极化分集卫星通信论文范文

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1SOQPSK－TG信号调制原理

SOQPSK－TG信号可以在OQPSK的基础上由CPM的形式表示。二进制序列映射为NRZ码序列后进行预编码，再将所得信息插值，经过脉冲成形滤波后积分得到相位调制信息，利用正余弦查找表取得基带同相和正交分量，最后通过正交调制可以获得SO－QPSK－TG信号。SOQPSK－TG与BPSK，QPSK，GMSK信号功率谱比较，如图1所示。由于SOQPSK－TG调制方式相对传统BPSK、QPSK调制方式消除了载波相位±π／2或±π的突变现象，相对于GMSK调制方式，载波相位不仅可以在±π／2内连续变化，还可以保持不变。因此从图1中可以看出SOQPSK－TG调制方式功率谱密度更为紧凑，滚降速度快，频谱利用率高，因此能够满足目前卫星通信领域对频谱性能的要求。又因为其具有恒包络特性，放大器的非线性对其解调影响不大，因此功率利用率高，满足卫星对低功耗的要求。

2SOQPSK－TG的极化分集接收

经过高斯信道传输后的卫星接收信号可表示为，本文设计的极化分集接收系统首先通过ADC将接收的两路圆极化信号（左旋极化、右旋极化）转换为数字信号，然后经过自动增益控制环路（Au－tomaticgaincontrol，AGC）、差模环（Differentialmodeloop，DML）、最大比合并（Maximumratiocombining，MRC）、共模环、定时同步环路，得到解调信号，整体框图如图2所示。

2．1自动增益控制环路卫星通信信道衰落使得接收信号的包络会产生起伏，幅度变化可以相差几十分贝，本文给出的MRC算法、载波恢复算法和时钟恢复算法都要求输入端的两路信号幅度保持恒定不变，可见AGC在系统中至关重要。因此需要通过AGC调节接收信号的增益，使接收机输出电压恒定或基本不变，提高系统性能。其数学模型如下A（n＋1）＝A（n）＋βR－A（n）x（n［］）（8）式中：A（n）为AGC的调节增益，R为增益门限，β为增益步长。经过当前时刻增益A（n）所得的信号A（n）x（n）与门限R作比较，若小于门限则会增大下一个时刻的增益A（n＋1），同理若大于门限则减小下一时刻的增益，使输出信号基本维持在门限附近。增益步长β越小，幅度收敛越慢，捕获时间越长，误差越小，即波形失真越小；反之β越大，收敛越快，捕获时间越短，误差越大。

2．2差模环到达接收机的两路信号由于相位或本振频率不一致会引入一定的相位偏移和频率偏移，而MRC算法要求两路信号同频、同相后才能加权合并，取得增益，因此必须完成两路信号的同频同相处理。两路信号经过下变频、低通滤波后通过鉴相器将所得的误差信号分为两路，通过环路滤波器后以相反的极性调整数字控制振荡器（Numericalcontrolledoscillator，NCO），使两路信号以相反的方向被推到同一个公共频率上，实现两路信号的同频同相锁定。SOQPSK－TG信号的差模环算法模型推导如下，设经过AGC后的两路信号分别。

2．3最大比合并常用的极化分集接收合并方式有3种：等增益合并、选择合并和最大比合并。本文采用分集增益最佳的最大比合并算法［25］，其原理是通过AGC所获得的加权系数对两路信号进行加权合并，使信噪比较大的一路获得较大的权值，信噪比较小的一路获得较小的权值。设so为合并输出信号电压，αi为各支路加权系数，si为各支路输入信号电压，N为支路个数。假设各支路噪声不相干，因此合并输出噪声功率n2o应为各支路输入噪声功率n2i之和，可得合并输出信噪比γo为当且仅当各支路信号电压与加权噪声功率之比相等时，输出达到最大值，此时分集增益为N。

2．4共模环卫星相对地面的高速运动会使信号载波产生多普勒频率分量，这就要求接收机有较强的频移捕获能力、较快的同步速度以及较高的同步精度。本文采用同相正交环算法对载波进行恢复。

3仿真验证

仿真条件：信号中频f0＝32MHz，下变频后载波fR＝fL＝4MHz，每周期采样点数Nc＝32，采样率fs＝128MHz，码元个数Num＝800，每个码元采样点数Ns＝64，接收信号为正弦起伏包络，起伏范围为20dB，两路输入信号频差Δf＝2．56kHz，相差Δφ＝π／4，多普勒频移fd＝6．4kHz，噪声为高斯噪声，信噪比SNR＝15dB，各环路仿真结果见图3～10。上述仿真结果表明，自动增益控制环路能够较好地恒定输入电平，如图3，4所示；差模环、共模环能够准确跟踪两路输入信号频差、相差及多普勒频移，如图5～8所示；最大比合并模块能够使得信噪比较差的一路得到补偿，如图9所示；最后的解调结果如图10所示，在最大起伏为20dB条件下，通过分集接收实现了正确解调。为进一步验证本文所提算法性能，图11给出了分集接收SOQPSK－TG卫星通信系统与传统BPSK卫星通信系统的性能对比结果。对比结果表明，极化分集SOQPSK－TG传输系统明显优于传统BPSK系统，在最大起伏为20dB条件下，可获得5～10dB平均信噪比增益。

4结束语

本文提出将SOQPSK－TG这种新型CPM调制技术应用于卫星通信系统，并采用极化分集接收。相对传统接收体制，更加符合现代卫星通信频谱、功率限制条件，以及信号传输特点。该技术利用相互独立的两路极化信号同时出现低信噪比的概率较小这一特点，采用极化分集接收，两路信号相互补偿，使某一时刻受到深度衰落的一路获得瞬时信噪比增益。仿真结果表明，相比于传统单路BPSK传输方式，极化分集SOQPSK－TG卫星通信系统可获得5～10dB平均信噪比增益，误码率显著降低。

作者：樊涛王旭东党小宇郑步生单位：南京航空航天大学电子信息工程学院