通信系统、基本原理概念

物理信道，逻辑信道，传输信道
http://blog.sina.com.cn/s/blog_54b0c0ab0102e193.html
http://blog.sina.com.cn/s/blog_5eba1ad10100g3wv.html
http://blog.csdn.net/adusuccessfully/article/details/45457447

编码与调制
http://blog.csdn.net/jxq0816/article/details/52215739
http://blog.csdn.net/lifan_3a/article/details/41346551

OFDM、正交频分复用技术
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通信人在线
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https://baike.baidu.com/item/OFDM/5790826
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http://blog.csdn.net/huakaiba/article/details/38677175
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https://baike.baidu.com/item/%E4%BF%A1%E9%81%93%E7%BC%96%E7%A0%81/9968814?fr=aladdin
http://blog.csdn.net/shenjun1992722/article/details/50461269
http://forum.huawei.com/enterprise/zh/thread-253005-1-1.html
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https://www.zhihu.com/question/22283305
http://www.cnblogs.com/youngforever/articles/3273375.html
https://soccerhaotian.wordpress.com/2010/06/27/%E5%8D%95%E8%BD%BD%E6%B3%A2%E4%B8%8E%E5%A4%9A%E8%BD%BD%E6%B3%A2/
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%A3%E4%BA%A4%E9%A0%BB%E5%88%86%E5%A4%8D%E7%94%A8#OFDM缺點
http://fiber.ofweek.com/2016-10/ART-210007-8500-30059906.html
http://www.amazingcomm.com/polarcode-2-combineandsplit/
http://blog.csdn.net/leegang12/article/details/9153569
https://baike.baidu.com/item/LDPC%E7%A0%81

香农极限[编辑]
*，*的百科全书
信道的香农极限（或称香农容量）指的是在会随机发生误码的信道上进行无差错传输的最大传输速率。它的存在是香农定理在带宽有限的信道上的一个结论。[1]
无线数据传输中，目前极化码（Polar Code）是唯一有机会达到理论上香农极限的编码。

极化码[编辑]
*，*的百科全书
极化码(Polar code)是一种前向错误更正编码方式，用于讯号传输，是第一种在理论上严格证明可以达到香农定理中香农极限的编码。[1]
构造的核心是通过信道极化(channel polarization)处理，在编码侧采用方法使各个子信道呈现出不同的可靠性，当码长持续增加时，部分信道将趋向于容量近于1的完美信道（无误码），另一部分信道趋向于容量接近于0的纯噪声信道，选择在容量接近于1的信道上直接传输信息以逼近信道容量，是目前唯一能够被严格证明可以达到香农极限的方法。
在解码侧，极化后的信道可用简单的逐次干扰抵消解码的方法，以较低的复杂度获得与最大自然解码相近的性能。[2]
2008年在国际信息论ISIT会议上，土耳其毕尔肯大学Arikan教授首次提出了这个信道极化的概念，基于该理论，他给出了人类已知的第一种能够被严格证明达到信道容量的信道编码方法，并命名为极化码[3]
在5G短码方案讨论中，编码方案的选择成为各方关注的焦点。在长码方案竞争中，华为以微弱的劣势惜败。而在短码方案的竞争中，华为公司的竞争对手是以美国公司为首的LDPC和TBCC阵营。具有竞争资格的三家企业，美国高通推LDPC方案，法国的Turbo2.0方案，以及中国华为的Polar code方案。最终，支持华为公司的提案的公司达到了59个，Polar code最终成为控制信道上行和下行的编码方案。数据信道的上行和下行短码方案则归属高通公司LDPC码。
5G术语：Polar码

Polar码是信道编解码的一种传送方案，是编码界新星。2008年由土耳其毕尔肯大学Erdal Arikan教授首次提出，是学术界研究热点之一。现代信息论的奠基人香农在1948年发表的《通信的数学理论》中的编码理论定理，要想在一个带宽确定而存在噪声的信道里可靠地传送信号，有两种途径即加大信噪比或在信号编码中加入附加的纠错码。Erdal Arikan教授论文从理论上第一次严格证明了在二进制输入对称离散无记忆信道下，极化码可以“达到”香农容量，并且有着低的编码和译码复杂度。目前，极化码是唯一可理论证明达到香农极限，并且具有可实用的线性复杂度编译码能力的信道编码技术。
LTE有哪些上行和下行物理信道及物理信道和物理信号的区别
已有 5670 次阅读2015-6-2 00:00 |个人分类:LTE基础
物理信道：对应于一系列RE的集合，需要承载来自高层的信息称为物理信道；如PDCCH、PDSCH等。
物理信号：对应于物理层使用的一系列RE，但这些RE不传递任何来自高层的信息，如参考信号(RS)，同步信号。
下行物理信道：
l PDSCH: Physical Downlink Shared Channel(物理下行共享信道) 。主要用于传输业务数据，也可以传输信令。UE之间通过频分进行调度，
l PDCCH: Physical Downlink Control Channel(物理下行控制信道)。承载导呼和用户数据的资源分配信息，以及与用户数据相关的HARQ信息。
l PBCH: Physical Broadcast Channel(物理广播信道)。承载小区ID等系统信息，用于小区搜索过程。
l PHICH: Physical Hybrid ARQ Indicator Channel(物理HARP指示信道) ，用于承载HARP的ACK/NACK反馈。
l PCFICH: Physical control Format Indicator Channel(物理控制格式指示信道)，用于 承载控制信息所在的OFDM符号的位置信息。
l PMCH: Physical Multicast channel(物理多播信道)，用于承载多播信息
下行物理信号：
l RS(Reference Signal)：参考信号，通常也称为导频信号；
l SCH(PSCH,SSCH)：同步信号，分为主同步信号和辅同步信号；
上行物理信道：
l PRACH: Physical Random Access Channel(物理随机接入信道) 承载随机接入前导
l PUSCH: Physical Uplink Shared Channel(物理上行共享信道) 承载上行用户数据。
l PUCCH: Physical Uplink Control Channel(物理上行共享信道) 承载HARQ的ACK/NACK，调度请求，信道质量指示等信息。
上行物理信号：
l RS：参考信号；

什么是基带传输/频带传输和宽带传输?三者的区别是什么?
时间 2016-05-02
原文 http://blog.csdn.net/jxq0816/article/details/51297595
在计算机内部或者两个相邻设备之间近距离传输时，可以不经过调制就在信道上直接进行进行的传输方式称为基带传输。它通常用于局域网。
数字基带传输就是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个宽带都被基带信号占用，双向的传输信息。其最简单的方法是用两个高低电平来表示二进制数字，常用的变法方式有不归零制和曼彻斯特编码。
用数据信号对特定频率的载波进行调制(数字调制)，将其变成适合于传送的信号之后再进行传输，这种传输方式就是频带传输。
远距离传输或无线传输时数字信号必须用频带传输进行传输。

利用频带传输，不仅解决了电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。
通过借助频带传输，可以将链路容量分解成两个或多个信道，每个信道可以携带不同的信号，这就是宽带传输。
宽带传输中所有的信道可以同时互不干扰地发送信号，链路容量大大增加。
1. 基带传输
在数据通信中，由计算机或终端等数字设备直接发出的信号是二进制数字信号，是典型的矩形电脉冲信号，其频谱包括直流、低频和高频等多种成份。
在数字信号频谱中，把直流（零频）开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称为基带。因此，数字信号被称为数字基带信号，在信道中直接传输这种基带信号就称为基带传输。在基带传输中，整个信道只传输一种信号，通信信道利用率低。
由于在近距离范围内，基带信号的功率衰减不大，从而信道容量不会发生变化，因此，在局域网中通常使用基带传输技术。
在基带传输中，需要对数字信号进行编码来表示数据。
2. 频带传输
远距离通信信道多为模拟信道，例如，传统的电话（电话信道）只适用于传输音频范围（300-3400Hz）的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。
频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。
计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输。
基带信号与频带信号的转换是由调制解调技术完成的。
3.
在局域网中绝大多数情况下都使用基带信号。
在节点间传输信号可用两种方法：基带和频带频带。基带和频带信号图给出了这两种方案。在LAN中，频带指的是数字信号的模拟传输，基带指的是数字信号的数字传输。
基带相对来说较简单，费用也比频带低，同时仍能保持高速率。因此比频带应用广泛得多。虽然就潜在能力而言，频带比基带传输得快且能覆盖较长的距离，但频带需要在每个连接末端接入一个调制解调器，这就提高了设备接入LAN的费用。
总的来说，计算机网络中占主导地位的信号类型是基带信号。频带信号通常是与有线电视产业相关的，但是在计算机网络中也有使用

