技术信号调制

关键词： 小型化 数字 设备 技术

技术信号调制（精选八篇）

技术信号调制 篇1

1 全数字接收机组成

全数字接收机对中频信号进行采样后,全部采用数字器件和数字处理方法,是一种全数字实现方案。因其采用数字解调方法,克服了由模拟器件构成的解调器同相与正交两支路参数不一致的缺点。虽然对已调信号采样要求ADC的采样率较高,但现今的高速ADC器件已足够满足要求。

全数字接收机结构如图1所示。数字中频信号分别与两路正交载波相乘,然后低通滤波抽取,滤除二次频项,完成数字正交下变频,得到I,Q两路信号。存在定时误差和载波误差的I,Q两路基带信号要进行定时恢复和载波相位恢复,然后进行判决,得到数字码流。在全数字接收机中,载波同步和码元同步是最重要的关键技术。

2 载波恢复技术

数字解调器中的载波恢复方法很多,主要分为非判决反馈载波恢复和判决反馈载波恢复。非判决反馈载波恢复方法主要有平方环、科斯塔斯(Costas)环等。由于判决反馈载波恢复性能优于非判决反馈载波恢复,所以采用判决反馈方法来进行载波恢复,其结构如图2所示。

全数字解调器将采样后的中频信号下变频为基带信号后载波相位误差为:

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其中,ω0是载波频率偏差,θ0是固定相位偏差,Aj是相位抖动幅度,ωj是相位抖动频率,解调器需要消除这部分偏差。判决反馈载波恢复环可以消除载波相位误差。

假设载波恢复环的输入信号为:

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式中a(k)是第k个传输符号,v(k)是加性高斯白噪声,θ(k)是载波相位误差。判决反馈载波恢复环路相位误差提取公式为:

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式中Im表示取复数虚部,并忽略了加性高斯白噪声,如果a(k)=z(k),那么可求出载波相位误差ε(k):

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由上式可见其载波相位误差鉴相特性曲线为sin(θ)函数。相位误差经环路滤波器滤波后到达数控振荡器,数控振荡器产生相位估计值对输入信号进行相位旋转以补偿相位误差。环路滤波器采用二阶数字滤波器。

采用通用环来产生载波的相位误差,通用环属于判决反馈环。环路的核心为相位误差检测器,检测器利用采样信号与符号判决来产生误差信号,该误差信号反映了实际载波相位与当前载波相位的差别。假设定时恢复已建立,这样,相位误差检测器是在符号的最佳判决点进行相位检测。

通用环的基带处理函数可表示为:

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其中u1,u2为正交鉴相器输出的两路基带信号;undefined1,undefined2为u1,u2的估值。

误差检测器输出经过环路滤波器后,得到对载波剩余偏差的估计。反馈给数字下变频NCO单元,去除剩余载波。

3 内插定时技术

在全数字接收机中,码元定时恢复是利用锁相环路产生定时误差信号来控制本地同步脉冲实现的。在全数字解调器中,采样时钟由自由振荡器产生,并且与信号时钟不同步,它被称为异步采样解调器。因此在全数字解调器中由于采样不同步而引入的定时速率和相位误差,需要用数字信号处理的方法来补偿。全数字解调器中一般是采用数字插值运算来使接收信号和发送信号同步,这个插值运算可由内插滤波器来实现。本文采用的典型的全数字解调器中的定时恢复环结构,如图3所示。它由内插滤波器、定时误差检测器、环路滤波器、数控振荡器组成。

内插滤波器就是完成从输入的非同步采样数据中,通过重采样得到符号的最佳采样点,恢复出原始符号。

发送的线性调制信号符号周期为T,采样率为Ts,t=kTi,表示在kTi时刻重新采样,采样周期为Ti。由于Ts的定时来源于独立的本地振荡时钟,所以T/Ts的值通常是无理数。把采样值输入插值器,输出的抽样值表示为y(kTi),它是以Ti为周期的函数,因Ti与T是同步的,所以应有Ti=T/k,k是一小整数。然后,数据滤波器根据k值降抽样恢复出原始数据。对重新采样的结果适当操作,可以得到:

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其中,undefined是内插基点,undefined是分数间隔,这里n即nTs。插值滤波器实际上完成了时变插值和抽取的功能,从而可以用内插滤波器来实现符号同步。

对于定时误差的提取,采用Gardner算法。Gardner算法需要每个符号有2个采样值,一个在符号判决点附近,另一个在符号交界点附近,并且与载波相位偏差无关,因此定时调整可先于载波恢复完成,定时恢复环独立于载波恢复环。Gardner算法提取的定时误差为下式:

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式中yI,yQ表示同相和正交分量,T为符号周期,τ为定时延时误差,Gardner算法适用于跟踪和捕获模式,它要求每个符号采样两次。

Gardner算法最初是针对恒包络MPSK信号提出的,可以先于载波误差补偿之前进行。若将它应用于MQAM(M>4)信号中,特别是滚降因子较小时,其定时误差信号抖动太大。

根据定时误差信号抖动的统计特性可知:滚降因子越小,抖动越大;信号包络起伏越大,抖动越大。如果单靠环路滤波器来减小定时抖动,那么必然使环路等效噪声带宽减小,从而增加环路捕获时间。L.E.FRANKS已经证明通带范围为(1/4T ,3/4T),以1/2T为中心的偶对称的带通信号,其定时抖动近似为零。并且特别强调了1/2T为中心的偶对称信号,信号过零点将发生在T/2处。如果在定时误差探测器前加一个预滤波器,尽可能使信号波形满足上述要求,就可以达到减小定时误差信号抖动的目的。简单的预滤波处理是将误差检测公式修正如下:

