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1、4.3 数字视频信号的调制,4.3.1 数字视频信号调制的目的 1)实现长距离传输（信号形式与传输信道特性相匹配）基带传输系统的结构较为简单，但难以长距离传输，因为一般的传输信道在低频处的损耗都是很大的。为进行长途传输，必须采用调制传输的方式。将基带信号搬移到信道损耗较小的指定的高频处进行传输。,2）实现频分复用。在一个信道中传输多个节目。 3）提高传输效率。多个二元比特转换为一个多元符号，这种多元符号可以是实数信号（在QAM（Quadrature Amplitude Modulation）调制中），也可以是二维的复信号（在PSK（phase shift keying）和QAM（Quadrat
2、ure Amplitude Modulation）调制中）。例如在QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）调制的映射中，每两个比特被转换为一个四进制的符号，对应着调制信号的四种载波。在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩。,4）进一步增强抗干扰性，提高传输可靠性。,各类二进制调制原理图,4.3.3 数字视频信号QPSK调制在QPSK中，数字序列相继两个码元的4种组合对应着4个不同相位的正弦载波，即00、01、10、11分别对应：0t2T， T为比特周期 。,图4-28（a）是QPSK相位矢量图，图中I表示同相信号， Q表示正交信号。 4-28（b）是QPSK星座
3、图，星座图中不画矢量箭头只画出矢量的端点。,星座间的最小距离表示调制方式的欧几里德距离。欧几里德距离d可表示为信号平均功率S的函数。QPSK信号的欧几里德距离与平均功率的关系为。欧几里德距离越大，信号的抗干扰能力就越强，接收端判决再生时就越不容易出现误码。,图4-29是QPSK调制器的原理方框图，码率为R的数字序列S(t)经分裂器分裂为码率为R/2的I、Q信号，再由I、Q信号生成幅度为-AA的双极性不归零序列Re(t)、Im(t)。Re(t)和Im(t)分别对相互正交的sinct和 cosct两个载波进行ASK(幅度键控)调制，然后相加得到已调信号SQPSK(t）。,SQPSK(t) Im(t
4、) sinct +Re(t) cosct,4.3.4 数字视频信号QAM调制 1、概念 正交幅度调制（QAM）也称为正交幅移键控。它是一种矢量调制，由两路数字基带信号对正交的两个载波调制合成而得到。通常有2电平正交幅移键控(2-QAM或4QAM)、4电平正交幅移键控(4-QAM或16QAM)、8电平正交幅移键控(8-QAM或64QAM)等。称为MQAM调制。 电平数m和信号状态M之间的关系是M=m2。,2、调制 图4-31是MQAM正交振幅调制方框图。调制信号S(t)由分裂器分成I、Q两路信号，再经2-m电平变换器从2电平信号变成m电平信号x(t)、y(t)，用x(t)、y(t)对正交的两个载
5、波sinct和cosct进行调幅再相加得到已调信号MQAM。,图中，上支路用的载波相位为0，下支路用的载波相位是/2。因此，上支路称为同相信道；下支路称为正交信道。 图4-31中的2-m电平变换有一定的逻辑关系，这种变换逻辑称为电平逻辑，常用的电平逻辑有自然码和格雷码两种。对16QAM是2-4电平变换，输入信号I的码组为a1、a2，输入信号Q的码组为b1、b2；a1、b1表示同相信道与正交信道电平基带信号的极性，a2、b2表示两个信道的4电平信号的电平值。定义如表4-9所示。,3、解调 正交幅移键控信号的解调采用正交相干解调器，如图4-32所示。MQAM信号经相干解调后，在输出端分别得到两个m
6、电平信号x(t)和y(t)，再对m电平信号进行判决，恢复二进制信号I、Q，最后将I、Q信号合成为S(t)。,16QAM信号可以由两个幅度相差一倍的QPSK信号组合而成，如图4-33所示。从图4-34的矢量图可见，由于两个QPSK信号的幅度不同，因此对于每一个QPSK信号来讲，四种不同的相位可以传输四个双比特码元。当它们组合以后，就得到了16个相位或幅度不同的信号状态，每个信号状态可以传输四个二进制信息，这就组成了16QAM。,由于正交幅度调制，尤其是高维数的正交幅度调制，抗干扰能力差，接收时需要的信噪比高，故不宜用于条件恶劣的无线信道，而常用于有线信道。 目前，在欧洲DVB有线电缆传输标准DV
7、B-C中采用QAM调制。根据信道质量和传输数据率要求的不同，可采用16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM，分别对应每符号4、5、6、7和8比特。,4.3.5 数字视频信号COFDM调制1、OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交频分复用2、将经过信道编码后的数据符号分别调制到频域上相互正交的大量子载波上，然后将所有调制后信号叠加（复用），组成一个多载波并行传输系统。 分复用是一种多正交频载波调制方式。,3、由于正交频分复用是采用大量（N个）子载波的并行传输，因此，在相等的传输数据率下，OFDM时域符号长度是单
8、载波符号长度的N倍。这样其抗符号间干扰（ISI）的能力可显著提高。 一个OFDM符号中各个子载波信号在频谱上的幅度响应如图所示。子载波中心频率处于其他子载波通信信号频谱的谱零点上。,4、OFDM的数字实现原理,6、OFDM的主要优点1）抗干扰能力强 ；2）频谱利用率高 ；3）系统结构简单 。,4.4 数字视频信号的传输方式 视频信号的传输媒体,4.4.1 电话线传输系统 用电话系统传输视频信号，主要应用的是各种数字用户线路xDSL（Digital Subscriber Loop）技术。 1、ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Loop，非对称用户数字线） 下行