先说结论：根据信道中传输的信号是否经过调制，将系统分为基带传输系统和带通传输系统。即经过调制的数字传输系统就是数字带通传输系统，未经过调制的传输系统就是数字基带传输系统。
解答这个问题就要知道什么是基带信号，基带信号是指信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。
比如话筒，你对着话筒说话，话筒就是信源，你的语音信号就是基带信号。近距离传输时，例如电脑图像信号至屏幕，由于距离较近，信号衰减不大。但是当你需要远距离传输的时候，基带传输就不行了，需要进行调制，将频谱搬移到高频处（FM/AM就是如此），再进行传输，这个过程就是数字调制，有信号的调制这一环节的通信系统就是带通传输系统。

数字信号
模拟信号经过信源编码得到的信号为数字基带信号，将这种信号经过码型变
常见的基带传输
换，不经过调制，直接送到信道传输，称为数字信号的基带传输。

所以要先编码，再来调制嘛
数字带通信号传输不是也需要调制吗，这逻辑不清晰，请详细介绍
追答
不管是数字通信还是模拟通信，调制以后的信号都是模拟信号。只有模拟信号（电磁波）才能在信道中有效传输。二者的区别在于用什么信号来调制。用模拟信号来调制，就是模拟通信，用数字信号来调制，就是数字通信。调制以后，都是模拟信号。

数字带通信号是如何从低通变成数字带通信号，不就是低通信号乘以载波了吗。载波就是正弦波。所以数字带通信号是模拟信号，不是数字信号。数字信号就是0101这种。数字带通信号是用0101这种数字信号乘以载波（正弦波）的。这样才能在信道中传输。

编码和调制
噪声干扰对通信影响太大了，有时候甚至不能用了，这个问题怎么解决呢？
人类的智慧是无穷的，没有什么能阻止人类的进步！既然原始信号（现在也叫模拟信号，指通信系统中，发送端原始形成的、波形起伏多样、无规则的信号）容易被干扰（被干扰也叫失真），那么我们是不是可以尝试给信号进行加工，使其即不容易被干扰、波形变形不那么严重？
这个主意听起来不错！那么怎么做到呢？
人们研究后发现，利用信源编码对原始信号进行电平化处理，利用信道编码减小信号的失真率以及加强其可检验性，利用调制技术进一步加强信号的传输能力及传输效率，然后反过来，在接收端进行逆处理，解调，信道解码，信源解码，完成一个高保真、高效率的信号传输。

●数字数据的调制编码，三种常用的调制技术:

△幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying)

△频移键控FSK (Frequency Shift Keying)

△相移键控PSK (Phase Shift Keying)

基本原理:用数字信号对载波的不同参量进行调制。
△用数字信号承载数字或模拟数据——编码

△用模拟信号承载数字或模拟数据——调制

1.1.4 交织
交织技术指的是对已编码过的信号再按照特定的要求再一次的组合，在时间上解交织后的突发性错误会被分散，使他相当于独立发生的随机错误，所以前向纠错编码可以很好的进行纠错，纠错能力强的编码一般要求的交织深度会一定程度上相对来说较低。纠错能力弱的就会要求其交织深度更深一点。
交织（interleaving）就是一种将数据序列的顺序进行变换的一种处理方法。又可称为置换（permutation）。
交织前相邻的符号在交织后的最小距离称为交织深度. 交织深度应不小于信道上可能的突发错长度，否则解交织后仍可能存 在一定的突发错误。

信道编码概述
1.1释义
由于移动通信存在干扰和衰落，在信号传输过程中将出现差错，故对数字信号必须采用纠、检错技术，即纠、检错编码技术，以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力，提高系统的可靠性。对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。

信道编码的作用
在资源、可靠性和传信量之间选择一个好的工作点（有时还要考虑延时）。(资源指的提供信息传输所付出的代价,包括频率、时间、空间、功率等等。但不包括实现复杂度,一个好的编码就是要充分利用资源，传递尽可能多的信息.)
2.1作用
数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。
提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，这就是我们常常说的开销。在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。将有用比特数除以总比特数就等于编码效率了，不同的编码方式，其编码效率有所不同。

2.3 物理意义
(1)通过编码可以实现有噪信道上可靠的信息传输
(2)有噪信道可靠传输的信息率的上界是信道容量C
(3)在码长及发送信息速率一定时，可以通过增大信道容量，使错误概率减小
(4)在信道容量及发送信息速率一定时，可以通过增加码长，使错误概率下降

前向纠错码（FEC）的码字是具有一定纠错能力的码型，它在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要储存，不需要反馈，实时性好。所以在广播系统（单向传输系统）都采用这种信道编码方式。

卷积码
卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。为此在卷积码的上部采用RS码块，RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误。所以卷积码和RS码结合在一起可以起到相互补偿的作用。卷积码分为两种：

3.3Turbo码
1993年诞生的Turbo码，单片Turbo码的编码/解码器，运行速率达40Mb/s。该芯片集成了一个32×32交织器，其性能和传统的RS外码和卷积内码的级联一样好。所以Turbo码是一种先进的信道编码技术，由于其不需要进行两次编码，所以其编码效率比传统的RS+卷积码要好。

3.6交织
基本原理
编辑
交织其实是通信系统中进行数据处理而采用的一种技术，交织器从其本质上来说就是一种实现最大
交织原理
限度的改变信息结构而不改变信息内容的器件。从传统上来讲就是使信道传输过程中所突发产生集中的错误最大限度的分散化。因此，具体来讲也许数据置乱器这个称呼更加符合交织器其本质，会让人们对交织器的基本工作机理有更多的感性认识。
在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是交织技术。

在实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效（如RS只能纠正8个字节的错误）。为了纠正这些成串发生的比特差错及一些突发错误，可以运用交织技术来分散这些误差，使长串的比特差错变成短串差错，从而可以用前向码对其纠错，例如：在DVB-C系统中，RS(204,188)的纠错能力是8个字节，交织深度为12，那么纠可抗长度为8×12=96个字节的突发错误。
实现交织和解交织一般使用卷积方式
交织技术对已编码的信号按一定规则重新排列，解交织后突发性错误在时间上被分散，使其类似于独立发生的随机错误，从而前向纠错编码可以有效的进行纠错，前向纠错码加交积的作用可以理解为扩展了前向纠错的可抗长度字节。纠错能力强的编码一般要求的交织深度相对较低。纠错能力弱的则要求更深的交织深度。
一般来说，对数据进行传输时，在发端先对数据进行FEC编码，然后再进行交积处理。在收端次序和发端相反，先做去交积处理完成误差分散，再FEC解码实现数据纠错。另外，从上图可看出，交积不会增加信道的数据码元。
根据信道的情况不同，信道编码方案也有所不同，在DVB-T里由于由于是无线信道且存在多径干扰和其它的干扰，所以信道很“脏”，为此它的信道编码是：RS+外交积+卷积码+内交积。采用了两次交积处理的级联编码，增强其纠错的能力。RS作为外编码，其编码效率是188/204（又称外码率），卷积码作为内编码，其编码效率有1/2、2/3、3/4、5/6、7/8五种（又称内码率）选择，信道的总编码效率是两种编码效率的级联叠加。设信道带宽8MHZ，符号率为6.8966Ms/S，内码率选2/3，16QAM调制，其总传输率是27.586Mbps,有效传输率是27.586*(188/204)*(2/3)=16.948Mbps,如果加上保护间隔的插入所造成的开销，有效码率将更低。
在DVB-C里，由于是有线信道，信道比较“干净”，所以它的信道编码是：RS+交积。一般DVB-C的信道物理带宽是8MHZ，在符号率为6.8966Ms/s，调制方式为64QAM的系统，其总传输率是41.379Mbps,由于其编码效率为188/204，所以其有效传输率是41.379*188/204=38.134Mbps。
在DVB-S里，由于它是无线信道，所以它的信道编码是：RS+交积+卷积码。也是级联编码。