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环路滤波器是锁相环路的另外一个重要组成部分,在符号同步中采用理想积分滤波器。它由积分支路和比例支路构成,误差信号在送入比例支路和积分支路时,与比例增益G1和积分增益G2相乘。由于比例支路可以跟踪相位误差,积分支路可以跟踪频率误差,符号同步环路就能对定时误差信号跟踪并锁定同步。另外,G1和G2的取值决定了系统的环路带宽和收敛的快慢。ωn是环路的自然频率,ξ是锁相环的阻尼因子。

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其中Ts为采样周期,通常ξ取临界阻尼系数0.707。

定时恢复环的内插滤波器由数控振荡器(Number-Controlled Oscillator)控制,它接收定时误差信号,给内插滤波器提供内插运算所需的参数m(k)和μk,数控振荡器的时钟频率为1/Ts。

数控振荡器如图4所示,W(m)为NCO控制字,由定时误差信号经环路滤波器滤波后提供,NCO寄存器中的η(m)值每TS时间减一次W(m),寄存器减掉一定个数的W(m)后将产生过零点,每出现一次过零点,则产生一个定时调整抽样脉冲Ti,从而可以决定m(k),也就是决定哪些采样信号值参加内插运算,同时还可求出μk。

4 仿真实验

通过对所采用的技术方案的建模仿真,并对信号源的调制数据进行解调实验。实验结果表明,在误比特率为10-4时,Eb/N0比理论值多2 dB。图5给出了16QAM调制信号有定时误差时,定时恢复前和定时恢复后的眼图,可以看出定时恢复前,眼睛张开最大的位置不在采样的最佳点,而定时恢复后眼睛张开最大点在采样的最佳点。

图6给出了16QAM调制信号有载波频差时,载波恢复前和载波恢复后的星座图,可以看出载波恢复前的星座图是旋转的,载波恢复后信号的星座图明显分开了。

5 结 语

本文针对适用于多种数字调制信号接收解调所采用的的全数字接收机进行了分析和设计。对载波同步技术和码元定时技术进行了理论分析和仿真实验。结果表明:通用环和内插定时两个关键技术可以实现PSK、QAM数字调制信号的接收解调。全数字接收机设计灵活,易于实现通用高集成度接收机。

摘要：为了实现对多种数字信号的解调,设计了一种全数字接收机体制。对通用环载波同步方法及内插滤波码元同步方法进行了深入分析和设计。仿真结果表明,在误比特率为10-4时,所需Eb/N0比理论值高2 dB。基于通用环和内插定时技术的全数字接收机适用于对PSK,QAM数字调制信号的接收解调,满足数字VSLI硬件实现高集成度、小型化接收机的要求。

高速相干光纤通信调制解调技术 篇2

1.1 相位调制

相位调制的过程中，需要保持载波的频率及幅度不变，只对光波的相位进行适当的改变，这种调制方式的最主要的特点是在对信号光实施相位调制的过程中，其输出光强能够保持恒定，所以在实际的应用中，接收机对于接受功率的波动及色散具有较大的容限值。

调制器是相位调制工作中非常关键的设备，常用的调制器类型有：GsAs调制器、聚合物光调制器、LiNbO3-MZ调制器、LiNbO3相位调制器等，对相位调制的调制原理进行简单分析：在相关的晶体上施加电压时，会导致其折射率主轴及折射率的改变，以此来对通过晶体的光产生一定程度的影响，通过对各种调制器的性能进行简单分析，发现以上的各种调制器中，调制性能、稳定性最好的调制器是LiNbO3相位调制器，但是随着各项技术的不断进步未来的高速相干光纤通信调制器的主流选择还会不断的产生变化。

1.2 频率调制

数字通信信号自动调制识别技术 篇3

1 数字通信新信号调制技术

1.1 通信中的调制技术

在数字通信信号自动识别调试技术的实际应用过程中, 对原始信号进行频谱搬移, 以保证其有效的满足复杂信道内对信号的传输要求, 就是信号调制的作用。那么在实际传输过程中, 以信号发送端所发出的信号作为演示电信号, 其传输过程中频率较低, 信道传输存在一定难度。那么这就要求相关技术人员加大力度对原始电信号进行处理, 促使其成为具有高度适宜性的信号, 从而更好的满足信道传输对原始电信号的频率要求, 切实提高数字通信质量。在此种情况下, 已经经过处理的电信号为已调信号, 已调信号具有良好的应用价值, 其不仅能够在信道内进行稳定精准的传输, 自身还能够进行信息的携带, 从而促进数字通信信号传输工作的顺利进行。

就总体情况来看, 通信信号调制技术在信号传输过程中发挥着重要的作用, 有助于提高信号传输的稳定性和时效性, 因此在通信领域内, 适当的信号调制技术能够有效的维护数字通信系统的稳定高效运转。

1.2 数字调制样式

在数字通信系统中, 数字调制的样式具有一定的丰富性和多样性, 以载波信号参数的不同为依据将数字调制样式进行划分, 可以分为幅度键控ASK, 相移键控PSK, 频移键控FSK以及正交幅度调制QAM等, 在数字通信领域内得到比较广泛的应用。本文主要对这几种常用的数字调制样式进行分析和探索。

振幅键控在实际应用中, 载波的振幅与数字基带的变化之间存在着密切的联系, 进而开展信息传递活动, 是一种现代化的数字调制方式, 当前振幅键控调制方式中, 主要以二进制振幅键控为主, 展现出两种不同的载波幅度变化状态, 并以二进制中的0和1来分别对应, 进而对信号的精准程度进行合理化控制。二进制振幅键控信号的产生, 可以看作是模拟振幅调制方法和数字键控调制方法的功劳。就整体情况来看, 多进制振幅键控与二进制振幅键控的调制原理存在高度的一致性, 但是差别在于, 多进制振幅键控能够对多元幅度值的载波进行准确的传输, 因此其在信号传输方面, 可以看作是多个二进制振幅键控信号的积累。

