淺談數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術對廣播電視衛(wèi)星信號的作用

措吉康珠

本文通過對廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術的基本原理和常用的幾種相移鍵控調(diào)制技術的介紹和分析，對在解凋時所需的同步載波提取方法進行初探，提出了倍頻提取方法。

調(diào)制就是利用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進行控制，使這些參量隨基帶信號的變化而變化。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)制的信號中恢復出原來調(diào)制信號。根據(jù)被調(diào)制的是模擬還是數(shù)字信號，調(diào)制技術分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩類。目前廣播電視衛(wèi)星廣泛使用數(shù)字調(diào)制方式，隨著通信業(yè)務信息量迅速膨脹，通信速度已經(jīng)越來越不適應發(fā)展的要求，因此多進制數(shù)字調(diào)制應運而生，當信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，從而提高頻帶利用率。本文先從基本原理說起，繼而對當前使用的數(shù)字調(diào)制方式分別進行介紹，再探討分析其解調(diào)時所需同步載波的提取方法。

一、廣播電視衛(wèi)星數(shù)字調(diào)制技術基本原理

在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)中，由于收發(fā)兩端的中頻濾波器使得信道具有帶限的特性，又由于發(fā)射機的高功率放大器以及轉發(fā)器中的行波管放大器（TWTA）都是非線性部件，使得信道具有非線性的特性，因而該信道是典型的帶限和非線性，這就要求所用的調(diào)制方式具有包絡恒定和具有最小的功率譜占有率。由于數(shù)字相位調(diào)制（PSK）具有包絡恒定和較高的功率效率，所以在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)中常使用PSK的調(diào)制方式。

PSK一般可分為“絕對移相”和“相對移相”?！敖^對移相”是利用不同的相位去表示數(shù)據(jù)信息，而“相對移相”則利用載波的相對相位去表示數(shù)字信息，即利用前后碼元載波相位的相對變化來表示數(shù)據(jù)信息。

數(shù)字相位調(diào)制的原理是利用載波相位的變化來傳送數(shù)據(jù)信息，即用二進制的數(shù)字信號去改變載波的相位來實現(xiàn)頻譜的搬移。兩個頻率相同的載波同時開始振蕩，這兩個頻率同時達到正最大值，同時達到零值，同時達到負最大值，它們處于“同相”狀態(tài);如果其中一個開始得遲了一點，就可能不相同了。如果一個達到正最大值時，另一個達到負最大值，則稱為“反相”。一般把信號振蕩一次（一周）作為360度。如果一個波比另一個波相差半個周期，我們說兩個波的相位差180度，也就是反相。當傳輸數(shù)字信號時，“1”碼控制發(fā)0度或1 80度相位，“0”碼控制發(fā)180度或0度相位，載波的初始相位就有了移動，也就帶上了信息。

二、廣播電視衛(wèi)星數(shù)字調(diào)制方式簡述

在廣播電視衛(wèi)星中，數(shù)字相位調(diào)制隨著杷相位調(diào)制階數(shù)的增加，可以提高頻帶的利用率，但會帶來抗干擾能力的降低，同時解調(diào)器的復雜性也會隨之增大，所以目前廣播電視衛(wèi)星廣泛使用二進制相移鍵控（BPSKJ，2DPSK）、四進制相移鍵控（QPSK/QDPSK）和八進制相移鍵控（8PSK/8DPSK）的數(shù)字調(diào)制方式。

1.二進制相移鍵控

1）BPSKBPSK是利用載波的兩種不同相位來表征輸入的數(shù)字信息。由“0”和“1”表示的二進制調(diào)制信號通過電平轉換后，變成由“1”和“1”表示的雙極性NRZ（不歸零）信號，然后與載波相乘，即可形成BPSK信號。

BPSK信號是以一個固定初相的未調(diào)載波為參考的，因此在解調(diào)的時候必須要有與之同頻同相的同步載波，如果同步不完善，存在相位偏差，就容易造成錯誤判決，產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作，克服相位模糊對解調(diào)的影響最常用而又有效的辦法是采用2DPSK。

2）2DPSK在2PSK信號中，相位變化是以未調(diào)載波的相位作為參考基準的，由于它是利用載波相位的絕對數(shù)值來傳送數(shù)字信號，因而又稱絕對調(diào)相。而2DPSK不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信號的，是用前后碼元的相對相位變化來傳送數(shù)字信息，因此2DPSK也叫二進制差分相移鍵控。實現(xiàn)2DPSK調(diào)相最常用的方法是先對數(shù)字基帶信號進行差分編碼，即由絕對碼轉換成相對碼，然后再進行絕對調(diào)相。2DPSK跟BPSK相比，只是在BPSK調(diào)制器之前加了一個差分編碼器。

