數(shù)字信道化技術(shù)中ADC的性能分析
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星上數(shù)字信道化技術(shù)具有極大的靈活性和較高的通信容量，這一切都要?dú)w功于所有的處理過(guò)程都是在數(shù)字域進(jìn)行的。數(shù)字信道化器前端的ADC將接收到的中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。因此，數(shù)字信道化器前端的ADC對(duì)于整個(gè)數(shù)字信道化器功能的實(shí)現(xiàn)和性能的發(fā)揮具有重要作用。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，上行鏈路的射頻信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)后進(jìn)入ADC，ADC輸出的數(shù)字信號(hào)用于信道化、交換等后續(xù)處理。為了防止采樣后頻譜混疊，無(wú)失真地重構(gòu)原信號(hào)，ADC的采樣速率至少是接收信號(hào)帶寬的兩倍。這就要求ADC滿足高速、高精度和大的線性范圍的要求。其次，ADC的非均勻量化產(chǎn)生的量化噪聲也會(huì)引起信號(hào)失真；并且，當(dāng)輸入信號(hào)是一系列數(shù)字已調(diào)信號(hào)時(shí)，ADC可能產(chǎn)生寄生信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)的瞬時(shí)幅值超過(guò)量化器的最大線性范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)剪切效應(yīng)。通過(guò)功率控制，理論上可以控制輸入信號(hào)的功率使其不超過(guò)量化器的最大線性范圍，但是實(shí)際信號(hào)具有隨機(jī)性以及夾雜著隨機(jī)干擾信號(hào)，使得量化器的剪切效應(yīng)不可避免。因此，ADC的性能直接影響著后續(xù)信道化處理，也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信道化的重要制約因素之一。
2．2 ADC對(duì)數(shù)字已調(diào)信號(hào)的影響
ADC將中頻模擬信號(hào)數(shù)字化后，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)信道化、交換等各種處理功能。一方面，在數(shù)字域?qū)π盘?hào)進(jìn)行的處理、交換，可以采用大量集成度高的數(shù)字設(shè)備，減輕衛(wèi)星有效載荷的重量，使其運(yùn)行更加靈活、高效；另一方面，這種系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生寄生信號(hào)，寄生信號(hào)可能來(lái)自ADC、頻率綜合器和數(shù)字信號(hào)處理器部分的其它子系統(tǒng)。寄生信號(hào)的存在會(huì)嚴(yán)重惡化通信系統(tǒng)的性能。另外，ADC本身固有的特性也會(huì)不可避免的產(chǎn)生量化噪聲。文獻(xiàn)對(duì)此做了詳細(xì)的分析。
寬帶全球衛(wèi)星系統(tǒng)(WGS)是美軍新一代的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)，其星載有效載荷上采用了許多先進(jìn)技術(shù)，其中就包括星上數(shù)字信道化技術(shù)。WGS衛(wèi)星上的數(shù)字信道器將4．875GHz的瞬時(shí)可交換帶寬劃分為39個(gè)獨(dú)立的信道，每個(gè)信道125 MHz，此信道又可劃分為48個(gè)2．6 MHz的子信道，從而形成1 872個(gè)帶寬為2．6 MHz的子信道。每個(gè)獨(dú)立子信道的帶寬可以從2．6 MHz等帶寬地?cái)U(kuò)展到125MHz。WGS數(shù)字信道化有效載荷與傳統(tǒng)的透明轉(zhuǎn)發(fā)器不同：傳統(tǒng)透明轉(zhuǎn)發(fā)器僅僅對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行濾波、變頻和放大，并不對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理交換等過(guò)程。數(shù)字信道化有效載荷與再生式處理轉(zhuǎn)發(fā)器也不相同：再生式轉(zhuǎn)發(fā)器要對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼、解調(diào)處理，恢復(fù)出原始信號(hào)流，轉(zhuǎn)發(fā)器對(duì)其進(jìn)行一定處理后，重新編碼、調(diào)制、放大后送入下行信號(hào)。而WGS數(shù)字信道化有效載荷在數(shù)字域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，交換前后并不對(duì)信號(hào)進(jìn)行編譯碼和解調(diào)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)方式更加靈活，是一種新型的透明數(shù)字彎管轉(zhuǎn)發(fā)器。
假設(shè)ADC的輸入信號(hào)為N路數(shù)字已調(diào)信號(hào)之和，仿真分析中采用的調(diào)制方式為正交相移鍵控QPSK，在沒(méi)有干擾和噪聲的情況下，ADC的輸入信號(hào)可表示為：
其中，Ai表示調(diào)制載波的幅度，fi表示調(diào)制載波的頻率，θid表示第i個(gè)信號(hào)的數(shù)據(jù)相位調(diào)制，φi表示調(diào)制載波的初相位，θid=(2n+1)π／4，n=0，1，2，3。
根據(jù)圖1的信道模型，利用MATLAB 7．4．0軟件仿真了多路相同帶寬、相同功率的QPSK信號(hào)通過(guò)不同量化位數(shù)的ADC后的比特誤碼率性能，6路信號(hào)仿真參數(shù)設(shè)置如下：載波的頻率分別取200 Hz、500 Hz、800 Hz、1 100 Hz、1 400 Hz、1700 Hz，載波的幅度為1，信號(hào)帶寬為200Hz，信號(hào)保護(hù)間隔為100 Hz；圖3繪出了6路信號(hào)的頻譜圖。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/155314.htm
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