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淺談寬帶接入網(wǎng)絡(luò )的調制技術(shù)
淺談寬帶接入網(wǎng)絡(luò )的調制技術(shù)
2002中國西部地區電視技術(shù)年會(huì )優(yōu)秀論文三等獎信息時(shí)代的到來(lái)使得人們對寬帶業(yè)務(wù)的需求日益強烈，因而大大推動(dòng)了各種寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，當今，人們可以通過(guò)ISDN、XDSL、有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )的Cable Modem以及無(wú)線(xiàn)技術(shù)，如局域性多點(diǎn)分布服務(wù) LDMS 等多種連接途徑接至家庭的網(wǎng)絡(luò )，享受寬帶服務(wù)。無(wú)論采用何種寬帶接入方案，人們都希望在Internet網(wǎng)上傳送更多的多媒體信息，視頻信號的傳輸無(wú)疑是多媒體信息傳輸的核心，而如何將視頻信號高效的送入傳輸媒體，信號調制技術(shù)是一個(gè)重要的技術(shù)基礎，本文主要從寬帶接入的角度，談?wù)剬拵祿䝼鬏斪罨镜膯?wèn)題--調制技術(shù)。
一、調制技術(shù)是寬帶接入的技術(shù)基礎
傳輸信息有兩種方式：基帶傳輸和調制傳輸。由信源直接生成的信號，無(wú)論是模擬信號還是數字信號，都是基帶信號，其頻率比較低。所謂基帶傳輸就是把信源生成的數字信號直接送入線(xiàn)路進(jìn)行傳輸，如音頻市話(huà)、計算機間的數據傳輸等。載波傳輸則是用原信號去改變載波的某一參數實(shí)現頻譜的搬移，如果載波是正弦波，則稱(chēng)為正弦波或連續波調制。
調制技術(shù)是改變一個(gè)恒定波形的各種特性，例如幅度、頻率和相位，編制成為與信息一致的唯一的碼。通過(guò)任何媒體（金屬線(xiàn)、光纖或無(wú)線(xiàn)）的數字傳輸都需要使用編碼方案，將數字傳輸信息送入傳輸媒體。編碼方案按照各種不同的社區寬帶接入方式所提供的業(yè)務(wù)速度、要求的媒體質(zhì)量、抗噪聲干擾和復雜程度而不同，因此對于寬帶接入，可以認為調制是價(jià)格的代名詞。當前調制始終是專(zhuān)家討論的熱點(diǎn)話(huà)題，許多性質(zhì)相反的開(kāi)發(fā)與研究方案仍然在進(jìn)行中。
二、當前寬帶接入使用的主要調制方案
目前，寬帶接入網(wǎng)絡(luò )系統中使用的一些重要調制方案主要有：
●開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）；
●2B1Q；
●正交相移鍵控（QPSK）；
●正交調幅（QAM）；
●離散多音（DMT）。
1、開(kāi)關(guān)鍵控
開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）是用在光纖傳輸的直觀(guān)的簡(jiǎn)單調制方案。當發(fā)射器想發(fā)送二進(jìn)制的"1"，激光器打開(kāi)（光被發(fā)射出去），對于二進(jìn)制的"0"，激光器關(guān)閉。發(fā)送任意的二進(jìn)制序列，發(fā)射機只需簡(jiǎn)單地轉換它的發(fā)射激光器的開(kāi)或關(guān)，顯然開(kāi)/關(guān)非常地快。激光器開(kāi)或關(guān)的時(shí)間周期稱(chēng)為符號時(shí)間（見(jiàn)圖1）：
圖1 開(kāi)關(guān)鍵控示例
每單元時(shí)間符號的數量稱(chēng)為符號率。當符號率非常的快（每秒數十億個(gè)符號）保持收發(fā)同步的時(shí)鐘恢復問(wèn)題是一個(gè)重要的工程問(wèn)題。但是相對低的符號率（每秒數千至數百萬(wàn)），以光纖和電子的電流狀態(tài)恢復時(shí)鐘便可穩定地傳輸。
