數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用

數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用xxx公司數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度摘要我們知道，數(shù)字化時代音視頻是人們用來傳遞信息、交流感情的主要方式。為了遠(yuǎn)距離傳輸這些信號，我們可以借助于無線電波。但利用無線電波通信時，需滿足一個基本條件，即：欲發(fā)射信號的波長必須與發(fā)射天線的幾何尺寸相比擬，該信號才能通過天線有效地發(fā)射出去。對于頻率較低的信號來說，所需的天線尺寸很大，甚至有些不現(xiàn)實(shí)。因此，要想把低頻率的音視頻信號通過天線發(fā)射出去，我們可以將信源產(chǎn)生的原始低頻率信號經(jīng)過調(diào)制將其組合到更高頻率的載波上。關(guān)鍵字：數(shù)字調(diào)制，ADSL，GSM手機(jī)，DTV數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用0數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制一般指調(diào)制信號是數(shù)字的，而載波是連續(xù)波的調(diào)制方式。調(diào)制的過程就是按調(diào)制信號的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程。若正弦振蕩的載波用Asin(2πft+φ)來表示，使其幅度A、頻率f或相位φ隨調(diào)制信號而變化，從而就可在載波上進(jìn)行調(diào)制。數(shù)字幅度調(diào)制又稱為振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK），即載波的振幅隨著原始數(shù)字信號而變化，例如數(shù)字信號“1”用有載波輸出表示，數(shù)字信號“0”用無載波表示，如圖1（a）所示。數(shù)字頻率調(diào)制又稱為頻移鍵控（FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK），即載波的頻率隨著原始數(shù)字信號而變化，例如數(shù)字信號“1”用頻率f1表示，數(shù)字信號“0”用頻率f2表示，如圖1（b）所示。數(shù)字相位調(diào)制又稱為相移鍵控（PhaseShiftKeying，PSK），即載波的初始相位隨著原始數(shù)字信號而變化，例如數(shù)字信號“1”對應(yīng)于相位180°，數(shù)字信號“0”對應(yīng)于相位0°，如圖1（c）所示。以上我們討論了數(shù)字調(diào)制的三種基本方式：數(shù)字幅度調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。這三種數(shù)字調(diào)制方式是數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。然而，這三種數(shù)字調(diào)制方式都存在某些不足，如頻譜利用率低、抗多徑衰落能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴(yán)重等。為了改善這些不足，近幾十年來人們陸續(xù)提出一些新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，以適應(yīng)各種新的通信系統(tǒng)的要求。這些調(diào)制技術(shù)的研究，主要是圍繞著尋找頻帶利用率高，同時抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式而展開的?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)主要有：正交振幅調(diào)制（QAM）、四相移鍵控（QPSK）、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）、無載波振幅/相位調(diào)制（CAP）、離散多音頻調(diào)制(DMT)、多電平正交幅度調(diào)制（MQAM）、多電平殘留邊帶調(diào)制（MVSB）及正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）等。1數(shù)字調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用數(shù)字調(diào)制技術(shù)在ADSL上的應(yīng)用ADSL調(diào)制解調(diào)器計算機(jī)內(nèi)所有信息是由“0”和“1”組成的數(shù)字信號，當(dāng)然音視頻信息也不例外。而電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號。于是，當(dāng)兩臺計算機(jī)要通過電話線進(jìn)行音視頻信息傳輸時，就需要一個設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)換。