1．频分多址（FDMA）技术
是让不同的地球通信站占用不同频率的信道进行通信。因为各个用户使用着不同频率的信道，所以相互没有干扰。早期的移动通信就是采用这个技术。
2．时分多址（TDMA）技术
这种多址技术是让若干个地球站共同使用一个信道。但是占用的时间不同，所以相互之间不会干扰。显然，在相同信道数的情况下，采用时分多址要比频分多址能容纳更多的用户。现在的移动通信系统多数用这种多址技术。
3．码分多址（CDMA）技术
这种多址技术也是多个地球站共同使用一个信道。但是每个地球站都被分配有一个独特的“码序列”，与所有别的“码序列”都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的“码序列”来区分不同的地球站，所以叫做“码分多址”。采用CDMA技术可以比时分多址方式容纳更多的用户。这种技术比较复杂，但现在已经为不少移动通信系统所采用。在第三代移动通信系统中，也采用宽带码分多址技术。

分类详解
3.1频分复用
在FDD系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱；一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信。它们的频谱分割如图所示。在频率轴上，前向信道占有较高的频带，反向信道占有较低的频带，中间为保护频带。在用户频道之间，设有保护频隙，以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。
FDMA系统是基于频率划分信道。每个用户在一对频道中通信。若有其它信号的成分落入一个用户接收机的频道带内时，将造成对有用信号的干扰。就蜂房小区内的基站移动台系统而言，主要干扰有互调干扰和邻道干扰（关于互调干扰和邻道干扰，见前面对干扰的介绍）。在频率集重复使用的蜂房系统中，还要考虑同频道干扰。
在模拟蜂窝系统中，采用频分多址方式是唯一的选择。如以前我们所用的模拟网TACS系统，用的就是频分多址。而在数字蜂窝中，则很少采用纯频分的方式。比如我们现在用的GSM系统，虽然也在频率上做了划分，但是更重要的是采用了时隙的概念，所以人们更愿意把其划入时分复用（TDMA）。
3.2时分复用
时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。
系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号（突发信号），在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号（TDM信号）中把发给它的信号区分出来。所以TDMA系统发射数据是用缓存-突发法，因此对任何一个用户而言发射都是不连续的。这就意味着数字数据和数据调制必须与TDMA一起使用，而不象采用模拟FM的FDMA系统。
由于TDMA更考虑时间上的问题，所以我们要注意通信中的同步和定时问题，否则会因为时隙的错位和混乱而导致接收端移动台无法正常接收信息。
采用TDMA带来的优点是抗干扰能力增强，频率利用率有所提高，系统容量增大，基站复杂性减小。TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。同时越区切换简单（和FDMA相比较而言）。由于在TDMA中移动台是不连续地突发式传输，所以切换处理对一个用户单元来说是很简单的，因为它可以利用空闲时隙监测其他基站，这样越区切换可在无信息传输时进行。因而没有必要中断信息的传输，即使传输数据也不会因越区切换而丢失。
由于TDMA的诸多优点，所以我们在第二代移动通信系统（指我国采用的GSM系统）中引入了TDMA技术。

DVB信道编码过程
信道编码过程一般被分为两环节：负责传输误码的检测和校正的环节称为信道编解码，负责信号变换和频带搬移的环节称为调制解调。一个实际的数字传输系统至少要包括上述两个环节中的一个环节，一般DVB的系统都是由上述两个环节构成的，因此DVB系统常被称为DVB信道编解码器与调制解调器。

数字通信与模拟通信
在数字通信中，信号是“离散地”与信息进行映射的。这种离散性也表现在两个方面：在时间上，信号是以一个基本周期T为单位与信息进行映射的，在同一个周期内的各时刻上的信号都对应同一个信息，例如在二元数字通信系统中，一个传输周期内的信号都代表着同一个“0”信息或“1”信息；在数值上，只有有限的几个规定的信号数值是合法的，代表着信息，其它数值都是非法的。例如在二元数字系统中，只有两种合法的信号数值，而在四元数字系统中，只有四种信号数值是合法的。数字通信与模拟通信在映射方式上的差异，导致了它们在抵抗传输干扰的能力上大为不同。模拟通信中，传输信号在任何时刻由于传输干扰而发生的任何数值上的变化，都将导致所传信息的失真，因为在规定范围内的任何信号数值都是合法的，接受机无法分辨所接收到的信号数值是由于传输干扰而发生了变化，还是发送端本来发送的就是这一数值。也就是说，信号波形的每一点失真都会导致信息丢失。数字通信则不同，由于在一个传输周期内的信号所传输的都是同一信息，接收机只须提取其中一个时刻点上的信号就可知道发送端在这个周期内发出的信息，这一时刻点称为采样点。因此在数字通信中信号波型的失真并不一定会引起信息丢失，只有采样点上的信号受到了传输干扰才有可能造成信息丢失，其它时刻都是无所谓的。采样点上的信号只有几个合法数值，即是发送端可能发送的，当接收信号由于传输过程中的干扰而发生数值上的变化时，就会成为非法数值。接收机首先可以发现这种信号失真，然后将接收信号与各合法信号数值做比较，按照最近临的原则将其判决为与之最接近的合法信号数值。这样当传输干扰不太大时，数字通信技术就有可能纠正信号失真而不发生信息丢失。
在数字通信系统中，定性而论，传输效率越高，传输可靠性越差；效率越低，可靠性越高，即提高有效性与提高可靠性是一对矛盾，实际通信系统设计的任务就是在这两者之间作综合考虑。例如在卫星通信中，由于信号衰减很严重，传输信号常淹没在噪声中，可靠性问题变得十分尖锐，因此采用了QPSK调制技术。QPSK具有很强的抵抗幅度干扰的能力，但传输效率比较低，仅为2bit/s/Hz。而在数字微波通信中，由于干扰较小，信道环境较好，因此采用了256QAM这种高效调制技术，传输效率高达8bit/s/Hz，但256QAM抗干扰的

OFDM ,COFDM
我们都知道在无线网桥中有一部分是选用OFDM的技术方法，而移动长途视频监控体系是用COFDM的技术方法来完成无线视频监控的，OFDM和COFDM是什么呢？下面小编简要介绍一下什么是OFDM，COFDM：

OFDM是正交频分复用技能，正交频分(OFD)和复用(M)，实际上是一种多载波调制，OFDM的技能原理是在频域内将分成多个正交子信道给定信道使用，一起在每一个正交子信道上使用一个子载波进行调制，再由各个子载波进行传输。

COFDM是编码正交频分复用的简称，编码(C)，正交频分(OFD)和复用(M)，是现在最先进和最具发展潜力的调制技能。它工作的原理就是将高速数据流经过各处并进行变换，分配到传输速率较低的子信道中进行传输。

