数字电视C7ppt-PowerPointTemplat

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1、20062007学年第一学期学年第一学期课程安排课程安排1数字电视概述数字电视概述电视技术的发展历程模拟电视原理数字电视的发展2数字电视基本原理数字电视基本原理视频压缩原理MPEG-2视频编码及测量MPEG-2音频编码及测量MPEG-2系统及其测量数字调制基础数字电视的纠错编码原理3数字电视相关标准数字电视相关标准DVB-S标准及相关测量DVB-C标准及相关测量OFDM技术DVB-T标准及相关测量ATSC和ISDB-T标准及其测量我国的数字电视标准2数字电视基本原理数字电视基本原理v视频压缩原理 第5章vMPEG-2视频编码部分及其测量 第4,6,11章vMPEG-2音频编码部分及其测量 第7

2、章vMPEG-2系统部分及其测量 第3,9,10章v数字调制基础数字调制基础 第第12章章v数字电视中的纠错编码原理 补充3数字调制基础数字调制基础1.概述概述 2.混频器3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用4v 本章介绍数字调制基本方法，是后续本章介绍数字调制基本方法，是后续DTV相关标准章节的基础知识。相关标准章节的基础知识。v 被传输的信息通过改变载波幅度或频率或相位的方式，叫做被传输的信息通过改变载波幅度或频率或相位的方式，叫做调制调制。v 模拟信号传输通常是模拟信号传输通常是AM(调幅调幅)和和FM(调频调频)。v 数字信号传输早期通常幅移键控数

3、字信号传输早期通常幅移键控(ASK)和频移键控和频移键控(FSK)。如果采用如果采用NRZ码码(不归零码不归零码non-return-to-zero)，ASK方式传输一个方式传输一个10Mbit/s数据流需要至少数据流需要至少10MHz带宽。带宽。根据香农原理，对根据香农原理，对NRZ基带信号，带宽至少为数据率的一半。基带信号，带宽至少为数据率的一半。ASK产生两个边带，得到一个带宽为基带信号数据率的射频信号。产生两个边带，得到一个带宽为基带信号数据率的射频信号。由于需要进行信号滤波来抑制邻道干扰，实际所需带宽甚至更大。由于需要进行信号滤波来抑制邻道干扰，实际所需带宽甚至更大。v 模拟电话带宽

4、大约模拟电话带宽大约3kHz，起初，该信道可得到，起初，该信道可得到1200bit/s数据率；数据率；现在该信道可达到现在该信道可达到56kbit/s。我们已习惯于这种数据率的传真和调。我们已习惯于这种数据率的传真和调制解调器。制解调器。v 更大的突破只能通过采用现代数字调制方法更大的突破只能通过采用现代数字调制方法IQ调制。调制。IQ调制实际上是幅度调制的一种。调制实际上是幅度调制的一种。1、概述、概述5v 我们已知下列调制方法：我们已知下列调制方法：幅度调制幅度调制 频率调制频率调制 相位调制相位调制 幅移键控幅移键控(ASK)频移键控频移键控(FSK)相移键控相移键控(PSK)正交调幅正

5、交调幅(QAM)幅移和相移键控幅移和相移键控v 目标是降低信号传输带宽，只能通过现代数字调制方法，使得带目标是降低信号传输带宽，只能通过现代数字调制方法，使得带宽宽数据率。数据率。v 调制的缺点：更容易受到噪声和干扰的影响。调制的缺点：更容易受到噪声和干扰的影响。1、概述、概述6v 利用矢量方式来表示正弦信号：利用矢量方式来表示正弦信号：每个正弦信号都可以由其幅度和零相位角来准确描述，另外必每个正弦信号都可以由其幅度和零相位角来准确描述，另外必须已知频率。须已知频率。矢量表示中矢量表示中t0时刻的旋转矢量，角度为零相位角，矢量长度时刻的旋转矢量，角度为零相位角，矢量长度为正弦信号的幅度。为正弦

6、信号的幅度。1、概述、概述图12.1 一个时域正弦信号的矢量表示Atu(t)-1 0 1 2-2-6-4-20 2 4 6T);/2sin()(TtAtuA=vector lengthf=1/TReIm);2sin()2cos(:)2(ftjimftreAeFormulaEulerft7v 正弦信号的获得：正弦信号的获得：将矢量投影到纵轴将矢量投影到纵轴(Im)，并记录矢量顶点相对时间的位置。，并记录矢量顶点相对时间的位置。v 相应余弦信号的获得：相应余弦信号的获得：将矢量投影到横轴将矢量投影到横轴(Re)。v 任意正弦或余弦信号的获得：任意正弦或余弦信号的获得：对具有相同频率、期望幅度的一个

