淺談寬帶接入網絡的調制技術

淺談寬帶接入網絡的調制技術

淺談寬帶接入網絡的調制技術

信息時代的到來使得人們對寬帶業務的需求日益強烈，因而大大推動了各種寬帶接入技術的發展，當今，人們可以通過ISDN、XDSL、有線電視網絡的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的核心，而如何將視頻信號高效的送入傳輸媒體，信號調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，談談寬帶數據傳輸最基本的問題--調制技術。
一、調制技術是寬帶接入的技術基礎
傳輸信息有兩種方式：基帶傳輸和調制傳輸。由信源直接生成的信號，無論是模擬信號還是數字信號，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字信號直接送入線路進行傳輸，如音頻市話、計算機間的數據傳輸等。載波傳輸則是用原信號去改變載波的某一參數實現頻譜的搬移，如果載波是正弦波，則稱為正弦波或連續波調制。
調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）的數字傳輸都需要使用編碼方案，將數字傳輸信息送入傳輸媒體。編碼方案按照各種不同的社區寬帶接入方式所提供的業務速度、要求的媒體質量、抗噪聲干擾和復雜程度而不同，因此對于寬帶接入，可以認為調制是價格的代名詞。當前調制始終是專家討論的熱點話題，許多性質相反的開發與研究方案仍然在進行中。
二、當前寬帶接入使用的主要調制方案
目前，寬帶接入網絡系統中使用的一些重要調制方案主要有：
●開關鍵控（OOK）；
●2B1Q；
●正交相移鍵控（QPSK）；
●正交調幅（QAM）；
●離散多音（DMT）。

1、開關鍵控
開關鍵控（OOK）是用在光纖傳輸的直觀的簡單調制方案。當發射器想發送二進制的"1"，激光器打開（光被發射出去），對于二進制的"0"，激光器關閉。發送任意的二進制序列，發射機只需簡單地轉換它的發射激光器的開或關，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量稱為符號率。當符號率非常的快（每秒數十億個符號）保持收發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（每秒數千至數百萬），以光纖和電子的電流狀態恢復時鐘便可穩定地傳輸。
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是幅度調制技術，在美國用于綜合業務數字網（ISDN）和高數據率用戶線（HDSL）業務。2B1Q的定義于1998年由美國國家標準協會（ANSI）和T.601規范。
2B1Q每個符號產生2比特，因此它和每符號傳送1比特的其他調制方案相比，2B1Q能傳送兩倍的數據。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，包括社區寬帶網的應用，例如視頻和高速數據檢索。無論如何，2B1Q在已知的調制方案中是有優勢的，它價格相對低廉，抵抗電話設備中觀察到的干擾能力較強，因此有很適當的使用。
3、正交相移鍵控
波形的其他要素，特別是相位，也能被編碼信息調制。相位調制最簡單的形式是不做任何幅度調制的相移鍵控（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度的同一頻率發送兩個波，每一個波的幅度被調制。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境。由于相對低的價格，QPSK廣泛用在現代系統中，例如直播衛星，有線電視上行支路電纜調制解調器中。
4、正交調幅
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度調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）實際是正交調幅（QAM）的一個特例，當每一個正交信號只有2個數值時，QAM與4-PSK完全相同，系統給一個專用的名字QPSK。像正交相位鍵控傳輸一樣正交調幅傳輸包括兩個波，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。正交調幅的一個變異是QAM-64。QAM-64的每個波獨立地用8電平調幅，兩個波結合生成64個不同的電平幅度，因此產生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關系圖。電平數和信號狀態之間的關系為M=L2，其中L為電平數，M為信號狀態。L為星座圖上信號點在水平軸和垂直軸上投影的電平數。
正交調幅能引出比2B1Q更高的頻譜效率，例如QAM-64每個載波調制3比特，因此每個符號調制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制。
QAM-256每個載波能調制4比特，每個符號產生8比特。更高的幅度分級意味著更高的頻

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