淺談寬帶接入網(wǎng)絡的調(diào)制技術
淺談寬帶接入網(wǎng)絡的調(diào)制技術
2002中國西部地區(qū)電視技術年會優(yōu)秀論文三等獎信息時代的到來使得人們對寬帶業(yè)務的需求日益強烈，因而大大推動了各種寬帶接入技術的發(fā)展，當今，人們可以通過ISDN、XDSL、有線電視網(wǎng)絡的Cable Modem以及無線技術，如局域性多點分布服務 LDMS 等多種連接途徑接至家庭的網(wǎng)絡，享受寬帶服務。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，視頻信號的傳輸無疑是多媒體信息傳輸?shù)暮诵模绾螌⒁曨l信號高效的送入傳輸媒體，信號調(diào)制技術是一個重要的技術基礎，本文主要從寬帶接入的角度，談談寬帶數(shù)據(jù)傳輸最基本的問題--調(diào)制技術。
一、調(diào)制技術是寬帶接入的技術基礎
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，無論是模擬信號還是數(shù)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(shù)字信號直接送入線路進行傳輸，如音頻市話、計算機間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取］d波傳輸則是用原信號去改變載波的某一參數(shù)實現(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)制技術是改變一個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(diào)制是價格的代名詞。當前調(diào)制始終是專家討論的熱點話題，許多性質(zhì)相反的開發(fā)與研究方案仍然在進行中。
二、當前寬帶接入使用的主要調(diào)制方案
目前，寬帶接入網(wǎng)絡系統(tǒng)中使用的一些重要調(diào)制方案主要有：
●開關鍵控（OOK）；
●2B1Q；
●正交相移鍵控（QPSK）；
●正交調(diào)幅（QAM）；
●離散多音（DMT）。
1、開關鍵控
開關鍵控（OOK）是用在光纖傳輸?shù)闹庇^的簡單調(diào)制方案。當發(fā)射器想發(fā)送二進制的"1"，激光器打開（光被發(fā)射出去），對于二進制的"0"，激光器關閉。發(fā)送任意的二進制序列，發(fā)射機只需簡單地轉(zhuǎn)換它的發(fā)射激光器的開或關，顯然開/關非常地快。激光器開或關的時間周期稱為符號時間（見圖1）：
圖1 開關鍵控示例
每單元時間符號的數(shù)量稱為符號率。當符號率非常的快（每秒數(shù)十億個符號）保持收發(fā)同步的時鐘恢復問題是一個重要的工程問題。但是相對低的符號率（每秒數(shù)千至數(shù)百萬），以光纖和電子的電流狀態(tài)恢復時鐘便可穩(wěn)定地傳輸。
2、2B1Q
開關鍵控，每個符號傳送一個邏輯比特。可是用不同的符號，每個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，每個符號代表2比特。示意如下表：
2B1Q是幅度調(diào)制技術，在美國用于綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和高數(shù)據(jù)率用戶線（HDSL）業(yè)務。2B1Q的定義于1998年由美國國家標準協(xié)會（ANSI）和T.601規(guī)范。
2B1Q每個符號產(chǎn)生2比特，因此它和每符號傳送1比特的其他調(diào)制方案相比，2B1Q能傳送兩倍的數(shù)據(jù)。如果希望每個符號傳送更多的比特，則必須用更多的電壓電平。在每個符號時間內(nèi)對k比特編碼，需要2k級電壓電平。當速度增加時，它增加了困難，因為接收機要精確地區(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)勢的，它價格相對低廉，抵抗電話設備中觀察到的干擾能力較強，因此有很適當?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)送兩個波，每一個波的幅度被調(diào)制。QPSK達到每符號時間2比特的適度的頻譜效率，并能夠運行在無線傳輸及有線電視上行支路等比較苛刻的環(huán)境。由于相對低的價格，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)制技術是利用正交載波對兩路信號，I信號和Q信號分別進行雙邊帶抑制載波調(diào)幅形成的。通常有四進制QAM（16-QAM）、八進制QAM（64-QAM）等。
正交相位鍵控（QPSK）實際是正交調(diào)幅（QAM）的一個特例，當每一個正交信號只有2個數(shù)值時，QAM與4-PSK完全相同，系統(tǒng)給一個專用的名字QPSK。像正交相位鍵控傳輸一樣正交調(diào)幅傳輸包括兩個波，I波和Q波（或正交波）。I和Q在偏置90度的同一個頻率上傳送。正交調(diào)幅的一個變異是QAM-64。QAM-64的每個波獨立地用8電平調(diào)幅，兩個波結合生成64個不同的電平幅度，因此產(chǎn)生QAM-64的術語。
圖3中給出了以16-QAM為例的星座圖及電平和信號狀態(tài)關系圖。電平數(shù)和信號狀態(tài)之間的關系為M=L2，其中L為電平數(shù)，M為信號狀態(tài)。L為星座圖上信號點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每個載波調(diào)制3比特，因此每個符號調(diào)制6比特。"清潔"的線路（平直效率響應和高的信噪比）允許更高的分等級調(diào)制。
QAM-256每個載波能調(diào)制4比特，每個符號產(chǎn)生8比特。更高的幅度分級意味著更高的頻
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