卫星通信数字调制技术论文

卫星通信数字调制技术论文

在信息社会中,航天技术的作用将变得更巨大,终将彻底改变地球上的面貌。下面是由我整理的航天技术论文2000字，谢谢你的阅读。

航天技术与信息现代化

摘要介绍了空间信息高速公路的概念、特征,及其对应用卫星的需求,并论述了空间信息高速公路对社会经济发展的巨大推动作用。

经由卫星实况转播这个 短语 是航天技术取得巨大成就的象征,随着卫星通信广播事业的快速发展,这个短语已逐渐被人们省略,而成为日常生活中普遍公认的传播方式。卫星通信用电波把整个世界既快又准确地联系在一起,这种联系一旦中断,经济发展的速度将会大大放慢。

人类社会正进入信息社会,信息已成为世界上最重要的战略资源。信息技术是当代最为活跃的生产力。应用信息技术可提高工农业和服务行业的效益及竞争能力,促进管理和决策的科学化, 推动国民经济各部门逐步转移到新的技术基础上来。大力发展信息产业,加速国民经济信息化,是建立和发展我国社会主义市场经济,保持国民经济持续、快速、健康发展的客观要求。

在信息社会中,航天技术的作用将变得更巨大,进一步丰富其内涵,扩展其外延,最终将彻底改变地球上的面貌。航天技术与计算机的融合,形成了在地球上跨越时间和空间的信息基础结构,它将逐步进入千家万户,从根本上改变人们的生产、生活和相互交往的方式,并加速人类文明和 文化 的传播,增进互相理解和全球意识。因此,加速发展航天技术,从多方面、高效率地利用航天技术, 特别是充分利用空间信息资源,以促进社会生产力的发展,提高人流、物流和能量流的利用率,增进文化交流和人民间的理解和信任,已成为当今世界各国的共识。

一、空间信息高速公路

世上本没有路,路是人走出来的。我国汉朝开辟了经西域通往西方的道路,沟通了我国同西方许多国家在经济和文化方面的联系,被后人称之为“丝绸之路”。1855年德国机械工程师卡尔·本茨发明了世界上第一辆实用的内燃机汽车。当他驾驶这辆木制的三轮汽车,在自己的院子里行走撞到墙上的时候,还没有想到路。7年之后,福特发明了汽车,并于10年后形成产业的时候,人们开始把目光盯在汽车的跑道上,于是1913年柏林西南部出现了世界上第一条高速公路。在此后的数年中,高速公路这种具有魔力的通道,使世界发生了神奇的变化。

信息高速公路作为信息革命的基础设施和通向21世纪的神奇通道,已成为世界各国争夺信息资源,确保竞争优势的筹码。1993年,在美国政府 报告 中,对信息高速公路给出了明确的概念:它是一个能够向用户提供大量信息,由通信网、计算机、数据库,以及日用电子产品组成的完备网络。具体地说,就是在全国范围内,铺设新型光缆作为信息流通的干线,通过光缆和多媒体向全国提供 教育 、科研、卫生、商务、金融、文化娱乐等颇为广泛的服务。

所谓空间信息高速公路,可形象地将它理解为以卫星——光纤为主体,再辅之以 其它 通信手段作为“公路”,并利用集电脑、电话、电报、传真等为一体的多媒体,使信息能够高速传递并可共享的通信网络。这种网络可遍布全国乃至全球。在中国,则将它称之为国家经济信息化基础设施, 其内涵包括4项要素:网络与通信、计算机与信息化设备、信息资源与服务、人与信息化环境。

空间信息高速公路有两个特征:第一个特征是利用通信卫星群和光导纤维网组成混合型全球通信网,实现计算机网络化和信息双向交流;另一个特征就是用多媒体技术普及计算机的使用。卫星通信和数字网络光缆就像高速公路一样,是促进社会经济发展的基础设施。它不仅指地面光缆数字通信网络系统,而且还包括通信卫星、卫星定位和导航、环境和灾害监测信息系统。此外,还应包含社会、经济统计数据库和自然资源数据库系列,以及宏观调控、规划决策和工程设计服务、知识库、逻辑推理人工专家系统。这样就能有效地实现以信息流代替人流、物流与能量流。

