从有线电视的发展浅谈调制技术

从有线电视的发展浅谈调制技术 <br>
2003-4-22 中国有线电视 <br>
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不管哪种调制器，其振荡信号的频率都要求稳定，可采用晶体振荡器或锁相环振荡器。分析调制作用的实质就是把信号的频谱进行搬移，使它们互不重叠地占据不同的频率范围，信号托附于不同频率的载波上，以实现多路复用。调制器的数学模型就是一乘法器,振荡器输出的信号为载波信号（设为cos ?ω?0?t?），视频处理电路输出的为被调制信号(设潍g(t)?)，则调制器输出的信号为：?g(t)?*cos ?ω?0?t?。时域与频域的转换可采用傅里叶变换进行数学分析,将?g(t)?*cos ?ω?0?t?求傅里叶变换得1/2［?G(ω+ω?0)+ ?G(ω-ω?0)］，可见输出的信号频谱被搬移到?ω?0附近。实际应用中改变载波信号的频率，即可实现电视频道的分配，从而完成调制的目的。<br>
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将已调信号恢复为原始信号的过程称为解调。调制与解调的数学模型如图3所示。cos ?ω?0?t?为接收端的载波信号，它与发送端同频同相。［?g(t)?cos ?ω?0?t?］*cos ?ω?0?t?的傅里叶变换为1/2?G（ω）?+1/4［?G(ω+2ω?0)+?G(ω-2ω?0)］,利用低通滤波器滤除2?ω?0附近的分量，即可取出?g(t)?,完成解调。为了在接收端省去本地载波，降低接收机成本，可在发射端加入一定强度的?A?cos ?ω?0?t?,在接收端利用包络检波法提取包络,恢复?g(t)?。在普通电视系统中，家用电视机就是利用这个原理进行电视信号解调的。<br>
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3 光调制技术<br>
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90年代，人们对有线电视提出了更高的要求，特别是在远距离传输、系统稳定性方面采用光纤技术有着较高的优越性。光纤技术系统中关键技术之一就是调制技术。<br>
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理论上讲，各种能实现电光转换的设备都可以作为调制器，而既简单又经济的调制方式为直接强度调制（IM），现在市场上所见的1 310 nm AM光纤系统就是采用这种方式。这种方式对光源的线性要求很高，目前主要采用DFB激光器。这种方式是用射频CATV信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出的光功率随信号变化，从而达到调制的目的。直接调制方式的缺点是:对激光器的要求十分苛刻，由于激光器载流子与光子相互作用，将引发强噪声；调制信号在阈值附近引发阈值非线性问题；存有伴随调制时的附加频率调制（Chirping）现象；在1 550 nm窗口色散较大，这是产生失真的主要因素；其输出功率较小，1 310 nm设备中继传输距离仅在30 km左右，更大功率的设备的性价比将下降。<br>
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后来，人们又研究出外调制方式。这种调制方式主要是应用电光效应原理实现的。所谓电光效应是指某一类物质施加电场时光折射率产生变化的现象。这类物质有铌酸锂（LiNO3）或钽酸锂（LiTaO3）等，在施加电压后，由于折射率发生变化，输出的光强度也变化，即起到调制器的作用。由于这种方式输入光源为直流方式，在1 310 nm可选用高输出的激光器，如：掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG），出纤功率可达150～200 mW;在1 550 nm可采用低成本的DFB激光器和掺铒光纤放大器（EDFA）来获得较高的输出功率。外调制方式可通过合理偏置得到很高的?CSO?指标，一般≤-70 dBc,失真较小。外调制型调制器（方框图如图4所示）可提供双纤输出，从而服务于更多的用户，不过外调制方式也存在一些问题，如调制曲线的非线性补偿、受激布里渊散射（SBS）的抑制等。<br>
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有线电视的光调制技术为模拟调制技术，其关键是选择和利用光电器件，以降低传输链路的噪声和非线性失真。对光发射机技术的研究较多，而作为解调用的光接收机，大多数则认为相对简单，只要能检测光强，恢复信号即可，对它的要求是灵敏度高、噪声小、频带宽，具有自动增益控制。<br>
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4 数字信号传输中的调制技术<br>
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目前，有线电视正向数字化、网络化方向发展，最终将建成宽带综合信息网。依托有线电视网，机顶盒、线缆调制解调器等终端设备日趋普及，这些设备所采用的数字调制技术也成为关键技术之一。<br>
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在HFC网中，传输通道为模拟通道，而数字电视、Internet上的信号等都为数字信号，这些信号在前端压缩编码后要进行传输，就必须对数字信号进行载波调制。从调制方式来看，常用的方法主要有数字调频、数字调幅、数字调相和相对调相等方式。但为了在有限的带宽内传送更多的信息比特，需要采用高效的调制技术，目前，HFC网中采用的数字调制方式主要有正交调幅（QAM）和四相移相键控（QPSK）。<br>
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正交幅度调制（QAM）的调制器方框图如图5所示，它是一种幅度调制与相位调制相结合的方式。<br>
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率潍f?b 的二进制码流经串并变换后，速率潍f?b/2，经过2-L电平转换，码元速率转换为：?f?s=?f?b/2×1/lg（2?L?）码元/秒的?L（L=M?）电平信号，再经低通滤波，分别对相互正交的载波进行双边带抑制调幅，两路信号相加，得到?M?-QAM信号，?M?值越大，频带利用率越高，通常有16-QAM，32-QAM，64-QAM，256-QAM等。目前采用这种高效调制技术，一个频道可以传送5~8套DVD质量的电视节目或25套VCD质量的节目。<br>