• 在DVB的广播信道中，卫星广播、CATV和地面广播是三类最主要的形式，因此DVB-S、DVB-C和DVB-T是应用最为广泛的传输系统，下面我们就重点介绍DVB-S、DVB-C和DVB-T三种标准的传输系统。这三种传输系统中的技术和参数有所不同，但如果抛开具体形式，它们在本质上却具有相同的基本结构。
　DVB传输系统只包括了中频以下的部分，这是因为调制到中频以后，DVB数字信号在信号形式上与模拟电视信号已没有差别，从中频到射频的部分，DVB传输系统与传统的模拟电视系统基本相同，因此我们这里仅介绍中频以下的部分。
　DVB传输系统是由发射端和接收端两部分构成的，而且两部分中的技术环节是一一对应的。对传输系统而言，所要达到的最根本的目标是要将发射端复用器生成的TS码流无失真地完整地传送给接收端的分接器。但是，在实际信道中总是存在这样或那样的干扰，无失真的理想指标在实际应用中是达不到的，在进入接收端分接器的TS码流中总会混有一定数量的误码，因此传输系统在实际应用中所要达到的目标就是使传输误码足够少，以达到系统设计的误码指标。按所实现的功能归纳，DVB传输系统主要由以下五个部分构成：
　1、数据扰乱
　-数字通信理论在设计通信系统时都是假设所传输的比特流中“0”与“1”出现的概率是相等的，各为50%，实际应用中的通信系统以及其中的数字通信技术的设计性能指标首先也是以这一假设为前提的。但TS码流经过编码处理后，可能会在其中出现连续的“0”或连续的“1”。这样一方面破坏了系统设计的前提，使得系统有可能会达不到设计的性能指标，另一方面在接收端进行信道解码前必须首先提取出比特时钟，比特时钟的提取是利用传输码流中“0”与“1”之间的波形跳变实现的，而连续的“0”或连续的“1”给比特时钟的提取带来了困难。为了保证在任何情况下进入DVB传输系统的数据码流中“0”与“1”的概率都能基本相等，传输系统首先用一个伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱处理。伪随机序列是由一个标准的伪随机序列发生器生成的，其中“0”与“1”出现的概率接近50%。由于二进制数值运算的特殊性质，用伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱后，无论原TS码流是何种分布，扰乱后的数据码流中的“0”与“1”的概率都接近50%。扰乱改变了原TS码流，因此在接收端对传输码流纠错解码后，还需按逆过程对其进行解扰处理，以恢复原TS码流。
　从信号功率谱的角度看，扰乱过程相当于将数字信号的功率谱拓展了，使其分散开了，因此扰乱过程又被称为“能量分散”。
　2、纠错编码
　数字通信虽然较模拟通信相比有较强的抗干扰的能力，但当干扰较大时仍然可能发生信息失真，因此必须采取措施进一步提高传输系统的可靠性，纠错编码就是为这一目的提出的。纠错编码是数字通信特有的，是模拟通信所不具备的。纠错编码利用数字信号可以进行数值计算这一特点，将若干个数字传输信号作为一组，按照某种运算法则进行数值运算，然后将传输信号和运算结果（也是数字信号）一起传送给接收机。由于一组传输信号和它们的运算结果间保持着一定的关系，如果传输过程中发生了错误，使得传输信号或运算结果中产生了错误数码，这种关系就会遭到破坏。接收机按规定的运算法则对接收的一组传输信号及其运算结果进行检查，如符合运算法则，则认为传输信号中没有误码，然后将运算结果抛弃，将传输信号送给下一级处理系统，如数据解扰器；如不符合运算法则，就意味着传输中发生了误码，如果误码的数量不超出纠错编码的纠错范围，纠错解码器就会按照某种算法将误码纠正过来，然后将正确的传输信号送给下一级处理系统，如果误码的数量超出了纠错编码的纠错范围，纠错解码器无法纠正这些误码，将发出一个出错信号给下一级处理系统，通知下一级处理系统传输信号中有误码。
　任何纠错编码的纠错能力都是有限的，当信道中的干扰较严重，在传输信号中造成的误码超出纠错能力时，纠错编码将无法纠正错误。针对这种情况，DVB通信系统中采用了两级纠错的方法以进一步提高纠错能力。如果把整个通信系统，包括传输信道看成一个传输链路的话，那末处于外层的纠错编/解码一般被称为外层纠错编码，而处于内层的纠错编/解码一般被称为内层纠错编码。内层纠错编码首先对传输误码进行纠正，对纠正不了的误码，外层纠错编码将进一步进行纠正。两层纠错编码大大提高了纠正误码的能力，如果内层纠错编码将传输误码纠正到10-3的水平，即平均每一千个传输数码中存在一个误码的话，经过外层纠错编码后，误码率一般可降至10-5的水平；而如果内层纠错编码将传输误码纠正到10-4的水平的话，经过外层纠错编码后，误码率一般可降至10-8的水平。在目前的DVB传输系统中，外层纠错编码采用RS码，内层纠错编码采用卷积码。
　内层的卷积纠错编码虽然具有很强的纠错能力，但一旦发生无法纠正的误码时，这种误码常常呈现连续发生的形式，也就是说，经卷积解码器纠错后输出的码流中的误码常显连续的形式。此外，信道中还存在着诸如火花放电等强烈的冲激噪声，也会在卷积解码后的码流中造成连续的误码。这些连续误码落在一组外层RS码中，就可能超出RS码的纠错能力而造成信息失真。为避免这种情况，在两层纠错编码之间加入了数据交织环节。数据交织改变了信号的传输顺序，将连续发生的误码分散到多组RS码中，落在每组RS码中的误码数量就会大大减少，不会超出RS码的纠错能力，RS码能够将其纠正过来。实践证明，数据交织提高了系统的纠错能力，特别是对冲激噪声的纠错能力。
　3、数字调制
　传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。基带传输就是将信源生成的基带信号直接传送，如音频市话、计算机间的数据传输等。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。调制就是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，调制后的基带信号称为通带信号，其频率比较高。DVB传输系统是数字传输系统，因此其中采用的调制技术是数字调制技术。
　数字调制的基本任务有两个：第一个任务同模拟调制一样，将不同的节目传输信号搬移到规定的频带上，这一功能是由图3中的调制器和解调器实现的，它实质上是一个载波耦合的过程；第二个任务是控制传输效率，在DVB传输系统中，可根据需要将频带利用率从2bit/s/Hz提高至6bit/s/Hz，这相当于提供了2-6倍的压缩，这一功能是由图3中的映射和反映射实现的。实际上，数字调制的主要目的在于控制传输效率，不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的，其性能也是由映射方式决定的。
　我们可以注意到，一个数字调制过程实际上是由两个独立的步骤实现的：映射和调制，这一点与模拟调制不同。映射将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ASK调制中），也可以是二维的复信号（在PSK和QAM调制中）。例如在QPSK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。多元符号的元数就等于调制星座的容量。在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩。应该注意的是，经过映射后生成的多元符号仍是基带数字信号。经过基带成形滤波后生成的是模拟基带信号，但已经是最终所需的调制信号的等效基带形式，直接将其乘以中频载波即可生成中频调制信号，这一步由图3中的调制器实现。
　4、均衡
—-为了防止传输符号间的相互串扰，数字通信系统中大都采用升余弦滚降信号波形。升余弦滚降信号具有良好的传输特性，但实际的传输信道不可能是完全理想无失真的，因而经过传输后这种波形常常会遭到破坏，其后果就会引起符号间的串扰。符号间串扰与噪声干扰不同，它来自传输信号本身，某个采样点处的符号间串扰来自于相邻信号采样点。符号间串扰难以用增大信号功率的方式减小其影响，因为增大信号功率会将符号间串扰同时增大，符号间串扰是一种乘性干扰。符号间串扰严重时会使整个系统无法工作，必须对其进行校正，这个校正的过程称为均衡。均衡在模拟通信系统中也经常采用，但一般在频率域中进行，称为频域均衡。在数字通信系统中采用的是时域均衡。时域均衡在时间域内进行，采用有限冲激响应滤波器（FIR）实现。它的优点是可以利用数字信号处理理论和超大规模集成电路技术，具有设计准确、实现方便的特点。
　5、同步与时钟提取
　同步是指接收机在某个系统工作频率上与发射机保持一致，其间的偏差不超出设计规定的范围。同步问题在模拟通信系统中也存在，比如在同步解调时，接收机必须首先生成一个在频率和相位都与发送载波一致的本地载波，解调器才能进行解调，即接收机需要与发射机保持载波上的同步。载波同步在数字通信系统中也同样需要，但在数字通信系统中还有两种更重要的同步。第一种同步是比特和符号同步。数字接收信号在解调后就以符号或比特的形式呈现，前文说过，数字信号的处理以符号或比特为单位，在采样点处进行。为了准确地在采样点处读写信号数值，接收机首先需要生成一个在标称频率上与发送符号或比特的频率一致的本地读写控制信号，这个读写控制信号称为符号时钟或比特时钟，接收机中的解码及其它信号处理都是在符号时钟或比特时钟的控制下进行的。符号时钟和比特时钟是由接收机的本地晶体振荡器生成的。由于晶体振荡器固有的频率漂移，即其振荡频率会在一定范围内围绕标称值波动，使得符号时钟和比特时钟与发送信号的频率间产生偏差。这种频率偏差逐渐累积达到一定程度时，就会造成采样错误：当本地时钟大于信号频率时，有可能使得同一个符号或比特被采样两次，而当本地时钟小于信号频率时，有可能使得某些符号或比特被遗漏。为了保证正确地采样信息，接收机中必须采取措施将本地时钟与信号频率间的偏差控制在系统允许的范围之内，这种措施称为“锁相”，实现锁相的设备称为锁相环。锁相环在数字通信系统中具有举足轻重的地位，锁相环性能不佳有可能使得整个系统无法工作。第二种同步是传输帧同步。数字通信系统中传输数据时是以将数据分成具有一定格式的组来传输的，这种组称为传输帧。纠错编/解码、数据交织/反交织以及均衡都是按数据帧进行的，因此接收机在进行数据处理前还必须提取出帧同步。
　实际上，整个DVB接收机的工作都是建立在同步的基础上的，在开机或频道切换后，接收机进行初始化时的首要任务就是建立上述三种同步，尤其是符号、比特同步和帧同步。只有当这三种同步建立完成之后，接收机才能开始正常工作。同步系统的性能对接收机非常重要，许多接收机在实际应用中工作状态不稳定都是由其同步系统所导致的。
　除上述5个主要部分外，DVB传输系统还有几个次要一些的部分：
　基带接口负责DVB传输系统与MPEG-2复/分接系统间的适配，因为上述两个系统接口的信号码型和电平可能有所不同，基带接口负责其间的转换。由于这一接口处的信号为数字基带信号，因此称为基带接口。
　为了避免相邻传输信号之间的串扰，多元符号需要有合适的信号波形。图1中的方波是在本地数字信号处理时常见的波形，但在实际传输时这种方波并不合适。根据奈奎斯特第一准则，在实际通信系统中一般均使接收波形为升余弦滚降信号。这一过程由发送端的基带成形滤波器和接收端的匹配滤波器两个环节共同实现，因此每个环节均为平方根升余弦滚降滤波，两个环节合成就实现了一个升余弦滚降滤波。实现平方根升余弦滚降信号的过程称为“波形成形”，通过采用合适的滤波器对多元码流进行滤波实现，由于生成的是基带信号，因此这一过程又称“基带成形滤波”。接收端的“匹配滤波”是针对发射端的成形滤波而言，与成形滤波相匹配实现了数字通信系统的最佳接收。
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幻影无痕