在2DPSK中，數(shù)字信息是用前后碼元已調(diào)信號的相位變化來表示的，因此用有相位模糊的載波進行相干解調(diào)時并不影響其相對關系，雖然解調(diào)得到的相對碼完全是0、1倒置的，但經(jīng)差分譯碼后得到的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而克服了載波相位模糊的問題。但2DPSK的系統(tǒng)誤碼性能比BPSK要差一些，設備復雜性也相應增加。

2.四進制相移鍵控

1）QPSK四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位來表征輸入的數(shù)字信息。調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進制數(shù)字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數(shù)據(jù)變換為四進制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進制數(shù)字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSKE扣每次調(diào)制可傳輸2個比特，這些比特是通過載波的四種相位來傳遞的。

由此可知，QPSK調(diào)制器可以看成由兩個BPSK調(diào)制器并行組合構成。輸入2的串行二進制信息序列經(jīng)串并變換，分成兩路速率減半的序列。雙極性非歸零信號l（t）和Q（t）分別對和進行調(diào)制，相加后即得到QPSK信號。此時正交的兩路信號幅度相等，稱此種調(diào)制為平衡正交相移鍵控方式。QPSK信號中同樣包含著相鄰調(diào)制點相位為180。的突變可能，這種相位跳變會引起包絡起伏，當通過非線性部件后，使已經(jīng)濾除的帶外分量又被恢復出來，導致頻譜擴展，增加對相鄰波道的干擾。跟BPSK一樣，可通過采用相對調(diào)相來克服相位的跳變。

2）QDPSKQDPSK是利用前后相鄰碼元的載波相位的相對變化來傳送數(shù)字信號，把數(shù)字信息序列經(jīng)差分編碼變換為差分碼之后再進行絕對調(diào)相，QDPSK信號調(diào)相與QPSK信號調(diào)相的區(qū)別也在于增加了一個碼變換器，也可以看作是兩路2DPSK信號的合成。

3.八進制相移鍵控

1）8PSK8PSK

8PSK8PSK是利用載波的八種不同相位來表征數(shù)字信息。它把輸入的二進制信號序列經(jīng)過串并變換，每次把一個三比特的碼組映射為一個符號的相位，通過載波的八種相位來進行傳遞。輸入的二進制串行比特序列進行串并變換形成并行的三信道輸出（I為同相信道，Q為正交信道，A為控制信道）。在I、A信道中的兩個比特進入2/4轉換器，在同相路就產(chǎn)生兩個四電平基帶信號I（t）;在Q、信道中的兩個比特進入2/4轉換器，在正交路也產(chǎn)生兩個四電平基帶信號Q（t）。I（t）和Q（t）分別再對和進行調(diào)制，相加后即得到8PSK信號。8PSK信號（/4體系）調(diào)相解調(diào)方框圖見圖五所示。同樣，8PSK也存在相位模糊的問題，可通過采用8DPSK來解決。

2）8DPSK8DPSK

8DPSK8DPSK也是利用前后相鄰碼元的載波相位的相對變化來傳送數(shù)字信號，把二進制數(shù)字信息序列經(jīng)串并變換和差分編碼變換為差分碼后再進行絕對調(diào)相。8DPSK調(diào)制器由碼變換器禾08PSK調(diào)制構成。

4.二/四，八進制相移鍵控的比較

廠播電視衛(wèi)星數(shù)字調(diào)制技術從二進制相移鍵控調(diào)制發(fā)展到四進制相移鍵控調(diào)制和八進制相移鍵控調(diào)制。倍頻提取同步載波的方法初探數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能是由解調(diào)方式?jīng)Q定的，在解調(diào)中要恢復出相干載波，這個相干載波應與調(diào)制的載波在頻率上同頻，在相位上保持某種同步關系。

小結

通過對上述信號的倍頻分析，可以得出：BPSK/2DPSK信號頻譜是載波抑制信號，二倍頻譜出現(xiàn)載波分量，經(jīng)過分頻器后可獲得同步載波;QPSK/QDPSK信號頻譜、二倍頻譜都是載波抑制信號，四倍頻譜出現(xiàn)載波分量，經(jīng)過分頻器后可獲得同步載波;8PSK/8DPSK信號頻譜、二倍頻譜、四倍頻譜都是載波抑制信號，八倍頻譜出現(xiàn)載波分量，經(jīng)過分頻器后可獲得同步載波。

結束語

在未來的衛(wèi)星應用系統(tǒng)中，高數(shù)鬈率傳輸是發(fā)展方向。隨著無線電頻率資源的日益緊張，目前廣泛使用的QPSK調(diào)制方式已越來越顯示出它的局限性，因此8PSK調(diào)制作為一種新型的頻譜效率較高的調(diào)制方式，已逐步應用在現(xiàn)在的衛(wèi)星系統(tǒng)上，比如亞洲四號（122.0。E，12401V7200）已采用DVB—S2和8PSK來進行信號調(diào)制傳輸。將來，我們還能結合其他新的信道編碼技術，如“LDPC、BC”1等和更高階的16APSK、32APSK等調(diào)制技術來應用到廣播電視衛(wèi)星傳輸中。