在空间信息高速公路中,卫星无线电通信频带宽,极容易实现双向高速率的数据传输和可视电话业务,并且适用于单向多路的电视节目传输,也非常适合于大型跨国企业间的业务联系。由于地面信息高速公路的成本昂贵,需要10～15年甚至更长的时间才能建成,是一个无法在短期内普及服务的巨额投资项目。对于发展中国家来说,空间信息高速公路的建设,可弥补通信基础设施差, 以及区域性通信空缺的不足。

地面信息高速公路的全球化和用户的移动化都十分困难,而空间信息高速公路的全球网络却很容易实现,因此,用它进行全球移动通信,在数率不特别高的情况下,便能实现诸如可视电话之类的双向传输。

空间信息高速公路,更具有能适应现阶段经济发展中所出现的各地区差别悬殊的特点。在中国地广人稀的西部地区,加强卫星远距离教育和电视广播,对于提高西部地区的文化素质,普及科学技术知识,消灭贫困愚昧落后现象无疑有着重大的意义。

因此,空间信息高速公路,一方面利用了光导纤维传送信息量大、信号几乎不失真、速度快而且保密性强的特点;另一方面,又利用了通信卫星的通信方式极其方便、覆盖面十分宽广、特别适合于移动终端和全球个人通信的特点。这两者组合,形成了优势互补,可以认为是最佳的方案。

二、信息社会对应用卫星的需求

1?静止通信卫星网

美国休斯空间通信公司提出了建设全美卫星通信网络的计划。建设投资6?6亿美元,计划发射2颗静止通信卫星,从1998年开始以无线形式向美国用户提供高速双向数据传输和可视电话业务,在美国电信业务中,率先开发频率宽度可根据用户需要而变化的传输业务项目。最近又提出, 到2000年,将美国全国性的卫星通信网络,扩大成全球通信网络,最终发展成全球性空间信息高速公路,设计总投资约32亿美元,由9颗静止通信卫星组成可覆盖全球的通信网络。

2?低轨道卫星群移动通信系统

在通信方面除可利用静止通信卫星网以外,还可利用低轨道上位于不同轨道面的多颗卫星,来转发地面用户的信号。目前全世界已出现了十几种较为有名的方案,有些方案正在付诸实施。例如,美国摩托罗拉公司提出的“铱”卫星系统,由6个极地、近地、近圆轨道面上运行的66颗小型通信卫星组成,每个轨道面均匀分布着11颗卫星。由于这一卫星系统中的卫星轨道距地球表面较低,只有400～500公里,所以无线电信号很强,个人手持式无线电话机很容易获得清晰的信号和语音。“铱”卫星系统的地面设备则由系统控制中心,以及分布在世界各用户国家和地区的关口站和终端设备等组成。又如,美国呼叫公司与其它有关公司创建的全球无线通信网,也称之为全球通信系统。由于以宽带传送,因而能传送电视及高速数据。这一耗资90亿美元的庞大通信网络,将由 840颗低轨道(700公里高度)现代小型通信卫星来覆盖地球95%的地区,它可以双向传输包括电视图象在内的各种信号,以及个人语音通信,具有数据、传真、寻呼和定位功能。该系统的主要特征, 是利用通信卫星群和光纤网实现计算机网络化和信息双向交流,并将成为二次信息革命的主要物质基础与保障。

