移動衛(wèi)星通信調(diào)制技術(shù)

移動衛(wèi)星通信調(diào)制技術(shù)

衛(wèi)星移動通信信道編碼和調(diào)制技術(shù)的研究是當(dāng)前國際上衛(wèi)星通信的熱門課題。傳統(tǒng)的信道技術(shù)設(shè)計是折衷帶寬
利用率和功率效率的二維設(shè)計考慮，隨著新近的超大規(guī)模集成（ＶＳＬＩ）數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，使得在處理
復(fù)雜度上的限制越來越小，所以當(dāng)前的設(shè)計是在處理復(fù)雜度、頻帶利用率和功率效率之間采取三維方式折衷，
這就使得在設(shè)計時可以充分利用可行的復(fù)雜度來換取帶寬和功率的好處。先進的信道調(diào)制解調(diào)、編譯碼技術(shù)已
用于通信的許多領(lǐng)域（如地面數(shù)字移動網(wǎng)和衛(wèi)星接收機等），隨之帶來通信系統(tǒng)中越來越好的性能。關(guān)于衛(wèi)星
移動信道的調(diào)制、編碼的幾個發(fā)展方向?qū)⒃谙旅孀骱喴�介紹。 

１．采用先進復(fù)雜的調(diào)制體制 

目前對衛(wèi)星移動通信的調(diào)制方式研究主要有兩種，即擴頻調(diào)制技術(shù)和窄帶調(diào)制技術(shù)。擴頻調(diào)制特點有：信號質(zhì)
量好，擴頻碼分多址為頻率再利用和多址訪問提供了有效的綜合解決能力，網(wǎng)絡(luò)帶寬效率是窄帶的２～４倍。
但也有明顯的缺點：在給定頻率帶寬條件下，限制了用戶峰值傳輸速率；存在動態(tài)功率控制、碼同步等問題，
目前關(guān)于擴頻調(diào)制的研究正著眼于這些方面。窄帶調(diào)制目前基本上仍采用傳統(tǒng)的ＱＰＳＫ、ＭＳＫ及其改進型
以適應(yīng)高速率的要求。為了進一步降低成本和功耗，最近又提出許多功率和帶寬相對高效的新的調(diào)制體制，但
是如上面所述，它們的實現(xiàn)復(fù)雜度都很高。 

２．采用復(fù)雜的檢測算法 

在衛(wèi)星移動信道下，由于快速時變的隨機相位變化使得本地載波難以準(zhǔn)確地恢復(fù)，而ＤＰＳＫ的差分檢測由于
其不需要載波恢復(fù)電路、具有快速同步捕獲性能、無相位模糊且在多徑衰落下有較好的性能而得以在移動信道
中廣泛采用，但差分檢測較之相干檢測需更高的信噪比（ＳＮＲ）。針對ＤＰＳＫ的相位變化具有記憶性的特
點，提出了一系列改進檢測方式來提高其性能，其一是基于最大似然序列檢測（ＭＬＳＤ）的方式，但ＭＬＳ
Ｄ實現(xiàn)起來非常復(fù)雜，所以通過犧牲少許性能換取復(fù)雜度的次最佳方法也就先后提出。典型方法是ＡＤＡＣＨ
Ｉ和ＳＡＷＡＨＡＳＨＩ提出的應(yīng)用于ＭＤＰＳＫ差分相位檢測的判決反饋方法，其在ＡＷＧＮ條件下可獲得
可觀的檢測增益，當(dāng)判決反饋長度Ｌ時，其檢測性能趨近于相干檢測，在萊斯衰落信道下獲得增益稍有一些下
降。但它的缺點是在ＳＮＲ較低且Ｌ較大時很容易產(chǎn)生突發(fā)性誤碼，給后續(xù)的ＦＥＣ正確糾正帶來困難。另外
由Ｓａｍｅｊｉｍａ提出的非冗余誤差糾錯（ＮＥＣ）也可獲得１～２ｄＢ的好處。 

３．采用最佳譯碼方案改善整體性能 

自香農(nóng)定理提出以來，人們一直在尋求性能好、延時小、實現(xiàn)簡單的糾錯碼，但實際上這種探索是令人沮喪的
，要獲得好的編碼性能，其譯碼就越困難，設(shè)備就越復(fù)雜。一種編碼方案能否得到實用，不僅取決于其譯碼性
能，更取決于它的譯碼復(fù)雜度。數(shù)字移動信道中，在允許一定的冗余度范圍內(nèi)，通常都采用糾錯編碼技術(shù)來提
高傳輸可靠性及降低ＳＮＲ的要求。對移動信道的突發(fā)性錯誤，目前通用的方案是用交織和糾隨機錯誤碼相結(jié)
合的方式。現(xiàn)在較常用的有卷積碼、ＲＳ碼、ＢＣＨ碼、級聯(lián)碼等。 