7、正弦和一个余弦信号的合成。对具有相同频率、期望幅度的一个正弦和一个余弦信号的合成。1、概述、概述8数字调制基础数字调制基础1.概述 2.混频器混频器3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用92、混频器、混频器Mixerv 混频器是构成混频器是构成IQ调制器最重要的电子设备之一。调制器最重要的电子设备之一。v 混频器实际上是一个乘法器。混频器实际上是一个乘法器。v 调制信号通常利用载波被转换为调制信号通常利用载波被转换为IF信号，结果得到载波的两个边带。这种调信号，结果得到载波的两个边带。这种调制叫做抑制载波的双边带调幅制。制叫做抑制载波的双边带调幅制。v 图中

8、所示混频器实际上是由载波控制的一个双向开关，在载频处变换调制信图中所示混频器实际上是由载波控制的一个双向开关，在载频处变换调制信号的极性。号的极性。v 对纯正弦调制信号，可得到两个谱线，分布在载频两侧，各自与载频的距离对纯正弦调制信号，可得到两个谱线，分布在载频两侧，各自与载频的距离都是调制频率。都是调制频率。v 同时还产生与载频距离为载波频率整数倍的高次谐波，必须通过低通滤波进同时还产生与载频距离为载波频率整数倍的高次谐波，必须通过低通滤波进行抑制。行抑制。图12.2 Mixer102、混频器、混频器Mixer图12.3 现代模拟双平衡混频器框图v 调制信号的极性由调制信号的极性由4PIN二

9、极管来转换二极管来转换v 载波（载波（LO本地振荡器）信号通过一个射频变换器耦合输入，调制信本地振荡器）信号通过一个射频变换器耦合输入，调制信号由号由DC耦合输入，已调制信号通过一个射频变换器耦合输出。耦合输入，已调制信号通过一个射频变换器耦合输出。v 目前的混频器通常由纯数字乘法器的形式来实现，除了量化噪声和目前的混频器通常由纯数字乘法器的形式来实现，除了量化噪声和舍入误差以外，其他性能良好。舍入误差以外，其他性能良好。v 模拟混频器的重要参数：模拟混频器的重要参数：使用频率范围使用频率范围 载频抑制载频抑制 幅度相对温度和时间稳定。幅度相对温度和时间稳定。LORFIF11数字调制基础数字调

10、制基础1.概述 2.Mixer3.幅度调制幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用123、幅度调制、幅度调制v 调幅制的信息包含在载波的幅度中，调制信号对载波的幅度进行改调幅制的信息包含在载波的幅度中，调制信号对载波的幅度进行改变（调制）。变（调制）。v 图图12.4是一个标准调幅器，其载波没有被抑制：是一个标准调幅器，其载波没有被抑制：正弦调制信号改变载波的幅度，影响载波的包络。正弦调制信号改变载波的幅度，影响载波的包络。调制信号和载波都是正弦信号时，已调信号的频谱在载频处有一调制信号和载波都是正弦信号时，已调信号的频谱在载频处有一条谱线，另外在载频两端距离为调

11、制频率处还有两个边带。条谱线，另外在载频两端距离为调制频率处还有两个边带。例如对例如对1MHz载频用载频用1kHz正弦信号进行调幅，得到已调信号的频正弦信号进行调幅，得到已调信号的频谱为：谱为：1MHz载频处的谱线，以及载频处的谱线，以及1MHz1kHz处的两个边带。处的两个边带。此时带宽为此时带宽为2kHz。图12.4 标准调幅器133、幅度调制、幅度调制v 如上所述，混频器可抑制载频。如上所述，混频器可抑制载频。v 如果用混频器进行幅度调制，而且调制信号本身没有直流分量，则已调信号频如果用混频器进行幅度调制，而且调制信号本身没有直流分量，则已调信号频谱中没有载频分量，只有两个边带。谱中没有

12、载频分量，只有两个边带。v 图图12.5是由双平衡混频器实现的调幅器，已调信号频谱中除了两个边带以外，是由双平衡混频器实现的调幅器，已调信号频谱中除了两个边带以外，还有载频整数倍处的高次谐波边带（必须由低通滤波器抑制）。还有载频整数倍处的高次谐波边带（必须由低通滤波器抑制）。v 图图12.5也表示了一个典型的抑制载波时域调幅信号，带宽与不抑制载频的标准也表示了一个典型的抑制载波时域调幅信号，带宽与不抑制载频的标准调幅器相同。调幅器相同。图12.5 抑制载频调幅器14数字调制基础数字调制基础1.概述 2.Mixer3.幅度调制4.IQ调制调制5.IQ解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用15

