衛(wèi)星通信低信噪比編碼與解調(diào)技術(shù)論文
摘要：本文分析了LDPC碼與QPSK的概況，介紹了衛(wèi)星通信低信噪比編碼，同時(shí)闡述了LDPC碼QPSK解調(diào)接收系統(tǒng)硬件平臺(tái)，通過(guò)本文的研究，旨在為信號(hào)接收提供可靠、有效的傳輸方案，進(jìn)而為深空探測(cè)與通信發(fā)展提供可靠的保障。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；低信噪比；編碼；解調(diào)技術(shù)
引言
隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，探測(cè)技術(shù)與通信技術(shù)迅猛發(fā)展，在先進(jìn)技術(shù)的支持下，人類(lèi)對(duì)空間領(lǐng)域的探索取得了一系列的成就。但深空通信具有低信噪比的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響著接收機(jī)的工作，在此情況下，為了提高信號(hào)接收的可靠性，信道編碼與數(shù)字調(diào)制技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注，通過(guò)二者結(jié)合，旨在構(gòu)建擁有良好性能的接收系統(tǒng)。
1LDPC碼與QPSK的概況
數(shù)字通信主要是為了傳輸相關(guān)的信息，此時(shí)要求各信息應(yīng)具有有效性。但通常情況下，受氣候條件與地理環(huán)境等因素的影響，致使傳輸信息信道受噪聲干擾，此時(shí)通信雙方需要對(duì)傳輸信息進(jìn)行處理，方可獲得有效信息。為了避免噪聲干擾，增加信號(hào)傳輸?shù)目煽啃�，采用了兩種手段，一種為信道編碼，另一種為信號(hào)調(diào)制，前者是指在有效信息中加入冗余信息，后者是指對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)牡皖l信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移，借助高頻信號(hào)從而保證傳輸目標(biāo)的達(dá)成。
1.1LDPC碼
信道編碼有效提高了通信系統(tǒng)的誤碼性能，通過(guò)各國(guó)學(xué)者對(duì)信道編碼技術(shù)的研究，提出了LDPC碼，其特定為較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，較低的誤碼平臺(tái)、較短的譯碼延時(shí)等。LDPC碼作為線(xiàn)性分組碼，可采用傳統(tǒng)的高斯消元編碼方式，雖然此方式的原理較為簡(jiǎn)單，但需要計(jì)算得出生成矩陣，而經(jīng)矩陣變換后，矩陣原有的稀疏特性則會(huì)被破壞。在此情況下，基于具有下三角形式矩陣的編碼方式，可采用通過(guò)校驗(yàn)矩陣的變化，以此實(shí)現(xiàn)編碼過(guò)程。通過(guò)分析可知，LDPC的編碼過(guò)程主要是借助校驗(yàn)矩陣的變化實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)未輔助生成矩陣，因此，它的運(yùn)算難度相對(duì)較小。同時(shí)，經(jīng)構(gòu)造獲得的校驗(yàn)矩陣呈現(xiàn)出了準(zhǔn)循環(huán)的特點(diǎn)，此時(shí)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化編碼過(guò)程，凸顯了LDPC碼的實(shí)用性[1]。
1.2QPSK
現(xiàn)階段，衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍應(yīng)用的線(xiàn)性調(diào)制方式為相移鍵控，它主要是借助基帶信號(hào)，控制載波相位，從而保證了信號(hào)傳輸。目前，常見(jiàn)的多相相移鍵控有二相相移鍵控與四相相移鍵控。對(duì)于多相相移鍵控而言，其在信號(hào)調(diào)制過(guò)程中，調(diào)制載波相位的取值具有M種可能；對(duì)于QPSK來(lái)說(shuō)，它的取值可能有4種，實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，常見(jiàn)的相位體系有兩種，分別為π/2與π/4。QPSK解調(diào)主要是對(duì)原始基帶信號(hào)進(jìn)行分離，以解調(diào)過(guò)程是否需要提供載波信息為劃分依據(jù)，其解調(diào)方式可以分為兩種，一種為相干解調(diào)，另一種為非想干解調(diào)，由于QPSK屬于雙邊帶調(diào)制，因此，其解調(diào)方式僅能夠選擇后者[2]。
2衛(wèi)星通信低信噪比編碼——低碼率QC-LDPC碼
隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，火箭衛(wèi)星技術(shù)為人類(lèi)探索空間提供了技術(shù)支持，在人類(lèi)空間探索范圍日漸擴(kuò)大的背景下，深空通信技術(shù)的重要性日漸顯著，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)天空衛(wèi)星飛行器的有效控制，但在信息傳輸過(guò)程中，受傳輸距離、太空環(huán)境等因素的干擾，導(dǎo)致傳輸信號(hào)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的衰弱。在此情況下，LDPC碼的糾錯(cuò)能力需要進(jìn)一步提高。通過(guò)信道編碼的相關(guān)理論分析可知，通常情況下，糾錯(cuò)能力較強(qiáng)的碼字具有較高的碼字冗余度，如果碼長(zhǎng)相同，此時(shí)碼率與編碼增益呈負(fù)相關(guān)，即：前者越低，后者越高。因此，與較高碼率相比，較低碼率的糾錯(cuò)能力更強(qiáng)，但其傳輸有效性相對(duì)較低。同時(shí)，在低信噪比的環(huán)境下，受噪聲干擾，高碼率碼字會(huì)受到較大的影響，特別是其譯碼性能會(huì)大幅度下降，甚至?xí)霈F(xiàn)譯碼無(wú)效的情況。當(dāng)前，在衛(wèi)星通信中應(yīng)用較為廣泛的碼字為L(zhǎng)DPC碼，其具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力與較高的編碼增益，同時(shí)其借助不同的處理方法，獲得了具有較高性能的低碼率QC-LDPC碼。它采用的校驗(yàn)矩陣結(jié)構(gòu)具有準(zhǔn)循環(huán)、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化線(xiàn)性分組碼擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)LDPC碼的.不足，使其譯碼門(mén)限性能進(jìn)一步提高。對(duì)于深空飛行器而言，為了滿(mǎn)足其信號(hào)傳輸?shù)男枨螅笃浞?hào)信噪比應(yīng)＜2dB，在此情況下，要求LDPC碼碼率應(yīng)低于1/2。本文設(shè)計(jì)了具有準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)1/6碼率的LDPC碼，其具有良好的誤碼性能[3]。
3LDPC碼和QPSK解調(diào)接收系統(tǒng)硬件平臺(tái)
QPSK屬于恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，雖然其頻率效率較低，但其優(yōu)點(diǎn)為較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度與適中的解調(diào)門(mén)限要求�；谲浖䶮o(wú)線(xiàn)電技術(shù)，通過(guò)研究構(gòu)建了LDPC碼和QPSK解調(diào)接收系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由兩塊板卡構(gòu)成，分別為KC705與MFC150，前者嵌入了XC7K325T-1FFG900芯片，以此保證了時(shí)序邏輯算法編程的完成，后者嵌入了高頻ADC與DAC芯片，以此促進(jìn)了數(shù)模信號(hào)間的有效轉(zhuǎn)換。數(shù)字接收系統(tǒng)通信鏈路的核心模塊主要有LDPC編碼模塊、成形濾波模塊、數(shù)字變頻模塊、載波同步模塊與相位模糊糾正模塊，同時(shí)利用Modelsim仿真工具便可對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真驗(yàn)證，借助Chipscope分析系統(tǒng)的性能，從而證實(shí)了該系統(tǒng)的可行性[4]。
4總結(jié)
綜上所述，深空衛(wèi)星通信存在諸多的問(wèn)題，如：較弱的傳輸信號(hào)、較低的信噪比與嚴(yán)重的多普勒效應(yīng)，在此情況下，接收系統(tǒng)急需改進(jìn)。本文介紹了衛(wèi)星通信低信噪比編碼與解調(diào)技術(shù)，在先進(jìn)技術(shù)的支持下，構(gòu)建了具有良好性能的數(shù)字接收系統(tǒng)，進(jìn)而推動(dòng)了深空探索工作的開(kāi)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]鐘鈞波.衛(wèi)星通信低信噪比編碼與解調(diào)技術(shù)研究[D].杭州電子科技大學(xué),2014.
[2]丁旭輝.低信噪比環(huán)境下基于低碼率Turbo碼的可靠通信傳輸技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué),2014.
[3]王博.低信噪比衛(wèi)星通信中的編碼與解調(diào)技術(shù)研究[D].杭州電子科技大學(xué),2013.
[4]李明光.低信噪比突發(fā)通信調(diào)制解調(diào)器技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué),2011.
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