数字电视信号在传送过程中,需要把视频基带信号调制到一定的载波上,将载波送入信道去传输。数字电视信号的调制就是用数字基带信号调制射频正弦波振荡器的参数,如振幅、频率和相位等。数字电视常用的调制方式有:QPSK(四相移相键控)调制、QAM(正交幅度)调制和 OFDM 调制等。
1. QPSK调制
QPSK 调制称为四相移相键控调制,Q 代表正交、PSK 代表移相键控。在介绍 QPSK 调制器工作原理之前,先介绍 PSK 原理。
图 1 为二相制 PSK 调制器方框图,数字信号 0输入时开关接 a,输出相位为 0 的载波。数字信号1 输入时开关接 b,输出相位为 π 的载波,实现了移相键控。PSK 调制又分绝对调相和差分调相,以未调波的相位为基准的调制称为绝对调相(PSK)。
在二进制移相键控中,载波相位受基带信号控制。如设基带数字信号中的 码 元 为“1”时,已调载波的相位与未调载波的相位同相;当码元为“0”时,两者的相位差为 180°。
如果把基带信号 UB与载波 UC一起送入乘法器相乘,则乘法器输出的是绝对调相的已调波。当基带数字信号为“1”时,输出信号 Uout应与 UC同相。反之,当基带数字信号为“0”时,脉冲变成负极性,则输出波形Uout与 UC反相,如图 2 所示。
由此可知,这种双相制调相信号中无载波成分,信号能量的利用率高,其频带和数字调幅波相等,并未扩展额外的带宽。差分调相是一种相对移相方式,它是利用载波中前后码元的相位差来表示数字信息。例如:基带数字信号为“0”时,载波中前后码元的相对相位差为 0°;基带数字信号为“1”时,载波中前后码元的相对相位差为 180°。
图 3(b)、(c)所示为数字信号传输速率与载波频率之间具有确定倍数关系时,二进制信息 101101 对应的2PSK 和差分调相(2DPSK)载波波形。如图 3 所示。对于同一码元,2PSK 和 2DPSK 的载波相位是不同的。2DPSK 用载波中前后码元的相对相位差来表示数字信息,并不依赖于某一基准相位,解调时可正确恢复原有信息。
QPSK 调制器可以看成是由 2 个 PSK 调制器组合而成。QPSK 调制器的载波发生器所产生的载波分成两路:一路是正弦载波;另一路是相位导前 90°的余弦载波,各自分别进行相位键控。
正弦载波的相位调制器 A 输出的已调波的 UA(t)的相位为 0 和 π 弧度,而余弦载波的相位调制器 B 输出的已调波 UB(t)的相位分别是π/2 和 -π/2。需说明的是,从双相变成四相,必须使数字基带脉冲序列 B(t)也进行串 / 并转换,使一个脉冲序列变成两个脉冲序列,即奇次码元 BA(t)组成的脉冲序列和偶次码元 BB(t)组成的脉冲序列,如图 4 所示。
每一时刻并行传送 BA(t)和 BB(t)各一码元,称为比特对。比特对的四种组合(11,10,00,01)对应于四相调制器输出的四种相位。对应于脉冲序列 BA(t)的“1”和“0”的相位调制器 A 输出信号 UA的相位分别是 0 和π。
对应于脉冲序列 BB(t)的“1”和“0”的相位调制器 B 输出信号 UB(t)的相位是π/2 和 -π/2。由此可知,当 BA(t)为 1 时,UA(t)的相位为 0,与其对应的 BB(t)的码元若为“1”时,则 UB(t)的相位为π/2。UA(t)和 UB(t)合成的相量 UO(t)的相角等于π/4,与之对应的比特对为 1,1。显然四种不同组合的比特对与四相调制器的输出信号 UO(t) 的相位是一一对应的,即:(1,1)→π/4,(0,1)→3π/4,(0,0) →/3π/4,(1,0) →-π/4。