13、v 彩色电视系统的色度信号传输很长时间内采用正交调制彩色电视系统的色度信号传输很长时间内采用正交调制或或IQ调制：调制：对对PAL或或NTSC，色度信号包含在色度载波的相位中，色饱和度，色度信号包含在色度载波的相位中，色饱和度或彩色亮度包含在色度载波的幅度中；已调色度载波再叠加到亮或彩色亮度包含在色度载波的幅度中；已调色度载波再叠加到亮度信号上。度信号上。已调色度载波由已调色度载波由IQ调制器或正交调制器获得。调制器或正交调制器获得。4、IQ调制调制图12.6 IQ调制器Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)I：in-phase同相同相Q：quadratu

14、re phase 正交相位正交相位16v IQ调制器分为调制器分为I通道和通道和Q通道：通道：I通道混频器采用通道混频器采用0载波相位载波相位 Q通道混频器采用通道混频器采用90载波相位载波相位 I和和Q互相正交互相正交 矢量图中，矢量图中，I轴相当于实轴，轴相当于实轴，Q轴相当于虚轴。轴相当于虚轴。v 数字调制器，在数字调制器，在IQ调制器之前还接一个变换器调制器之前还接一个变换器mapper，输入待传输输入待传输的数据流的数据流data(t)，输出输出i(t)和和q(t)信号分别是信号分别是I和和Q混频器的调制信混频器的调制信号，已不是数据信号，而是带符号电压值。号，已不是数据信号，而是带

15、符号电压值。如果如果i(t)0，则则I混频器没有输出信号；混频器没有输出信号；如果如果q(t)0，则则Q混频器没有输出信号。混频器没有输出信号。如果如果i(t)1，则则I混频器输出固定幅度、混频器输出固定幅度、0载波相位的载波信号；载波相位的载波信号；如果如果q(t)1，则则Q混频器输出固定幅度、混频器输出固定幅度、90载波相位的载波信载波相位的载波信号；号；v I和和Q已调信号再由加法器合成。已调信号再由加法器合成。4、IQ调制调制Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)17v 结果结果iqmod(t)是是I和和Q混频器输出信号之和。混频器输出信号之和。v

16、 如果如果Q通道没有输出，则通道没有输出，则iqmod(t)相当于相当于I通道输出信号；反之亦然。通道输出信号；反之亦然。v 由于由于I和和Q通道的输出信号是与载波同频的正弦和余弦信号，只是幅度通道的输出信号是与载波同频的正弦和余弦信号，只是幅度不同，则不同，则I和和Q通道输出信号的叠加可输出一个不同幅度和相位的正弦通道输出信号的叠加可输出一个不同幅度和相位的正弦信号信号iqmod(t)。v 因此，通过改变控制信号因此，通过改变控制信号i(t)和和q(t)，可以改变可以改变iqmod(t)的幅度和的幅度和相位。相位。4、IQ调制调制Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)i

17、qmod(t)18v 利用利用IQ调制器，可以得到：调制器，可以得到：纯调幅值，纯调幅值，纯调相制，纯调相制，混和调幅调相制。混和调幅调相制。v Iqmod(t)的幅度和相位：的幅度和相位：Ai是I通道幅度；Aq是Q通道幅度。v 根据通常定义，根据通常定义，I通道产生余弦分量，通道产生余弦分量，Q通道产生正弦分量。通道产生正弦分量。可以利用欧拉公式。可以利用欧拉公式。4、IQ调制调制22)()(AqAiA)arctan(AiAqMapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)194、IQ调制调制v 先只看先只看I通道，通道，Q通道的通道的q(t)0，不产生输出信号：

18、不产生输出信号：i(t)=1V（1V和和1V交替），此时载波交替），此时载波lo(t)只是在只是在0 和和180相位间转换相位间转换;通过改变通过改变I(t)的幅度，可以改变输出信号的幅度，可以改变输出信号iqmod(t)的幅度。的幅度。对矢量图而言，矢量从对矢量图而言，矢量从0 和和180之间变换，长度也发生变化；之间变换，长度也发生变化；如果只有如果只有i(t)存在和变化，则矢量始终在存在和变化，则矢量始终在I轴上。轴上。图12.7 IQ调制器，只有I通道Mapper90data(t)i(t)/-1q(t)IQIO(t)iqmod(t)00QI204、IQ调制调制v 再假设再假设i(t)=