频移键控能够随着数字基带信号变化的载波频率的变化来实现信息传输, 二进制频移键控中, 以二进制中的0和1来分别对载波信号频率进行控制。相关研究资料显示, 二进制频移键控信号与二进制振幅键控信号之间存在着密切的联系, 在实际应用过程中, 两个二进制振幅键控信号可以等同于一个频移键控信号, 并通过模拟调频电路和键控法来产生二进制频移键控信号, 从而在一定程度上提高数字通信信号质量。就二进制频移键控信号的产生方式来看, 模拟调频法在实际应用过程中的实现方式比较简单, 而键控法在实际应用过程中具有良好的稳定性, 通信信号的转化速度较快, 能够有效的满足数字通信信号传输的质量要求。

相移键控在实际应用中, 以数字基带信号的变化为依据, 实现载波相位的变化, 进而完成数字通信信号传输工作。在数字通信过程中, 载波相位变化的方式具有多样性和复杂性, 以此为依据进行划分, 主要由绝对相位键控和相对相位键控。二进制相位键控中, 载波相位状态主要由0和π两种, 并以与以上两种键控相同, 都由二进制信息中的0和1分别对应。就二进制相移键控信号产生方式的实际来看, 主要以模拟调制法和键控法为主要方式来促进相移键控的产生。

2 数字信号调制识别技术的类型

2.1 以决策理论为依据

就数字信号调制识别技术的总体情况来看, 基于决策理论的数字信号调制识别技术主要是在对决策理论进行合理化利用的基础上, 通过调制算法来对信号进行调制。随着现代社会科学技术的有效应用, 数字信号调制识别技术逐渐成熟, 并得到数字通信领域的广泛应用, 使用频率相对较高。

使用这种信号调制识别技术第一步就是要根据接接收到的信号的瞬时特征进行特征参数构造, 再选取合适的判别方法, 将构造的特征参数和门限值作比对, 以此来完成信号调制样式的识别工作。在使用这种调控识别技术时还会遇到一些问题, 这些问题的存在可能会影响信号传输的质量。常见的问题有非弱信号段判决门限的选取和确定特征参数的门限值的选取。如何解决这两个问题成为人们关注的重点。

2.2 基于高阶累积量的数字信号调制识别技术

最早使用信号调制识别技术都是以二阶统计量为基础的进行的, 但随着科学技术的发展以及信号传输要求的提升, 人们逐渐发现以二阶统计量作为信号调制识别的基础是有很大的局限性的, 在这种背景下, 以高阶累积量作为分析工具的通信信号调制识别技术应运而生。这种调制识别技术克服了二阶统计量的缺点, 具有更为广阔的应用前景, 现在已经成为通信领域中较为常用的一种信号调制识别技术。

2.3 基于人工神经网络的数字信号调制识别技

基于人工神经网络的数字信号调制识别技术是在以决策理沦为依据的信号调制识别技术的基础上发展起来的。基于决策理沦的调制识别技术是一种传统的信号调制识别方法, 随着科学技术的不断发展, 这种技术愈加成熟, 但在实际的使用过程中却发现它具有一定的缺陷性。针对这种情况, 专家提出了基于人工神经网络的数字信号调制识别技术, 这种技术具有自动选取参数的判决门限的优势。

结束语

就现代社会科学技术发展的实际情况来看, 数字通信信号自动调制识别技术具有很强的应用价值, 在一定程度上满足通信环境下信号传输的实际需求, 当前数字通信信号自动调制识别技术在通信领域内取得了比较好的发展成果, 但是仍不免存在一些问题, 有待相关专家和技术人员加以解决, 从而提高数字通信质量, 推进社会的现代化发展。

摘要：当前数字通信信号处理技术得到一定程度的发展, 与之相伴的是通信环境质量的降低, 此种情况下严重制约了通信行业的发展。现代社会科学技术的进步, 对数字通信信号识别技术提出了严格的要求, 本文就数字通信信号自动调制识别技术进行简要分析, 仅供相关人员参考。

关键词：数字通信,信号,自动调制识别技术

参考文献

[1]王晓侠, 窦红真, 王芳.基于小波分析的调制识别技术研究[J].数字技术与应用, 2013 (10) .

[2]李少凯, 董斌, 刘宁.基于谱线特征的MPSK调制识别[J].通信技术, 2010 (08) .

通信卫星信号体系调制识别技术 篇4

1 通信卫星信号体系的识别方法

在基于高阶累积量的分类识别技术中, 由于信号幅度对计算结果存在很大的影响, 因此在专业的研究领域需要采用一种叫做“信号星座图”的方式来对通信信号的平均功率进行研究, 例如在MPSK调制与解调信号的星座图中, 当信号点所在圆的半径为r时, r与信号功率的关系可用如下公式表示:

当令等式左边等于零时, 可计算得到半径r=1。

针对特定特征的信号, 比如16APSK信号的平均功率便可将公式简化为

此时, 便可在相关参数值确定的情况下获得准确的值。由于噪音和通信的信号之间是相互独立的, 因此在高阶的信号中, 当一种高阶噪音能够达到三阶以后, 累积量就变成零, 在这个时候高阶噪音的影响就可以完全的忽略不计了, 由此可以看出高阶累积量的信号通信技术能够对抑制噪音起到很大的作用[2]。在MPSK信号中, 假设发送的码元与叠加了高斯噪声的混合信号, 但其是独立分布的, 这样经过相应的各个阶段的累积, 便可形成各种特征信号在不同的通信阶段累积量的计算理论值。在实际运用中, 将这些信号在特定的星座图内圆半径全部设为1, 便可获得各个累积量的理论值。再将这些不同调制方式的各阶累积量值制成表格, 便可很清楚的显示出不同调制类型下的各阶累积量值。