計算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，先由調(diào)制解調(diào)器把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號，這個過程稱為“調(diào)制”。經(jīng)過調(diào)制的信號通過電話載波傳送到另一臺計算機(jī)之前，也要經(jīng)由接收方的調(diào)制解調(diào)器負(fù)責(zé)把模擬信號還原為計算機(jī)能識別的數(shù)字信號，這個過程我們稱“解調(diào)”。正是通過這樣一個“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)換過程，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺計算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊。ADSL是非對稱數(shù)字式用戶線路的縮寫，是一種通過現(xiàn)有普通電話線為家庭、辦公室提供寬帶數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的技術(shù)。ADSL調(diào)制解調(diào)器與傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器一樣，是使用電話網(wǎng)作為傳輸?shù)拿浇椤．?dāng)在一對電話線的兩端分別安置一個ADSL設(shè)備時，利用現(xiàn)代頻分復(fù)用和編碼調(diào)制技術(shù)，就能夠在這段電話線上產(chǎn)生三個信息通道：高速的下傳通道、中速的雙工通道和普通的電話通道，這三個通道可以同時工作。也就是說它能夠在現(xiàn)有的電話線上獲得最大的數(shù)據(jù)傳輸能力，這樣用戶在一條電話線上打電話發(fā)送傳真的同時，還可以享受Internet(因特網(wǎng))提供的多種服務(wù)，如視頻點(diǎn)播、卡拉OK點(diǎn)播、網(wǎng)上游戲、交互電視、網(wǎng)上購物、異地辦公、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)及實(shí)時觀看體育比賽等。在現(xiàn)有的較長的銅制雙絞線（普通電話線）上傳送數(shù)據(jù)，其對信號的衰減十分嚴(yán)重，而ADSL能夠?qū)崿F(xiàn)大的動態(tài)范圍分離的通道，保持低噪聲干擾，這是ADSL調(diào)制解調(diào)技術(shù)的一個奇跡。ADSL的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它主要采用了高級的數(shù)字信號處理技術(shù)和新的算法壓縮數(shù)據(jù)，使大量的信息得以在網(wǎng)上高速傳輸。而它的連接方式卻非常簡單，如圖2所示。一臺計算機(jī)輸出的數(shù)字音視頻信號，經(jīng)ADSL調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制，變成適合電話線傳輸?shù)囊粢曨l模擬信號，通過電話線傳到電話交換網(wǎng)，再通過ADSL調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)，還原出原有的數(shù)字音視頻信號，輸送到另一臺計算機(jī)中。目前被廣泛采用的ADSL調(diào)制技術(shù)是QAM(振幅正交調(diào)制)、CAP(無載波振幅/相位調(diào)制)和DMT(離散多音頻調(diào)制)。GSM手機(jī)系統(tǒng)GSM是全球移動通信系統(tǒng)的縮寫，是一種廣泛應(yīng)用于歐洲及世界其他地方的數(shù)字移動電話系統(tǒng)。目前，中國移動、中國聯(lián)通各擁有一個GSM網(wǎng)。GSM系統(tǒng)包括GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM1900：1900MHz等幾個頻段。GSM使用的是時分多址的變體，是目前三種數(shù)字無線電話技術(shù)（TDMA、GSM和CDMA）中使用最為廣泛的一種。數(shù)字調(diào)制技術(shù)在GSM手機(jī)上的應(yīng)用GSM手機(jī)通話原理框圖，如圖3所示。GSM手機(jī)從電路結(jié)構(gòu)上可分為四個部分:無線部分、傳輸處理部分、接口部分和電源部分。無線部分包括天線回路、發(fā)送、接收、調(diào)制解調(diào)和振蕩器等高頻系統(tǒng)。發(fā)送通道的處理部分包括語音編碼、信道編碼、加密及TDMA幀形成。語音編碼是將用戶的話音通過麥克轉(zhuǎn)化成電信號，這個電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字的、代表語音的13Kbitps的信息流。信道編碼是為了檢測甚至糾正傳輸期間產(chǎn)生的差錯，在數(shù)據(jù)流中引入冗余碼，通過從信源數(shù)據(jù)計算得到的信息來提高其速率，其結(jié)果是一個碼字流。加密是通過僅由移動臺和基站收發(fā)臺知道的加密方式修改這些信息塊的內(nèi)容。