19、0,只有只有q(t)产生输出信号：产生输出信号：q(t)=1V（1V和和1V交替），此时交替），此时iqmod(t)相当于相当于Q通道混通道混频器输出信号，频器输出信号，I通道没有输出。通道没有输出。Iqmod(t)是一个正弦信号，相位是一个正弦信号，相位90 和和270 通过改变通过改变q(t)的幅度可以改变的幅度可以改变iqmod(t)的幅度。的幅度。矢量图中矢量沿矢量图中矢量沿Q轴在轴在90 和和270之间变换，长度也发生变化。之间变换，长度也发生变化。图12.8 IQ调制器，只有Q通道QIMapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)0+/-1214、IQ

20、调制调制v 再同时改变再同时改变i(t)和和q(t)，假设假设i(t)q(t)1V：I和和Q通道的调制输出相加，因此载波可以在通道的调制输出相加，因此载波可以在45，135，225和和315之间变换。之间变换。叫做正交相移键控叫做正交相移键控QPSK。v 如果如果i(t)和和q(t)任意取值，则任意取值，则iqmod(t)可以得到任意幅度和相位。可以得到任意幅度和相位。图12.9 IQ调制器，I和Q通道都有Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)+/-1+/-1QIQPSK224、IQ调制调制v 输入数据流输入数据流data(t)通过通过mapper产生产生

21、I通道和通道和Q通道的两个调制信通道的两个调制信号号i(t)和和q(t)。v Mapping表指定了表指定了data(t)如何产生如何产生i(t)和和q(t)信号。信号。v 对对QPSK，mapping表中有两个表中有两个bit（bit0和和bit1）合成合成dibit，来控制来控制i(t)和和q(t)信号的生成。信号的生成。dibit为为10，对应输出，对应输出i(t)=-1V,q(t)=-1V dibit为为11，对应输出，对应输出i(t)=+1V,q(t)=-1V图12.10 IQ调制器Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)+/-1+/-1234、I

22、Q调制调制图12.10 IQ调制器LOBWffSpectrumBit 1Bit 0IQ00+1+101-1+110-1-111+1-1Mapper90data(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)+/-1+/-1QPSKQI00011011244、IQ调制调制v 关键是调制器和解调器必须采用相同的关键是调制器和解调器必须采用相同的mapping表。表。v Mapper以后，码率降为一半：以后，码率降为一半：QPSK每个状态可以传送两个每个状态可以传送两个bit，两个两个bit合成一个合成一个dibit来定义来定义mapper输出信号输出信号i(t)和和q(t)。此时此时i(t)和

23、和q(t)的码率是的码率是data(t)的一半。的一半。i(t)和和q(t)来调制载波，对来调制载波，对QPSK，只是改变载波的相位。只是改变载波的相位。iqmod(t)相位的四个可能取值：相位的四个可能取值：45，135，225和和315，信息就包含在载波相位中。信息就包含在载波相位中。可以按照输入码率一半的速率来切换载波相位。此时所需信道带可以按照输入码率一半的速率来切换载波相位。此时所需信道带宽可以降低一半。宽可以降低一半。载波或矢量保持某个相位的时间（符号持续时间）称为载波或矢量保持某个相位的时间（符号持续时间）称为“符号符号”符号持续时间的倒数即符号速率。符号持续时间的倒数即符号速率

24、。所需带宽相应于符号速率。所需带宽相应于符号速率。与简单的位传输相比，带宽容量扩大了一倍，得到了额外的带宽。与简单的位传输相比，带宽容量扩大了一倍，得到了额外的带宽。254、IQ调制调制图12.11 IQ调制器Qtv 实际上在实际上在QPSK之外，还使用了高阶调制方法之外，还使用了高阶调制方法v 同时改变幅度和相位，得到同时改变幅度和相位，得到16QAM(quadrature amplitude modulation)：信息包含在幅度和相位中。信息包含在幅度和相位中。Mapper中有中有4个个bit合成，一个载波能携带合成，一个载波能携带4bit，有有16种可能的载波输出。种可能的载波输出。M

25、apper后的码率或符号速率是输入码率的后的码率或符号速率是输入码率的1/4，所需信道带宽减少到，所需信道带宽减少到1/4。16QAMQPSKQtAti(t)-1 0 1 2-2-6-4-2 0 2 4 6data(t)Mapper90i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)+/-1+/-1264、IQ调制调制v 通常矢量图中只表示矢量的终点，所有可能矢量位置集合的矢量图通常矢量图中只表示矢量的终点，所有可能矢量位置集合的矢量图称为星座图。称为星座图。v 下图是实际下图是实际QPSK,16QAM和和64QAM信号的星座图，受到噪声影信号的星座图，受到噪声影响，图中也显示了响，图中也显示了

