數字電視信號傳輸中的多載波調制技術分析

摘要：隨著計算機技術的不斷發展，數字電視已步八了尋常百姓家，但它和同模擬電視相比卻有很多的不同之赴。本文雙數字電視信號傳輸中的多載波調制技術為討論對象進行分析。

關鍵詞：數字電視 信號傳輸 多載波調制

中圖分類號：TN949 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098x(2012)02(b)-0040-01

引言

我國從1998年開始了對數字電視的研制和開發，到2004年已有10多個大中城市開通了數字電視，目前，數字電視以進入了尋常百姓家，成為人們生活中不可缺少的日用電器之一。數字電視由電視臺送出的圖像及聲音信號，經數字壓縮和數字調制后，形成數字電視信號，經過衛星、地面無線廣播或有線電纜等方式傳送，由數字電視接收后，通過數字解調和數字視音頻解碼處理還原出原來的圖像及伴音。要保證數字電視傳輸過程中信號的高質量和高效率，就離不開調制技術的支持，因此，研究數字電視信號傳輸中的多載波調制技術就具有了現實意義。

1兼容制的彩色電視信號

1.1電視系統的兼容

由于數字電視需要以數字信號為傳輸模式，于是就得具備兼容的特性。在電視系統的兼容性中，又可以分為正向兼容和逆向兼容。所謂的正向兼容即我們家里的電視機一樣，它既能接收黑白的電視信號，又能接收彩色的電視信號，進而在屏幕上呈現正常的黑白的圖像。逆向兼容是指彩色電視機在接收色彩信號時，能將圖像進行正常重現，而接收黑白信號時，也能正常重現。要保證亮度和色度信號的頻譜交錯，就要將-兩個色差信號調制在一個恰當的副載波上，從而形成色度信號。通常色差信號的調制用正交平衡調幅。彩色電視機除了能兼容黑白電視機的壘部信號內容，還有經過正交平衡調幅的色度信號，更能更加齊備。因此，彩色電視機的電視信號就由亮度信號、色度信號、色同步信號、復合同步信號、復合消隱信號混合而成的彩色壘電視信號。

1.2電視信號的發送

電視系統的視頻信號一般采用調幅方式，而音頻信號則用調頻方式，在傳輸過程中，兩種信號不能同時發送，解決的辦法就是分別調制在高頻載波上。調制的高頻載波合成為射頻全電視信號，再將全電視信號對載波進行調幅，使之成為高頻電視信號，其波形的包絡于全電視信號一樣。

但在各個不同的頻率信號中，需要準確的進行調制，于是，多載波的調制技術就需要進一步分析。

2多載波的調制技術

1948年，電視信號數字化就以被提到電視發展的歷程中，將R、G、B模擬電視信號取樣、量化，進行A/D轉化，將模擬電視的信號轉換成二進制的代碼進行傳輸。直到七八十年代，方見數字電視的雛形，如數字錄像機、數字降噪器等。之后的很長一段時間，數字化的信號處理仍舊不斷發展，實現了電視內的數字電視處理和傳輸、基本實現了電視內的全數字處理。在提高信號在質量上，以數學分量為基礎的手段應用讓信號質量大幅提高。但接收機仍然以模擬電視信號為主，這就需要對傳輸的電視信號進行調制。

2.1單載波調制

即用一個信號去調制一個載波，且在同一個信道內只有一個載波的信號。通俗的說就是用一個已經調制的信號來填滿所有的寬帶。單載波的調制信號主要是改變載波的振幅、頻率和相位。在數學調制技術中則表現為振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)、正交調幅(QAM)以及其他一些相關的調制方法。

2.2多載波調制

多載波調制實質上是一種化整為零的方法，即將要傳輸的高速數據流進行分解，讓其變成多個低速比特流，在用這些經過高速數據分解得到的比特率去并行調制多個子載波。即將一個傳輸信道進行分解成若干個子信道，在分解出的信道上用一個子載波去進行調制，讓子信道之間無頻譜重疊的方法。多載波調制本質上可以算是一種頻分復用調制。其優點是能抵抗無信道時間的彌散。

2.3頻分復用(FDM)調制

在通信系統中，通常一個信道的寬帶要大于傳輸一路信號的寬帶，若一個信道只用于傳輸一路信號，那多余部分就是一種浪費，于是，若能將一個信道進行多路信號的傳輸，就能極大的節省空間和材料，這就是頻分復用(FDM)調制的方法。所謂的“頻分”即將一個信道的寬帶進行多路信號傳輸；而“復用”即將獨立的信號合并在同一個信道內進行傳輸。在頻分復用(FDM)調制中，按信號在信道內占的頻率被稱之為頻分復用，而若按時間進行區分，則叫時分復用。

2.4正交頻分復用

在正交頻分復用中，子載波之間保持著正交性但有重疊。因正交頻分復用系統中載波數量較多(通常達到上百)，故在實際的使用中不可能如頻分復用般用多個振蕩器和鎖相環陣列進行調制。正交頻分直到離散付立葉變換才得以實現，并使之技術得到應用。正交頻分復用是將通常在載頻實現的頻分復用過程轉化為基帶數字預處理。應用中，離散付立葉變換又用快速傅里葉變換算法進行。于是正交頻分復用在射頻部分雖然此阿勇的還是單載波模式，但子載波之間的交調不在受干擾，多載波同步也能進行，并使系統結構得到簡化。因此，正交頻分復用是將頻域分解成若干個正交子信道，在分解出的每個子信道上用一個子載波進行調制，實現的是子載波的并行傳輸。如此調制，可以將寬帶變成各個不同的窄帶，從而讓頻率選擇性衰落問題得到解決。在頻分復用中，頻帶不重疊。頻譜利用率低。但在正交頻分復用中，各個子載波相互正交，其間有部分重疊，頻帶利用率得到提高。因此，正交頻分復用在DAB、DVB-T、無線局域網802.11和802.16、ADSL和VDSL等領域得到了廣泛的應用。

2.5正交頻分復用的干擾

雖然正交頻分復用能將子載波的信號周期擴大，但也不能完全消除多徑衰落。多徑回波能讓多載波系統中的同一載波前后相鄰符合疊加，導致符號間的干擾，且會破壞正交性，導致載波間的串擾。要解決這一個問題的方法是增加間隔時間，讓每個符號周期變成實際的符號傳輸周期。

2.6正交頻分復用的缺點

在數字電視信號傳輸中的多載波調制技術中，正交頻分復用是應用最廣的一種，但也存在以下缺點：

(1)信號呈現很多的峰平功率比，需要更寬的線性范圍。因為在正交頻分復用中，是基于DFT而進行的調制，對相位噪聲、頻率偏移和非線性放大就更為敏感，為了避免信號的失真和頻譜的擴展，就需要較大的線性放大器進行調節。

(2)正交頻分復用中的子載波需要正交，若正交惡化，系統性自然降低，導致串擾的出現。加之無線衰落信道的時變性，多普勒頻移效應也經常發生，為此，在正交頻分復用系統中，實現子載波的精確同步也是一大關鍵。

當然，各種調制技術都有相應的優點和缺點，我們也只有在這種對比中，找到最適合數字電視信號傳輸的調制技術，方能推動數字電視信號傳輸技術的不斷發展。

參考文獻

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