數字信道化技術中ADC的性能分析

摘要：在衛星通信系統中，數字信道化技術的應用越來越廣泛，而模數轉換器(ADC)作為數字信道化器前端不可缺少的一部分起著至關重要的作用。基于ADC基本原理和性能，仿真分析了在ADC量化位數不同的條件下，ADC對數字已調信號解調性能的影響。
關鍵詞：衛星通信；數字信道化；模數轉換器

0 引言
當今，通信技術飛速發展。由于數字通信具有抗干擾能力強、信道差錯可通過編碼控制、通信設備易于集成化、易于對信號進行加密處理、易于與各種數字終端實現對接等特點，數字通信技術發展勢頭強勁。在衛星通信領域亦是如此，早期的衛星轉發器基本上都是采用透明轉發器。隨著衛星通信技術軟硬件的不斷發展更新，星上處理轉發器逐漸得到人們的青睞，尤其在軍事活動中應用較為廣泛。作為數字設備前端不可缺少的重要器件，模數轉換器(ADC)在衛星有效載荷的應用中發揮著至關重要的作用，它將中頻模擬信號轉變為可進行各種處理的數字信號。在某種程度上說，ADC的性能好壞直接影響著星上處理轉發器性能的發揮。因此，研究ADC對多路數字已調信號性能的影響具有重要的理論和現實意義。

1 信道化技術
信道化，簡單地說，是指通過指定信道對通信實施管理的過程，進而可以指采用多信道傳輸數據的結構。信道化技術可以將同時輸入的不同頻率信號分開，在不同的信道內處理，以達到同時處理多個信號的目的。在衛星通信系統中，數字信道化技術是一種運用數字信號處理方法實現對多路信號靈活處理交換的技術，該技術可以在傳統透明轉發器下用模擬濾波器和中頻交換矩陣實現對信號的處理交換，它融合了透明轉發器和處理轉發器的優點，是一種新型的星上信號處理技術。
衛星通信中的數字信道化技術大致可分為三個步驟：第一，模擬信號和數字信號之間的轉換，包括模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DA C)；第二，信號的解復用和復用；第三，星上處理，包括數字子信號的處理和交換等過程。模數轉換和數模轉換是數字信號處理的前提，也是信道化技術發展必須解決的首要問題。實現數字信道化的方法很多，綜合起來有以下幾種：解析信號法、多相／離散傅里葉變換(PDFT)法、頻域濾波(FFT濾波)法、樹型濾波器組(多相濾波器)法等。實現數字信道化技術的星上設備稱之為數字信道器，如圖1所示。其中LNA表示低噪聲放大器，HPA表示高功率放大器，DC表示下變頻器，UC表示上變頻器，ADC表示模數轉換器，DAC表示數模轉換器，MCD表示多路信號分離器，MCM表示多路復用器，OBP表示星上處理。

2 數字信遒化器中ADC的性能分析
2．1 模數轉換器
模數轉換器(ADC)，是實現將連續的模擬信號轉換為時間離散、幅度離散的數字信號的器件。ADC在軟件無線電、數據的監控采樣等方面應用十分廣泛，發揮著重要的作用。一般的ADC包括四個主要部分：(1)防混疊濾波器：用于濾除可通過采樣而混疊進入信號帶寬內的其它信號和干擾；(2)采樣保持器：在數字化期間，保持輸入信號不變；(3)量化編碼器：在采樣保持的基礎上，將模擬電壓轉換為數字電壓；(4)數字緩存器：對待輸出信號進行緩存并輸出信號，減輕后續器件的處理能力。ADC的基本結構如圖2所示。ADC與接收機有關的重要參數還包括：量化比特位數、量化噪聲、最大采樣頻率、最大輸入功率和滿量程輸入范圍等。