2、2B1Q
開(kāi)關(guān)鍵控，每個(gè)符號傳送一個(gè)邏輯比特�？墒怯貌煌姆�，每個(gè)符號可傳送更多的比特，例如2B1Q（2比特1組四電平碼），有4級振幅（電壓）用于2位編碼。因為有4級，每個(gè)符號代表2比特。示意如下表：
2B1Q是幅度調制技術(shù)，在美國用于綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)（ISDN）和高數據率用戶(hù)線(xiàn)（HDSL）業(yè)務(wù)。2B1Q的定義于1998年由美國國家標準協(xié)會(huì )（ANSI）和T.601規范。
2B1Q每個(gè)符號產(chǎn)生2比特，因此它和每符號傳送1比特的其他調制方案相比，2B1Q能傳送兩倍的數據。如果希望每個(gè)符號傳送更多的比特，則必須用更多的電壓電平。在每個(gè)符號時(shí)間內對k比特編碼，需要2k級電壓電平。當速度增加時(shí)，它增加了困難，因為接收機要精確地區分很多電壓電平。2B1Q頻譜效率限制了它在高比特率的使用，包括社區寬帶網(wǎng)的應用，例如視頻和高速數據檢索。無(wú)論如何，2B1Q在已知的調制方案中是有優(yōu)勢的，它價(jià)格相對低廉，抵抗電話(huà)設備中觀(guān)察到的干擾能力較強，因此有很適當的使用。
3、正交相移鍵控
波形的其他要素，特別是相位，也能被編碼信息調制。相位調制最簡(jiǎn)單的形式是不做任何幅度調制的相移鍵控（PSK），然而相移鍵控因為頻譜利用率低，所以使用的并不普遍。
正交相移鍵控（QPSK）使用偏置90度的同一頻率發(fā)送兩個(gè)波，每一個(gè)波的幅度被調制。QPSK達到每符號時(shí)間2比特的適度的頻譜效率，并能夠運行在無(wú)線(xiàn)傳輸及有線(xiàn)電視上行支路等比較苛刻的環(huán)境。由于相對低的價(jià)格，QPSK廣泛用在現代系統中，例如直播衛星，有線(xiàn)電視上行支路電纜調制解調器中。
4、正交調幅
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度調制技術(shù)是利用正交載波對兩路信號，I信號和Q信號分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調幅形成的。通常有四進(jìn)制QAM（16-QAM）、八進(jìn)制QAM（64-QAM）等。
正交相位鍵控（QPSK）實(shí)際是正交調幅（QAM）的一個(gè)特例，當每一個(gè)正交信號只有2個(gè)數值時(shí)，QAM與4-PSK完全相同，系統給一個(gè)專(zhuān)用的名字QPSK。像正交相位鍵控傳輸一樣正交調幅傳輸包括兩個(gè)波，I波和Q波（或正交波）。I和Q在偏置90度的同一個(gè)頻率上傳送。正交調幅的一個(gè)變異是QAM-64。QAM-64的每個(gè)波獨立地用8電平調幅，兩個(gè)波結合生成64個(gè)不同的電平幅度，因此產(chǎn)生QAM-64的術(shù)語(yǔ)。
圖3中給出了以16-QAM為例的星座圖及電平和信號狀態(tài)關(guān)系圖。電平數和信號狀態(tài)之間的關(guān)系為M=L2，其中L為電平數，M為信號狀態(tài)。L為星座圖上信號點(diǎn)在水平軸和垂直軸上投影的電平數。
正交調幅能引出比2B1Q更高的頻譜效率，例如QAM-64每個(gè)載波調制3比特，因此每個(gè)符號調制6比特。"清潔"的線(xiàn)路（平直效率響應和高的信噪比）允許更高的分等級調制。
QAM-256每個(gè)載波能調制4比特，每個(gè)符號產(chǎn)生8比特。更高的幅度分級意味著(zhù)更高的頻
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