2 通信卫星特征提取技术

通过上述形成的累积量值表格, 在进一步分析与研究后, 可得到一些规律[3]。为了进一步研究调制识别技术, 根据高阶累积量的性质我们可以进一步采用数学建模的方法进行计算研究, 获得相对半径在取不同值时, 对结果的影响大小。实践证实, 这种影响较小, 只要考虑在特定值情况下的信号高阶累积量的模型值, 并进行对比研究, 就可以进一步验证固定载波相位的误差对分类特征参数的影响。在得到不同调制方式特征参数的理论值之后, 我们需要考虑噪声干扰对特征值的偏差影响。这就需要对不同调制方式下的信号, 在各种信号干扰下进行仿真实验研究, 判断有效识别的可能性。

在研究中发现, 不同的调制方式下, 特征参数曲线的分布有较差时是无法有效识别信号的。而当噪声在一定值的范围时, 曲线基本重合, 而在更小范围值下, 这种特征值又处于规律可循的状态下。在实践研究中, 只需要对其进行定性的判断便可, 比如, 当各调制方式的分类特征参数F在如下约束条件时, 可判断出通信系统所使用的调制类型:

当F>th1时, 可判断调制类型为BPSK;

当th2<F<th1, 可判断调制类型为{QPSK、OQPSK};

当th3<F<th2, 可判断调制类型为8PSK;

当F<th3, 可判断调制类型为16APSK。

在特征提取研究之后, 就要基于谱线特征分类识别调制信号。基于特征判断, 可以看出各种信号的累积量完全有相似性。同理进行系统的运算, 可以得到周期特性的离散镨线特征, 以及经过四次方统计计算的四次方谱。

3 通信卫星谱线特征分类识别

在不同类型信号的镨线特征分类识别中, 也是根据完全相同的星座图进行计算分析的过程[4]。在传统的求高阶累积量的过程中, 我们发现信号的两路码元正好相差半个码元周期, 因此就要寻求该信号的谱线特征, 才能够完成类内的识别。

通过数学建模, 在计算之后, 我们发展调制信号具有固定周期性, 可建立二阶循环平稳过程。当周期值确定时, 信号的二次方形式的统计期望值, 再经过变形计算便可获得信号平方谱。一个信号的时变共轭自相函数的周期性, 能够使得该信号在一个频率域, 产生出呈现离散特征的谱线。这个OQPSK信号的平方谱与四次方谱所呈现的结论为:当信号的谱线幅度随频率衰减较快时, 特性频率处的镨线便很难被检测到。这样, 在仿真实验测试的时候, 便需要通过平方谱, 将这OQPSK谱与QPSK谱识别出来。即采用信号放大的方式进行研究。

理论研究表明, 在常见的卫星通信信号研究中, 利用高阶累积量来实现不同点数信号的类间识别, 接着使用二次方谱与四次方谱对同点数的两种信号进行识别, 具有良好的效果。卫星信号体系的调制识别技术, 经过仿真实验验证, 具有良好的使用性能。

参考文献

[1]李云, 赵艳丽, 赵为粮, 等.卫星通信中定时误差检测改进算法[J].系统工程与电子技术, 2014, 36 (1) :149-154.

[2]党月芳, 徐启建, 张杰, 等.高阶累积量和分形理论在信号调制识别中的应用研究[J].信号处理, 2013, 29 (6) :761-765.

[3]李探元, 任宏, 刘小宝.基于Simulink的脉冲编码调制系统设计[J].无线通信技术, 2011 (4) .

数字信号调制与传输技术应用研究 篇5

1 数字信号传输信道分析

从当前数字信号传输原理来看, 信道的划分主要有三类, 即数字电视地面广播、数字电视卫星广播、数字电视有线广播。地面广播, 主要是基于开路型信道传输模式, 利用地面敷设的发射系统, 将信号调制成VHF/UHF信道上, 通过无线电波传输数字信号。从技术层面来看, 由于地面广播系统本身的开路型特征, 很容易受到外界电波因素的干扰, 从而影响数字信号传输质量和稳定性。为此, 需要在完善数字信号传输体系的基础上, 增强抗干扰性以及对特殊恶劣气候的适应性, 这就需要选择不同的均衡技术、编码技术, 如自适应均衡技术、正交频分编码复用技术等。从国际通用调制制式来看, 有ATSC8-VSB调制标准、DVB-T COFDM调制标准、ISDB-T调制标准。

对于卫星广播系统主要是利用同步卫星转发与天线系统, 可以实现对地面广范围的信号覆盖, 这一信道传输模式主要由三部分组成, 即地面发射系统、卫星转播系统、地面接受系统。在数字电视卫星转播系统中, 卫星转发系统为核心, 不仅要处理来自发射系统的上行信号, 还要处理面向地面接受系统的下行信号, 以及对数字信号进行必要的放大、变频处理等。从卫星广播系统特点来看, 由于覆盖范围较广, 数字信号传输质量较高, 其在未来数字信号传输领域具有较大的应用潜力。当前主要的卫星信号调制制式有QPSK调制标准。对于数字有线广播系统, 主要是通过有线电视系统, 利用光纤、电缆等组成的混合式网络提供信道方案, 其特点是数字信号资源丰富、信号传输质量较高, 不足是建设成本较高。当前国际通用的调制标准为QAM制式。

