0 引言

    衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠支持用戶通信終端在任何地方任何時(shí)間實(shí)現(xiàn)相互通信，它是移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信技術(shù)相互結(jié)合、促進(jìn)、發(fā)展的一個(gè)產(chǎn)物^[1]。由于陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)是不可能覆蓋到地球上所有區(qū)域的^[2]，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)以其獨(dú)特的通信方式和技術(shù)特點(diǎn)，為偏遠(yuǎn)、人煙稀少地區(qū)用戶和應(yīng)急救災(zāi)通信等領(lǐng)域提供良好的服務(wù)。

    GEO(Geostationary Earth Orbit) Mobile Radio interface是利用地球同步軌道衛(wèi)星來完成移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)的。該系統(tǒng)是地面上GMS蜂窩系統(tǒng)的擴(kuò)展，能夠提供與GSM相似的服務(wù)，是地面蜂窩系統(tǒng)的補(bǔ)充^[3]。

    衛(wèi)星通信系統(tǒng)中常用PSK（Phase-ShiftKeying）及其改進(jìn)的調(diào)制方式來提高頻譜利用率和數(shù)據(jù)傳輸速率。為了降低調(diào)制信號(hào)的峰均比，選擇在下行鏈路調(diào)制之前,用復(fù)擾碼對(duì)擴(kuò)頻后基帶信號(hào)進(jìn)行加擾,這種復(fù)擾碼加QPSK的調(diào)制方法被稱為CQPSK調(diào)制。

1 常用的QPSK調(diào)制解調(diào)

    通常說的數(shù)字調(diào)相（PSK）是利用數(shù)字基帶信號(hào)來完成對(duì)載波的相位控制，是一種恒包絡(luò)的調(diào)制方式。利用PSK調(diào)制主要是為了節(jié)省頻譜資源，達(dá)到頻率高效利用的目的^[4]。對(duì)于一個(gè)已調(diào)波而言，其相位路徑起著決定性的作用，決定著已調(diào)波的頻譜特性。通過對(duì)已調(diào)波相位路徑的改善可以推動(dòng)相位調(diào)制技術(shù)的不斷發(fā)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(jìn)方式的出現(xiàn)，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(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法有相位選擇和正交調(diào)制法。

    （1）相位選擇法

    圖1是QPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖^[5]。四路載波同時(shí)送入邏輯選相電路中，然后通過帶通濾波器輸出相應(yīng)信號(hào)。

    （2）正交調(diào)制法

    圖2是π/4-QPSK的產(chǎn)生原理框圖。其中a、b都是單極性，兩路脈沖信號(hào)通過極性變換，0對(duì)應(yīng)1、1對(duì)應(yīng)-1，變成雙極性二電平信號(hào)I(t)和Q(t)后進(jìn)入兩個(gè)平衡調(diào)制器，同相支路和正交支路分別獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)制，然后把兩路信號(hào)加起來得到已調(diào)信號(hào)。

2 π/4-CQPSK調(diào)制與解調(diào)原理

    為了在PSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力^[6，7]，在衛(wèi)星通信中引入π/4-CQPSK，它采用復(fù)擾碼加擾和差分解調(diào)。

2.1 復(fù)擾碼加擾原理

    加擾過程如圖3所示。

    根據(jù)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(hào)，PN_iL(n)、PN_qL(n)分別代表接收端本地產(chǎn)生的擾碼序列，I_mr(n)、Q_mr(n)分別代表I、Q兩路的解擾器輸入信號(hào)。由式(4)可得：

    由式(5)、式(6)可以得到復(fù)擾碼的解擾電路如圖5所示。

2.2 差分解調(diào)

    對(duì)于π/4-CQPSK，通常采用的解調(diào)方式是相干解調(diào)，但在復(fù)雜多變的衛(wèi)星信道下，存在各種各樣的多徑衰落和噪聲，相干解調(diào)的性能會(huì)大大降低。同時(shí)，相干解調(diào)搜索載波需要的時(shí)間較長(zhǎng)，不適用于解調(diào)效率要求高的系統(tǒng)。

    差分解調(diào)是非相干解調(diào)中的一種，在普通信道下誤碼率性能不如相干解調(diào)，但差分解調(diào)對(duì)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(diào)好很多。差分解調(diào)能夠快速地恢復(fù)載波數(shù)據(jù)，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，為系統(tǒng)節(jié)約了很多不必要的開銷。

