數(shù)字電視廣播QAM調(diào)制的原理及應(yīng)用

摘 要：在有限的帶寬里要傳輸大量的多媒體數(shù)據(jù)，頻譜利用率成為眼下至關(guān)重要的、需要突破的難題。由于具有高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢(shì)，QAM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，比如數(shù)字電視廣播等。下文就QAM調(diào)制的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：QAM調(diào)制;原理;運(yùn)用

0 引言

QAM是正交幅度調(diào)制，它是把2ASK和2PSK兩種調(diào)制手段結(jié)合起來(lái)的調(diào)制技術(shù)，進(jìn)而保證帶寬能夠擴(kuò)展到雙倍，傳輸更加順暢。QAM調(diào)制技術(shù)使用獨(dú)立的兩路基帶信號(hào)對(duì)相同頻率、正交相位的兩個(gè)載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，再將已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)疊加在一起進(jìn)行傳輸。由于QAM已經(jīng)成為數(shù)字電視廣播、無(wú)線接入、無(wú)線通信的關(guān)鍵使用方案，因此深入研究調(diào)制解調(diào)技術(shù)對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有重要意義。

1 QAM的概念

QAM（即正交幅度調(diào)制）通常在DVB-C標(biāo)準(zhǔn)下采用，是一種高頻帶利用率的矢量調(diào)制技術(shù)，通常表現(xiàn)為利用幅度和相位進(jìn)行聯(lián)合調(diào)制。同時(shí)，它利用了載波的幅度和相位來(lái)傳遞信息比特（基本信息單位），用不同的幅度和相位來(lái)代表不同的編碼符號(hào)，故而在某一特定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)更高的頻帶利用率，除此之外，其抗噪聲能力強(qiáng)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。目前，QAM在衛(wèi)星通信和數(shù)字電視廣播等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2 QAM的原理

在通信系統(tǒng)中采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)的傳輸叫作頻帶傳輸，同時(shí)與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為基帶傳輸?；鶐鬏斒菙?shù)據(jù)通信中極其重要的一種傳輸形式，但是這種傳輸形式只能在信道上不做任何加工的傳輸二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，帶寬的利用率非常低而且不能多路復(fù)用。因此，想要在有限的帶寬內(nèi)傳輸多路信號(hào)就需要調(diào)制信號(hào)，而效率高、抗噪聲強(qiáng)的QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)就成了首選。

QAM調(diào)制實(shí)際上是幅度調(diào)制和相位調(diào)制的組合，所謂幅度和相位的聯(lián)合調(diào)制，就是指調(diào)制載波的振幅和相位都隨著兩個(gè)獨(dú)立的基帶信號(hào)的變化而變化，通俗來(lái)講就是“相位”加上“幅度”的狀態(tài)定義了一個(gè)數(shù)字或數(shù)字的組合，讓QAM具有更大的符號(hào)率，從而獲得更高的系統(tǒng)效率。常用的QAM有16/32/64/128/256QAM，通常為64QAM，但是高質(zhì)量的光纜和電纜可以采用128、256甚至是512QAM。

一般情況下，符號(hào)率會(huì)決定占用帶寬，所以每個(gè)符號(hào)的比特越多，效率就越高。針對(duì)固定的系統(tǒng)，假設(shè)需要的符號(hào)數(shù)為2n，這里n是每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)。那么，對(duì)于16QAM來(lái)說(shuō)，n等于4，因此有16個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)代表4bit：0000，0001，0010等;對(duì)于64QAM來(lái)說(shuō)，n則等于6，因此有64個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)代表6bit：000000，000001，000010等，這就是QAM調(diào)制的基本原理。

當(dāng)然，二進(jìn)制的MPEG-2比特流在經(jīng)過(guò)信道編碼后進(jìn)入QAM調(diào)制器，信號(hào)被分為兩路，一路給I，另一路給Q，每一路一次給3比特的數(shù)據(jù)，這3比特的二進(jìn)制數(shù)一共有8種不同的狀態(tài)，而且分別對(duì)應(yīng)8種不同的電平幅度，這樣I就有8個(gè)不同幅度的電平，Q也同樣有8個(gè)不同幅度的電平，而且I和Q兩路信號(hào)采取正交模式。這樣任意一個(gè)I的幅度和任意一個(gè)Q的幅度組合都會(huì)在極坐標(biāo)圖上映射一個(gè)相應(yīng)的星座點(diǎn)，每個(gè)星座點(diǎn)就代表由6個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)組成的一個(gè)映射，I和Q一共有64種組合狀態(tài)，各種可能出現(xiàn)過(guò)的數(shù)據(jù)狀態(tài)組合最后到星座圖上就是64QAM星座圖。

3 QAM的應(yīng)用

現(xiàn)今我國(guó)的有線電視大多采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)，而DVB系統(tǒng)的信源編碼則固定使用MPEG-2編碼，在模擬信號(hào)后經(jīng)過(guò)抽樣量化和編碼后，發(fā)現(xiàn)形成的數(shù)字信號(hào)碼率非常高，頻帶占用也很寬。一般一路PAL-D視頻信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的碼率是216Mbit/s，要順利傳送數(shù)字信號(hào)，信道帶寬應(yīng)該至少是其碼率的0.5倍以上，所以要傳送上面那樣一組數(shù)字信號(hào)至少要108MHz帶寬以上。這很明顯比模擬視頻信號(hào)占用的6MHz帶寬要大很多，所以數(shù)字信號(hào)一般要經(jīng)過(guò)壓縮后才能傳輸出去，每套節(jié)目的傳輸速率大概是6Mbps。而對(duì)于標(biāo)清信號(hào)，在進(jìn)行電視傳輸時(shí)，大多使用64QAM調(diào)制方式。倘若符號(hào)率為6.875Mbaud，信道采用RS編碼，每套節(jié)目的傳輸速率按照6Mbps計(jì)算，則每個(gè)頻道的傳輸速率最高能夠達(dá)到41.25Mbps，而有效傳輸速率也能夠達(dá)到38.01Mbps，可以傳輸?shù)墓?jié)目數(shù)量有6.33個(gè)。

HDTV信號(hào)逐漸成為當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，其在未經(jīng)過(guò)壓縮的情況下，數(shù)據(jù)為663.5Mbit/s，壓縮后為31.8Mbit/s。倘若使用64QAM調(diào)制，確定頻帶使用率為6bit/（s·Hz），那么傳輸帶寬則為5.3MHz。這也就說(shuō)明，在現(xiàn)今的有線電視系統(tǒng)中，運(yùn)用64QAM調(diào)制方式，能夠在每個(gè)頻道傳輸一路高清或者六路標(biāo)清信號(hào)，極大地增強(qiáng)了信道的利用率。

4 結(jié)語(yǔ)

QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)目前已經(jīng)被數(shù)字電視廣播系統(tǒng)廣泛采用。從其概念、結(jié)構(gòu)到原理和運(yùn)用不難看出，隨著社會(huì)的進(jìn)步，各領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)也在不斷革新。相信在未來(lái)，我國(guó)的科技人才必將如雨后春筍般涌現(xiàn)，而科技事業(yè)也勢(shì)必發(fā)展得如日中天。

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作者簡(jiǎn)介：戰(zhàn)濤（1985—），山東淄博人，碩士研究生，講師，研究方向：廣播電視學(xué)。