2 数字信号调制应用技术

对于数字信号调制技术, 主要是基于不同数字信号载波, 通过对原始数字信号进行转换, 使其满足传输信道的波形要求。同时, 数字信号调制技术在应用过程中, 便于对原始低频、高频分量的频谱迁移, 使其能够集中于中频段, 来提升数字信号的频率利用率, 增强数字信号的抗干扰能力。从技术应用类型来看, 数字信号调制技术有两类, 一种是二级制调制技术, 主要以二级制数字信号来进行调制;另一种是多进制调制技术, 主要采用多进制数字信号来进行调制, 以满足不同载波频率、振幅、相位的调制要求。

2.1 二级制调制技术应用

在二级制调制技术中, 主要有2ASK幅度键控调制技术、2FSK频率键控调制技术、2PSK相位键控调制技术。2ASK幅度调制技术, 其原理是通过对数字信号载波振幅进行调制, 以实现对信号载波的有效迁移。从数字信号调制特点来看, 2ASK调制技术实质上是完成了解调度为100%的正常调制波, 可以通过同步检波器、包络检波器进行解调。2FSK频率调制技术, 其调制原理是基于信号载波频率的变化, 来实现信号迁移。当某二级制信号处于“0”时, 调制输入频率改为f1, 当某二级制信号处于“1”时, 调制输入频率改为f2。本调制技术在解调方法上, 可以采用相干解调法、零检测法、非相干解调法等。2PSK相位调制技术, 主要是通过对载波相位的改变来实现信号的调制。其原理是当二级制信号为“1”时, 其载波信号输入相位产生变化。

2.2 多进制数字调制技术应用

在数字信号多进制调制技术应用中, 主要有QPSK四相相移键控技术、QAM正交幅度调制技术、VSB残留边带调制技术以及COFDM正交频分复用调制技术。对于QPSK技术, 其本身是通过相移键控技术来改变载波信号的相位, 而频率和最大振幅则保持不变。如某数字载波正弦信号为“1”与“0”, 1表示为180°, 0表示为0°。四相相移键控技术, 则是利用不同的相位信号来表示“00”“01”“10”“11”, 并分别用“0°”“90°”“180°”“270°”来表示, 由此来实现对不同相位信号进行二进制表示。当然, 对于更多的相位载波信号, 同样可以采用8进制、16进制或更多的多位进制方式来表示。理论上来看, 随着数字信号信息量的增多, 其频带压力越大, 而不同信道间的信号编码信息很容易出现串扰现象。因此, 在多相调制应用中, 相位取值越大, 其信号传输质量及可靠性将降低。

QAM正交幅度调制技术, 其原理是通过矢量调制方法, 先利用输入信号映射到复平面形成复数调制符号, 并对相应的I、Q分量进行幅度调制, 最后以正交方式来实现两个载波传输。正交幅度调制与传统的幅度调制AM相比, 其频谱利用率提升1倍, 同时对于不同载波的幅度、相位, 还可以进行联合调制, 来进一步提升频带利用率。如利用16个样点的16-QAM调制技术, 可以从4位二进制中规定16态。针对正交幅度调制应用, 主要在有线数字视频传播、宽带接入中应用。如利用QAM调制技术, 来实现多媒体数字信息的高速传播, 主要有16QAM、64QAM、256QAM等, 矢量状态越多, 其频带利用率越高, 但对于数字信号的抗干扰能力则随之下降。

VSB残留边带调制技术是基于幅度调制, 通过适当输出滤波器来保留数字信号某一边带的频谱, 而小部分保留另一边带的频谱。该调制法的显著特点是节省频谱, 且易被解调。如根据不同电平级数分为4-VSB、8-VSB、16-VSB, 所对应的调制电平有+7、+5、+3、+1、-1、-3、-5、-7等。利用边带残留调制技术虽然易于实现, 其对发射机的功放峰值要求较低, 但对于移动接受方式因VSB抗多径能力较差, 其应用效果并不理想。

正交频分复用调制技术是基于多载波调制, 利用编码的正交频分复来实现对不同信道信号编码后分别调制, 且相互正交于载波上, 实现信号的叠加。正交频分复用技术采用较多的子载波, 在相等的传输速率下, 时域符号长度是单载波信号长度的N倍, 由此提升了信号的抗干扰能力。但由于OFDM数字信号叠加相互独立, 其峰均功率比较高, 对发射机的功率要求较高。

3 数字信号传输应用技术

数字信号的传输技术与模拟信号相比具有较大差异, 特别是从信源数据的压缩、编码、纠错、调制及频谱迁移上, 需要满足“1”“0”序列所构成的二级制码流。因此, 在传输技术上, 主要有基带传输、载波传输两种。

3.1 基带传输技术

基带传输技术是将数字信号转换为适宜传输的码型, 并经过低通滤波器滤出高频分量, 经由光纤、电缆等进行短距离信号传输。在码型转换上, 将基带信号转变为二进制脉冲信号。如单极性非归零码 (NRZ-L码) 、单极性归零码 (RZ-L码) 、交替极性码 (AMI码) 等。

3.2 载波传输技术

对于载波传输, 主要是将数字信号转换为载波某一参数, 如相位、幅度、频率等实现信号迁移。其特点是需要通过调制与解调方式来实现载波的还原, 特别是在多信道远距离传输中, 利用载波传输更具抗干扰性, 也减少了数字信号中的低频、高频分量的影响。在载波通信中, 首先要对数字信号进行编码、调制, 在输出端进行解码、输出等。当前国际常用的编码制式有MPEG-2标准, 常用QAM正交振幅调制技术, 来实现对数字信号调制成与正弦波相匹配的频率, 来提升信号传输效率。

4 结语

从数字信号调制方式、传输技术等入手, 来探讨当前数字广播电视的应用技术。随着数字通信信号调制技术、传输技术的发展, 显示出卓越的应用优势。相信在未来数字化、智能化调制、传输技术的开放, 必将促进数字通信技术的长足发展。

参考文献

[1]宁坤.广播电视信息安全传输的手段[J].信息通信, 2016 (10) .

