高帶寬效率數(shù)字調(diào)制及其在深空通信中的應(yīng)用

　　在傳輸遙測、遙控?cái)?shù)據(jù)的傳統(tǒng)調(diào)制方法中，各空間機(jī)構(gòu)通常采用多副載波用來分離不同類型數(shù)據(jù)并確保射頻（RF）載波和被調(diào)制數(shù)據(jù)的頻譜互相不重疊。但是，副載波調(diào)制存在很多缺點(diǎn)，如使得飛行器更加復(fù)雜，調(diào)制/解調(diào)過程中存在額外損耗。另外，從本書的觀點(diǎn)來看，最重要的一點(diǎn)是副載波要占用大量帶寬。用正弦載波代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方波副載波雖然能夠減少占用帶寬，但并不是所有空間探測任務(wù)都能接受這種解決方案。在數(shù)字通信發(fā)展的早期（20世紀(jì)60年代至70年代），由于數(shù)據(jù)傳輸率低，而且僅需要少量的數(shù)據(jù)通道（副載波），帶寬占用并不構(gòu)成任何問題。因此，當(dāng)時(shí)并沒有設(shè)法限制帶寬占用。然而，隨著任務(wù)日益復(fù)雜，射頻頻譜變得越來越擁擠，數(shù)據(jù)速率不斷增長，因而所需的副載波頻率（或者說占用帶寬）也相應(yīng)地增加，與此同時(shí)還更易受到不同飛行器的干擾。甚至有觀點(diǎn)認(rèn)為基于副載波的調(diào)制方法已不再可用。幸運(yùn)的是，在這一時(shí)期已經(jīng)研究出多種改進(jìn)的高帶寬效率調(diào)制方法。這些方法直接對載波進(jìn)行調(diào)制，并配合改進(jìn)的數(shù)據(jù)格式編排（如分包傳送幀遙測），從而在不需要副載波的情況下，解決了多信道分離問題。將分包遙測格式和任意一種直接調(diào)制方法結(jié)合，并對后者加上頻譜脈沖整形，就能以相對較小的帶寬傳送高數(shù)據(jù)速率信息。本書的目的是定義、說明和展示上述各種高帶寬效率調(diào)制數(shù)字通信系統(tǒng)的性能（功率和帶寬）。除了考慮這些系統(tǒng)的理想性能之外，我們還論及諸如調(diào)制器和相位不平衡、載波不完全同步和發(fā)射機(jī)非線性等實(shí)際發(fā)射機(jī)和接收機(jī)特性條件下的通信系統(tǒng)性能。在這些實(shí)際條件下，如果發(fā)射機(jī)要以高功率效率運(yùn)行，即功率放大器工作在飽和或接近飽和的條件下，就需要采用恒包絡(luò)調(diào)制。這些實(shí)際約束還限制了可以考慮采用的調(diào)制方法的種類，反過來也就限制了所能實(shí)現(xiàn)的頻譜占用量和功率效率。如果放寬恒包絡(luò)的條件（這樣發(fā)射機(jī)線性增加，但其功率放大器效率下降） ，那么對功率和帶寬效率的限制將放寬到奈奎斯特型信號(hào)的極限，該信號(hào)理論上是嚴(yán)格帶限的，并能達(dá)到最高功率效率。由于調(diào)制的包絡(luò)（更準(zhǔn)確地說是瞬時(shí)振幅）波動(dòng)與可達(dá)到的功率和帶寬效率之間固有的折中關(guān)系，我們在寫作本書時(shí)選擇能夠清晰反映該問題的方式。具體來說，我們首先討論嚴(yán)格的恒包絡(luò)調(diào)制，然后逐步考慮包絡(luò)波動(dòng)越來越大的調(diào)制，最后討論包絡(luò)為嚴(yán)格帶限（奈奎斯特型）的信號(hào)調(diào)制。順著該思路，我們分析了一些在近些年獲得相當(dāng)多好評的準(zhǔn)恒包絡(luò)調(diào)制方法，這些方法可使上述功率和帶寬之間的折中取得一個(gè)較好的平衡。最后，應(yīng)該指出的是，盡管本書竭力涵蓋在本領(lǐng)域已發(fā)表的大部分文獻(xiàn)，但集中介紹的還只是JPL所取得的研究成果。因此，我們向讀者提供的這份文獻(xiàn)并不是一份包括一切關(guān)于高帶寬效率調(diào)制的論文集，旨在集錦眾多NASA資助下的深空通信系統(tǒng)有關(guān)任務(wù)中的許多技術(shù)成就。我們希望本書除了具有知識(shí)性之外，還能為未來的工程師帶來靈感，以繼續(xù)完成這項(xiàng)由JPL創(chuàng)始的偉大事業(yè) 。

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