26、demapper的判别门限。的判别门限。v 每个符号传输的每个符号传输的bit数是数是log2N，（，（N是星座图中的元素的个数）是星座图中的元素的个数）QPSK(2bit per symbol),16QAM(4bit per symbol)64QAM(6bit per symbol)274、IQ调制调制图12.13 时域中IQ调制v图图12.13（QPSK）给给出了原始数据流出了原始数据流data(t)，结果载波矢量分布，以及结果载波矢量分布，以及时域中的键控载波信号时域中的键控载波信号iqmod(t)。v每个切换状态叫做一个每个切换状态叫做一个符号。符号。v每个切换状态的持续时每个切换状态

27、的持续时间叫做符号持续时间。间叫做符号持续时间。v符号持续时间的倒数是符号持续时间的倒数是符号速率。符号速率。0 1 1 01 1 0 00 1-1-1+1+1-1+1-1-1+1+1符号宽度符号宽度constellationq(t)i(t)data(t)28数字调制基础数字调制基础1.概述 2.Mixer3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调解调6.IQ调制中Hilbert变换的使用295、IQ解调解调v 数字已调信号数字已调信号iqmod(t)同时送入同时送入I混频器（混频器（0载频相位）和载频相位）和Q混混频器（频器（90载频相位）。载频相位）。图12.14 IQ解调器90De-mappe

28、rdata(t)i(t)q(t)IQIO(t)iqmod(t)Carrier and Clock RecoverySymbolClock305、IQ解调解调v 同时，载波和符号时钟由信号处理模块恢复。同时，载波和符号时钟由信号处理模块恢复。为恢复载波，输入信号为恢复载波，输入信号iqmod(t)经过两次平方，可以由一经过两次平方，可以由一个带通滤波器滤出四倍载频处的谱线。个带通滤波器滤出四倍载频处的谱线。时钟发生器利用锁相环锁定到该频率。时钟发生器利用锁相环锁定到该频率。为确定符号中点，还必须恢复符号时钟。为确定符号中点，还必须恢复符号时钟。v 通过通过IQ混频器可获得基带信号混频器可获得基带

29、信号i(t)和和q(t)，在信号送入在信号送入demapper以前，需要利用一个低通滤波器来消除叠加到这以前，需要利用一个低通滤波器来消除叠加到这些信号上的载波谐波。些信号上的载波谐波。v Demapper是是mapping的逆过程，对基带信号的逆过程，对基带信号i(t)和和q(t)在符号中点采样来恢复数据流在符号中点采样来恢复数据流data(t)。315、IQ解调解调v 第一行信号表示输入数据第一行信号表示输入数据data(t)v 第二、三行表示调制端信号第二、三行表示调制端信号i(t)和和q(t)v 第四、五行表示调整器中第四、五行表示调整器中I/Q混频器输出的电压值混频器输出的电压值I(

30、t)和和Q(t)v 第六行表示第六行表示iqmod(t)，符号间的相位变化明显可见，幅度不变符号间的相位变化明显可见，幅度不变(QPSK)v 最后一行表示最后一行表示iqmod(t)相应的星座图相应的星座图v 第七、八行表示解调端数字恢复信号第七、八行表示解调端数字恢复信号i(t)和和q(t)，可见在基带信号上还包含两倍可见在基带信号上还包含两倍载频。在载频。在demapping之前，必须由低通滤波器来抑制之前，必须由低通滤波器来抑制I/Q两通道的二倍频。两通道的二倍频。v 模拟混频器中也要由低通滤波器来滤除叠加的谐波。模拟混频器中也要由低通滤波器来滤除叠加的谐波。data(t)i(t)q(t

31、)I(t)Q(t)iqmod(t)i(t)demod.q(t)demod.Const.diagram(t)图12.15 时域中IQ调制和解调325、IQ解调解调fs/4方法方法v 解调器经常采用解调器经常采用fs/4方法，是低复杂度的方法，是低复杂度的IQ解码器。解码器。图12.16 采用fs/4方法的IQ解调器图12.18 时域fs/4解调法q已调信号已调信号iqmod(t)通过一个抗混淆低通过一个抗混淆低通滤波器，通滤波器，q然后用一个然后用一个A/D转换器进行采样，采转换器进行采样，采样频率为样频率为4fIF，fIF为已调信号为已调信号iqmod(t)的载波。的载波。q一个完整的载波周期

