算平方包络
实验九Q P S K/O Q P S K调制与解调实验 一、实验目的 1、了解用CPLD进行电路设计的基本方法。 2、掌握QPSK调制与解调的原理。 3、通过本实验掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法，了解星座图的作用及工程上的作用。 二、实验内容 1、观察QPSK调制的各种波形。 2、观察QPSK解调的各种波形。 三、实验器材 1、信号源模块一块 2、⑤号模块一块 3、20M双踪示波器一台 4、连接线若干 四、实验原理 （一）QPSK调制解调原理 1、QPSK调制 QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。 用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图12-1（a）所示。图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。设两个序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图12-1（b）中虚线矢量。将两路输出叠加，即得如图12-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表12-1所示。 （a） （b） 图12-1 QPSK调制 2、QPSK解调 图12-2 QPSK相干解调器 由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其组成方框图如图12-2所示。图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。（二）OQPSK调制解调原理 OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180°降至90°，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。 下面通过一个具体的例子说明某个带宽波形序列的I路，Q路波形，以及经载波调制以后相位变化情况。 若给定基带信号序列为1 －1 －1 1 1 1 1 －1 －1 1 1 －1 对应的QPSK与OQPSK发送波形如图12-3所示。 图12-3 QPSK,OQPSK发送信号波形 图12-3中，I信道为U（t）的奇数数据单元，Q信道为U（t）的偶数数据单元，而OQPSK的Q信道
QPSK已调信号生成 一、QPSK介绍 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying 的缩写，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。其有抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高等优点，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、移动通信及有线电视系统之中。 二、实验平台和实验内容 １、实验平台 本实验是MATLAB环境中生成基本QPSK已调信号，只需要MATLAB12.0。２、实验内容 1.基带信号为周期127bits伪随机序列，信息比特速率：20kbps，载波频率： 20kHz（速率及频率参数现场可调整）； 2.在MATLAB环境中编写M代码搭建QPSK调制系统模型； 3.观测基带时域波形、已调信号时域波形； 4.观测基带发射星座图； 5.观测已调信号的功率谱（优先）或频谱； 三、实现框图及其原理分析 １、原理分析及其结构 QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。载波相位取四个等间隔值之一，如л/4, 3л/4,5л/4,和7л/4。相应的E为发射信号的
每个符号的能量，T为符号持续时间，载波频率f等于nc/T，nc为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如，可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组：10，00，01，11。 - + ∏i ft∏ 2( 2E/t]4/ Ｓｉｎ（ｔ）＝ｃｏｓ［２］ ０＜＝ｔ＜＝Ｔ )1 其中，i＝１，２，３，４。 2、框图 四、实验结果与分析
图一基带信号为周期为127bits的伪随机序列。
图二：已调信号时域波形 带宽为Hz 7104
QPSK 调制： 四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四 进制移相键控。QPSK 是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°， 135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载 波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数 字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称 为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进 制四个符号中的一个符号。QPSK 中每次调制 可传输2个信息比特，这些信息比特 是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 图2-1 QPSK 相位图 以π/4 QPSK 信号来分析,由相位图可以看出： 当输入的数字信息为“11”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +4ππ2cos c t f A (2-1) 当输入的数字信息为“01”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +43ππ2c o s c t f A (2-2) 当输入的数字信息为“00”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +45ππ2cos c t f A (2-3) 当输入的数字信息为“10”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +47ππ2cos c t f A (2-4) QPSK 调制框图如下： 图 2-2 QPSK 调制框图 其中串并转换模块是将码元序列进行I/Q 分离，转换规则可以设定为奇数位为I ，偶 数位为Q 。 例：：I 路：11010；Q 路：01001 电平转换模块是将1转换成幅度为A 的电平，0转换成幅度为-A 的电平。 11 0100 10
