極化分集衛星通信論文范文

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1SOQPSK－TG信號調制原理

SOQPSK－TG信號可以在OQPSK的基礎上由CPM的形式表示。二進制序列映射為NRZ碼序列后進行預編碼，再將所得信息插值，經過脈沖成形濾波后積分得到相位調制信息，利用正余弦查找表取得基帶同相和正交分量，最后通過正交調制可以獲得SO－QPSK－TG信號。SOQPSK－TG與BPSK，QPSK，GMSK信號功率譜比較，如圖1所示。由于SOQPSK－TG調制方式相對傳統BPSK、QPSK調制方式消除了載波相位±π／2或±π的突變現象，相對于GMSK調制方式，載波相位不僅可以在±π／2內連續變化，還可以保持不變。因此從圖1中可以看出SOQPSK－TG調制方式功率譜密度更為緊湊，滾降速度快，頻譜利用率高，因此能夠滿足目前衛星通信領域對頻譜性能的要求。又因為其具有恒包絡特性，放大器的非線性對其解調影響不大，因此功率利用率高，滿足衛星對低功耗的要求。

2SOQPSK－TG的極化分集接收

經過高斯信道傳輸后的衛星接收信號可表示為，本文設計的極化分集接收系統首先通過ADC將接收的兩路圓極化信號（左旋極化、右旋極化）轉換為數字信號，然后經過自動增益控制環路（Au－tomaticgaincontrol，AGC）、差模環（Differentialmodeloop，DML）、最大比合并（Maximumratiocombining，MRC）、共模環、定時同步環路，得到解調信號，整體框圖如圖2所示。

2．1自動增益控制環路衛星通信信道衰落使得接收信號的包絡會產生起伏，幅度變化可以相差幾十分貝，本文給出的MRC算法、載波恢復算法和時鐘恢復算法都要求輸入端的兩路信號幅度保持恒定不變，可見AGC在系統中至關重要。因此需要通過AGC調節接收信號的增益，使接收機輸出電壓恒定或基本不變，提高系統性能。其數學模型如下A（n＋1）＝A（n）＋βR－A（n）x（n［］）（8）式中：A（n）為AGC的調節增益，R為增益門限，β為增益步長。經過當前時刻增益A（n）所得的信號A（n）x（n）與門限R作比較，若小于門限則會增大下一個時刻的增益A（n＋1），同理若大于門限則減小下一時刻的增益，使輸出信號基本維持在門限附近。增益步長β越小，幅度收斂越慢，捕獲時間越長，誤差越小，即波形失真越小；反之β越大，收斂越快，捕獲時間越短，誤差越大。

2．2差模環到達接收機的兩路信號由于相位或本振頻率不一致會引入一定的相位偏移和頻率偏移，而MRC算法要求兩路信號同頻、同相后才能加權合并，取得增益，因此必須完成兩路信號的同頻同相處理。兩路信號經過下變頻、低通濾波后通過鑒相器將所得的誤差信號分為兩路，通過環路濾波器后以相反的極性調整數字控制振蕩器（Numericalcontrolledoscillator，NCO），使兩路信號以相反的方向被推到同一個公共頻率上，實現兩路信號的同頻同相鎖定。SOQPSK－TG信號的差模環算法模型推導如下，設經過AGC后的兩路信號分別。

2．3最大比合并常用的極化分集接收合并方式有3種：等增益合并、選擇合并和最大比合并。本文采用分集增益最佳的最大比合并算法［25］，其原理是通過AGC所獲得的加權系數對兩路信號進行加權合并，使信噪比較大的一路獲得較大的權值，信噪比較小的一路獲得較小的權值。設so為合并輸出信號電壓，αi為各支路加權系數，si為各支路輸入信號電壓，N為支路個數。假設各支路噪聲不相干，因此合并輸出噪聲功率n2o應為各支路輸入噪聲功率n2i之和，可得合并輸出信噪比γo為當且僅當各支路信號電壓與加權噪聲功率之比相等時，輸出達到最大值，此時分集增益為N。

2．4共模環衛星相對地面的高速運動會使信號載波產生多普勒頻率分量，這就要求接收機有較強的頻移捕獲能力、較快的同步速度以及較高的同步精度。本文采用同相正交環算法對載波進行恢復。

3仿真驗證

仿真條件：信號中頻f0＝32MHz，下變頻后載波fR＝fL＝4MHz，每周期采樣點數Nc＝32，采樣率fs＝128MHz，碼元個數Num＝800，每個碼元采樣點數Ns＝64，接收信號為正弦起伏包絡，起伏范圍為20dB，兩路輸入信號頻差Δf＝2．56kHz，相差Δφ＝π／4，多普勒頻移fd＝6．4kHz，噪聲為高斯噪聲，信噪比SNR＝15dB，各環路仿真結果見圖3～10。上述仿真結果表明，自動增益控制環路能夠較好地恒定輸入電平，如圖3，4所示；差模環、共模環能夠準確跟蹤兩路輸入信號頻差、相差及多普勒頻移，如圖5～8所示；最大比合并模塊能夠使得信噪比較差的一路得到補償，如圖9所示；最后的解調結果如圖10所示，在最大起伏為20dB條件下，通過分集接收實現了正確解調。為進一步驗證本文所提算法性能，圖11給出了分集接收SOQPSK－TG衛星通信系統與傳統BPSK衛星通信系統的性能對比結果。對比結果表明，極化分集SOQPSK－TG傳輸系統明顯優于傳統BPSK系統，在最大起伏為20dB條件下，可獲得5～10dB平均信噪比增益。

4結束語

本文提出將SOQPSK－TG這種新型CPM調制技術應用于衛星通信系統，并采用極化分集接收。相對傳統接收體制，更加符合現代衛星通信頻譜、功率限制條件，以及信號傳輸特點。該技術利用相互獨立的兩路極化信號同時出現低信噪比的概率較小這一特點，采用極化分集接收，兩路信號相互補償，使某一時刻受到深度衰落的一路獲得瞬時信噪比增益。仿真結果表明，相比于傳統單路BPSK傳輸方式，極化分集SOQPSK－TG衛星通信系統可獲得5～10dB平均信噪比增益，誤碼率顯著降低。

作者：樊濤王旭東黨小宇鄭步生單位：南京航空航天大學電子信息工程學院