高速高阶调制器原理及实现方法.docxVIP

序论课题研究背景及意义随着我国综合国力的增强和技术的完善，卫星的种类逐渐丰富、数量逐渐增加，遥感卫星的目标探测和感知能力的灵敏度、精度都大大提高；战略卫星、战术卫星的数量、覆盖范围、带宽、通信速率、用户容量等都进一步提高。卫星信号的无线传输过程中需要都要占用一定的带宽，目前绝大多数遥感卫星以数字信号传输，数字信号的传输比模拟信号对对带宽的需求更高。随着卫星探测手段的丰富及灵敏度、精度的提升，需要传输的信息量越来越大。为了将这些信息及时传输到地面，对星上数传系统的传输能力的要求也越来越高。随着数字宽带卫星业务的增大和系统容量的扩展，频谱带宽资源越来越紧张，为了在有限的带宽信道中有效的传输大量的数据，人们研制了各种调制方式来解决有限带宽和大量数据传输之间的矛盾。幅度与相位结合的高阶调制方式有效缓解了传输卫星的带宽矛盾。一般数字调制方式下，通常一个码元携带lbit的信息，而幅度与相位结合的高阶调制的调制信号幅度和相位都携带信息，对于M进制QAM中随M值的增大，所携带的信息量也随着增加，例如16QAM或16APSK中一个码元携带4bit的信息，大幅提高了信道的利用率，因此幅度与相位结合的高阶调制方式被广泛的应用于了传输领域。高速数据传输系统是近年来及今后遥感卫星有效载荷的重要组成部分，高速调制解调技术是卫星数据传输系统和星地处理的核心技术之一，也是制约卫星高速数据传输系统研究的瓶颈。星载数传高速高阶调制解调技术的研究，对于进一步提高卫星数据传输能力有着十分重要的意义，在我国未来的遥感卫星数据传输系统以及非透明的通信转发器系统中将有十分广阔的应用前景。高速数传编码及调制技术研究 本文主要工作本课题针对遥感卫星高阶QAM高速数传系统的各方面要求进行分析，关键在于通过系统建模和仿真，明确系统中各部分的影响，为工程实现提供理论指导。由于受器件和加工等影响，传统低速高阶QAM系统实现的简单问题在高速情况下都会变得实现起来极其困难。课题研究的关键在于根据实际系统构建仿真平台，定量分析各部分技术参数对整个传输系统的影响。对实际问题先进行软件仿真，为下一步高速高阶QAM系统的工程实现打好基础。Ka频段高速数据传输系统要求具有高调制速率和兼容多种调制方式，这需要研究宽带微波矢量调制技术。为了简化系统结构，提高可靠性、降低体积功耗等，需要采用微波直接调制技术。因此，需要对宽带Ka频段微波直接矢量调制技术进行研究，包括载波抑制、EVM等进行分析，并进行宽带设计研究。要完成的工作主要包括：对现有的用星地链路中高速高阶QAM数据传输的方式的研究；通过系统的软件仿真，分析影响高阶QAM传输系统的主要技术参数；第二章完成系统分析和方案设计；第三章完成系统模型建立，影响系统性能主要指标分析；第四章完成系统仿真及总结；第五章完成硬件设计及实践；第六章对全文进行总结，对后续工作进行了展望。高阶调制原理通常对应的二进制调制方式有幅度键控、频移键控和相移键控，而对应的多进制调制方式有多进制幅度键控(MASK)、多进制频移键控(MFSK)和多进制相移键控(MPSK)，也可以把其中的两个参数组合起来，如幅度与相位结合得到多进制幅相键控(MAPSK)或其它特殊形式多进制正交幅度调制(MQAM)。单独使用振幅和相位携带信息时，不能最充分利用信号平面，这可由矢量图中信号矢量端点的分布直观观察到。多进制振幅调制时，矢量端点在一条轴上分布，多进制相位调制时，矢量点在一个圆上分布。随着进制数M的增大，这些矢量端点之间的最小距离也随之减少。但如果充分利用整个平面, 将矢量端点重新合理地分布, 则可能在不减小最小距离的情况下，增加信号的端点数。基于上述概念引出的振幅与相位结合的调制方式被称为数字复合调制方式，正交振幅调制就是数字复合调制方式的一种，一般的复合调制称为幅相键控(APK)，2个正交载波幅相键控称为正交振幅调制(QAM )。基本原理APSK调制原理与QAM一样，如图3所示，输入二进制数据序列经串/并变换器输出速率减半的两路并行序列，再经过映射，形成两路基带信号。为了抑制已调信号的带外辐射, 两路基带信号要通过预调制低通滤波器，再分别对同向载波和正交载波相乘，最后将两路信号相加就可得到不同幅度和相位的已调APSK输出信号。图 1 调制原理框图 调制器采用IQ混频器，要完成QPSK/8PSK/16QAM/32APSK调制，必须进行星座映射。同时，为了保证输出功率稳定，需要采用一组专门的星座映射方式，见图65 ～图68 。图 1 QPSK调制星座映射图 1 8PSK调制星座映射图 1 16QAM调制星座映射图 1 16 APSK星座图图 6 32APSK调制星座映射采用图65 ～图68 的映射方式，可以保证在各星座点出现概率相等的情况下，不同调制方式的输出功率一致。单独使用幅度或相位携带