9、传输速率受传输距离的影响，距离为2.7km时，传输速率8.4Mbit/s，5.5km时便降到1.54Mbit/s。上行传输速率在1664kbit/s之间。适用点播的分布式服务。,2、HDSL（High Bit rate Digital Subscriber Loop 高速率用户数字线）利用两对双绞铜线传送双向对称数字信号 。 3、VDSL（甚高速用户数字线） 在一对双绞线上可支持下行传输速率1352Mbit/s和上行传输速率1.52.3Mbit/s，但传输距离只有3001 400m，可以支持高清晰度电视（HDTV）信号； 要求。,4、其他还有RDSL（Rate adaptive DSL自适应用
10、户数字线），它可根据传输线的质量和传输距离动态地调整访问速度 。 SDSL（Single Line High Bit Rate Digital Subscriber Line单用户数字线），也支持T1线路及E1线路，传输距离在304m内时，可以满足上、下行传输速率相等的要求。XDSL 它们都采用了先进的调制技术。,4.4.2 同轴电缆传输方式 1、同轴电缆的结构由内导体，绝缘体、屏蔽层和外保护层四个部分组成,同轴电缆比双绞线有着优越的频率特性。可以用于较高的频率和数据传输率。 模拟信号传输的可用频率大约可达到400MH 。传输数据率可达到800Mbps 由于其屏蔽的同轴心结构，比起双绞线来，它
11、对于干扰和串音就不敏感。影响性能的主要因素是衰减、热噪声和交调噪声。,2、同轴电缆主要指标 A、特性阻抗。50 ， 75 B、衰减特性。用dB/m来衡量 。会随工作频率的升高而增大。为确保高低频道电视信号的均衡，长距离传输时，需要用放大器进行频率补偿，即通常说的斜率自动补偿。 C、温度特性。0.2dB/ 。 D、回波损耗。回波损耗是由于电缆特性阻抗不均匀而导致反射波及衰减量的增加，对图像清晰度影响较大。产生回波损耗的原因有电缆本身的质量问题，也与使用、维护不当有关,3、同轴电缆视频传输系统构成,A、前端前端部分是有线电视系统的神经中枢。在前端机房将各种信号，包括卫星信号、无线电视信号、录像机信
12、号等进行技术加工，即解调、放大、滤波、调制、混合等处理过程，最终形成具有一定带宽的邻频模拟电视信号或经过一定压缩格式处理后的数字信号，再将这种信号经过前端前置放大器、光发射模块送到网上,B、干线传输部分干线传输包括干线电缆或光缆、干线放大器、光发射机、光接收机、分光器、野外分支分配器等。它的作用是将信号尽可能合理地覆盖所要服务的区域，充分发挥网络的资源优势 。 C、分支分配部分,4.4.3 光纤传输方式 1、光纤传输视频的优点 (1)频带宽，传输容量大 单模光纤的带宽可达10GHz以上 。如果采用WDM（ Wave Division Multiplexing)、DWDM（ Dense Wave
13、 Division Multiplexing )技术，可传输的信息容量就更大了。从理论上讲，一对光纤可同时传输150万路电 。如果采用波分复用(WDM Wave Division Multiplexing)、密集波分复用(DWDM Dense Wave Division Multiplexing )技术，可传输的信息容量就更大了。从理论上讲，一对光纤可同时传输150万路电话或2000套电视节目 。,(2)传输损耗小。 (3)重量轻。 (4)抗干扰能力强。 (5)工作性能可靠。无故障工作时间达50-75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，其平均寿命也达25年。 (6)架设方便，经济,2、
14、光缆的结构 光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯 。 芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。,光纤按传输模数可分为单模光纤和多模光纤，目前应用在视频传输中的光纤基本为单模光纤。 按光纤芯的数量可分为：单芯和多芯光纤。 3、光纤通信光源 发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。,光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因,4、光纤视频传输系统构成,4.4.4 双绞线传输方式 双绞线由两条绝
15、缘铜导线排成匀称的螺旋状组成，一对线作为一条通信线路。通常，一定数量这样的导线对捆成一个电缆，外面包着硬保护性护套。,双绞线的传输距离、带宽和数据率有限。当频率增高时，信号衰减增大。 可以采取一些措施来减少损耗，可用金属编织网来屏蔽，可减少干扰；线的绞纽可减少低频干扰，相邻的线对采用不同的纹纽长度可减少串音。另一个技术是使用平衡传输线。 目前，3类标准的无屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair)数据传输率达到10Mbps，5类标准的UTP数据传输率达到100Mbps，150的屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）数据传输率超过100Mbps。,
16、单路双绞线视频传输系统,典型多路应用系统,4.4.5 微波传输方式 微波（130GHz）的波长很短，它具有类似光的传播特性，即所谓的视线传播，其绕射能力、穿透性很弱。 微波信道具有如下特点： （1）微波信道频段的频带很宽，传输数据率较高，可以容纳同时工作的无线电设备就多。 （2）在高频段，受工业、无线电(中、长、短波)和宇宙等外部干扰的影响小，可使其传输能力大大提高。 （3）在10 GHz以下的波段受风雨雪等恶劣气像条件的影响小，可使其稳定度大大提高。,（4）发射波束在视线范围内直线、定向传播，保密性较全向的无线电波高。 （5）与电缆通信相比，其通信质量相当，并且具有初期投资少，建设速度快，便于翻山过水和机动灵活等优点。 微波传输数字视频典型应用系统为LMDS(Local Multipoint Distribution Services)。本地多点分布服务。 LMDS采用一种类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区，每个服务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。每个服务区覆盖范围为几公里至十几公里，并可相互重叠。,
