常用多进制数字调制技术基础

　　1 常用多进制数字调制技术及应用

　　1.1 QPSK(四相相移键控)技术及应用

　　(1)QPSK技术

　　在相移键控(PSK)技术中，通过改变载波信号的相位来表示二进制数0、1，而相位改变的同时，最大振幅和频率则保持不变。例如，可以用两种不同相位的正弦信号分别表示0和1，用0°相位表示0，用180°相位表示1，这种PSK技术称为二相位PSK或2-PSK，信号之间的相位差为180°。

　　同样，可以用4种不同相位的正弦信号分别表示00、01、10和11，例如，用0°相位表示00，用90°相位表示01，用180°相位表示10，用270°相位表示11。这样每种相位的正弦信号可以表示两位二进制信息，信号之间的相位差为90°，这种PSK技术称为四相位PSK或QPSK，由于4个相位与四进制的4个符号相对应，也称四进制PSK调制。因每种相位的正弦信号可以表示两位二进制信息，与2-PSK相比，其编码效率提高了1倍。

　　以此类推，当不同相位的载波数为8、16……时,分别称为8-PSK(八进制PSK)、16-PSK(十六进制PSK)……，理论上，不同相位差的载波越多，可以表征的数字输入信息越多，频带的压缩能力越强，可以减小由于信道特性引起的码间串扰的影响，从而提高数字通信的有效性。但在多相调制时，相位取值数增大，信号之间的相位差也就减小，传输的可靠性将随之降低，因而实际中用得较多的是四相制(4-PSK)和八相制(8-PSK)。

　　(2)QPSK的应用

　　QPSK广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视的上行传输。在卫星数字电视传输中普遍采用的QPSK调谐器可以说是当今卫星数字电视传输中对卫星功率、传输效率、抗干扰性以及天线尺寸等多种因素综合考虑的最佳选择。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，我国也出现了采用QPSK调制解调的卫星广播和数字电视机。

　　要实现卫星电视的数字化，必须在卫视传输中采用高效的调制器和先进的压缩技术，因为我国现行的PAL制彩色电视是采用625行/50场，其视频带宽5 MHz，根据4∶2∶2的标准，625行/50场的亮度信号(Y)的取样频率为13.5 MHz，每个色差信号(R-Y)和(B-Y)的取样频率均为6.75 MHz。当Y，(R-Y)，(B-Y)信号的每个取样为8 bit量化时，电视信号经数字化后的亮度信号码率为13.5×8=108 Mbps，色度信号的码率为6.75×8×2=108 Mbps，总码率为色亮码率之和，即216 Mbps，在现有的传输媒介中要传送这样宽带的数字电视信号是不可能的。

　　采用四相相移键控(QPSK)调制之后，可把传输的带宽降到100 MHz左右，再使用电视图像及伴音压缩编码技术，常用MPEG-2(运动图像压缩编码标准)，可以把数字电视信号中包含的冗余信息去除，即在保证接收端电视图像质量的前提下，采用数字视频压缩技术，可以降低传送码率，使传送带宽减少，实现多路传输。目前，已经可以做到把216 Mbps速率的数字电视信号压缩到5 Mbps，使原来只能传送1路模拟电视的36 Mbps卫星转发器，现在可同时传送5路数字电视信号。这样，数字信号经码率压缩技术处理后，信号传输容量会得到数倍甚至数十倍的增加。

　　1.2 QAM(正交幅度调制)技术及应用

　　(1) QAM技术

　　正交幅度调制(QAM)是一种矢量调制，它将输入比特先映射(一般采用格雷码)到一个复平面(星座)上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量(对应复平面的实部和虚部)采用幅度调制，分别对应调制在相互正交(时域正交)的两个载波(cos wt和sin wt)上。这样与幅度调制(AM)相比，其频谱利用率提高1倍。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可实现更高的频带利用率，目前QAM最高已达到1024QAM(1 024个样点)。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM的每个符号和周期传送4比特。

　　(2)QAM应用

　　QAM调制主要用在有线数字视频广播和宽带接入等通信系统方面。

QAM调制方式的多媒体高速宽带数据广播系统采用DVB-C有线数字视频广播标准，代表着数字化发展方向，有16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM之分，数字越大，频带利用率越高，但同时抗干扰能力也随之降低。采用64QAM调制方式，可在传统的8 MHz模拟频道带宽上传输约40 Mbps数据流，可在一个标准PAL通道上传输4~8套数字电视节目，它的末端用户可以是计算机，也可以是带数字机顶盒