移动卫星通信调制技术

移动卫星通信调制技术

卫星移动通信信道编码和调制技术的研究是当前国际上卫星通信的热门课题。传统的信道技术设计是折衷带宽
利用率和功率效率的二维设计考虑，随着新近的超大规模集成（ＶＳＬＩ）数字电路技术的发展，使得在处理
复杂度上的限制越来越小，所以当前的设计是在处理复杂度、频带利用率和功率效率之间采取三维方式折衷，
这就使得在设计时可以充分利用可行的复杂度来换取带宽和功率的好处。先进的信道调制解调、编译码技术已
用于通信的许多领域（如地面数字移动网和卫星接收机等），随之带来通信系统中越来越好的性能。关于卫星
移动信道的调制、编码的几个发展方向将在下面作简要介绍。 

１．采用先进复杂的调制体制 

目前对卫星移动通信的调制方式研究主要有两种，即扩频调制技术和窄带调制技术。扩频调制特点有：信号质
量好，扩频码分多址为频率再利用和多址访问提供了有效的综合解决能力，网络带宽效率是窄带的２～４倍。
但也有明显的缺点：在给定频率带宽条件下，限制了用户峰值传输速率；存在动态功率控制、码同步等问题，
目前关于扩频调制的研究正着眼于这些方面。窄带调制目前基本上仍采用传统的ＱＰＳＫ、ＭＳＫ及其改进型
以适应高速率的要求。为了进一步降低成本和功耗，最近又提出许多功率和带宽相对高效的新的调制体制，但
是如上面所述，它们的实现复杂度都很高。 

２．采用复杂的检测算法 

在卫星移动信道下，由于快速时变的随机相位变化使得本地载波难以准确地恢复，而ＤＰＳＫ的差分检测由于
其不需要载波恢复电路、具有快速同步捕获性能、无相位模糊且在多径衰落下有较好的性能而得以在移动信道
中广泛采用，但差分检测较之相干检测需更高的信噪比（ＳＮＲ）。针对ＤＰＳＫ的相位变化具有记忆性的特
点，提出了一系列改进检测方式来提高其性能，其一是基于最大似然序列检测（ＭＬＳＤ）的方式，但ＭＬＳ
Ｄ实现起来非常复杂，所以通过牺牲少许性能换取复杂度的次最佳方法也就先后提出。典型方法是ＡＤＡＣＨ
Ｉ和ＳＡＷＡＨＡＳＨＩ提出的应用于ＭＤＰＳＫ差分相位检测的判决反馈方法，其在ＡＷＧＮ条件下可获得
可观的检测增益，当判决反馈长度Ｌ时，其检测性能趋近于相干检测，在莱斯衰落信道下获得增益稍有一些下
降。但它的缺点是在ＳＮＲ较低且Ｌ较大时很容易产生突发性误码，给后续的ＦＥＣ正确纠正带来困难。另外
由Ｓａｍｅｊｉｍａ提出的非冗余误差纠错（ＮＥＣ）也可获得１～２ｄＢ的好处。 

３．采用最佳译码方案改善整体性能 

自香农定理提出以来，人们一直在寻求性能好、延时小、实现简单的纠错码，但实际上这种探索是令人沮丧的
，要获得好的编码性能，其译码就越困难，设备就越复杂。一种编码方案能否得到实用，不仅取决于其译码性
能，更取决于它的译码复杂度。数字移动信道中，在允许一定的冗余度范围内，通常都采用纠错编码技术来提
高传输可靠性及降低ＳＮＲ的要求。对移动信道的突发性错误，目前通用的方案是用交织和纠随机错误码相结
合的方式。现在较常用的有卷积码、ＲＳ码、ＢＣＨ码、级联码等。 

最近Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ等提出的Ｔｕｒｂｏ－码是纠错控制编码研究领域内的重大进展，它是基于广义级联码
概念上的一种新型编码，又称为并行级联码。它不仅有优异的编码性能，并且其独特的编码结构使得可以采用
并行译码算法，这样就大大降低了实时译码（采用软判决迭代译码算法）的复杂度，进而可用ＶＬＳＩ实现。
另外，由于它在编码时就融入了交织编码，使得它特别适合于纠正移动信道的突发错误。目前，还有许多理论
问题尚未解决，而且它的编译码时延比较大，限制了它在话音实时通信中的应用，但可望在数字广播电视、分
组数据传输中得以良好应用。 

４．不等误差保护码（ＵＥＰ） 

在数字话音或数字电视传输中，只有很少一部分数据是非常重要的（如信道信令部分），需要重点保证这部分
数据无误传输，而其它部分要求则可相对降低，但常规纠错码只能给予各部分数据等误差保护，这就不得不以
提高整体性能来保证重要数据无误传输，显然代价要很大而实际效果甚微，造成资源浪费。不等误差保护码可
以对不同信息位加以不同的纠错能力，最佳地利用传输资源。早期的ＵＥＰ工作主要是研究这类码字的构造，
现在这方面的工作是研究设计一种适用于ＵＥＰ的调制方案，如研究编码ＤＳ－ＣＤＭＡ移动传输的ＵＥＰ，
采用多电平编码调制的ＵＥＰ。 

５．编码调制技术 

通常的信道编译码和信道调制解调过程是相互独立考虑的，纠错编码抗干扰技术是以牺牲一定的有效性来换取
可靠性改善的，所以一直以来认为两者的矛盾是不可调和的，而将调制和编码相结合的ＴＣＭ（Ｔｒｅｌｌｉ
ｓ ｃｏｄｉｎｇ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）理论提出后，宣告了这一时代的结束。ＴＣＭ的最大优点是在不展
宽系统带宽的情况下，可获得良好的性能改善，所以这一理论一经提出就得到飞快发展。目前已有相关的调制
器和解调器的专用集成芯片问世，并且ＣＣＩＴＴ在Ｖ．３３的建议中，建议在进行高速话带数据传输时，使
用二维８状态４／５码率的ＴＣＭ，它比ＱＰＳＫ有４ｄＢ的性能改善。目前该方向非恒包络的振幅／相位调
制理论仍在发展，另外研究在移动衰落信道下的抗衰落性能也颇受关注。 

６．联合信源信道编码 

与常规信源、信道独立编译码方式相比，采用联合信源信道编码可获得更多的好处。实际上，由于信源本身的
非平稳性引起信源编码输出的数据流仍具有剩余冗余度，数据之间具有高度相关性。在这种情况下，可以将“
信源重要信息”从信源编码器送入信道编码器来进行“信源控制信道编码”，然后在接收端，“信源控制的信
道译码”采用先验和后验信息（分别从信源编码器和信源译码器获得）对信源比特进行处理。这些技术基于“
让接收端获得尽可能多的信源信息”的基本原理。 

由于卫星移动信道的复杂性，决定了用于卫星信道的数字Ｍｏｄｅｍ存在着Ｄｏｐｐｌｅｒ频移补偿、信号检
测和位定时等技术的应用，这些技术的研究对于数字Ｍｏｄｅｍ的整体性能都有着重要影响。调制解调的理论
发展很迅速，研究的广度和深度都在不断扩大，其中ＭＰＳＫ调制由于其实现的简单性和其差分解调在衰落条
件下的健壮性应用较为广泛。（曹 锦）