各个调制方式的效率

总第１９９期　２０１１年第１期　舰船电子工程　Ｓｈｉｐ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＶｏＩ．３１　Ｎｏ．１　８０　

不同调制方式下甚低频发射天线系统效率研究　

黄金辉　（Ｊｇ京西三环中路１９号北京１００８４１）　

摘要　以ＭＳＫ和（）（）Ｋ为例，通过分析码元速率、载频之间的相互变化关系，讨论在不同调制方式下的甚低频发射　天线系统效率。给出不同调制方式下，天线系统辐射效率随天线系统带宽与码元速率比值的变化情况。　关键词甚低频；辐射效率；匹配效率；涮制　中图分类号ＴＮ８２２’。．１　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｒａｄｉａｎｔ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｆｏｒ　ＶＬＦ　Ｔｒａｎｓｍｉｔ　Ａｎｔｅｎｎａ　

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｄｉｆｆｅｒ　Ｍｏｄｕｌａｔｅ　Ｍｏｄｅｌ　

Ｈｕａｎｇ　Ｊｉｎｈｕｉ　（Ｎｏ．１９　Ｘｉｓａｎｈｕａｎｚｈｏｎｇｌｕ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８４１）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ　ＭＳＫ　ａｎｄ　ＯＯＫ　ｓｉｇｎａｌ，ｄｉｓｃｕｓｓ　ＶＬＦ　ｔｒａｎｓｍｉｔ　ａｎｔｅｎｎａ　ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｃｏｄｅ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｍｏｄｅ１．Ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔ　ａｎｔｅｎｎａ　ｓｙｓ—　ｔｅｍ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈａｔ　ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ａｎｔｅｎｎａ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｔｏ　ｃｏｄｅ　ｓｐｅｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ＶＩ　Ｆ，ｒａｄｉａｎｔ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｃｌａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　ＴＮ８２２　．１　

１￣ＪＩ－ｇ　的参考。　

甚低频天线系统效率一般指输入信号为单频　信号谐振时的效率，仅反映谐振时的天线损耗特　

频谱效率

频谱效率（Spectral efficiency、Spectrum efficiency）是指在数位通信

系统中的带宽限制下，可以传送的资料总量。在有限的波频谱下，物理层通信协

议可以达到的使用效率有一定的限度。

 链路频谱效率

数字通信系统的链路频谱效率（Link spectral efficiency）的单位是

bit/s/Hz，或(bit/s)/Hz（较少用，但更准确）。其定义为净比特率（有用信息

速率，不包括纠错码）或最大吞吐量除以通信信道或数据链路的带宽（单位：赫

兹）。调制效率定义为净比特率（包括纠错码）除以带宽。

频谱效率通常被用于分析数字调制方式的效率，有时也考虑前向纠错码（forward

error correction, FEC）和其他物理层开销。在后一种情况下，1个“比特”特指

一个用户比特，FEC的开销总是不包括在内的。

例1：1kHz带宽中可以传送毎秒1000bit的技术，其频谱效率或调制效率均为1

bit/s/Hz。

例2：电话网的V.92调制解调器在模拟电话网上以56,000 bit/s的下行速率和

48,000 bit/s的上行速率传输。经由电话交换机的滤波，频率限制在300Hz到

3,400Hz之间，带宽相应为 3400 − 300 = 3100 Hz 。频谱效率或调制效率为

56,000/3,100 = 18.1 bit/s/Hz（下行）、48,000/3,100 = 15.5 bit/s/Hz（上

行）。

使用FEC 的架空调变方式可达到最大的频谱效率可以利用标本化定理来求

得，信号的字母表(计算机科学)利用符号数量M来组合、各符号使用 N = log2 M

bit来表示。此情况下频谱效率若不使用编码间干涉的话，无法超过2N bit/s/Hz

的效率。举例来说，符号种类有8种、每个各有3bit 的话，频谱效率最高不超过

6 bit/s/Hz。在使用前向错误更正编码的情形时频谱效率会降低。比如说使用1/2

高阶调制原理及应用

高阶调制原理是指利用信号的幅度和相位来携带信息，以实现更高的传输效率和可靠性。高阶调制可以有效地缓解传输信道的带宽矛盾，提高信道的利用率。在数字调制方式下，一个码元通常携带1bit的信息，而高阶调制方式下，幅度和相位都携带信息，使得一个码元可以携带更多的信息。例如，16QAM或16APSK中，一个码元可以携带4bit的信息，大幅提高了信道的利用率。

高阶调制的应用场景主要取决于传输性能和容量需求。在长距离通信场景中，如超长距场景（>1500km），QPSK是一种常见的调制方式。在准长距场景（600\~1500km）中，QPSK和8QAM都是常见的选择。在城域场景（600km）中，16QAM是常用的调制方式。在DCI场景（100km）中，64QAM等高阶调制方式被广泛应用。

在卫星数据传输系统中，高阶调制解调技术是核心之一，是制约卫星高速数据传输系统研究的瓶颈。在我国未来的遥感卫星数据传输系统以及非透明的通信转发器系统中，高阶调制解调技术将有十分广阔的应用前景。

以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅通信工程相关书籍或咨询专业人士。

单载波调制和OFDM调制

单载波的调制：

单载波的调制就是采用一个信号载波传送所有的数据信号。无线信道的多路径散射会造成相邻符号之间的干扰，就是我们常说的符号间干扰（ISI）。如果这一信号使有用信号恶化，影响到射频信号的正确解调，那么有两种方法来解决：

一种是在接收机端采用均衡器来消除ISI干扰，可以达到接近OFDM调制的误码率。

另一种是采用分集天线的方式可以有效地消除这种干扰，即采用两个不同方向的天线来进行接收。对于3.5G的频段，在城市的覆盖区中，不同天线接收的信号必须将延迟均方根值速度限制在1us或者更少，尽量减少延迟速度大于10us的信号的比例。对于这些延迟速度的值，本地时间均衡器提供一个简单的解决方法。按照这种方式，单载波系统能够与OFDM调制方式提供相同的误码率。

时分单载波处理系统提供很大的灵活性，因为发射的数据包能被动态调整到恰当的长度，而最小数据包的长度上没有限制。如果需要，很小长度的数据包都能够被处理，如短的确认信号等。这种方式相对于以数据块交换的系统如OFDM有着更高的传输效率和更低传输延迟的优点。

单载波调制的其它关键优势：

单载波避免了多载波系统的在各相位相同时的最大瞬时电功率与平均电功率的比值（PAPR）很大的问题，这样在设计中可以采用更经济高效的功率放大器，技术更成熟，系统的稳定性更高。

单载波系统对频率偏移和相位噪声要求相对于OFDM系统要低得多。

对于突发的点对多点的通信系统，单载波的调制方式能够使频率和时间同步设计变得更加简单，同时提高了系统的稳定性。

OFDM 调制：

OFDM调制方式是一种多载波调制方式，这种方式将一个载波分为许多个带宽较窄的次载波，这些次载波相互正交，采用快速傅立叶变换将这些次载波信号进行编码。

次载波频分器将信号反转，使之正交，对于n个次载波，每一个次载波的符号速率被载波调制器分为整个符号速率的1/n，这使得调制后符号速率长于多经延迟从而减少符号间干扰（ISI）。但是还是需要均衡器来纠正次载波的相位和增益。OFDM系统的复杂性在于同时发射端和接收端进行傅立叶变换。