3 仿真設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

3.1 仿真場(chǎng)景設(shè)置

    仿真參數(shù)如表1所示。在仿真中，由于針對(duì)地球同步軌道衛(wèi)星，對(duì)于相對(duì)移動(dòng)速度較小的地面終端，忽略多普勒頻移的影響。

3.2 仿真結(jié)果與分析

    這里主要對(duì)比不同調(diào)制方法對(duì)系統(tǒng)誤碼率（BER）的影響大小。因?yàn)樾l(wèi)星信號(hào)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(nèi)會(huì)受到很多干擾，所以選取衛(wèi)星信道Lutz。本文分別在AWGN信道和Lutz信道下，對(duì)π/4-BPSK、π/4-QPSK和π/4-CQPSK進(jìn)行對(duì)比，分析出這幾種調(diào)制方式對(duì)系統(tǒng)誤碼率的影響，解調(diào)方式采用差分解調(diào)。

    由圖6，可以發(fā)現(xiàn)π/4-CQPSK在信號(hào)調(diào)制前加入復(fù)擾碼進(jìn)行加擾之后，解調(diào)端得到的解調(diào)信號(hào)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(tǒng)信噪比超過5.5 dB時(shí)，π/4-CQPSK的誤碼率已經(jīng)比π/4-BPSK要小，而且頻帶利用率是其2倍。

    圖8是在衛(wèi)星信道Lutz下對(duì)π/4-BPSK與π/4-CQPSK誤碼率進(jìn)行比較，如圖所示，兩種調(diào)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(shì)更為明顯，在信噪比大于7 dB時(shí)，π/4-CQPSK誤碼率性能優(yōu)于π/4-BPSK。

    最后，在Lutz衛(wèi)星信道下，對(duì)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(diào)制方式的系統(tǒng)誤碼率都呈下降趨勢(shì)。信噪比較小時(shí)，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(wěn)下降，而π/4-CQPSK下降趨勢(shì)明顯。

4 結(jié)束語

    本文以GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在高斯信道模型和衛(wèi)星信道模型Lutz下對(duì)適用于衛(wèi)星通信的調(diào)制解調(diào)方式做了仿真分析。分析表明，π/4-cqpsk以其獨(dú)有的復(fù)擾碼加擾技術(shù)可以減小系統(tǒng)誤碼率。

參考文獻(xiàn)

[1] SHERIFF R E，HU Y F.Mobile satellite communication networks[M].John Wiley & Sons，2003：33-35.

[2] IBNKAHLA M，RAHMAN Q M，SULYMAN A I，et al.High-speed satellite mobile communications：technologies and chal-lenges[J].Proceedings of the IEEE，2004，92(2)：312-339.

[3] TELLAMBURA C.Computation of the continuous-time PAR of an OFDM signal with BPSK subcarriers[J].Communications Letters，IEEE，2001，5(5)：185-187.

[4] SHIN D J，SUNG W，KIM I K.Simple SNR estimation methods for QPSK modulated short bursts[C].Global Telecommunications Conference，2001.GLOBECOM′01 IEEE.IEEE，2001，6：3644-3647.

[5] TSUKAMOTO S，KATOH K，KIKUCHI K.Coherent demodulation of optical multilevel phase-shift-keying signals using-homodyne detection and digital signal processing[J].Photonics Technology Letters，IEEE，2006，18(10)：1131-1133.

[6] 朱德民.GEO衛(wèi)星移動(dòng)通信π/4-CQPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)[J].電信快報(bào)：網(wǎng)絡(luò)與通信，2013(4)：38-41.

[7] 黃在朝，傅海陽(yáng).CQPSK調(diào)制信號(hào)的性能分析[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，12(1)：55-58.

[8] ZHAO Q，LI H.Performance of a differential modulation scheme with wireless relays in Rayleigh fading channels[C].Signals，Systems and Computers，2004.Conference Record of the Thirty-Eighth Asilomar Conference on.IEEE，2004，1：1198-1202.

[9] 柳忠榮.無線移動(dòng)信道模型的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2004：67-70.

[10] 雍明遠(yuǎn)，梁俊，袁小剛.寬帶移動(dòng)衛(wèi)星通信信道模型研究[J].通信技術(shù)，2009(1)：65-67.