3?大容量激光卫星通信

激光与普通光源相比,具有很多特殊的性质,譬如激光辐射在“时间”上高度集中,很适合用于快速保密通信。激光辐射在“空间”上高度集中,方向性很强,而且具有高增益,因而用于通信可以传递得非常之远。激光辐射在“波长”上高度集中,因此波长分布范围很窄。激光的相干性、单色性和方向性,使它成为通信的理想载体。在理论上,光的频段宽度达到10?13～10?15赫,这样大的带宽,对每路仅4千赫的电话,可容纳100亿路之多;对带宽为10兆赫的彩色电视,也可同时传输1000万套电视节目而不相互干扰。由此可见,一旦激光卫星通信投入实际应用之后,由于其具有容量大和抗干扰性强等特点,不仅能扩大通信容量,缓和通信频段拥挤的局面,而且可避免洲际通信时的时延现象发生,是实现空间通信和准确快速、保密性强的军事卫星通信的重要途径。卫星激光通信技术无论是在静止轨道上的卫星,还是低轨道的卫星、飞船、航天飞机、空间站,以及深空探测器,都可以利用激光通信技术将它们连接在一起,形成一条无形的光学链路,使信息畅通无阻,因而空间信息高速公路成为名符其实的高速公路。

中国重视信息通信技术的发展,而且已经列入国家计划。面对世界高科技领域的挑战,为加快发展具有中国特色的信息高速公路,而不失时机地推动信息化,中国以“金字”工程为生长点,与卫星通信相结合,逐步形成信息产业。通过“金字”工程的实施,建立国家数据通信基干网和一系列专用网,为发展信息产业奠定基础。根据宏观分析预测,中国目前使用的卫星转发器不到50个,到 2000年中国大约需要145～150个卫星转发器,到2010年,将需要588～837个卫星转发器。

三、空间信息高速公路将推动社会经济发展

随着空间信息高速公路的建成,将使工商企业和整个社会处于一场革命之中,而这场革命的规模和效果是难以预测的。对其发展前景,现初步分析如下:

1?巨大的商业利益

为了建设信息高速公路,美国政府和企业界计划共同投资400多亿美元。根据预测,2010年, 信息高速公路产业所创造的市*2?改变人类生产和生活方式伴随着社会信息化和信息高速公路的建设,人们便能充分利用信息,大大提高物质生产的效率,提高原材料和能源利用率,有可能改变人类的生活方式,并终将从传统的生产和生活中解放出来。将出现电视电话、可视电话会议、电视购物、电视教学、家庭影视室、家庭图书馆、家庭数据库、在家中办公等等一系列新生事物。随之而来的将会给教育、卫生,保健等部门带来一场革命,无论在何时何地,都可向所有图书馆要求检索所需资料,浏览有关图书;随时随地可通过联机方式,立即获得最好的医疗保健服务和其它社会需求服务,医院遇到疑难病症时,可以向远距离的医学专家请教,以求得正确的诊断和治疗。以美国为例,仅医疗支出这一项,每年可节省1000亿美元。此外,可为能源、交通、环境等问题提供一种新的缓解 方法 。

3?推动高新技术发展

建设空间信息高速公路和国家信息基础结构的计划,将成为发展各种高新技术的驱动力。美国认为,在执行“国家信息基础结构”行动计划中,应优先发展的技术包括:半导体与微电子学、计算机、通信、高速网络、多媒体技术、光电子、高清晰电视、应用软件等。比如计算机,必定要向功能更多、性能更优、速度更快、容量更大、体积更小的方向发展,这就对超高速集成电路,新的计算机体系结构与微电子系统集成技术提出了新的要求。而多媒体技术的发展,将采用大量的专用集成电路,对高速信号处理器、视听信号压缩与解压缩、调制解调器、数据存贮器、图象识别、语音识别等器件提出了新的要求。

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浅谈数字调制技术与地面数字电视广播论文

浅谈数字调制技术与地面数字电视广播论文

摘要： 我国地面数字电视广播的发展过程，离不开数字调制技术的支持。信号的接收与传输受很多不确定因素的干扰，对整个系统的稳定性造成了严重的影响。而地面数字电视广播正常的工作，需要保证其信号的产生及传输过程的科学合理性。数字广播信号的发送及相关频率的调制，都受到一些国际通用的标准协议约束。做好地面数字电视广播的整体工作，就必须对其中涉及的数字调制技术的相关原理进行必要的掌握。

关键词： 数字调制技术；地面数字电视广播；协议；信号

早期的电视广播一般采用的是模拟调制技术，这与信号本身的来源相关。随着通信技术研究范围的扩大，数字调制作为全新的通信技术手段，对于地面数字电视广播的发展，产生了深远的影响。数字调制技术与相关的解调技术是对应的。在实际的应用中，二者对于电视广播的作用也非常地明显。