[2]曾创展, 贾鑫, 朱卫纲.通信信号调制方式识别方法综述[J].通信技术, 2015 (3) .

技术信号调制 篇6

1 QPSK调制技术

1.1 调制

典型的QPSK调制器如图1所示, 输入的二进制波形被转换为二进制数组, 按照奇偶数分别送入相差90°的正交与同相两支路控制双平衡混频器IF端口电流, 这种方式的电流输入输出切换实际上对LO信号移相0°或180°, 重新合成后的信号被滤波实现最小化信道干扰, 经放大传输或发送。

1.2 解调

解调过程可划分为三个主要环节, 如图2所示。

首先, 因为输入信号载波是被抑制掉的, 必须做相干检测。从输入信号中导出相位相干载波的方式被称为载波恢复, 这是解调重要的第一步。

其次, 通过连续的乘法获得原始数据, 并用其导出时钟同步信息, 原始数据经过信道滤波器使脉冲序列成形, 以期码间干扰畸变效应影响最小化。

最后, 成形的脉冲序列与定时恢复获得的时钟一并进入数据采样器, 经此产生解调后的数据。

经此解调后的数据仍然存在多阶±180°相位模糊, 为矫正这个问题, 通常在编码时为数据序列添加一个已知的帧头, 利用解码后的帧头信息矫正相位错误。

2 载波恢复

载波恢复又称载波同步, 可以采用数据辅助、非数据辅助和编码辅助三种方式实现。

(1) 数据辅助是通过在发射端插入子载波导频, 在接收端利用导频作为辅助手段, 进行时频同步、信道估计和恢复。数据辅助的同步算法估计范围广, 其性能和导频设计密切相关。

(2) 非数据辅助存在锁相环和盲估计两种工作方式:锁相环是通过鉴相器检测相位偏差, 利用相位偏差产生控制信号, 以提取出同步信息;盲估计是利用调制信号本身固有的统计特性来进行信道估计的方法。由于不需要导频, 非数据辅助方式的频带利用率较高, 但对信噪比条件要求也较高。

(3) 编码辅助适应于低信噪比条件, 它是根据译码器的信道信息来实现同步, 但是估计范围有限。

通常卫星通信等广播通信终端采用数据辅助和编码辅助载波同步技术, 这能够较好地应用于低信噪比信道环境, 在通信协议、信道模型等固定已知条件下能够满足应用需求。而监测、测试设备则多采用锁相环或盲估计两种技术手段, 尤以锁相环最为常见, 这是由其任务多样性及复杂性需求所决定的。

2.1 锁相环设计

锁相环是典型的负反馈系统, 主要由鉴频鉴相器、环路滤波器和数字振荡器三部分构成。利用鉴相器提取出频偏或极性信息, 滤去干扰噪声后, 对下一时刻输入信号做相位补偿, 周而复始直至最终收敛。图3为卫星通信中较为常用的基于改进型Costas环的锁相环系统框图。

假设系统无噪声干扰, 则有:

2.2 环路滤波器设计

环路滤波器是通过双线性变换将模拟滤波器转换成数字滤波器, 它对提高系统的抗干扰能力和捕获速度起着决定性作用。可根据锁相环应用要求的不同, 来设计带宽和增益等指标。本系统采用理想积分滤波器作为模拟滤波器原型, 传递函数可表示为:

3 锁相环性能分析

3.1 频偏捕获能力分析

下面将根据卫星广播信号的低信噪比特性, 通过分析捕获范围和捕获速度两个指标来分析PFD捕获性能。

窗口大小用窗口包含无频偏信号的概率来表征。因为信号是以相同概率落入每个窗口, 故选用第一象限上的窗口为代表来计算。且计算时不考虑噪声作用下其他星座点的信号进入此窗口的情况, 可得:

3.2 相位噪声性能分析

我们针对QPSK调制信号做比对, 当频偏500k Hz时, 图5为针对不同PFD及窗口类型组合测试所得捕获时间曲线, 可见采用改进的新PFD及大窗口可获得更短的锁相捕获时间。

从图6可看出, 信噪比与相噪方差在不同窗口和PFD类型时的关系, 可知, 当信噪比大于工作门限时, 输出相位噪声方差随着信噪比的降低会以较缓慢的速度增长;而当信噪比降低到工作门限以下时, 相位噪声方差的增长速度明显变快, 会导致锁相环失锁。由此可知, 由于门限值较低, 窗口2更能对抗强噪声条件。

4 结束语

本文通过分析卫星广播用QPSK等复杂调制信号原理获得可用于分析其性能的解调方法, 重点研究了解调中载波恢复关键技术。通过设计验证不同窗口类型对PFD捕获速度、同步范围及稳态相位噪声的影响, 得出大窗口更适应于大频偏和低信噪比条件。此外为改善该技术手段捕获速度慢的问题, 取消PFD输出极性操作并提高窗口切换时鉴相器输出信号的绝对值。此改进型PFD能够在大频偏、低信噪比的条件下有效地降低稳态的相位噪声抖动, 从而提高捕获速度。

摘要：本文介绍了卫星通信中应用的QPSK调制技术及解调原理, 重点对解调过程载波恢复实现的锁相环性能进行分析研究。

关键词：QPSK,载波恢复,锁相环

参考文献

[1]汪春霆.宽带卫星通信系统关键技术研究[D].西安电子科技大学博士学位论文, 2010 (4) .

