基带传输系统应用.docx

基带调制系统在实际中的应用作者：李阳，云成龙，杨涛，袁嫣妍，严建炜摘要：介绍了基带调制系统的概念。介绍了基带调制解调器与频带调制解调器的特点和区别, 常用基带调制解调器的编码方式及基本原理, 以及调制解调器今后的发展。基带调制器是航天测控地面站系统的重要组成单元，基带调制技术是航天测控技术的一个分支。介绍了基带调制技术的概况，从硬件平台的角度描述了基带调制技术的发展历程，展望了其发展方向。关键词：基带调制 基带传输 编码方式 航天测控系统 综合基带正文：一基带调制的概念通信系统的调制分为基带调制和带通调制。基带调制不同于带通调制需要与载波相乘，而仅仅对基带信号的波形进行变换使它能够与信道特性相适应，变换后仍为基带信号。基带信号来自信源，往往包含较多的低频成分甚至直流成分。许多信道并不能传输这种低频成分和直流成分，因此需要进行调制。基带调制是一种数字通信处理的基带处理方式，包括PSK相位调制，PAM幅度调制，FSK频率调制等等调制方法。PCM、DPCM、DM等调制，确切的说是信源编码的方式，不属于一般所说的基带调制。而PSK、FSK虽然都是带通信号，但转为基带处理就都可以看作基带信号。基带调制后的信号仍然是数字信号而不是模拟信号，也就是码型变换。基带调制完毕通过上变频到射频进行发射。二基带传输的原理对于基带传输我们并不陌生，在用户电报中从电报机房到用户的单流或双流传输就是最简单的基带传输，也就是将电报信号直接（用单流）或经过简单变换（单/ 双流转换）后经线路传输到收端。单流（数据通信中称为“单极不规零信号”）的功率频谱所示，频带范围是从零频一直到无穷大，要想无畸变地传输到对方去，要求传输频带无穷大使基频及其高次成分都能通过；还要求传输频带内的幅频特性一致使频谱成分的比率关系经传输不变，也要求群时延特性为一恒定值（也就是相位特性为一条直线），使频谱成分的相位关系经传输没有变化。然而实际应用的传输信道（基带传输用市话电缆线路，市话电缆的幅频特性和群时延特性）是无法满足上述要求的，第一，传输信道不可能有无穷大的带宽。第二，信道的幅频特性和群时延特性不是理想的。这样接收的波形就要产生失真，也就是不再是脉冲形状，对于50 以致100 波特的低速电报来说这个失真还可以在允许的范围之内，但是对于19.2、64和768kb/ s等中高速数据通信将无法识别接收的信号了，所以在数据的基带传输中就要采用一些复杂的技术措施，这些措施有： 简单的单极性或双极性信号是无法满足要求的,因此要用编码器改变信号的频谱结构以利于传输和时钟的提取. 由于电报速率很低, 市话电缆的频带足以传输它的基频及其主要高次成分.但当传输中、高速数据时, 要传输基频及其高次成分就要求具有非常宽的频带, 这是市话电缆所无法提供的;如果只传输基频又会带来严重的失真.经分析, 如果选择符合一定要求的低通滤波器是可以既只传输了基频又能使接收端经取样后能正确地恢复所发的数据信号. 对市话电缆的幅频特性和群时延特性的不理想而引起的失真, 在基带调制解调器中采用了时域的自动均衡器可以予以解决. 一般来说, 用二线只能半双工传输, 全双工传输需用四线.有的基带调制解调器使用了回波抵消技术实现了二线全双工传输.三测控方向的应用近几十年，随着国力和科学技术水平的提高，我国的航天事业得到了高速发展。航天测控系统是任何空间活动不可或缺的一个重要组成部分，负责对航天器进行跟踪、测量、监视、控制。综合基带是航天测控系统的主干设备，它是指将中频调制、遥控、中频接收、测距、测速、遥测、数传、及跟踪等众多功能有机地综合在一起的终端设备，也称统一基带设备，它的产生和发展是技术进步的必然趋势。几十年来，基带设备经历了多个阶段的发展：从分散式终端到“小型化、系列化、模块化”综合基带，从单一工作模式基带到多模式可重组基带。