PCM原理 什么是PCM？ PCM是pulse code modulation的缩写。翻译成中文是脉冲编码调制 脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。 抽样 所谓抽样就是不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。图1―1是一个抽样概念示意图，假设一个模拟信号f(t)通过一个开关，则开关的输出与开关的状态有关，当开关处于闭合状态，开关的输出就是输入，即y(t)=f(t)，若开关处在断开位置，输出y(t)就为零。可见，如果让开关受一个窄脉冲串（序列）的控制，则脉冲出现时开关闭合，则脉冲消失时开关断开，此输出y(t)就是一个幅值变化的脉冲串（序列），每个脉冲的幅值就是该脉冲出现时刻输入信号 f(t)的瞬时值，因此，y(t)就是对f(t)抽样后的
信号或称样值信号。 图1―1 抽样概念示意图 图1―2是脉冲编码调制的过程示意图。图1―2（a）是一个以Ts为时间间隔的窄脉冲序列p(t)，因为要用它进行抽样，所以称为抽样脉冲。在图1―2（b）中，v(t)是待抽样的模拟电压信号，抽样后的离散信号k(t)的取值分别为k(0)=0.2，k(Ts)=0.4，k(2Ts)=1.8，k(3Ts)=2.8，k(4Ts)=3.6，k(5Ts)=5.1，k(6Ts)=6.0，k(7Ts)=5.7，k(8Ts)=3.9，k(9Ts)=2.0，k(10Ts)=1.2。 可见取值在0～6之间是随机的，也就是说
可以有无穷个可能的取值。在图1―2（c ）中，为了把无穷个可能取值变成有限个，对k(t)的取值进行量化（即四舍五入），得到m(t)。则m(t)的取值变为m(0)=0.0，m(Ts)=0.0，m(2Ts)=2.0，m(3Ts)=3.0，m(4Ts)=4.0，m(5Ts)=5.0，m(6Ts)=6.0，m(7Ts)=6.0，m(8Ts)=4.0，m(9Ts)=2.0，m(10Ts)=1.0，总共只有0、1、2、3、4、5、6等七个可能的取值。从概念上讲，m(t)已经变成数字信号，但还不是实际应用中的二进制数字信号。因此，对m(t)用3位二进制码元进行自然编码就得到图1―2（d ）的数字信号d(t)，从而完成了A/D 转换，实现了脉冲编码调制。 01 2 3 4 5 6 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s T s 2T s 3T s 4T s 5T s 6T s 7T s 8T s 9T s 10T s (a) 抽样脉冲(c) P CM 量化(b) P CM 抽样(d) P CM 量化
QPSK 调制原理 1、QPSK 调制原理 QPSK 又叫四相绝对相移调制，QPSK 利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元。我们把组成双比特码元的前一信息比特用a 代表，后一信息比特用b 代表。双比特码元中两个信息比特ab 通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表2.3-1所示，矢量关系如图2.3-1所示。图（a ）表示A 方式时QPSK 信号矢量图，图（b ）表示B 方式时QPSK 信号的矢量图。由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A 方式中：45°、135°、225°、315°，则数据k I 、k Q 通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±2/2；B 方式中：0°、90°、180°、270°，则数据k I 、k Q 通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。 表2.3-1 双比特码元与载波相位关系 双比特码元 载波相位 a b A 方式 B 方式 0 1 1 0 0 0 1 1 225° 315° 45° 135° 0° 90° 180° 270° 图2.3-1 QPSK 信号的矢量图 2、QPSK 解调原理 由于QPSK 可以看作是两个正交2PSK 信号的合成，故它可以采用与2PSK 信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK 信号相干解调器构成，其原理框图如图2.3-4所示。 QPSK 信号 乘法器 乘法器 时序电路 低通滤波器 低通滤波器 电平比较器电平比较器抽样判决抽样判决数据还原 数据还原 时序电路 并/串转换 Sin ωct Cos ωct NRZ CPLD CLK BS I k Q k 图2.3-4 QPSK 解调原理框图 (1,1)(0,1) (0,0)(1,0)45° (1,0) (1,1) (0,1) (0,0) 0° 参考相位 参考相位 (a)(b)
Section 1 模拟信号 （图1.1）PCM 编译系统方框图 PCM 系统比脉冲模拟调制方法要复杂一些，基带信息需要经过多次处理。在发射机中，这些处理过程主要是取样、量化、编码。量化和编码操作通常在一个电路中完成。在PCM 系统的接收机中，这些处理是受损信号的再生、解码和量化样值序列的解调。当然，在传输线路上根据需要也进行信号的再生，这就是再生中继器的作用（图1.1）为系统的示意方框图。 PCM 主要包括取样、量化、编码三个过程。取样是将时间连续的模拟信号转换成时间连续的，幅度离散的取样信号；量化是将时间按离散、幅度连续的信号转换成时间和幅度均离散的信号；编码是将量化的信号编码形成一个二进制的码组。国际标准化的PCM 码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM 码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300－3400Hz 左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。 (1)取样 所谓抽样就是不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。（图1.2）是一个抽样概念示意图，假设一个模拟信号f(t)通过一个开关，则开关的输出与开关的状态有关，当开关处于闭合状态，开关的输出就是输入，即y(t)=f(t)，若开关处在断开位置，输出y(t)就为零。可见，如果让开关受一个窄脉冲串（序列）的控制，则脉冲出现时开关闭合，则脉冲消失时开关断开，此输出y(t)就是一个幅值变化的脉冲串（序列），每个脉冲的幅值就是该脉冲出现时刻输入信号f(t)的瞬时值，因此，y(t)就是对f(t)抽样后的信号或称样值信号。 低通滤波 取样器 量化器 编码器 再生中继再生中继器 再生电解码器 恢复滤波器 信宿