32、采样四次。一个完整的载波周期采样四次。DelayIQiqmod(t)-1/+1+1/-1FIRInter-polationi(t)q(t)ADfs/2fs=4*fIF33v 如果如果A/D转换器时钟与载频时钟完全同步，则旋转载波矢量的精确采转换器时钟与载频时钟完全同步，则旋转载波矢量的精确采样时刻见图。样时刻见图。v A/D转换器之后，有一个开关将数据流分成两个码率降为一半的码流。转换器之后，有一个开关将数据流分成两个码率降为一半的码流。例如奇数采样点送入例如奇数采样点送入I通道，偶数采样点送入通道，偶数采样点送入Q通道；每隔一个采样通道；每隔一个采样点才会送入点才会送入I或或Q通道，这样两个

33、通道的速率都降为一半。通道，这样两个通道的速率都降为一半。v 两个通道中的乘法器只进行符号翻转，对采样点交替乘以两个通道中的乘法器只进行符号翻转，对采样点交替乘以1和和1。5、IQ解调解调fs/4方法方法图12.17 fs/4方法IFfIQ345、IQ解调解调fs/4方法方法v fs/4方法的原理：方法的原理：如果如果A/D转换器保持精确四倍载频转换器保持精确四倍载频4fIF，并且并且A/D转换器时钟转换器时钟与载波时钟完全同步，则采样值交替相应于与载波时钟完全同步，则采样值交替相应于I和和Q值。值。I和和Q通道每隔一个采样值是负号，必须乘以通道每隔一个采样值是负号，必须乘以1。基带信号基带信

34、号i(t)和和q(t)可以很容易恢复。可以很容易恢复。由于由于i(t)和和q(t)信号在每个符号变换后必须固定下来，固定的信号在每个符号变换后必须固定下来，固定的过程通过过程通过A/D转换器后的开关要延迟半个时钟周期，所以信转换器后的开关要延迟半个时钟周期，所以信号必须利用数字滤波器滞后来达到同步：号必须利用数字滤波器滞后来达到同步：信号信号q(t)进行插值（求两个采样值之间的值），插值利用进行插值（求两个采样值之间的值），插值利用FIR（finite impulse response filter）滤波器实现。）滤波器实现。每个数字滤波器都有一个基本延迟，必须对另一通道引入相应每个数字滤波器

35、都有一个基本延迟，必须对另一通道引入相应的延迟来进行补偿，因此对的延迟来进行补偿，因此对I通道引入一个延迟线。通道引入一个延迟线。在在FIR滤波器和延迟线之后，可以得到被采样的同步的滤波器和延迟线之后，可以得到被采样的同步的i(t)和和q(t)信号，送入信号，送入demapper。355、IQ解调解调fs/4方法方法v fs/4方法复杂度低，实际应用广泛。方法复杂度低，实际应用广泛。v 对对OFDM(orthogonal frequency division multiplex正交频分复用正交频分复用)调制信号，调制信号，fs/4电路直接加在电路直接加在FFT信号处理模块信号处理模块之前。之前

36、。v 许多现代数字电路都支持许多现代数字电路都支持fs/4解调方法。解调方法。36数字调制基础数字调制基础1.概述 2.Mixer3.幅度调制4.IQ调制5.IQ解调6.IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用376、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v Hilbert变换对某些数字调制方法，如变换对某些数字调制方法，如OFDM和和8VSB(ATSC)，非常重要。，非常重要。v 先讨论正弦和余弦信号：先讨论正弦和余弦信号：t0时刻，正弦信号值为时刻，正弦信号值为0，余弦信号值为，余弦信号值为1。正弦信号相对余弦信号移位正弦信号相对余弦信号移位90，后面将看到正弦信号正

37、，后面将看到正弦信号正是余弦信号的是余弦信号的Hilbert变换。变换。386、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v 为理解为理解Hilbert变换，基于正弦和余弦函数，做一些重要定义：变换，基于正弦和余弦函数，做一些重要定义：余弦函数是偶函数，关于余弦函数是偶函数，关于t0对称，对称，cos(x)=cos(-x)正弦函数是奇函数，关于正弦函数是奇函数，关于t0反对称，反对称，sin(x)=-sin(-x)余弦信号的频谱（其傅立叶变换）是纯实数，关于余弦信号的频谱（其傅立叶变换）是纯实数，关于f0对称，虚部为对称，虚部为0 正弦信号的频谱是纯虚数，关于正弦信号的频谱是纯虚数，关

