微波与卫星通信 教学课件 孙学康 张政 第2章.ppt

第2章 数字信号的调制与解调 信息传递方式一般分为基带传输和频带传输两种。基带传输是指无需进行基带频谱搬移就能以基带信号形式传输的方式。若将基带信号的频谱搬移到某个载波频带内进行传输，此方式就是频带传输。 2.1 微波与卫星通信中的调制、解调技术的特点和应用种类 2.2 频分复用与模拟信号的调制 2.4 相干解调的载波跟踪技术 2.1 微波与卫星通信中的调制、解调技术的特点和应用种类 2.1.1 微波通信中的调制、解调技术的特点和种类 微波信道既可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。由于数字信号的抗干扰性能强，数字信号的传输质量要优于模拟信号的传输质量。 常用脉冲形式的基带序列对中频频率70MHz或140MHz进行调制后，再变换到微波频率，且它应具有以下特点。 （1）调制信号的功率谱较窄； （2）具有较高频谱效率； （3）相对短波而言，具有较好的传输特性。 2.1.2 卫星通信中的调制、解调技术的特点和运用种类 卫星通信中使用的数字调制方式有数字幅移键控（ASK）、相移键控（PSK）和频移键控（FSK）三种基本方式。  在卫星系统中，对数字调制有如下要求： （1）不主张采用ASK技术（抗干扰性差，误码率高）； （2）选择尽可能少地占用射频频带，而又能高效利用有限频带资源，抗衰落和干扰性能强的调制技术； （3）采用的调制信号的旁瓣应较小，以减少相邻通道之间的干扰。 2.2 频分复用与模拟信号的调制 2.2.1 频分复用原理 频分复用系统中的主要问题在于各路信号之间存在相互干扰。这是由于系统非线性器件的影响使各路信号之间产生组合波，当其落入本波道通带之内时，就构成干扰。 2.2.2 模拟信号的调制 调制是指用基带信号对载波波形的某些参数（如幅度、相位和频率）进行控制，使这些参数随基带信号的变化而变化。因此，根据调制信号的性质，调制又可分为模拟信号调制和数字信号调制。 1．调频信号的产生 产生调频信号的方法有两种。一种是直接法，另一种是倍频法。下面以倍频法来进行说明。 用倍频法产生调频信号时，首先是利用窄带调频器来产生窄带调频信号（如图2-1所示），然后再用倍频的方法将其变换成宽带信号。 （1）窄带调频 由调频的概念可以得出已调频信号x（t）与调制信号s（t）之间的关系，即 式中A为调频信号的载波振幅; ω0为调频信号载波的角频率；Kf 为调制灵敏度（这是一个常数）；s（t）调制信号；φ0为t=0时的载波相位。 （2）倍频法实现宽带调频 倍频器是一个非线性器件。其输入、输出端之间的关系为  其中α为常数。 2．调频信号的解调 限幅器起到保持中频载波包络恒定的作用，而微分器和包络检测器则起鉴相器的作用。首先让我们分析一下微分器的输出，由式（2-3）可知微分器的输出为 3．频率调制信号系统的传输特性 （1）调频信号的带宽 只要系统所提供的传输带宽（B）足以容纳调频波频谱能量的98%以上时，就可忽略信号失真的影响。我们把此时的带宽称为射频传输带宽。此时可认为传输带宽为 （2）调频解调器输出信噪比 信噪比是衡量系统传输质量的一种重要参数，其数值等于信号功率与噪声功率之比。 【例2-1】在采用FDM/FM方式工作的卫星通信系统中，已知工作频率为6GHz，试计算一个载波传输252路电话信号时所需的传输带宽和信噪比增益。 解 ①调频信号的传输带宽为B 设每一话路占4kHz的带宽，考虑到相邻话路之间留出5%的间隔，基带信号最高频率为 Fm≈4（1+5%）×n=4.2×252=1058kHz 调频信号的传输带宽为  B =2(FplΔfr+Fm) =2×（3.16×2.82×577+1058）kHz =12.4MHz 式中，取多路电话信号的峰值因数Fp=3.16，负载因数l=2.82，测试音有效频偏Δfr=577kHz。 通常考虑到卫星转发器设计时，给各载波都留有10%~25%的保护带宽，故取B=15MHz。 2.3 时分复用与数字信号的调制与解调 2.3.1 时分复用与数字调制 1．时分复用 TDM是从时域的角度进行分析的，使各路信号在时间上彼此分开，而在频域上彼此混叠在一起；FDM是从频域的角度进行分析的，使各路信号在频率上彼此分开，而在时域上彼此混叠在一起。 采用TDM方式工作的系统具有以下主要优点。 （1）多路信号的复接与分路都是数字电路，比FDM模拟滤波器分路简单、可