DVB信道编解码与调制解调(三)
精 作者: 梅剑平 全子一 人气: 1 日期: 2005-8-20

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     数字通信的关键技术DVB传输系统中采用了许多数字通信技术，包括一些最新发展的先进技术，下面我们对其中的一些比较关键的技术作进一步的讨论。 

1. 纠错编码
2. 纠错编码是数字通信系统的一大优点。纠错编码主要有三种类型：前向纠错（FEC）、检错重发（ARQ）和混合纠错（HEC）。后两种类型用于双向通信系统中，DVB属于单向的广播，因此DVB系统中采用的是FEC。
　　AAAA经过多年的不断研究，纠错编码已发展了很多种类，技术上也比较成熟了。按照差错控制能力分，纠错编码可分为检错码、纠错码和纠删码。检错码仅能检测误码，纠错码仅可纠正误码，纠删码则兼有纠错和检错能力。DVB系统中使用的是纠删码。按照信息码元和校验码元之间的约束方式不同，可分为分组码和卷积码。按照构造编码的数学方法可分为代数码、几何码和算数码。代数码建立在近世代数的基础上，是目前发展最为完善的编码。按照信息码元和校验码元之间的检验关系不同，代数码可分为线性码和非线性码。按照信息码元在编码后是否保持形式不变，线性码又可分为系统码和非系统码。按照码字的循环结构系统码又可分循环码和非循环码。DVB系统中采用的是代数、线性、系统、循环码。
　　为了提高系统对误码的抵抗能力，DVB系统中同时使用了分组码和卷积码。在编码器复杂度相同的情况下，卷积码的性能优于分组码；但分组码有严格的代数结构，而卷积码至今尚未找到严密的数学手段，可以把码的纠错性能与码的构成十分有规律地联系起来，目前卷积码还是采用计算机搜索的方法来寻找性能优良的好码。分组码的解码算法可以由其代数特性直接得到，卷积码则通常采用树搜索的Viterbi解码法和序列解码。
a、分组码
　　DVB系统中的外层纠错编码采用的就是分组码中的RS码。分组码将串行的信息码流分为长度为k个码元的组，每组信息码元在编码器中按照一定的数学运算关系生成r个校验码元。分组码的特点是，每组内的r个校验码元只与本组内的k个信息码元有关，只由本组内的信息码元生成，与其它组内的信息码元无关，如图6所示。—-由于加入了校验码元，编码器输出的码流速率要高于输入的码流速率，也即校验码元要占用一部分传输频带，这是纠错编码的一个代价。定性而论，校验码元越多，纠错能力越强，但传输频带方面付出的代价就越大。分组码中衡量校验码元多少的一个基本参数是码率，它定义为
　　分组码的表示方式一般采用(n,k)的形式，n为编码后一个分组的码元数，它等于信息码元数加上校验码元数，n=k+r，编码后的一个分组（包括k个信息码元和r个校验码元）称为码字。码率表示一个码字内信息码元数的相对长度，可以定性反映一种编码的纠错能力，同时也可以从中推算出校验码元的相对长度及其在频带上的代价。—-精确表示分组码纠错能力的参量是“最小码距d”，d以码元数为单位。分组码的纠错能力与d之间的关系为：如要保证在一个码字内能够检测出e个误码，则要求d≥e+1；如要保证在一个码字内能够纠正t个误码，则要求d≥2t+1；如要保证在一个码字内能够纠正t个误码，同时检测出e(e≥t)个误码，则要求d≥e+t+1。
　　最小码距越大，纠错的能力就越大。最小码距由编码算法和码率决定，在码率相同的情况下，也即在码字长度和校验码元数都相同的情况下，d越大的编码算法越好；或者说，在d相同的情况下，码率越大的编码算法越好，因为它在码字长度相同时所需的校验码元较少，频带方面的代价较小。因此，有时为了使用户便于了解一种分组码的纠错能力，常将分组码表示成 (n,k,d)的形式；或者，为了更直观地反映出一个分组码的纠错能力，将分组码表示成(n,k,t)的形式。可以看出，在纠错能力与d的关系中取等号的时候，分组码的纠错能力达到了最强，即如要保证在一个码字内能够检测出e个误码，则只需d=e+1；如要保证在一个码字内能够纠正t个误码，则只需d=2t+1；如要保证在一个码字内能够纠正t个误码，同时检测出e(e≥t)个误码，则只需d=e+t+1。
　　大多数分组码的纠错能力是达不到上述最强指标的，只有RS码可以达到这一指标。RS码属于BCH码的一种。BCH码是循环码的一种，它具有纠正多个随机错误的能力。BCH码有严密的代数结构，是目前研究的最为透彻的一类码。它的描述编码算法的生成多项式g(D)与最小码距d之间有密切的关系，可以根据所要求的纠错能力t很容易地构造出BCH码。RS码是Reed-Solomon码的简称，它是一类非二进制BCH码。在RS(n,k)码中，输入码元分为k×m比特的组，每组包含k个码元，每个码元包含m个比特。一个纠错能力为t个码元误码的RS码的参数如表
2。
码长n=2m-1码元或m(2m-1)比特信息码元k码元或km比特校验码元n-k=2t符号或m(n-k)比特最小码距d=2t+1码元或m(2t+1)比特
　
　RS码的最小距离d=2t，因此RS码常表示为RS(n,k,2t)。DVB系统中采用的是m=8的RS码，每个码元包含8个比特，即为一个字节。8比特码元的RS码的标准码长为255码元。但RS码具有一个特性：码长截短后码的特性和纠错能力不变。以DVB系统为例，8比特码元的，纠错能力为8个字节的RS标准码应为RS(255,239,t=8)，但当输入信息码元分组不足239字节时，如k=188字节时，仍可采用标准的RS(255,239)编码器进行编码，生成的RS(204,188,t=8)码与标准的RS(255,239,t=8)码具有完全相同的特性和纠错能力。实际上每种码元的RS码的编码器都是按照标准码设计的，当遇到截短的信息码元分组时，编码器先在其前面填补“0”码元，将其变成标准长度的信息码元分组。例如在DVB系统中，当RS编码器输入信息分组k=188字节时，RS编码器先在信息分组前加上51个字节，将信息分组的长度变成标准的239个字节；然后根据这239个字节运算生成16个字节的校验码元，产生255字节的RS(255,239)码字，当RS码字输出前再将信息码字前加入的“0”去掉，变成RS(204,188)输出，这一过程如图7所示。RS码的这一特性可以表述为：在截短的信息码元前补“0”至标准长度后进行编码，与标准RS码的特性完全相同。
　RS码是性能很优越的分组码，尤其是具有很强的抗突发误码的能力，因此被广泛应用于各种通信领域。RS编解码器已有专用集成电路芯片，LSILogic公司的RS编解码器最高时钟可达到60MHz。
　b、卷积码
　卷积码在形式上也是分组处理的：每k个输入信息码元为一组，经编码处理后加入r个校验码元，生成n=k+r个码元的码字。但与分组码不同的是，卷积码字内的r个校验码元不仅与本码字内的k个信息码元有关，还与前面的（N-1）个码字内的信息码元有关，是由本码字和前面的（N-1）个码字内的信息码元按照规定的编码算法共同生成的，如图8所示。
　从图8中可以看出，卷积码的输出序列相当于输入序列与由移位寄存器和模2和连接方式所
决定的另一个序列的卷积，卷积码即由此得名。N称为卷积码的编码约束长度，N越大，卷积码的纠错能力就越强。卷积码通常表示为(n,k,N)的形式，但有时也以k/n的形式表示，k/n为编码效率。卷积码的码字长度n通常很小，一般不超过10个码元。卷积码的编码效率比分组码的小。在工程应用中，卷积码常以生成多项式来表示，下面我们以一个(2,1,3)的简单卷积码为例介绍一下生成多项式的定义。(2,1,3)卷积码编码器如图9所示。
　图9卷积码中每个信息分组为1比特，编码约束长度为3，每次编码生成的码字为2比特。设输入序列表示为M(D)，输出序列表示为Xi(D)，D为序列中的比特序号；生成多项式表示为gi(D)，D对应于编码器的移位寄存器从左到右的位置，i=1,2代表两路输出码流。则
　Xi(D)=gi(D)?M(D)
　-生成多项式是描述输入序列M(D)与输出序列Xi(D)之间的关系的，它的数目与每次编码生成的比特数相对应，每个输出比特都对应着一个生成多项式。图9中X1对应的生成多项式为g1(D)，X2对应的生成多项式为g2(D)。
　gi(D)由一个二进制数值表示，它的各位分别对应于编码器中的各移位寄存器。如果某寄存器与生成Xi的模2和相连，则gi(D)中与此寄存器相对应的位为“1”，否则为“0”。图9中
　g1(D)=(111)2=(7)8
　　g2(D)=(101)2=(5)8
　当N较小时，gi(D)一般以二进制表示；当N较大时，gi(D)一般以八进制表示。
　卷积码的纠错能力由其*距离决定，*距离是指任意长编码序列之间的最小汉明距离，*距离越大，卷积码的纠错能力越强。
　卷积码的解码算法有很多种，但性能较好的是Viterbi算法，因此目前实际工程中大都采用这种算法。Viterbi算法是一种树搜索算法，它的性能与解码约束长度有关，解码约束长度是指判决一个解码输出所需的搜索树的长度，一般为3～7倍的编码约束长度。
　2、数字调制
　数字调制也分为调幅、调相和调频三类，但数字调制的信号状态是有限的。下面我们以二进制的2ASK、BPSK和2FSK为例说明一下数字调制的特点。
　2ASK信号的典型波形如图10所示。
　它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。2FSK信号的典型波形如图11所示。