調(diào)制使用GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）調(diào)制技術(shù)，在適當(dāng)時刻將數(shù)碼信號轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的頻率的模擬信號；然后通過射頻電路的處理，以無線電波的形式發(fā)射出去。接收通道的處理包括均衡、解密、信道解碼和語音解碼。其中解調(diào)是將無線電波被天線接收以后，接收機(jī)根據(jù)多址規(guī)則接收相應(yīng)的信息，信號進(jìn)行解調(diào)，結(jié)果為二進(jìn)制信息塊的序列。均衡是校正因復(fù)雜地形引起的無線電信號失真。解密是通過與加密相反的方法修改這些比特。信道解碼是利用附加的冗余碼，檢測或糾正解調(diào)器輸出中可能的差錯，從解調(diào)器的輸出中恢復(fù)信源信息。語音解碼是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字語音信息還原成模擬的語音信號。接口部分包括模擬語音接口、數(shù)字接口及人機(jī)接口三個部分。模擬語音接口包括A/D、D/A變換、話筒和揚(yáng)聲器，數(shù)字接口主要是數(shù)字終端適配器，人機(jī)接口主要有顯示器和鍵盤。電源部分包括電池直接供電的電路和由電池供電通過專用集成電源轉(zhuǎn)換成各路直流電壓的電路。當(dāng)前倡導(dǎo)的第三代移動通信（簡稱3G）是無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。它能夠處理圖像、語音和視頻等多媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議和電子商務(wù)等多種信息服務(wù)，為手機(jī)融入多媒體元素提供強(qiáng)大的支持。數(shù)字調(diào)制技術(shù)在DTV上的應(yīng)用數(shù)字電視系統(tǒng)數(shù)字電視（DTV）是將活動圖像、聲音和數(shù)據(jù)，通過數(shù)字技術(shù)進(jìn)行壓縮、編碼、傳輸、存儲，實(shí)時發(fā)送、廣播，供觀眾接收、播放的視聽系統(tǒng)。數(shù)字電視技術(shù)的優(yōu)勢在于更有效地利用各類頻道資源，如在有線廣播傳輸一套模擬電視的8MHz頻道內(nèi)可以傳輸6套數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目（它的關(guān)鍵技術(shù)是信源壓縮和高效信道編碼調(diào)制技術(shù)）；采用數(shù)字錄像機(jī)和非線性編輯制作節(jié)目質(zhì)量明顯提高，數(shù)字電視節(jié)目易于存儲處理；清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)字電視信號的傳輸不像模擬信號受傳輸過程中噪聲積累的影響，在接收端收看到的電視圖像非常接近演播室水平；可開展多功能業(yè)務(wù)，隨著電視傳輸和用戶接收的數(shù)字化，以往用模擬方式無法提供的服務(wù)將成為可能，如電視網(wǎng)站、交互電視、股票行情與分析、視頻點(diǎn)播等，用戶將從單純的收視者變?yōu)榉e極的參與者；數(shù)字電視網(wǎng)和因特網(wǎng)相輔相成，數(shù)字電視接收機(jī)完全可以作為因特網(wǎng)的終端顯示器，將各家各戶與因特網(wǎng)連接在一起，加快了社會信息化的進(jìn)程。數(shù)字電視系統(tǒng)的基本組成，如圖4所示。按功能來分，它由3大部分組成：信源部分、信道部分和信宿部分。信源部分包括信源（音頻/視頻）編碼器和復(fù)用器。信源編碼器對視頻/音頻信號進(jìn)行壓縮編碼，在一定壓縮率的前提下得到最高的解碼圖像質(zhì)量；信源部分算法主要依照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)（或MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)），視頻編碼器的性能對整個DTV系統(tǒng)的圖像性能有決定性影響。發(fā)送端的復(fù)用器把音頻、視頻及數(shù)據(jù)的碼流通過打包器打包（這是通俗的說法，其實(shí)是數(shù)據(jù)分組），然后再復(fù)合成單路串行的傳輸比特流，送給信道編碼器及調(diào)制器。信道傳輸部分包括信道編碼與調(diào)制、發(fā)射機(jī)、傳輸媒質(zhì)、接收機(jī)和信道解調(diào)與解碼，其中傳輸方式可以是CATV、衛(wèi)星或地面。根據(jù)媒質(zhì)的不同在信道傳輸部分中將會采取不同的信道編碼和調(diào)制方式。信道傳輸部分對應(yīng)有三類標(biāo)準(zhǔn)，地面廣播、衛(wèi)星廣播和有線電視。由于地面廣播信道的條件十分不理想，各種干擾和雜波使信號的差錯率增加、業(yè)務(wù)質(zhì)量下降，為了更有效地克服惡劣的環(huán)境，同時還支持移動接收，地面廣播信道所采用的技術(shù)相對其他兩類要復(fù)雜。信宿部分包括視頻/音頻解碼器和解復(fù)用器。視頻/音頻解碼器對已經(jīng)壓縮過的視頻/音頻信號進(jìn)行解碼，特殊格式的電影或音樂需要特定解碼器來解碼播放。