1数字调制技术相关原理综述

数字调制技术的逐渐成熟，直接推动了我国地面数字电视广播的发展。而传输数据的主要方式包括单载波调制和多载波调制。这两种技术的主要内容也是数字广播系统的主要发展的方向。无论是串行的数据传输方式，或是并行，其中具有代表意义的数据帧作为特殊的符号，对于调制方式的选择具有决定性。这些数据帧只有通过调制的方式加载到载波上，才能形成一定频率的数字传输信号。在信号传输的过程中，存在着信道的概念。同时在载波的振幅与相位调制的过程中，也存在着符号映射的相关原理。所有已经标注的点代表着载波的振幅与相位，二者的关系属于正交。不同的坐标代表着载波振幅和相位的不同，对于研究数字调制技术具有重要的意义。由于载波的振幅与相位在实际的研究中基本将二者的关系近似为正交，平面坐标的分布上也呈现出一些规律性。因此，把这种载波相关参数的位置关系又称为星座的符号映射。在调制技术中，载波的振幅与相位随着波形的变化而变化，平面坐标的表示又是一一对应的关系，故成为映射关系。相位和和振幅都是衡量载波变化的主要技术参数，则将它们作为符号来模拟实际中波形的变化。因此，图1所有的标注都是具有特定的意义，称之为星座图的符号映射。单载波的调制方式主要的原理是指在载波波形变化的过程中，用符号帧代表一个完整的整体，所有不同的波形变化组成了一个符号帧。而这些符号的存在主要是为了表示调制过程中载波的技术参数变化。这些技术参数主要包括载波的幅度和相位。所有的符号依照串形的方式进行排列，最后形成了单载波。所谓的多载波主要是指所有符号组成的符号帧的过程中，每个子符号对应的载波不再是同一个载波。对应载波的不同，最后经过叠加方式的处理，形成了特殊的输出信号。

2我国地面数字电视广播相关技术标准综述

我国的地面数字电视广播的参考标准制定相对较晚，但也形成了一定的体系。它主要强调的是传输系统中信道编码及相关载波技术参数的参考标准。常见的有多载波传输方式及GB20600的数据帧结构。

2.1GB20600数据帧结构分析

GB20600中3个不同的帧体组成了对应的PN序列。这些帧体在传输系统中所用的传输时间各不相同。帧体中数据块所占用的时间大约为500微秒。不同PN的序列，导致信号帧所占用的时间也存在着很大的不同。对于传输系统的载波来说，这些技术参数的不同，对广播电视信号的接收与发射工作，造成了很大的影响。地面广播电视的传输系统，充分利用了数字调制技术的相关原理。对于其中涉及的帧头和帧体，在信道编码过程中所花费的'占用时间是不同的。

2.2多载波方式的相关原理

多载波的传输方式无论在结构上还是传输机制上，其相对的技术原理都比较复杂。它的帧体和帧头对应的符号数是不同的。一般由3780个符号数构成帧体部分，意味着3780个不同的载波发挥着各自的作用。对于我国的地面数字电视广播的传输系统来说，多载波技术的应用对于信号传输系统的稳定性，具有重要的作用。在多载波方式的传输机制中，PN序列对于整个信道的估计及抑制噪声的工作方面，具有显著的作用。无线信道的正常工作中，很容易受到噪声的影响，这对信号的传输非常不利。而相关的相位噪声必须通过相关的技术手段进行必要的抑制，这对整个信道的正常机制都造成了巨大的影响。其中保护间隔是多载波方式的显著特征，这对抗多径干扰的能力起着主要的作用。只有除去一些有效的数据，才有可能达到抑制噪声的最终目的。

3结束语

在现代通信的发展过程中，调制技术对于信号的传输起着至关重要的作用。载波的主要参数是指振幅和相位，这对研究地面数字广播有着重要的参考意义。数字调制技术对于整个系统稳定性的研究，都产生了深远的影响。只有了解和掌握数字调制技术的相关原理，才能更好地为我国的地面数字广播建设事业做出更多贡献。

参考文献:

[1]杨知行，王昭诚.下一代地面数字电视广播系统关键技术[J].电视技术，2011，（8）：22-27.