　它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输频率较高的载波；当调制的数字信号为“0”时，传输频率较低的载波。BPSK信号的典型波形如图12所示。
　它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输相位为00的载波；当调制的数字信号为“0”时，传输相位为1800的载波。从上述三种调制中可以看出数字调制的两个基本特点：1）在时间上调制是以Ts为单位进行的，Ts为调制数字符号的周期；2）无论调幅、调相还是调频，调制信号的状态数都是有限的，与每个调制符号所传送的信息比特数成正比。
　数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：1）信号分布；2）与调制数字比特之间的映射关系。以4ASK为例其星座图见图13。
　在ASK中，调制信号为一维幅度信号，在星座图中称为星座点。调制信号的分布一般是以原点为中心对称的，即呈均匀分布，但也有一些不对称的调制星座。在ASK中，信息比特是通过载波的幅度来传递的，2信息比特与调制符号的四种幅度相对应，星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。
　调制技术的可靠性可由相邻星座点之间的最小距离来衡量，最小距离越大，抵抗噪声等干扰的能力越强，当然前提是信号的平均功率相同。当噪声等干扰的幅度小于最小距离的1/2时，解调器不会错判，即不会发生传输误码；当噪声等干扰的幅度大于最小距离的1/2时，将发生传输误码。
　DVB系统中采用的调制技术是QPSK和QAM，下面我们就介绍一下这两种调制技术。
　a、QPSK
　QPSK是一种调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，275°，其星座图见图14。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。
　QPSK是一种二维调制技术，它有同相和正交两个载波，分别对应于星座图上的I和Q坐标。同相载波指载波本身，正交载波指相位旋转900的载波。QPSK调制在实现时是采用正交调幅的方式，某星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度，在Q坐标上的投影去调制正交载波的幅度，然后将两个调幅信号相加就是所需的调相信号。
　QPSK是一种恒包络调制，它的信号的平均功率是恒定的，因此不受幅度衰减的影响，也就是说幅度上的失真不会使QPSK产生误码。
　b、QAM
　PSK只利用了载波的相位，它所有的星座点只能分布在半径相同的圆周上。当星座点较多时，星座点之间的最小距离就会很密，非常容易受到噪声干扰的影响。因此PSK一般只用在8PSK以下，常用的是BPSK和QPSK。当星座点进一步增加时，也即需要更高的频带利用率时，就要采用QAM调制了。QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，目前QAM星座点最高已可达256QAM。我们以16QAM为例来说明QAM的特性，16QAM星座图见图15。
　16QAM中规定了16种载波幅度和相位的组合。16QAM中每次调制可传输4个信息比特，这些信息比特是通过载波的16种幅度和相位组合来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的幅度和相位来判断发送端发送的信息比特。QAM也是二维调制技术，在实现时也采用正交调幅的方式，某星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度，在Q坐标上的投影去调制正交载波的幅度，然后将两个调幅信号相加就是所需的调相信号。
　与PSK调制相比，QAM可传送更多的信息，频带利用率较高；但QAM会受到载波幅度失真的影响，其可靠性不如PSK。
　3、回波均衡
　前文说过，由于回波干扰和信道的线性失真，会在接收符号间产生符号间干扰（ISI）。目前有效消除ISI的技术有两种：时域均衡和正交频分复用（OFDM）。我们先介绍时域均衡技术。
　a、时域均衡
　时域均衡一般是在匹配滤波器后插入一个横向滤波器（也称横截滤波器），它由一条带抽头的延时线构成，抽头间隔等于符号周期，见图
16。每个抽头的延时信号经加权后送到一个相加电路输出，其形式与有限冲激响应滤波器（FIR）相同，相加后的信号经抽样送往判决电路。每个抽头的加权系数是可调的，通过调整加权系数可以消除ISI。
　　均衡器的均衡效果主要由抽头数和均衡算法决定，均衡算法常用的有迫零算法和最小均方畸变算法等。均衡器分预置式和自适应式两种。预置式均衡器是信息传输前先对信道特性进行估计，并设置好抽头加权系数，这些加权系数在信息传输开始后不再改变。预置式均衡器的结构比较简单，但如果信道的特性在信息传输过程中发生了变化，会对均衡效果产生较大影响，这时就须采用自适应式的均衡器。自适应式均衡器是在信息传输过程中不断地调整抽头系数，以适应信道特性的变化。但自适应式均衡器的结构比较复杂，且抽头系数的收敛较慢，影响通信系统的稳定。因此在实际应用中常将上述两种方式综合起来，即采用带预置均衡的自适应均衡器（见图17），这种均衡器在信息传输前先对信道特性进行估计，初步设置抽头加权系数；在信息传输开始后，再利用定期发送的训练序列对抽头系数进行调整，以跟踪信道特性的变化。这种方式即可以跟踪ISI的时变，又可防止抽头系数收敛过慢。
　在实际信道中还存在噪声干扰，它会对均衡器的收敛产生影响。为了进一步改善性能，实际应用中常采用判决反馈式均衡器。与横向均衡器不同，判决反馈均衡器是一种非线性滤波技术。在判决反馈均衡器中，一个横向滤波器用于线性的前向滤波处理，其判决结果反馈给另一个横向滤波器，见图18。
　反馈均衡器的抽头系数由前向均衡器所造成的信道冲激响应拖尾所决定。判决反馈均衡器的均衡效果优于具有同样抽头数的横向均衡器。美国GA系统中采用的就是256抽头的判决反馈均衡器。均衡器技术比较成熟，被广泛应用于各种通信领域，但它有两个缺点：一是结构复杂，成本较高；二是仅对时延较短的ISI效果比较好，对时延较长的ISI效果比较差，在这种情况下就需要采用另一种新技术－OFDM。
　b、OFDM
—-当ISI的时延与传输符号的周期处于同一数量级时，ISI的影响就会变得严重起来。因此，延长传输符号的周期可以有效地克服ISI的影响，这正是OFDM消除ISI的原理。
　OFDM由大量在频率上等间隔的子载波构成?设共有N个载波），各载波通常采用同一种调制方式调制。串行传输的符号序列亦被分为长度为N的组，每组内的N个符号分别调制N个子载波，然后一起发送。所以OFDM实质是一种并行调制术。将符号周期延长N倍，从而提高了对ISI的抵抗能力。
　子载波间的间隔如何选择，是OFDM的关键。在传统的频分复用中，各载波上的信号频谱是互不重叠的，以便接收机能用滤波器将其分离。但这样作降低了频带利用率。在OFDM中，为提高频带利用率，使各载波上的信号频谱互相重叠，但载波间隔的选择使这些载波在整个符号周期上是正交的，即在符号周期上的任何两个载波的乘积都为零。这样，即使各载波上的信号频谱间存在重叠，也能无失真地复原。我们知道，当载波间最小间隔等于符号周期的倒数时，可满足正交条件。为实现最大频谱效率，一般取载波最小间隔等于符号周期的倒数。
　当符号由矩形时间脉冲组成时，每个载波信号的频谱为sinx/x形状，其峰值对应于所有其它载波频谱的零点，见图19。
　因为每一个载波的比特持续时间被延长了N倍，远大于一般的ISI，所以OFDM具有良好的抵抗ISI的性能。对于DVB等固定接收条件，在存在很大ISI时，OFDM信号的性能只有1-2dB的劣化。
　由于OFDM系统中的子载波数量常达几百乃至几千，所以实际应用中不可能象传统的FDM那样使用几百乃至几千个振荡器和锁相环进行相干解调。Weinstein经过严格的数学推导，发现OFDM信号可用付立叶变换FFT来得到，见图20。
　输入的N个调制符号经过N点的FFT后所得到的N个数据就是所需的OFDM合成信号的N个时域采样值，在经D/A变换后，就得到了OFDM信号波形。此信号乘以实际载波就可将OFDM信号搬移到所需的
频道上。
　但信道中存在ISI时，OFDM子载波间的正交性会被破坏，使的接收机无法正确提取各子载波上的调制符号。为此在实际应用时需在每个OFDM信号周期前插入一个保护间隔Δ，OFDM的实际传输周期变为Ts=T+Δ，见图21。
　保护间隔内的信号是由OFDM信号进行周期延拓生成的，相当于将OFDM信号的尾部折反到前面。当ISI的时延不超过Δ时，OFDM子载波间的正交性仍能保持，接收机仅提取有效的OFDM周期T内的信号进行处理，OFDM信号就可以不受ISI的干扰了。OFDM抵抗ISI的能力取决于Δ的长度，Δ越长，可消除ISI的时延范围越大。但需要注意的是，保护间隔内是不传输有用信息的，因此Δ越大，浪费的频带资源也越多，这是OFDM消除ISI干扰的代价，
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幻影无痕