接收端解復(fù)用器的工作原理與發(fā)送端復(fù)用器的工作原理正好相反。數(shù)字高清晰度電視的圖像信息速率接近1GB/s，要在實(shí)際信道中進(jìn)行傳輸，除應(yīng)采用高效的信源壓縮編碼技術(shù)、先進(jìn)的信道編碼技術(shù)之外，采用高效的數(shù)字調(diào)制技術(shù)來提高單位頻帶的數(shù)據(jù)傳送速率也極為重要。數(shù)字電視信號經(jīng)信源編碼及信道編碼后，將面臨信號傳輸，傳輸目的是最大限度地提高數(shù)字電視覆蓋率，根據(jù)數(shù)字電視信道特點(diǎn)，要進(jìn)行地面信道、衛(wèi)星信道、有線信道的編碼調(diào)制后，才能進(jìn)行傳輸。由于在數(shù)字電視系統(tǒng)中傳送的是數(shù)字電視信號，因此必須采用高速數(shù)字調(diào)制技術(shù)來提高頻譜利用率，從而進(jìn)一步提高抗干擾能力，以滿足數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)的傳輸要求。目前國際上數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調(diào)制技術(shù)主要有：四相移相鍵控（QPSK）、多電平正交幅度調(diào)制（MQAM）、多電平殘留邊帶調(diào)制（MVSB）和正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）。2自評通過本文的閱讀，我對于現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其在各方面的應(yīng)用有了進(jìn)一步的認(rèn)識與了解。數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題主要包括信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等。我通過上網(wǎng)與本的結(jié)合了解到，傳統(tǒng)的電話線系統(tǒng)使用的是銅線的低頻部分（4kHz以下頻段）。而ADSL采用DMT（離散多音頻）技術(shù)，將原來電話線路0kHz到頻段劃分成256個頻寬為的子頻帶。其中，4khz以下頻段人用于傳送POTS（傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)），20KhZ到138KhZ的頻段用來傳送上行信號，138KhZ到的頻段用來傳送下行信號。DMT技術(shù)可以根據(jù)線路的情況調(diào)整在每個信道上所調(diào)制的比特數(shù)，以便充分的地利用線路。ADSL采用頻分多路復(fù)用技術(shù)，而頻分多路復(fù)用是一種將多路基帶信號調(diào)制到不同頻率載波上再進(jìn)行疊加形成一個復(fù)合信號的多路復(fù)用技術(shù)。在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬的情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同（或略寬）的子信道，每個子信道傳輸一種信號。這樣在一條線路上可以同時存在3個信道，當(dāng)使用HFC方式時，通過CABLEModem可以使用永久連接。GSM數(shù)字手機(jī)的話音是被數(shù)字化之后才在無線信道上傳送的，它不像模擬移動電話那樣容易被干擾，因此通話時話音清晰、干擾小。但是，因傳送的是數(shù)字化的話音，也存在話音有些失真的缺點(diǎn)。CDMA是在其數(shù)字技術(shù)通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。它能夠滿足市場對移動通信容量和品質(zhì)的高要求，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點(diǎn)。DTV數(shù)字電視是數(shù)字信息技術(shù)的產(chǎn)物，以數(shù)字化、交互性為特色，它把電視傳播方式與信息技術(shù)集于一身。與傳統(tǒng)模擬電視相比，數(shù)字技術(shù)的高精度使數(shù)字電視無論從畫面的清晰度還是伴音效果都大大地提高了。我家里收看的也是數(shù)字高清電視，與傳統(tǒng)的相比的確是畫面質(zhì)量有了明顯的提高。數(shù)字電視還有家庭影院等一系列功能豐富了使用者的業(yè)余時間也是它不可多得的一個優(yōu)勢。3參考文獻(xiàn)[1]談?wù)褫x.下一代移動通信網(wǎng)絡(luò).中國數(shù)據(jù)通信,2005,(4):14~14[2]顧寶良.通信電子線路.電子工業(yè)出版社,2002:1~2[3]薛安平等.淺析藍(lán)牙技術(shù).中國數(shù)據(jù)通信,2005,(1):14~14[4]張建松等.通信信號的調(diào)制體制識別算法.通信與計算技術(shù),2005,(8):9~9[5]及燕麗，王友村，沈其聰?shù)?現(xiàn)代通信系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2001:1~1[6]南利平.通信原理簡明教程.北京：清華大學(xué)出