[2]白杨，冯景锋.地面数字电视广播单频网组网调制器实现关键技术[J].广播与电视技术，2011，（12）：50-53.

[3]李玲.QDPSK全数字调制解调技术研究[D].南京理工大学，2014.

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33、无线通信系统中的大规模MIMO关键理论及技术研究

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数字卫星通信技术

卫星在通信、广播、导航定位、遥感遥测、地球资源、环境监测、军事侦察、气象服务等方面体现出日益重要的价值。特别是在军事应用方面，已成为现代高技术条件下局部战争中保障通信指挥、控制和信息传递极为重要的手段，因此，不仅西方各军事强国，就连不少发展中国家对军事通信卫星也特别重视。近年来，卫星通信技术已进人数字化发展的阶段。

1.低速话音编码技术

在过去较长的一段时间内，32kbit/s的连续可变斜率增量调制(CVSD)编码技术在卫星通信系统中占据主导地位。随着通信容量的增加和频率资源的紧张，迫切需要低速率且高质量话音的低速话音编码技术。目前，低速话音编码技术已取得了突破性进展，相继出现了32kbit/s的自适应差分脉码调制(ADPCM)、低时延16/8/4.8kbit/s的码激励线性预测(CELP)、4.8/2.4kbit/s的多带激励(MBE)。特别是4.8/2.4kbit/s的MBE话音编码技术已在系统中使用，在4.8kbit/s速率上的话音质量已接近64kbit/s的PCM的长话质量，超过32kbit/s的CVSD的话音质量。采用低速率话音编码可以大大提高卫星通信质量。

2.先进信道编码技术

信道纠错编码技术也有很大发展，有先进的软判决维特比译码和双层级联码等。软判决维特比译码广泛应用于卫星通信终端，它可以使信道质量明显改善，在误码率为10“的条件下，其编码增益大于5.8dB。双层级联码(即外层用R-S码交织，内层用卷积码)能有效地纠正随机和突发错误，在码率为10-5时，其编码增益可达6？7dB。采用先进信道编码技术可以提高传输质量，并节省卫星功率。

3.格状编码调制(TCM)技术

卫星信道既是带宽和功率受限的信道，又是非线性信道，它需要具有已调载波功率谱密度比较集中的调制方式，因此，通常采用恒定包络制方式。在恒定包络制方式中，又广泛采用相位调制(PSK)方式。但是，相位调制方式存在非连续相位转移的缺点，为了克服这一缺点，获得更佳的性能，最新发展起来的格状编码调制是卫星系统中调制技术的发展趋势。格状编码调制是一种不牺牲带宽的有效性而提高功率有效性并与信道编码相结合的技术。目前，8PSK和16PSK的64kbit/s格状编码调制数字调制解调器已应用于卫星通信中，它与普通相位调制相比，在不增加带宽、不改变速度的条件下，可提高3？5dB的调制增益。

4.混合多址技术

对于数字卫星通信系统，时分多址(TDMA)适用于40Mbit/s以上速率的系统，而码分多址(CDMA)则在微型地球站VSAT卫星通信系统中广泛采用。TDMA在充分利用卫星转发器功率和机动灵活组网方面有很大的潜力，配合多波束天线，即可实现星上交换时分多址(SS-TDMA)方式；还有一类低速时分多址(LA-TDMA)方式，这种方式所需的全向有效辐射功率(EIRP)小，便于大规模集成电路的应用，成本低，斟而发展较快。

CDMA技术具有抗干扰、保密等优点，对军事通信系统有很大的吸引力，且有多种使用方式。时分复用/码分多址(TDM/CDMA)方式已在VSAT卫星通信系统中应用；直接序列扩频/跳频/码分多址(DS/FH/CDMA)是直接序列扩频与低速跳频混合的多址方式，具有信道容量更大、抗干扰能力更强等优点；随机分配码分多址(RA-CDMA)方式是把码分多址的优点与数据分组通信方式(数据传输和交换的动态分配技术ALOHA)的特点结合在一起，使信道通信容量和抗干扰能力进一步提高。

