文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2015.08.024
中文引用格式： 劉澤，蘇開榮，姜玉潔，等. 衛星通信中調制解調性能的研究[J].電子技術應用，2015，41(8)：83-85，89.
英文引用格式： Liu Ze，Su Kairong，Jiang Yujie，et al. Research on the performance of modulation and demodulation in satellite communication system[J].Application of Electronic Technique，2015，41(8)：83-85，89.
0 引言
衛星移動通信系統能夠支持用戶通信終端在任何地方任何時間實現相互通信，它是移動通信和衛星通信技術相互結合、促進、發展的一個產物[1]。由于陸地移動通信系統是不可能覆蓋到地球上所有區域的[2]，衛星移動通信系統以其獨特的通信方式和技術特點，為偏遠、人煙稀少地區用戶和應急救災通信等領域提供良好的服務。
GEO(Geostationary Earth Orbit) Mobile Radio interface是利用地球同步軌道衛星來完成移動衛星服務的。該系統是地面上GMS蜂窩系統的擴展，能夠提供與GSM相似的服務，是地面蜂窩系統的補充[3]。
衛星通信系統中常用PSK（Phase-ShiftKeying）及其改進的調制方式來提高頻譜利用率和數據傳輸速率。為了降低調制信號的峰均比，選擇在下行鏈路調制之前,用復擾碼對擴頻后基帶信號進行加擾,這種復擾碼加QPSK的調制方法被稱為CQPSK調制。
1 常用的QPSK調制解調
通常說的數字調相（PSK）是利用數字基帶信號來完成對載波的相位控制，是一種恒包絡的調制方式。利用PSK調制主要是為了節省頻譜資源，達到頻率高效利用的目的[4]。對于一個已調波而言，其相位路徑起著決定性的作用，決定著已調波的頻譜特性。通過對已調波相位路徑的改善可以推動相位調制技術的不斷發展。從最初的二相相移鍵控（BPSK）到四相相移鍵控（QPSK）以及許多PSK的演進方式的出現，它們的目的都是為了提高信道頻帶利用率，使高頻譜快速滾降，避免頻帶外面噪聲的干擾。QPSK調制的實現方法有相位選擇和正交調制法。
（1）相位選擇法
圖1是QPSK信號的產生原理框圖[5]。四路載波同時送入邏輯選相電路中，然后通過帶通濾波器輸出相應信號。
（2）正交調制法
圖2是π/4-QPSK的產生原理框圖。其中a、b都是單極性，兩路脈沖信號通過極性變換，0對應1、1對應-1，變成雙極性二電平信號I(t)和Q(t)后進入兩個平衡調制器，同相支路和正交支路分別獨立地進行調制，然后把兩路信號加起來得到已調信號。
2 π/4-CQPSK調制與解調原理
為了在PSK的基礎上進一步提高系統的抗干擾能力[6，7]，在衛星通信中引入π/4-CQPSK，它采用復擾碼加擾和差分解調。
2.1 復擾碼加擾原理
加擾過程如圖3所示。
根據圖3可知：
由式(3)可得加擾電路如圖4所示。
由圖5，解擾過程可以表示為：
其中I′(n)、Q′(n)分別代表解擾以后I、Q兩路的信號，PNiL(n)、PNqL(n)分別代表接收端本地產生的擾碼序列，Imr(n)、Qmr(n)分別代表I、Q兩路的解擾器輸入信號。由式(4)可得：
由式(5)、式(6)可以得到復擾碼的解擾電路如圖5所示。
2.2 差分解調
對于π/4-CQPSK，通常采用的解調方式是相干解調，但在復雜多變的衛星信道下，存在各種各樣的多徑衰落和噪聲，相干解調的性能會大大降低。同時，相干解調搜索載波需要的時間較長，不適用于解調效率要求高的系統。
差分解調是非相干解調中的一種，在普通信道下誤碼率性能不如相干解調，但差分解調對于衰落型信道特別適用[8]，在衰落信道下它具有很好的抗衰落特性，其誤碼性能反而比相干解調好很多。差分解調能夠快速地恢復載波數據，而且實現簡單，為系統節約了很多不必要的開銷。
3 仿真設計與結果分析
3.1 仿真場景設置
仿真參數如表1所示。在仿真中，由于針對地球同步軌道衛星，對于相對移動速度較小的地面終端，忽略多普勒頻移的影響。
3.2 仿真結果與分析
這里主要對比不同調制方法對系統誤碼率（BER）的影響大小。因為衛星信號在傳播過程中，在大氣層以外的外層空間中，傳輸信道與高斯(AWGN)信道近似，而在大氣層以內會受到很多干擾，所以選取衛星信道Lutz。本文分別在AWGN信道和Lutz信道下，對π/4-BPSK、π/4-QPSK和π/4-CQPSK進行對比，分析出這幾種調制方式對系統誤碼率的影響，解調方式采用差分解調。
由圖6，可以發現π/4-CQPSK在信號調制前加入復擾碼進行加擾之后，解調端得到的解調信號誤碼率明顯下降。在相同的誤碼率情況下，同π/4-QPSK相比，π/4-CQPSK的增益為3 dB左右。
由圖7可以看出，在系統信噪比超過5.5 dB時，π/4-CQPSK的誤碼率已經比π/4-BPSK要小，而且頻帶利用率是其2倍。
圖8是在衛星信道Lutz下對π/4-BPSK與π/4-CQPSK誤碼率進行比較，如圖所示，兩種調制方式的誤碼率都隨著信噪比的增大而減小，π/4-CQPSK的減小趨勢更為明顯，在信噪比大于7 dB時，π/4-CQPSK誤碼率性能優于π/4-BPSK。
最后，在Lutz衛星信道下，對比π/4-QPSK與π/4-CQPSK的誤碼率性能。由圖9可以看出，隨著信噪比的增大，兩種調制方式的系統誤碼率都呈下降趨勢。信噪比較小時，它們的誤碼率相差不大，隨著信噪比增大，π/4-QPSK誤碼率平穩下降，而π/4-CQPSK下降趨勢明顯。
4 結束語
本文以GEO衛星通信系統為基礎，在高斯信道模型和衛星信道模型Lutz下對適用于衛星通信的調制解調方式做了仿真分析。分析表明，π/4-cqpsk以其獨有的復擾碼加擾技術可以減小系統誤碼率。
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