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淺談寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制技術(shù)
淺談寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制技術(shù)
2002中國西部地區(qū)電視技術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文三等獎(jiǎng)信息時(shí)代的到來使得人們對(duì)寬帶業(yè)務(wù)的需求日益強(qiáng)烈，因而大大推動(dòng)了各種寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今，人們可以通過ISDN、XDSL、有線電視網(wǎng)絡(luò)的Cable Modem以及無線技術(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(hào)的傳輸無疑是多媒體信息傳輸?shù)暮诵�，而如何將視頻信號(hào)高效的送入傳輸媒體，信號(hào)調(diào)制技術(shù)是一個(gè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)，本文主要從寬帶接入的角度，談?wù)剬拵?shù)據(jù)傳輸最基本的問題--調(diào)制技術(shù)。
一、調(diào)制技術(shù)是寬帶接入的技術(shù)基礎(chǔ)
傳輸信息有兩種方式：基帶傳輸和調(diào)制傳輸。由信源直接生成的信號(hào)，無論是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，都是基帶信號(hào)，其頻率比較低。所謂基帶傳輸就是把信源生成的數(shù)字信號(hào)直接送入線路進(jìn)行傳輸，如音頻市話、計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)�。載波傳輸則是用原信號(hào)去改變載波的某一參數(shù)實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移，如果載波是正弦波，則稱為正弦波或連續(xù)波調(diào)制。
調(diào)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。通過任何媒體（金屬線、光纖或無線）的數(shù)字傳輸都需要使用編碼方案，將數(shù)字傳輸信息送入傳輸媒體。編碼方案按照各種不同的社區(qū)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(fù)雜程度而不同，因此對(duì)于寬帶接入，可以認(rèn)為調(diào)制是價(jià)格的代名詞。當(dāng)前調(diào)制始終是專家討論的熱點(diǎn)話題，許多性質(zhì)相反的開發(fā)與研究方案仍然在進(jìn)行中。
二、當(dāng)前寬帶接入使用的主要調(diào)制方案
目前，寬帶接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用的一些重要調(diào)制方案主要有：
●開關(guān)鍵控（OOK）；
●2B1Q；
●正交相移鍵控（QPSK）；
●正交調(diào)幅（QAM）；
●離散多音（DMT）。
1、開關(guān)鍵控
開關(guān)鍵控（OOK）是用在光纖傳輸?shù)闹庇^的簡(jiǎn)單調(diào)制方案。當(dāng)發(fā)射器想發(fā)送二進(jìn)制的"1"，激光器打開（光被發(fā)射出去），對(duì)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(jī)只需簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換它的發(fā)射激光器的開或關(guān)，顯然開/關(guān)非常地快。激光器開或關(guān)的時(shí)間周期稱為符號(hào)時(shí)間（見圖1）：
圖1 開關(guān)鍵控示例
每單元時(shí)間符號(hào)的數(shù)量稱為符號(hào)率。當(dāng)符號(hào)率非常的快（每秒數(shù)十億個(gè)符號(hào)）保持收發(fā)同步的時(shí)鐘恢復(fù)問題是一個(gè)重要的工程問題。但是相對(duì)低的符號(hào)率（每秒數(shù)千至數(shù)百萬），以光纖和電子的電流狀態(tài)恢復(fù)時(shí)鐘便可穩(wěn)定地傳輸。
2、2B1Q
開關(guān)鍵控，每個(gè)符號(hào)傳送一個(gè)邏輯比特。可是用不同的符號(hào)，每個(gè)符號(hào)可傳送更多的比特，例如2B1Q（2比特1組四電平碼），有4級(jí)振幅（電壓）用于2位編碼。因?yàn)橛?級(jí)，每個(gè)符號(hào)代表2比特。示意如下表：
2B1Q是幅度調(diào)制技術(shù)，在美國用于綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和高數(shù)據(jù)率用戶線（HDSL）業(yè)務(wù)。2B1Q的定義于1998年由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）和T.601規(guī)范。
2B1Q每個(gè)符號(hào)產(chǎn)生2比特，因此它和每符號(hào)傳送1比特的其他調(diào)制方案相比，2B1Q能傳送兩倍的數(shù)據(jù)。如果希望每個(gè)符號(hào)傳送更多的比特，則必須用更多的電壓電平。在每個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)對(duì)k比特編碼，需要2k級(jí)電壓電平。當(dāng)速度增加時(shí)，它增加了困難，因?yàn)榻邮諜C(jī)要精確地區(qū)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(qū)寬帶網(wǎng)的應(yīng)用，例如視頻和高速數(shù)據(jù)檢索。無論如何，2B1Q在已知的調(diào)制方案中是有優(yōu)勢(shì)的，它價(jià)格相對(duì)低廉，抵抗電話設(shè)備中觀察到的干擾能力較強(qiáng)，因此有很適當(dāng)?shù)氖褂谩?BR>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(diào)制。相位調(diào)制最簡(jiǎn)單的形式是不做任何幅度調(diào)制的相移鍵控（PSK），然而相移鍵控因?yàn)轭l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(diào)制。QPSK達(dá)到每符號(hào)時(shí)間2比特的適度的頻譜效率，并能夠運(yùn)行在無線傳輸及有線電視上行支路等比較苛刻的環(huán)境。由于相對(duì)低的價(jià)格，QPSK廣泛用在現(xiàn)代系統(tǒng)中，例如直播衛(wèi)星，有線電視上行支路電纜調(diào)制解調(diào)器中。
4、正交調(diào)幅
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度調(diào)制技術(shù)是利用正交載波對(duì)兩路信號(hào)，I信號(hào)和Q信號(hào)分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調(diào)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(diào)幅（QAM）的一個(gè)特例，當(dāng)每一個(gè)正交信號(hào)只有2個(gè)數(shù)值時(shí)，QAM與4-PSK完全相同，系統(tǒng)給一個(gè)專用的名字QPSK。像正交相位鍵控傳輸一樣正交調(diào)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(diào)幅的一個(gè)變異是QAM-64。QAM-64的每個(gè)波獨(dú)立地用8電平調(diào)幅，兩個(gè)波結(jié)合生成64個(gè)不同的電平幅度，因此產(chǎn)生QAM-64的術(shù)語。
圖3中給出了以16-QAM為例的星座圖及電平和信號(hào)狀態(tài)關(guān)系圖。電平數(shù)和信號(hào)狀態(tài)之間的關(guān)系為M=L2，其中L為電平數(shù)，M為信號(hào)狀態(tài)。L為星座圖上信號(hào)點(diǎn)在水平軸和垂直軸上投影的電平數(shù)。
正交調(diào)幅能引出比2B1Q更高的頻譜效率，例如QAM-64每個(gè)載波調(diào)制3比特，因此每個(gè)符號(hào)調(diào)制6比特。"清潔"的線路（平直效率響應(yīng)和高的信噪比）允許更高的分等級(jí)調(diào)制。
QAM-256每個(gè)載波能調(diào)制4比特，每個(gè)符號(hào)產(chǎn)生8比特。更高的幅度分級(jí)意味著更高的頻
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