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数字电视调制器调制星座及原理简述

日期: 2019-01-20
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关于调制器调制星座(信号矢量端点的分布图为星座图),以下作简单叙述:信号三个特征为幅度、相位和频率,它们随着时间变化而变化。信号可以同时进行幅度和相位的调制,也可以分开进行调制。在特制的系统中信号可以分解为一组相对独立的分量:同相(I)和正交(Q)分量。这两个分量是正交的,且互不相干的。相位和频率仅仅是从不同的角度去观察或测量同一信号的变化,例如图一中的I信号和Q信号,如果将I信号的观察角度(相位)向后移动90度,那么I信号就成为了Q信号,当然这是方便理解才这样举例,实际过程中会不同。


正交幅度调制(QAM)是在两个正交载波上对信号进行幅度调制的调制方式。两个载波通常是相位差为90度(π/2)的正弦波,因此被称作正交载波。QAM调制实际上是幅度调制和相位调制的组合。相位和幅度状态定义了星座图中一个数字或数字的组合。QAM调制的优点是具有更大的符号率,从而可获得更高的系统效率。通常由符号率确定占用带宽。因此每个符号的比特越多,所含信息多其效率就越高。对于4-QAM、16-QAM、64-QAM调制的不同,从符号率方面来解释,所需要的符号数为2n,n为每个符号的比特数,这样就形成2的n次方。对于4QAM,n=2,也就是2的2次方,有4个符号,每个符号代表2 bit:00,01;对于16QAM,n = 4,也就是2的4次方,有16个符号,每个符号代表4 bit:0000, 0001,0010等。对于64QAM,n = 6,因此有64个符号,每个符号代表6bit:000000,000001,000010等。

星座图是相对于IQ调制而言的,在下图一中I、Q两个载波信号之间有90度的间隔,当I信号等于1时,Q信号为0,而Q信号等于1时,I信号为0,其他点类推,这样用平面坐标的形式就可以映射画在图二上。


IQ调制信号分布


在图二中横轴为I信号,纵轴为Q信号。从图一到图二就是将数据信息映射到坐标上,包含信号的幅度信息和相位信息(确切的说是初始相位,注意其中每个点的位置是不一样的,也就是说携带的信息不一样),也就是说星座图的意义:在于对调制解调误码性能等有很直观的判断。坐标轴的度量单位是角度。在星座图中,点到原点的距离代表的物理含义是:这个点对应信号的能量,离原点越远,意味着此信号能量越大。相邻两个点的距离称为欧氏距离,表示的是这种调制所具有的的抗噪声性能,欧氏距离越大,抗噪声性能越好。


调制器星座图


对于模拟信号来说,每一个星座点对应一个一定幅度和相位的模拟信号,这个模拟信号再被上变频到射频信号发射出去。模拟调制和数字调制的区别:模拟调制和数字调制之间的差别在于调制参数。在这两种方案中,改变的是载波信号的幅度、频率或相位(或是它们的组合)。在模拟调制中载波参数按连续的模拟信息信号改变,而在数字调制中,参数(幅度、频率或相位)按离散的数字信息改变。具体可以参见文章模拟信号与数字信号 区别。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。模拟信号频率调制和数字信号FSK调制可以被认为是QAM调制,因为它们本质上就是相位调制。BPSK(Binary Phase Shift Keying):二相相移键控,一个符号代表1bit;QPSK(Quadrature Phase Shift Keying):四相相移键控,一个符号代表2bit;8PSK(8 Phase Shift Keying):八相相移键控,一个符号代表3bit。


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