淺談數字調制解調技術對廣播電視衛星信號的作用

措吉康珠

本文通過對廣播電視衛星系統數字調制技術的基本原理和常用的幾種相移鍵控調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。

調制就是利用基帶信號對載波波形的某些參數進行控制，使這些參量隨基帶信號的變化而變化。解調是調制的逆過程，即從已調制的信號中恢復出原來調制信號。根據被調制的是模擬還是數字信號，調制技術分為模擬調制和數字調制兩類。目前廣播電視衛星廣泛使用數字調制方式，隨著通信業務信息量迅速膨脹，通信速度已經越來越不適應發展的要求，因此多進制數字調制應運而生，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字調制方式分別進行介紹，再探討分析其解調時所需同步載波的提取方法。

一、廣播電視衛星數字調制技術基本原理

在廣播電視衛星系統中，由于收發兩端的中頻濾波器使得信道具有帶限的特性，又由于發射機的高功率放大器以及轉發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，這就要求所用的調制方式具有包絡恒定和具有最小的功率譜占有率。由于數字相位調制（PSK）具有包絡恒定和較高的功率效率，所以在廣播電視衛星系統中常使用PSK的調制方式。

PSK一般可分為“絕對移相”和“相對移相”。“絕對移相”是利用不同的相位去表示數據信息，而“相對移相”則利用載波的相對相位去表示數字信息，即利用前后碼元載波相位的相對變化來表示數據信息。

數字相位調制的原理是利用載波相位的變化來傳送數據信息，即用二進制的數字信號去改變載波的相位來實現頻譜的搬移。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;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。當傳輸數字信號時，“1”碼控制發0度或1 80度相位，“0”碼控制發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、廣播電視衛星數字調制方式簡述

在廣播電視衛星中，數字相位調制隨著杷相位調制階數的增加，可以提高頻帶的利用率，但會帶來抗干擾能力的降低，同時解調器的復雜性也會隨之增大，所以目前廣播電視衛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）的數字調制方式。

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字信息。由“0”和“1”表示的二進制調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載波為參考的，因此在解調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，產生相位模糊，造成反向工作，克服相位模糊對解調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值來傳送數字信號，因而又稱絕對調相。而2DPSK不是利用載波相位的絕對數值傳送數字信號的，是用前后碼元的相對相位變化來傳送數字信息，因此2DPSK也叫二進制差分相移鍵控。實現2DPSK調相最常用的方法是先對數字基帶信號進行差分編碼，即由絕對碼轉換成相對碼，然后再進行絕對調相。2DPSK跟BPSK相比，只是在BPSK調制器之前加了一個差分編碼器。

在2DPSK中，數字信息是用前后碼元已調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時并不影響其相對關系，雖然解調得到的相對碼完全是0、1倒置的，但經差分譯碼后得到的絕對碼不會發生任何倒置現象，從而克服了載波相位模糊的問題。但2DPSK的系統誤碼性能比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四相相移調制是利用載波的四種不同相位來表征輸入的數字信息。調制器輸入的數據是二進制數字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數據，這就是說需要把二進制數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調制器可以看成由兩個BPSK調制器并行組合構成。輸入2的串行二進制信息序列經串并變換，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，稱此種調制為平衡正交相移鍵控方式。QPSK信號中同樣包含著相鄰調制點相位為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字信號，把數字信息序列經差分編碼變換為差分碼之后再進行絕對調相，QDPSK信號調相與QPSK信號調相的區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字信息。它把輸入的二進制信號序列經過串并變換，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）分別再對和進行調制，相加后即得到8PSK信號。8PSK信號（/4體系）調相解調方框圖見圖五所示。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字信號，把二進制數字信息序列經串并變換和差分編碼變換為差分碼后再進行絕對調相。8DPSK調制器由碼變換器禾08PSK調制構成。

4.二/四，八進制相移鍵控的比較

廠播電視衛星數字調制技術從二進制相移鍵控調制發展到四進制相移鍵控調制和八進制相移鍵控調制。倍頻提取同步載波的方法初探數字調制系統的性能是由解調方式決定的，在解調中要恢復出相干載波，這個相干載波應與調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，二倍頻譜出現載波分量，經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，四倍頻譜出現載波分量，經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，八倍頻譜出現載波分量，經過分頻器后可獲得同步載波。

結束語

在未來的衛星應用系統中，高數鬈率傳輸是發展方向。隨著無線電頻率資源的日益緊張，目前廣泛使用的QPSK調制方式已越來越顯示出它的局限性，因此8PSK調制作為一種新型的頻譜效率較高的調制方式，已逐步應用在現在的衛星系統上，比如亞洲四號（122.0。E，12401V7200）已采用DVB—S2和8PSK來進行信號調制傳輸。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等調制技術來應用到廣播電視衛星傳輸中。