中频滤波的目的是滤除信号频带之外的噪声，并实现与射频部分的接口。
　上述几个部分虽然被称为次要部分，但同样是DVB传输系统必不可少的，只是技术上比较成熟了而已。
　与压缩编、解码系统不同，数字传输系统中纠错解码器的结构远较纠错编码器的结构复杂，解调器的结构也较调制器的结构复杂，接收端的同步系统也远较发射端的同步系统复杂，此外在接收机中还需要发射机中没有的均衡器，因此传输系统中接收机的成本远高于发射机的成本。DVB广播信道
　DVB传输系统之所以具有如此的结构，完全是由DVB广播信道的特性决定的，例如由于信道的频带有限，需要通过调制技术来调整频带效率；由于信道中存在各种干扰，需要采用各种纠错及均衡技术消除干扰。可以说，传输系统中的所有环节和技术都是为适应信道特性服务的，信道特性是传输系统设计的基础。为了更好地理解DVB传输系统，对DVB广播信道的特性进行深入分析是必不可少的。
　DVB广播信道包括卫星广播信道、有线电视广播信道和地面广播信道。从形式上看，这三种广播信道有很大的不同。但如果仅分析传输系统的设计产生影响的信道特性，上述三种广播信道则可归纳为统一的信道模型中。
　信道模型是从实际信道中抽取出来的数学模型，用于设计通信系统。因此对于不同的通信系统同一个信道可能会建立出不同的信道模型。例如设计模拟通信系统时，所建立的信道模型应为模拟信道模型；而设计数字通信系统时，所建立的信道模型应为数字信道模型。DVB广播信道本身是一个高频模拟信道，无论其中的传输信号还是干扰和失真都为高频模拟波形，但在针对中频以下的数字基带传输系统建立模型时，信道中的传输信号和干扰信号经过解调后最终都将被转换成对基带数字通信系统的影响，呈现为基带数字信号的形式。因此在数字通信系统的设计中，一般采用“等效基带”的形式建立信道模型：发射信号和接收信号以调制前或解调后的基带数字信号表示，称为“等效基带发射信号”或“等效基带接收信号”，干扰信号以解调后进入基带通信系统中的基带数字信号表示，称为“等效基带干扰信号”，这样的信道模型称为“等效基带信道”。图4所示就是等效基带DVB广播信道，它可以直接用于DVB传输系统的设计。
　应该说，对于DVB广播信道，目前国际上尚无统一的信道模型，各国在DVB的研究中都提出了各自的模型，它能够比较全面地反映DVB广播信道的特性，具有代表性的信道模型。这个模型发表于国际电子和电气工程师协会（IEEE）学报上，并曾用于美国先进电视系统（ATV）的测试中。我国“八五”科技攻关项目“HDTV传输制式关键技术的研究”中也采用了这个信道模型。因此本文就以这一信道模型为基础介绍一下DVB广播信道的主要特性。
　实际DVB广播信道中的干扰和失真存在很多种，不同的信道环境也可能不尽相同，但从性质上可以合并归纳为三类：回波干扰、噪声干扰和同频干扰。干扰信号从本质上讲不是恒定信号，而是随机信号。在分析干扰信号时一般应提取它的统计特性，但有时统计特性分析比较复杂，或很困难，在这种时候可以从一些典型的实测数据中观察干扰信号的特性。下面我们讨论一
下三类干扰的特性。
　1、回波干扰
　回波干扰在地面广播中最为普遍，地面广播中发射信号的电磁波遇到山脉、树木及楼房而产生反射，反射信号进入接收机中就会造成回波干扰。有线电视系统中，由于网络节点的阻抗不匹配也可能会造成一定的回波干扰，但程度要比地面广播中的轻。卫星广播中因为天线的方向性很强，一般不存在回波干扰。回波干扰在模拟电视中造成的就是重影，而在数字电视系统中造成的是数字通信中所谓的“符号间干扰（ISI：Inter-SymbolInterference）”。ISI是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。造成ISI的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会不可避免地造成一定的ISI，只是其程度一般较之由回波产生的ISI要轻。但在数字电视系统中，回波是造成ISI最主要的原因，为了遵从习惯，数字电视中一般仍将ISI称为回波干扰。
　从接收机的角度来看，回波干扰相当于将发射信号延时，再进行幅度衰减和相位旋转后，叠加在原发射信号上，因此回波信号对通信系统的设计有影响的特性有三项：回波的时延、回波的幅度衰减和回波的相位旋转。
　这里所说的回波的时延不是指回波的绝对时延，而是指回波相对于发射信号而言的相对时延。也就是说，以发射信号到达接收机的时刻为记时起点，而计算的回波到达接收机的时间。前文说过，数字通信系统中是以比特或符号为单位进行信号处理的，因此回波时延的统计也应以相应的数字通信系统的符号周期为单位，因为时延范围在同一个符号周期内的回波将以大体相同的方式对这一周期的信号抽样值产生干扰。在统计时一般将时延范围在同一个符号周期内的回波叠加在一起，作为这一符号周期的总回波干扰，而在建立回波干扰的信道模拟时回波的时延就均为相应数字通信系统的符号周期T的整数倍。回波干扰的信道模拟由图4中上半部的带抽头的移位寄存器实现。发射信号s(t)首先通过一系列延时为T的移位寄存器，这里的T就是对应的数字通信系统的符号周期，移位寄存器的个数与回波的最大时延成及传输信号的速率正比；然后从每个移位寄存器后输出，经过幅度衰减和相位旋转后就相当于一条回波；再将这些回与发射信号相加，就得到了经过回波干扰的接收信号r(t)。需要注意的是，回波干扰对数字信号的影响是与信号的符号速率密切相关的，相同时延的回波干扰对不同符号速率的传输信号的影响是不同的，符号速率越高，影响越严重。