移動(dòng)衛(wèi)星通信調(diào)制技術(shù)
衛(wèi)星移動(dòng)通信信道編碼和調(diào)制技術(shù)的研究是當(dāng)前國(guó)際上衛(wèi)星通信的熱門(mén)課題。傳統(tǒng)的信道技術(shù)設(shè)計(jì)是折衷帶寬
利用率和功率效率的二維設(shè)計(jì)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(lái)越小,所以當(dāng)前的設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)可以充分利用可行的復(fù)雜度來(lái)?yè)Q取帶寬和功率的好處。先進(jìn)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(dòng)網(wǎng)和衛(wèi)星接收機(jī)等),隨之帶來(lái)通信系統(tǒng)中越來(lái)越好的性能。關(guān)于衛(wèi)星
移動(dòng)信道的調(diào)制、編碼的幾個(gè)發(fā)展方向?qū)⒃谙旅孀骱?jiǎn)要介紹。
1.采用先進(jìn)復(fù)雜的調(diào)制體制
目前對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信的調(diào)制方式研究主要有兩種,即擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和窄帶調(diào)制技術(shù)。擴(kuò)頻調(diào)制特點(diǎn)有:信號(hào)質(zhì)
量好,擴(kuò)頻碼分多址為頻率再利用和多址訪(fǎng)問(wèn)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(diǎn):在給定頻率帶寬條件下,限制了用戶(hù)峰值傳輸速率;存在動(dòng)態(tài)功率控制、碼同步等問(wèn)題,
目前關(guān)于擴(kuò)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(jìn)型
以適應(yīng)高速率的要求。為了進(jìn)一步降低成本和功耗,最近又提出許多功率和帶寬相對(duì)高效的新的調(diào)制體制,但
是如上面所述,它們的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度都很高。
2.采用復(fù)雜的檢測(cè)算法
在衛(wèi)星移動(dòng)信道下,由于快速時(shí)變的隨機(jī)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(cè)由于
其不需要載波恢復(fù)電路、具有快速同步捕獲性能、無(wú)相位模糊且在多徑衰落下有較好的性能而得以在移動(dòng)信道
中廣泛采用,但差分檢測(cè)較之相干檢測(cè)需更高的信噪比(SNR)。針對(duì)DPSK的相位變化具有記憶性的特
點(diǎn),提出了一系列改進(jìn)檢測(cè)方式來(lái)提高其性能,其一是基于最大似然序列檢測(cè)(MLSD)的方式,但MLS
D實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常復(fù)雜,所以通過(guò)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(cè)的判決反饋方法,其在AWGN條件下可獲得
可觀(guān)的檢測(cè)增益,當(dāng)判決反饋長(zhǎng)度L時(shí),其檢測(cè)性能趨近于相干檢測(cè),在萊斯衰落信道下獲得增益稍有一些下
降。但它的缺點(diǎn)是在SNR較低且L較大時(shí)很容易產(chǎn)生突發(fā)性誤碼,給后續(xù)的FEC正確糾正帶來(lái)困難。另外
由Samejima提出的非冗余誤差糾錯(cuò)(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(lái),人們一直在尋求性能好、延時(shí)小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的糾錯(cuò)碼,但實(shí)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(shí)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(dòng)信道中,在允許一定的冗余度范圍內(nèi),通常都采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)來(lái)提
高傳輸可靠性及降低SNR的要求。對(duì)移動(dòng)信道的突發(fā)性錯(cuò)誤,目前通用的方案是用交織和糾隨機(jī)錯(cuò)誤碼相結(jié)
合的方式,F(xiàn)在較常用的有卷積碼、RS碼、BCH碼、級(jí)聯(lián)碼等。
最近C.Berrou等提出的Turbo-碼是糾錯(cuò)控制編碼研究領(lǐng)域內(nèi)的重大進(jìn)展,它是基于廣義級(jí)聯(lián)碼
概念上的一種新型編碼,又稱(chēng)為并行級(jí)聯(lián)碼。它不僅有優(yōu)異的編碼性能,并且其獨(dú)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(shí)時(shí)譯碼(采用軟判決迭代譯碼算法)的復(fù)雜度,進(jìn)而可用VLSI實(shí)現(xiàn)。
另外,由于它在編碼時(shí)就融入了交織編碼,使得它特別適合于糾正移動(dòng)信道的突發(fā)錯(cuò)誤。目前,還有許多理論
問(wèn)題尚未解決,而且它的編譯碼時(shí)延比較大,限制了它在話(huà)音實(shí)時(shí)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(hù)碼(UEP)
在數(shù)字話(huà)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(diǎn)保證這部分
數(shù)據(jù)無(wú)誤傳輸,而其它部分要求則可相對(duì)降低,但常規(guī)糾錯(cuò)碼只能給予各部分?jǐn)?shù)據(jù)等誤差保護(hù),這就不得不以
提高整體性能來(lái)保證重要數(shù)據(jù)無(wú)誤傳輸,顯然代價(jià)要很大而實(shí)際效果甚微,造成資源浪費(fèi)。不等誤差保護(hù)碼可
以對(duì)不同信息位加以不同的糾錯(cuò)能力,最佳地利用傳輸資源。早期的UEP工作主要是研究這類(lèi)碼字的構(gòu)造,
現(xiàn)在這方面的工作是研究設(shè)計(jì)一種適用于UEP的調(diào)制方案,如研究編碼DS-CDMA移動(dòng)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(guò)程是相互獨(dú)立考慮的,糾錯(cuò)編碼抗干擾技術(shù)是以犧牲一定的有效性來(lái)?yè)Q取
可靠性改善的,所以一直以來(lái)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(shí)代的結(jié)束。TCM的最大優(yōu)點(diǎn)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(zhuān)用集成芯片問(wèn)世,并且CCITT在V.33的建議中,建議在進(jìn)行高速話(huà)帶數(shù)據(jù)傳輸時(shí),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(dòng)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(dú)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(shí)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(lái)進(jìn)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(yàn)和后驗(yàn)信息(分別從信源編碼器和信源譯碼器獲得)對(duì)信源比特進(jìn)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(dòng)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(bǔ)償、信號(hào)檢
測(cè)和位定時(shí)等技術(shù)的應(yīng)用,這些技術(shù)的研究對(duì)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(kuò)大,其中MPSK調(diào)制由于其實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)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)