基带调制器是综合基带设备的重要组成单元之一，主要完成中频调制、遥控、测距上行信号产生，及多种模拟源等功能。基带调制技术是指产生各种测控上行信号及基带设备调测所需的多种模拟源信号，并将其调制到载波上的技术。基带调制技术主要包括DDS、信道编码、调制方式、PN码产生、遥控及自检比对等多方面的内容，比如调制方式包括PM、FM、AM、PSK、FSK等，并不断有新的调制技术应用到基带设备中。基带调制器按功能及应用主要分为标准TT&C调制器、扩频TT&C调制器、基带模拟源等几大类，下面对这几类基带调制技术的应用进行分析。四基带模拟源概念在基带设备中为配合接收机单元的调试和测试，需要多种功能的模拟源，包括遥测模拟源、跟踪接收模拟源、数传接收模拟源等。在现代航天通信系统中，卫星或载人航天器的各种图片、图像等数字信息经载波调制后再送往信道、天线传输，地面的测控系统接收并解调恢复出数字信息。在业务测控系统中，中高速数传接收基带一般只接收，不需要发射上行信号。为配合数传接收机调测，基带中需要配置数传模拟源。数传模拟源将计算机产生的基带模拟源信息进行信道编码、成形滤波后，对载波完成PSK调制，再送数传接收机调测。信道编码的作用是在信息序列中人为地按一定规则加入多余码元，使接收端能发现传输错误和纠正错误，提高数字通信的可靠性，增强抗干扰能力。常用的信道编码方式包括卷积编码、RS编码等。成形滤波的作用是减少中高速基带信息的码间串扰、可用升余弦滚降滤波器实现。五基带调制技术发展历程传统的测控系统终端由独立的测距、测速、遥测、遥控等终端组成。每个终端有各自的微机管理、显示和人机接口，对外接口形式各种各样，甚至还有各自的监控台，使得测控站的基带设备结构分散，体积庞大，资源重复，接口复杂，电磁兼容能力差，工作协调困难，维护、使用很不方便。综合化是电子系统的发展方向，在传统的测控系统终端技术基础上，将遥测、遥控、数传、测距、测速、中频接收机及中频调制器进行统一设计，构成综合基带设备。第一代综合基带的特点：集遥测、遥控、测距等功能于一体，实现基带信号的中频调制、视频接收处理及全透明数据传输。第二代综合基带的特点：将各种测控终端和收发中频单元进行综合设计，利用一个总线平台（ISA总线）统一进行信息处理、监控和显示，接收端和发射端均采用中频70MHz统一接口，各种测控数据采用全透明方式传输，通过以太网与站机或通过DTE与中心进行信息传递，接受站监控台或中心的远程控制。这一代综合基带结构上利用计算机总线平台，将70MHz以下的全部处理集中于该机箱内，1个功能1块印制板，通常包括中频调制器、中频接收机、角跟踪接收机、引导接收机、测距、测速、遥测、遥控等功能。第三代综合基带的特点：包括第二代综合基带的全部功能，采用CPCI总线平台，将70MHz以下全部收发处理集成到2块CPCI结构的标准板卡内，1块作上行信号处理：完成遥控、测距信号产生、中频调制等功能；另1块作接收信号处理：完成中频主接收机、角跟踪接收机、引导接收机、测距、测速、遥测等功能。第四代综合基带的特点：又称软件化综合基带，采用软件无线电技术实现。通用基带平台采用标准化、模块化设计，主要由基带接口板、信号处理板、基带计算机等组成。信号处理板为通用硬件板，用FPGA和DSP芯片共同完成各种信号处理。所有电路、算法以FPGA配置程序、DSP程序文件和计算机应用程序形式保存在计算机中，当系统改变任务时，只需将相应用途的配置程序从计算机文件系统通过总线加载到FPGA或DSP中，调用相应用途的计算机处理软件模块，即完成整个系统的任务转换。六未来展望综上所述，基带调制技术正朝多模式、多目标、多调制体制、多编码方式、软件化、高数据速率及高载波频率的方向发展，同时必须具备优异的抗干扰、保密及可扩展性能。随着我国航天事业的蓬勃发展，基带调制