例如回波时延为1微秒时，对波特率为1M符号/秒的传输信号，每一个传输符号的回仅能干扰到其后的一个传输符号，此时图4中的移位寄存器只有一个；但如对波特率为6M符号/秒的传输信号，每一个传输符号的回波能干扰到其后的六个传输符号，此时图4中的移位寄存器将有六个。也就是说，传输信号速率越高，就越易受到回波干扰的影响。如果将回波的时延看作一个随机序列的话，日本的Hirofumi经过大量分析和研究，认为其概率分布符合泊松分布。回波时延的最大长度以地面广播信道中的为最长，在山区回波可达20微秒以上；平原地区在大都市中由于高楼大厦的影响，回波也较长，一般为8-10微秒；郊区回波相对短一些，一般仅2-3微秒。表1中所列的回波参数是一组平原地区的实测数值，以前曾用于美国NTSC测试鬼影消除器，后被广泛用于数字电视系统的研究中，我国“八五”科技攻关项目“HDTV传输制式关键技术的研究”中也采用了这组回波参数。
　这是一个五径回波模型，包括一条直接传输路径(LineofSight)和四条回波路径(echo)。最大回波时延达到了8.2微秒。
　回波干扰是由于反射或信道的线性失真所引起的，在这个过程中，回波的幅度会有较大的衰减，相位也回发生旋转。这里所说的幅度衰减和相位旋转也不是指回波的绝对衰减和相移，而是指回波干扰相对于接收信号而言的相对幅度衰减和相对相位偏移。发射信号在传输过程中虽然也会发生幅度衰减和相位旋转，但到达接受机后通过放大器会将接收信号的功率恢复到一个标称值，相位旋转在解调时也会得到补偿。所以从接收机的角度看可以认为传输信号是没有发生幅度衰减和相位偏移的，这就是为什么表1中直接传输路径（路径时延为0）中的发射信号的幅度衰减和相位偏移都为0。但是，接收机中的放大器在放大接收信号的同时，也会连回波一起放大；解调器在校正接收信号的相位偏移的同时，同样会将回波的相位一起旋转。因此实际对接收机的工作过程产生影响的回波幅度和相位是经过放大和旋转后的幅度和相位。
　前文说过，图4中的每一路回波实际上是由多条时延在同一个符号周期内的回波构成，因此每一路回波的幅度和相位都是多条回波合成后的幅度和相位，是一个随机变量。由于构成一路回波的多条回波是由不同的反射或线性失真而来的，彼此之间没有关系，这在概率论中称为“非相关”。日本的Hirofumi在大量实测数据分析的基础上，得出如下结论：回波幅度在几百个波长的近距离内服从Rayleigh分布，在更大的距离范围内服从对数正态分布。回波的相位在[0,2π)间服从均匀分布。
　另外，从表1中我们还可以发现，时延越长，回波的幅度衰减越大，即回波的平均功率是随着
时延的增大而逐渐减小的。
　DVB系统中在描述回波干扰时常用到一个指标－D/U。D/U是指接收信号的平均功率与全部回波干扰的总平均功率之比，表示了回波干扰的严重程度。D/U越小，表示回波干扰越严重。
—-回波干扰的频率响应呈现周期性的衰落，这在通信原理中称为“频率选择性衰落”。所以数字电视广播信道中的回波干扰属于频率选择性的衰落。
　2、噪声干扰
　噪声干扰实际上是任何通信系统都必须面对的问题，地面广播、卫星广播和CATV中都会遇到。DVB广播信道中的噪声干扰有两类：高斯白噪声干扰和冲激噪声干扰。噪声干扰与回波干扰不同，它是一种加性干扰（见图4中的c(t)），线性叠加在接收信号上的。
　高斯白噪声的来源十分广泛，既有来源于其它频道中的电磁辐射，天体辐射所造成的宇宙噪声等设备外部噪声干扰，又有来源于有源器件中电子或载流子运动的起伏变化，电阻的热噪声等设备内部的噪声干扰。此外，各路回波干扰中也带有噪声干扰，这些噪声干扰最终也会被带入接收机中。上述各种干扰虽然是在发射信号传输过程中的不同阶段进入传输信号的，但它们都是以线性叠加的方式影响传输信号，因此可以将它们等效为一个噪声干扰。这样一个等效的噪声干扰具有两个特性：1）由于各噪声干扰彼此是非相关的，根据概率论的有关理论，它们的合成信号服从正态分布，也就是高斯分布；2）由于各噪声干扰的功率谱分布在范围非常广泛的频率上，它们的合成信号的功率谱密度在整个频率轴上接近于均匀分布，即在各频率点处都相等，这种功率谱分布在信号处理中被成为“白”的。由于上述两点特性，这种等
效合成噪声干扰被称为“高斯白噪声”。高斯白噪声是通信系统设计过程中最常使用的干扰模型，实际上，数字通信系统中的关键技术通常都是按高斯白噪声信道设计的。
　冲激噪声干扰是一种突发性的噪声干扰，它的特点是不经常发生，但一旦发生在其持续时间内强度远大于高斯白噪声，此时对通信系统的影响也较大。冲激噪声主要来源于闪电、各种工业电火花和电器开关的通断等。冲激噪声虽然也是随机变量，但由于不经常发生，所以一般不用统计特性来描述，在DVB系统中仅对其持续时间长度作规定。
　3、同频干扰
　同频干扰仅存在于数字地面同播方式中，卫星广播和CATV中没有这一干扰。而数字地面广播中如不采用同播方式时也不存在这种干扰。所谓“同播(simulcast)”是指在数字电视的地面广播中，将数字电视放置在“禁用频道(Taboo)”上进行广播。禁用频道为相邻服务区的模拟电视所使用，本地的模拟电视不用，因此可用禁用频道广播本地数字电视，以提高地面广播的频谱资源的利用率。采用同频方式广播时，由于数字通信具有较强的抗干扰能力，因此DVB传输信号的发射功率可以远低于模拟电视的发射功率。这样DVB发射信号不会对相邻服务区的模拟电视接收机产生影响，但相邻服务区的模拟电视发射信号却可能会对DVB接收机造成干扰，这种干扰称为“同频干扰”。同频干扰也是一种加性的干扰）。（作者前为北京邮电学院博士后，后为北京邮电大学教授）