38、于f0反对称，实部为反对称，实部为0图12.19 正弦和余弦函数的频谱Re(f)fRe(f)Im(f)Im(f)fffCosineSine396、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v 对所有实的时域信号，实部的频谱（对所有实的时域信号，实部的频谱（Re(f)）都关于）都关于f0对称，虚对称，虚部频谱（部频谱（Im(f)）都关于）都关于f0反对称。反对称。v 任意实时域信号可以表示成傅立叶级数，即信号的正弦和余弦各次任意实时域信号可以表示成傅立叶级数，即信号的正弦和余弦各次谐波的叠加。谐波的叠加。v 余弦函数是偶函数，正弦函数是奇函数。余弦函数是偶函数，正弦函数是奇函数。v 因此

39、，上述单个正弦和单个余弦函数的特性也适应于多个正弦函数因此，上述单个正弦和单个余弦函数的特性也适应于多个正弦函数和余弦函数的和函数。和余弦函数的和函数。图12.20 实时域信号的频谱Re(f)fIm(f)f406、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v Hilbert变换信号处理模块的特性：变换信号处理模块的特性：其主要目的是将正弦信号移相其主要目的是将正弦信号移相90，即余弦信号被转换成正弦信，即余弦信号被转换成正弦信号，而正弦信号被转换成负余弦信号。号，而正弦信号被转换成负余弦信号。幅度保持不变。幅度保持不变。v 这些特性适应于任意类型正弦信号，如任何幅度、频率和相位的正这些

40、特性适应于任意类型正弦信号，如任何幅度、频率和相位的正弦信号。弦信号。v 因此也适应于任意类型时域信号的各次谐波。因此也适应于任意类型时域信号的各次谐波。v 这些特性是由这些特性是由Hilbert变换的转移函数带来的，实际上只是利用了上变换的转移函数带来的，实际上只是利用了上述奇偶时域信号的对称性。述奇偶时域信号的对称性。图12.21 Hilbert变换的转移函数H()j-j416、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v Hilbert变换的转移函数：变换的转移函数：所有负频率都乘以所有负频率都乘以j，所有正频率都乘以，所有正频率都乘以j。j是是1的虚平方根，为正。的虚平方根，为

41、正。j21 实频谱分量变为虚的，而虚频谱分量变为实的。实频谱分量变为虚的，而虚频谱分量变为实的。乘以乘以j或或j可将频谱的正负部分反转。可将频谱的正负部分反转。图12.21 Hilbert变换的转移函数H()j-j426、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v 对一个余弦信号做对一个余弦信号做Hilbert变换可得：变换可得：余弦函数有关于余弦函数有关于0对称的实频谱。对称的实频谱。如果频谱的负半边乘以如果频谱的负半边乘以j，对所有负频率可得正虚频谱。，对所有负频率可得正虚频谱。如果频谱的正半边乘以如果频谱的正半边乘以j，对所有大于，对所有大于0的频率可得负虚频谱。的频率可得负虚

42、频谱。这样就得到正弦函数频谱。这样就得到正弦函数频谱。v 类似，对一个正弦信号做类似，对一个正弦信号做Hilbert变换可得：变换可得：如果正弦频谱的正虚部乘以如果正弦频谱的正虚部乘以j，可得负实频谱，可得负实频谱(jj=-1)。如果频谱的负虚部乘以如果频谱的负虚部乘以j，可得正实频谱，可得正实频谱(-j-j=1)。这样就得到负余弦函数频谱。这样就得到负余弦函数频谱。v 利用利用Hilbert变换实现余弦到正弦变换，以及正弦到负余弦变换的方变换实现余弦到正弦变换，以及正弦到负余弦变换的方法，同样可以应用到任意类型时域信号的所有谐波。法，同样可以应用到任意类型时域信号的所有谐波。v 总之，总之，

43、Hilbert变换将任意类型时域信号的所有谐波移相变换将任意类型时域信号的所有谐波移相90，可，可以作为各次谐波的以作为各次谐波的90移相器。移相器。436、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v Hilbert变换的实际应用：变换的实际应用：通常在调制过程中，需要抑制一个边带或边带的某部分。通常在调制过程中，需要抑制一个边带或边带的某部分。对对SSB(single-sideband)调制，必须抑制上边带或下边带。调制，必须抑制上边带或下边带。抑制方法有多种，如低通滤波，或模拟电视中使用的残余边带滤抑制方法有多种，如低通滤波，或模拟电视中使用的残余边带滤波。波。低通滤波缺点是群延