最近Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ等提出的Ｔｕｒｂｏ－碼是糾錯控制編碼研究領(lǐng)域內(nèi)的重大進展，它是基于廣義級聯(lián)碼
概念上的一種新型編碼，又稱為并行級聯(lián)碼。它不僅有優(yōu)異的編碼性能，并且其獨特的編碼結(jié)構(gòu)使得可以采用
并行譯碼算法，這樣就大大降低了實時譯碼（采用軟判決迭代譯碼算法）的復(fù)雜度，進而可用ＶＬＳＩ實現(xiàn)。
另外，由于它在編碼時就融入了交織編碼，使得它特別適合于糾正移動信道的突發(fā)錯誤。目前，還有許多理論
問題尚未解決，而且它的編譯碼時延比較大，限制了它在話音實時通信中的應(yīng)用，但可望在數(shù)字廣播電視、分
組數(shù)據(jù)傳輸中得以良好應(yīng)用。 

４．不等誤差保護碼（ＵＥＰ） 

在數(shù)字話音或數(shù)字電視傳輸中，只有很少一部分?jǐn)?shù)據(jù)是非常重要的（如信道信令部分），需要重點保證這部分
數(shù)據(jù)無誤傳輸，而其它部分要求則可相對降低，但常規(guī)糾錯碼只能給予各部分?jǐn)?shù)據(jù)等誤差保護，這就不得不以
提高整體性能來保證重要數(shù)據(jù)無誤傳輸，顯然代價要很大而實際效果甚微，造成資源浪費。不等誤差保護碼可
以對不同信息位加以不同的糾錯能力，最佳地利用傳輸資源。早期的ＵＥＰ工作主要是研究這類碼字的構(gòu)造，
現(xiàn)在這方面的工作是研究設(shè)計一種適用于ＵＥＰ的調(diào)制方案，如研究編碼ＤＳ－ＣＤＭＡ移動傳輸?shù)模眨牛校?br />采用多電平編碼調(diào)制的ＵＥＰ。 

５．編碼調(diào)制技術(shù) 

通常的信道編譯碼和信道調(diào)制解調(diào)過程是相互獨立考慮的，糾錯編碼抗干擾技術(shù)是以犧牲一定的有效性來換取
可靠性改善的，所以一直以來認(rèn)為兩者的矛盾是不可調(diào)和的，而將調(diào)制和編碼相結(jié)合的ＴＣＭ（Ｔｒｅｌｌｉ
ｓ ｃｏｄｉｎｇ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）理論提出后，宣告了這一時代的結(jié)束。ＴＣＭ的最大優(yōu)點是在不展
寬系統(tǒng)帶寬的情況下，可獲得良好的性能改善，所以這一理論一經(jīng)提出就得到飛快發(fā)展。目前已有相關(guān)的調(diào)制
器和解調(diào)器的專用集成芯片問世，并且ＣＣＩＴＴ在Ｖ．３３的建議中，建議在進行高速話帶數(shù)據(jù)傳輸時，使
用二維８狀態(tài)４／５碼率的ＴＣＭ，它比ＱＰＳＫ有４ｄＢ的性能改善。目前該方向非恒包絡(luò)的振幅／相位調(diào)
制理論仍在發(fā)展，另外研究在移動衰落信道下的抗衰落性能也頗受關(guān)注。 

６．聯(lián)合信源信道編碼 

與常規(guī)信源、信道獨立編譯碼方式相比，采用聯(lián)合信源信道編碼可獲得更多的好處。實際上，由于信源本身的
非平穩(wěn)性引起信源編碼輸出的數(shù)據(jù)流仍具有剩余冗余度，數(shù)據(jù)之間具有高度相關(guān)性。在這種情況下，可以將“
信源重要信息”從信源編碼器送入信道編碼器來進行“信源控制信道編碼”，然后在接收端，“信源控制的信
道譯碼”采用先驗和后驗信息（分別從信源編碼器和信源譯碼器獲得）對信源比特進行處理。這些技術(shù)基于“
讓接收端獲得盡可能多的信源信息”的基本原理。 

由于衛(wèi)星移動信道的復(fù)雜性，決定了用于衛(wèi)星信道的數(shù)字Ｍｏｄｅｍ存在著Ｄｏｐｐｌｅｒ頻移補償、信號檢
測和位定時等技術(shù)的應(yīng)用，這些技術(shù)的研究對于數(shù)字Ｍｏｄｅｍ的整體性能都有著重要影響。調(diào)制解調(diào)的理論
發(fā)展很迅速，研究的廣度和深度都在不斷擴大，其中ＭＰＳＫ調(diào)制由于其實現(xiàn)的簡單性和其差分解調(diào)在衰落條
件下的健壯性應(yīng)用較為廣泛。（曹 錦）