[2]晏辉.无线通信系统中载波同步关键技术研究[D].西安电子科技大学博士学位论文, 2012 (3) .

技术信号调制 篇7

随着无线电通信和雷达等技术的迅猛发展,信号源的脉冲调制尤其是窄脉冲调制得到了越来越广泛的应用。然而如何保证窄脉冲调制下信号源的功率准确度一直是困扰设计人员的一个难题。

当前信号源的稳幅方式大都采用ALC(Auto Level Control)系统,受ALC环路带宽的限制,信号源在窄脉冲调制调制中将处于保持状态。保持状态下的信号源存在两个问题:首先,随着积分电容的持续放电,信号源的输出功率会不断漂移,这就是功率漂移现象;其次,在保持状态下进行射频开关切换等操作会导致功率突然放大,本文称之为功率突变现象。功率漂移和功率突变问题的存在对窄脉冲调制信号的功率准确度构成了挑战。先前的解决方法是使用搜索方式,然而搜索方式下测试效率较低且不支持载波信号为扫频的应用。本文在对信号源在窄脉冲调制下所遇问题进行分析的基础上,提出了一种全新的开环功率补偿方法,并通过试验对补偿效果进行了检验。

1 脉冲调制时的稳幅环路分析

在微波信号源中ALC系统主要由振荡器、线性调制器、定向耦合器、检波器、积分器等部分组成。其基本原理是由检波器对定向耦合器的耦合输出进行检波,获得携带功率信息的检波电压,检波电压经过对数放大后与功率参考电平求和得到误差电压,误差电压通过积分器对加到线性调制器的电流进行动态调整,最终获得准确稳定的输出功率。

脉冲调制是一种特殊的幅度调制,要求脉冲为高电平时输出幅度应为信号源的设定值,脉冲为低时输出幅度越低越好。脉冲为低电平时射频输出信号被关死,因而这时的检波器的检波电压无法反映脉冲为高电平时是无效的。为了避免ALC环路对错误的求和结果响应而造成脉冲为高电平时的初始功率紊乱,通常需要增加一个取样/保持开关,使用脉冲信号控制开关的通断的方式使ALC环路积分器与脉冲调制信号同步。受元器件特性限制,信号源的检波器、对数放大器等硬件电路需要一定的时间才能进入稳定输出状态,而在此之前过渡状态下的检波电压是无效的。为了避免ALC环路受到无效信号的干扰,需要给脉冲同步信号的上升沿一定的延迟时间,延迟时间要求尽可能短以提高闭环调制的脉宽范围,又必须大于所有相关硬件叠加的反应时间。在AV1487合成源中这个延迟时间为1.5us。

当脉冲宽度小于电路的反应时间时,信号源ALC环路将断开,环路积分器处于保持状态,这时会产生以下两个问题:

功率漂移问题:由于积分电容存在放电效应,信号源在脉冲为高电平时的功率会逐步漂移,直至完全消失。

1)功率漂移问题:由于积分电容存在放电效应,信号源在脉冲为高电平时的功率会逐步漂移,直至完全消失。

2)功率突变问题:窄脉冲调制下进行切换射频开关等操作会造成输出功率达到最大输出功率,会对功率敏感设备造成严重后果。

功率漂移和功率突变现象在使用中会造成测试结果不准确甚至会造成被测件和其他测试设备的损坏。因此,引入一种专门针对窄脉冲调制的稳幅技术显得尤为迫切。

2 搜索方式的原理及其局限性

针对信号源在窄脉冲调制下无法稳幅的问题,现有的解决方法是功率搜索,其基本原理是先闭合ALC环路找到并保持恰当的调制器驱动电流,然后再断开ALC环路。这种方法虽然能够解决窄脉冲调制的功率漂移问题,但是局限性也非常的明显。

1)降低了测试效率,在搜索方式下每改变一次频率及功率设置都要进行一次搜索,这对于需要频繁切换信号源频率或功率的用户是无法忍受的;

2)不支持扫频应用,功率搜索的实质是功率的实时校准,然而系统无法对扫频状态下大量的频率点进行实时全程的校准,所以在列表扫描、步进扫描及模拟扫描状态下进行的应用无法使用搜索方式。

由于存在上述两个问题,搜索方式不是一种很好的解决方法。

3 开环功率补偿技术的原理及其算法

开环功率补偿技术采用闭环时的检波输入信号做参考,先通过ADC将检波电压转化为数字格式进行存储。然后CPU通过数据线发送一串数据到DAC上,这串数据通过DAC转化为直流,该直流信号通过调制驱动电路驱动线性调制器信号源的输出功率。ADC再将最新的检比较,直到两个电压相等或其差值在允许误差范围内,系统将发送到DAC的最终数据备份到存储器中。完成一个点的校准后,按设定的频率步进增加频率,依次校准各个频率点并存储补偿数据,直到达到终止频率。然后将功率值按功率步进增加,依次完成每个功率点下的一组频率点的校准。

开环功率补偿过程简单,只需设定起始/终止频率、起始/终止功率、频率步进、功率步进和最大允误差电压等七个参数,在调试菜单中即可实现一键补偿。由于不同型号的信号源频率功率范围不同,最大误差电压设定值不同,整个补偿过程的时间也不相同,一般需要约2小时。补偿后将信号源的ALC环路状态打到开环即可调用开环补偿数据。

进行开环功率补偿后,信号源的开环输出功率可以靠拢到闭环输出功率上,并将功率误差控制在允许的范围内,间接实现了窄脉冲调制下的稳幅功能。设置ALC开环时,系统对开环补偿数据的调用速度和闭环状态下是相同的,不需要额外的校准时间;同时由于开环功率补偿的数据存储在存储器中可以随时调用,所以支持各种扫描状态下的应用。

