數字電視廣播QAM調制的原理及應用

摘 要：在有限的帶寬里要傳輸大量的多媒體數據，頻譜利用率成為眼下至關重要的、需要突破的難題。由于具有高頻譜利用率、高功率譜密度等優勢，QAM技術被廣泛應用于高速數據傳輸系統，比如數字電視廣播等。下文就QAM調制的結構、原理及應用進行介紹。

關鍵詞：QAM調制;原理;運用

0 引言

QAM是正交幅度調制，它是把2ASK和2PSK兩種調制手段結合起來的調制技術，進而保證帶寬能夠擴展到雙倍，傳輸更加順暢。QAM調制技術使用獨立的兩路基帶信號對相同頻率、正交相位的兩個載波進行抑制載波雙邊帶調幅，再將已經調制的信號疊加在一起進行傳輸。由于QAM已經成為數字電視廣播、無線接入、無線通信的關鍵使用方案，因此深入研究調制解調技術對相關產品的開發具有重要意義。

1 QAM的概念

QAM（即正交幅度調制）通常在DVB-C標準下采用，是一種高頻帶利用率的矢量調制技術，通常表現為利用幅度和相位進行聯合調制。同時，它利用了載波的幅度和相位來傳遞信息比特（基本信息單位），用不同的幅度和相位來代表不同的編碼符號，故而在某一特定條件下能夠實現更高的頻帶利用率，除此之外，其抗噪聲能力強，技術實現較為簡單。目前，QAM在衛星通信和數字電視廣播等領域有著廣泛的應用。

2 QAM的原理

在通信系統中采用調制解調技術的傳輸叫作頻帶傳輸，同時與之相對應的數字通信系統稱為基帶傳輸。基帶傳輸是數據通信中極其重要的一種傳輸形式，但是這種傳輸形式只能在信道上不做任何加工的傳輸二進制數字信號，帶寬的利用率非常低而且不能多路復用。因此，想要在有限的帶寬內傳輸多路信號就需要調制信號，而效率高、抗噪聲強的QAM調制解調技術就成了首選。

QAM調制實際上是幅度調制和相位調制的組合，所謂幅度和相位的聯合調制，就是指調制載波的振幅和相位都隨著兩個獨立的基帶信號的變化而變化，通俗來講就是“相位”加上“幅度”的狀態定義了一個數字或數字的組合，讓QAM具有更大的符號率，從而獲得更高的系統效率。常用的QAM有16/32/64/128/256QAM，通常為64QAM，但是高質量的光纜和電纜可以采用128、256甚至是512QAM。

一般情況下，符號率會決定占用帶寬，所以每個符號的比特越多，效率就越高。針對固定的系統，假設需要的符號數為2n，這里n是每個符號的比特數。那么，對于16QAM來說，n等于4，因此有16個符號，每個符號代表4bit：0000，0001，0010等;對于64QAM來說，n則等于6，因此有64個符號，每個符號代表6bit：000000，000001，000010等，這就是QAM調制的基本原理。

當然，二進制的MPEG-2比特流在經過信道編碼后進入QAM調制器，信號被分為兩路，一路給I，另一路給Q，每一路一次給3比特的數據，這3比特的二進制數一共有8種不同的狀態，而且分別對應8種不同的電平幅度，這樣I就有8個不同幅度的電平，Q也同樣有8個不同幅度的電平，而且I和Q兩路信號采取正交模式。這樣任意一個I的幅度和任意一個Q的幅度組合都會在極坐標圖上映射一個相應的星座點，每個星座點就代表由6個比特數據組成的一個映射，I和Q一共有64種組合狀態，各種可能出現過的數據狀態組合最后到星座圖上就是64QAM星座圖。

3 QAM的應用

現今我國的有線電視大多采用DVB-C標準，而DVB系統的信源編碼則固定使用MPEG-2編碼，在模擬信號后經過抽樣量化和編碼后，發現形成的數字信號碼率非常高，頻帶占用也很寬。一般一路PAL-D視頻信號經轉換后的碼率是216Mbit/s，要順利傳送數字信號，信道帶寬應該至少是其碼率的0.5倍以上，所以要傳送上面那樣一組數字信號至少要108MHz帶寬以上。這很明顯比模擬視頻信號占用的6MHz帶寬要大很多，所以數字信號一般要經過壓縮后才能傳輸出去，每套節目的傳輸速率大概是6Mbps。而對于標清信號，在進行電視傳輸時，大多使用64QAM調制方式。倘若符號率為6.875Mbaud，信道采用RS編碼，每套節目的傳輸速率按照6Mbps計算，則每個頻道的傳輸速率最高能夠達到41.25Mbps，而有效傳輸速率也能夠達到38.01Mbps，可以傳輸的節目數量有6.33個。

HDTV信號逐漸成為當今社會的發展趨勢，其在未經過壓縮的情況下，數據為663.5Mbit/s，壓縮后為31.8Mbit/s。倘若使用64QAM調制，確定頻帶使用率為6bit/（s·Hz），那么傳輸帶寬則為5.3MHz。這也就說明，在現今的有線電視系統中，運用64QAM調制方式，能夠在每個頻道傳輸一路高清或者六路標清信號，極大地增強了信道的利用率。

4 結語

QAM調制解調技術目前已經被數字電視廣播系統廣泛采用。從其概念、結構到原理和運用不難看出，隨著社會的進步，各領域的科學技術也在不斷革新。相信在未來，我國的科技人才必將如雨后春筍般涌現，而科技事業也勢必發展得如日中天。

參考文獻：

[1] 吳海龍.數字電視QAM調制及星座圖的應用[J].中國有線電視，2016（4）.

[2] 邱新和. QAM通信傳輸系統的設計與實現[J].數字化用戶，2017，23（35）.

作者簡介：戰濤（1985—），山東淄博人，碩士研究生，講師，研究方向：廣播電視學。