44、迟失真明显，残留边带滤波技术上较复杂。低通滤波缺点是群延迟失真明显，残留边带滤波技术上较复杂。很长时间内用相位方法来替代单边带调制。很长时间内用相位方法来替代单边带调制。446、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v 采用相位方法的单边带调制器：采用相位方法的单边带调制器：将调制信号输入将调制信号输入IQ调制器，送入调制器，送入I通道的调制信号没有变化，通道的调制信号没有变化，送入送入Q通道的调制信号进行通道的调制信号进行90移相，移相，Q通道的通道的90移相分别对应上边带或下边带的抑制。移相分别对应上边带或下边带的抑制。模拟电路很难实现对一个基带信号各次谐波进行理想的模拟电路很

45、难实现对一个基带信号各次谐波进行理想的90 移相，而数字实现很容易移相，而数字实现很容易 Hilbert变换就是对实时域信号的所有分量进行变换就是对实时域信号的所有分量进行90移相。移相。456、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v 图图12.22表示利用表示利用IQ调制器和调制器和Hilbert变换器进行边带抑制的过程：变换器进行边带抑制的过程：将一个实基带信号直接送入将一个实基带信号直接送入IQ调制器的调制器的I通道，实基带信号经过通道，实基带信号经过Hilbert变换以后再送入变换以后再送入Q通道。通道。图12.22 利用Hilbert变换抑制边带90u(t)Issb(t

46、)QHT466、IQ调制中调制中Hilbert变换的使用变换的使用v 图图12.22表示利用表示利用IQ调制器和调制器和Hilbert变换器进行边带抑制的过程：变换器进行边带抑制的过程：f0的实线表示基带信号频谱，的实线表示基带信号频谱，f0的虚线表示基带信号的虚线表示基带信号Hilbert变换变换后的频谱。后的频谱。显然，显然，Hilbert变换后，基带信号的反对称虚部变为镜像对称实部，变换后，基带信号的反对称虚部变为镜像对称实部，而镜像对称实部变为反对称虚部。而镜像对称实部变为反对称虚部。此时下边带受到抑制。此时下边带受到抑制。图12.22 利用Hilbert变换抑制边带Re(f)Im(f

47、)9、静夜四无邻，荒居旧业贫。22.8.1422.8.14Sunday,August 14,202210、雨中黄叶树，灯下白头人。21:25:0721:25:0721:258/14/2022 9:25:07 PM11、以我独沈久，愧君相见频。22.8.1421:25:0721:25Aug-2214-Aug-2212、故人江海别，几度隔山川。21:25:0721:25:0721:25Sunday,August 14,202213、乍见翻疑梦，相悲各问年。22.8.1422.8.1421:25:0721:25:07August 14,202214、他乡生白发，旧国见青山。2022年8月14日星期日

48、下午9时25分7秒21:25:0722.8.1415、比不了得就不比，得不到的就不要。2022年8月下午9时25分22.8.1421:25August 14,202216、行动出成果，工作出财富。2022年8月14日星期日21时25分7秒21:25:0714 August 202217、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。下午9时25分7秒下午9时25分21:25:0722.8.149、没有失败，只有暂时停止成功！。22.8.1422.8.14Sunday,August 14,202210、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。21:25:0721

49、:25:0721:258/14/2022 9:25:07 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。22.8.1421:25:0721:25Aug-2214-Aug-2212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。21:25:0721:25:0721:25Sunday,August 14,202213、不知香积寺，数里入云峰。22.8.1422.8.1421:25:0721:25:07August 14,202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2022年8月14日星期日下午9时25分7秒21:25:0722.8.1415、楚塞三湘接，荆门九派通。20

50、22年8月下午9时25分22.8.1421:25August 14,202216、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2022年8月14日星期日21时25分7秒21:25:0714 August 202217、空山新雨后，天气晚来秋。下午9时25分7秒下午9时25分21:25:0722.8.149、杨柳散和风，青山澹吾虑。22.8.1422.8.14Sunday,August 14,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。21:25:0721:25:0721:258/14/2022 9:25:07 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。22.8.1421:25:0721:25Aug-

51、2214-Aug-2212、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。21:25:0721:25:0721:25Sunday,August 14,202213、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。22.8.1422.8.1421:25:0721:25:07August 14,202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2022年8月14日星期日下午9时25分7秒21:25:0722.8.1415、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2022年8月下午9时25分22.8.1421:25August 14,202216、业余生活要有意义，不要越轨。2022年8月14日星期日21时25分7秒21:25:0714 August 202217、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午9时25分7秒下午9时25分21:25:0722.8.14MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