4 试验结果

为了验证开环功率补偿的效果,我们对AV1487B信号源进行如下试验:

1)使用AV2434功率计对AV1487B信号源进行闭环功率补偿,以保证ALC闭环状态下的功率准确;

2)设置信号源功率为0dBm,使用功率计以100MHz为步进对信号源进行用户功率平坦度,通过该校准获得了闭环下信号源的功率平坦度数据;

3)对信号源进行开环功率补偿操作,存储补偿数据;

4)将信号源ALC环路打到开环状态,使用功率计进行用户功率平坦度补偿,得到开环状态下的功率平坦度数据;

5)对比两份数据的差异。

经过对比开/闭环状态下的功率平坦度数据,开环功率与闭环功率在功率为0d Bm时的最大差值小于0.4dB,开环功率准确度达到了±0.6dB。

5 结论

开环功率补偿技术作为一种新型的信号源稳幅技术,目前已经应用于AV1487、AV1461、AV1464等型号的信号源,通过了大量用户实际使用的检验,有效解决了窄脉冲调制下信号源的功率漂移和功率突变问题,开环输出功率准确稳定,取得了良好的效果。

参考文献

[1]现代通信测量仪器[M].中国电子科技集团公司第四十一研究所.

通信信号调制识别方法 篇8

1数字调制识别方法

人工识别已无法满足在存在着大量未知信号的电磁环境中进行信号实时性识别的要求。后来,人们根据信号频谱的差异研究出了自动调制识别技术。它的出现解决了一直以来依赖人工识别的重要难题。通信信号也早已不是之前的模拟信号,成为如今有较强的抗失真和抗干扰能力的数字信号,并且成本偏低。高速数字信号处理技术、计算机技术和微型芯片技术的蓬勃发展使得自动调制识别技术能够大规模的运用。归纳总结这些年国内外的研究成果,自动调制识别方法可归纳为统计模式识别、决策模式识别两种方法。

1.1统计模式识别方法

统计模式识别方法由模式识别理论衍生而来。该方法由信号预处理、特征提取和分类识别3部分组成,它们环环相扣,缺一不可。信号预处理部分为特征提取做准备,负责提供准确的数据。信号预处理的任务有频率下变频、同相和正交分量分解、载频估计和载频分量的消除等,在数字调制或中频上计算接收信号的瞬时幅度、相位和频率。 在多信道多发射源的情况下,必须将不同信号分离,确保在调制识别过程中信号的唯一性。在预处理的基础上需要依靠特征提取的功能提取信号的时域特征或变换域特征。 通过提取特征,选择和运用合适的判决准则和识别分类器, 这是分类识别的主要任务。

优点:理论分析简单,预处理简单易实现,高信噪比时信号特征易提取、适用类型多、识别性能较好。在某些条件下, 识别性能能够接近理论最优算法。在预处理精度较差、先验知识较少的非合作通信的环境下,累积模式识别方法依旧能够有较好的识别性能。缺点:算法的识别体系较繁杂,识别框架没有完备的理论基础,因而并不完善; 算法识别效果受噪声影响较大,当信道不理想时,特征比较模糊,且大多没有能够实现工程应用或工程实现的效率不高。

1.2决策模式识别方法

决策理论识别方法基于假设检验理论, 可看成是多重假设检验问题。对在干扰条件下截获的信号累积量进行理论分析与推导, 得到检验累积量, 寻找合适的门限比较, 从而形成判决准则。检验累积量的选取通常基于使损耗函数(即目标函数)最小化的原则, 采用优化或近似优化后的变量, 该变量多为似然比(LR)。由于识别器工作在非协作通信环境中, 未知信号的信息内容以及信道参数等估计误差的存在使得构造的似然比中一般含有未知参数, 对这些参数进行平均处理, 就得到平均似然比(ALR)。最早的方法有基于相位识别方法(PBC)和平方律识别法(SLC)等。这两种方法只需简单地利用信号的一些特性,运算简单,易于实现,但只能识别BPSK和QPSK信号,可识别的种类太少。

优点:其具有完备的理论基础,能够得到识别性能理论曲线,并保证在贝叶斯最小误判代价准则下其分类效果最优。 在低信噪比下也有较好的性能,并能通过其对信道信息的完备性来改进算法以保证算法在非理想信道下的识别性能。缺点:在实际应用中,似然比函数推导复杂,计算量大,难以处理。需要大量先验知识,否则参数估计或所建模型一旦与实际信道特性不匹配,算法性能急剧下降。

2非理想信道、共信道多信号调制识别

非理想信道包括通信过程中由于信道传输特性恶化导致的信道衰落,传输过程中反射现象产生的多径效应或者电子对抗中由干扰带来的色噪声、脉冲噪声等非高斯噪声。在这些非理想信道中,一些常用的调制识别方法所设定的条件无法满足,如噪声的高斯性等,因而它们的性能会下降甚至无法进行准确识别。而随着无线电的迅猛发展,无线电传输频段日益匮乏,再加上大量有意或无意的干扰信号,在同一信道的观测数据中出现两个或更多信号的情形日益普遍。

共信道多信号是指在一个信道中存在多个时域完全混叠的信号,由于观测数据中混有多个信号,因而已有的单信号调制识别算法不能直接用于多信号的调制识别。虽然信号在时域中是混叠的,但它们在频域、空域或其他域内都可能是可分的,因而处理共信道多信号识别问题主要是针对信号在其他域内的可分性。主要分为两类:一是基于信号分离的识别方法,主要应用盲源分离的思想,其实质是将多信号问题转化为单信号问题; 二是基于直接特征提取的方法,其关键在于寻找信号明显可分的特征域。

3展望