谈谈数字调制技术的使用

数字调制技术

数字电视必须使用3 项关键技术：提高传输频带利用率的多进制数字调制技术、对电视图像及伴音进行压缩编码的技术和提高数字电视传输可靠性的纠错编码等信道编码技术。现在广泛 使用的数字调制技术，如幅度键控（ASK）、移相键控（PSK）和移频键控（FSK）等，因传输效率低而无法满足数字电视和移动通信等高要求的现代通信系 统。本文介绍了抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的多进制数字调制技术及其应用。

1 常用多进制数字调制技术及应用

1.1 QPSK（四相相移键控）技术及应用

（1）QPSK技术

在相移键控(PSK)技术中，通过改变载波信号的相位来表示二进制数0、1，而相位改变的同时，最大振幅和频率则保持不变。例如，可以用两种不同相位的正弦信号分别表示0和1，用0°相位表示0，用180°相位表示1，这种PSK技术称为二相位PSK或2-PSK，信号之间的相位差为180°。

同 样，可以用4种不同相位的正弦信号分别表示00、01、10和11，例如，用0°相位表示00，用90°相位表示01，用180°相位表示10，用 270°相位表示11。这样每种相位的正弦信号可以表示两位二进制信息，信号之间的相位差为90°，这种PSK技术称为四相位PSK或QPSK，由于4个 相位与四进制的4个符号相对应，也称四进制PSK调制。因每种相位的正弦信号可以表示两位二进制信息，与2-PSK相比，其编码效率提高了1倍。

以 此类推，当不同相位的载波数为8、16……时,分别称为8-PSK（八进制PSK）、16-PSK（十六进制PSK）……，理论上，不同相位差的载波越 多，可以表征的数字输入信息越多，频带的压缩能力越强，可以减小由于信道特性引起的码间串扰的影响，从而提高数字通信的有效性。但在多相调制时，相位取值 数增大，信号之间的相位差也就减小，传输的可靠性将随之降低，因而实际中用得较多的是四相制（4-PSK）和八相制（8-PSK）。

（2）QPSK的应用

QPSK 广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视的上行传输。在卫星数字电视传输中普遍采用的QPSK调谐器可以说是当今卫 星数字电视传输中对卫星功率、传输效率、抗干扰性以及天线尺寸等多种因素综合考虑的最佳选择。欧洲与日本的数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调 制，我国也出现了采用QPSK调制解调的卫星广播和数字电视机。

要 实现卫星电视的数字化，必须在卫视传输中采用高效的调制器和先进的压缩技术，因为我国现行的PAL制彩色电视是采用625行/50场，其视频带宽5 MHz，根据4∶2∶2的标准，625行/50场的亮度信号(Y)的取样频率为13.5 MHz，每个色差信号(R-Y)和(B-Y)的取样频率均为6.75 MHz。当Y，(R-Y)，(B-Y)信号的每个取样为8 bit量化时，电视信号经数字化后的亮度信号码率为13.5×8=108 Mbps，色度信号的码率为6.75×8×2=108 Mbps，总码率为色亮码率之和，即216 Mbps，在现有的传输媒介中要传送这样宽带的数字电视信号是不可能的。

采用四相相移键控(QPSK) 调制之后，可把传输的带宽降到100 MHz左右，再使用电视图像及伴音压缩编码技术，常用MPEG-2（运动图像压缩编码标准），可以把数字电视信号中包含的冗余信息去除，即在保证接收端电 视图像质量的前提下，采用数字视频压缩技术，可以降低传送码率，使传送带宽减少，实现多路传输。目前，已经可以做到把216 Mbps速率的数字电视信号压缩到5 Mbps，使原来只能传送1路模拟电视的36 Mbps卫星转发器，现在可同时传送5路数字电视信号。这样，数字信号经码率压缩技术处理后，信号传输容量会得到数倍甚至数十倍的增加。

1.2 QAM（正交幅度调制）技术及应用