0 引言

隨著通信事業(yè)的發(fā)展,，信息傳輸量日益增加,，無論公用通信網(wǎng)還是專用通信網(wǎng)，通信的業(yè)務量都在迅猛增長,，紅外和光系統(tǒng)已出現(xiàn)局限性,，微波頻譜也已經(jīng)非常擁擠，面臨這樣的局面,，毫米波" title="毫米波">毫米波通信以其得天獨厚的優(yōu)點得到各個領域的廣泛應用,。

毫米波波長短，其設備體積小,、重量輕,、耗電小、機動性好,，在同樣口徑天線下,，短波長的毫米波能實現(xiàn)窄波束,、低副瓣，因而在目標跟蹤和識別上能提供極高的精度和良好的分辨率,，同時窄波束還可提高系統(tǒng)的隱蔽性和抗干擾能力,。可通過構建基于軟件無線電原理的毫米波通用硬件平臺將其系統(tǒng)化,，而基于軟件無線電原理的毫米波硬件平臺,，要求系統(tǒng)的各個組成部分具有可編程、靈活以及小型化的特點,。在最大程度上實現(xiàn)該硬件平臺的開放性,、數(shù)字化、標準化和可編程化,。數(shù)字上變頻和下變頻技術是構建毫米波通用硬件平臺的關鍵技術,。基于此,，本文給出一種兩次變頻法的毫米波發(fā)射端" title="發(fā)射端">發(fā)射端上變頻方案,，并利用Altera公司的Cyclone系列EP1Cl2F324完成基帶數(shù)字信號處理，實現(xiàn)對AD9-857的控制,，在數(shù)字域完成基帶數(shù)字信號的內(nèi)插濾波,、正交調(diào)制、D／A變換等功能,，實現(xiàn)70 MHz中頻載波上的QDPSK調(diào)制,。

1 毫米波發(fā)射機

發(fā)射機是毫米波通信設備中的重要組成部分，其作用是將已調(diào)波經(jīng)過變頻,、放大,、濾波等處理后，輸送給天饋系統(tǒng),，發(fā)向通信對方或轉(zhuǎn)發(fā)中繼站,。發(fā)射機的變頻方案可分為兩種：直接變頻法和兩步變換法。直接變頻法是將調(diào)制和上變頻合二為一,，在一個電路里完成,；兩步變換法是將調(diào)制和上變頻分開，先在較低的中頻上進行調(diào)制,，然后將已調(diào)信號上變頻到較高的載頻上(毫米波頻率),。
直接變頻法雖然簡單，但由于其承受功率限制,，電路不能有效地提供足夠的輸出功率和較大的動態(tài)范圍,，并且其他諧波的電平會遠高于所需的信號，對濾波器和放大器的要求也非常高,。兩步變換法可減弱直接變頻法的缺點,，并且對載波適應性強,，頻率靈活性好，合理的頻率配置可有效地抑制各種雜散和變頻過程中產(chǎn)生的諧波,、交調(diào)分量,，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。本方案采用兩步變換法,，又由于
系統(tǒng)工作在毫米波頻段,，其工作頻率比較高，采用二次或多次的變頻方案,。

本設計要將70 MHz的信號上變頻到31 GHz輸出,，考慮到經(jīng)過功率放大后的強發(fā)射信號泄漏對發(fā)射機性能指標將造成影響，并且此時采用濾波器來提取輸出信號非常困難,，代價昂貴,，因此采用兩次變頻的方法，將中頻信號調(diào)制后上變頻到毫米波頻段,。設計方案如圖1所示。

圖1中,，基帶信號經(jīng)中頻調(diào)制" title="中頻調(diào)制">中頻調(diào)制后得到70 MHz的中頻信號,，中頻信號經(jīng)中頻放大和低通濾波后與2．93 GHz混頻得到3 GHz，再將3 GHz與29 GHz混頻得到31 GHz,，即利用混頻上變頻到毫米波頻段,。其中帶通濾波器用于抑制邊帶噪聲及倍頻產(chǎn)生的干擾，射頻放大器用于補償倍頻損耗,。對于第一本振為獲得較高的頻率穩(wěn)定度,、相位噪聲指標和頻率分辨率，可采用混頻鎖相法設計,。對于第二本振,，由于其頻率達到29 GH- z，接近毫米波頻段,，可采用微波鎖相,，然后再倍頻的方案實現(xiàn)。

2 中頻調(diào)制方式選擇

毫米波信道一般為非線性信道,。主要是以數(shù)字恒包絡調(diào)制為主,，非恒包絡調(diào)制信號或多載波信號經(jīng)過毫米波非線性信道時，將導致頻譜擴展或產(chǎn)生交調(diào)失真信號,。帶內(nèi)失真分量會干擾調(diào)制信號,，產(chǎn)生矢量偏差，影響調(diào)制精度,，使接收解調(diào)時的誤碼率增加,；帶外失真分量則會干擾鄰近的信道,。同時由于毫米波的功率放大技術成本較高，功率輸出有限,，毫米波信道是屬于功率受限型,，在接收端應采用相干解調(diào)技術。因此在選擇適合毫米波通信信道的調(diào)制方式時,，要注意以下幾點：

(1)要注意它與系統(tǒng)在信噪比方面的匹配度,，要盡量使用在相同信噪比的條件下，具有較低誤碼率的調(diào)制方式,，同時要考慮其頻帶的利用率,；

(2)要考慮其在非線性信道上性能的惡化量，要盡量使用恒包絡調(diào)制方式,；

(3)要分析其抗衰落的性能并考慮采用適當?shù)拇胧┯枰匝a償,。

數(shù)字通信系統(tǒng)中主要有ASK，F(xiàn)SK和PSK三種基本的調(diào)制方式,，對目前常用的調(diào)制解調(diào)方式進行性能比較,，可得出，在調(diào)制方式的實現(xiàn)方面,，2PSK／2DPSK設備簡單,、抗干擾能力強，對衰落信道和非線性信道的適應能力強,，但頻譜利用率不高,。2FSK設備簡單，對衰落信道和非線性信道的適應能力強,，但其頻譜利用率和抗干擾能力都比2PSK／2DPSK差,。4PSK／4DPSK的頻譜利用率是2PSK／2DPSK的兩倍，抗干擾能力與后者一樣,。設備復雜程度只有少許增加,，對衰落信道的適應能力適中，對信道的線性指標要求也不太高,。8PSK與4PSK／4DPSK相比,，具有更高的頻率利用率，但設備復雜程度有所增加,，對信道的衰落和失真特性也比后者敏感,，需要采取一定措施來改善性能。

在抗噪方面,，PSK性能最好,、DPSK次之，其三是FSK，而ASK性能最差,。但是,，PSK系統(tǒng)的性能雖然優(yōu)于DPSK系統(tǒng)，可它容易出現(xiàn)“相位模糊”,。從系統(tǒng)的頻帶利用率來看,，PSK和ASK比FSK占據(jù)更窄的信道帶寬，即PSK和ASK更有效,，所以從抗噪聲性能和提高信道帶寬利用率角度來看,，PSK是所有二進制鍵控方式中最優(yōu)的一種。

通過以上分析,，由于QDPSK的頻譜利用率高于BPSK等方式,，而抗噪聲性能要高于8PSK，16QAM等,，且工程實現(xiàn)簡單,，成本較低，因此本設計選用QDPSK調(diào)制方式,。