卫星通信低信噪比编码与解调技术论文
摘要：本文分析了LDPC码与QPSK的概况，介绍了卫星通信低信噪比编码，同时阐述了LDPC码QPSK解调接收系统硬件平台，通过本文的研究，旨在为信号接收提供可靠、有效的传输方案，进而为深空探测与通信发展提供可靠的保障。
关键词：卫星通信；低信噪比；编码；解调技术
引言
随着科学技术水平的提高，探测技术与通信技术迅猛发展，在先进技术的支持下，人类对空间领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点，严重影响着接收机的工作，在此情况下，为了提高信号接收的可靠性，信道编码与数字调制技术得到了广泛的关注，通过二者结合，旨在构建拥有良好性能的接收系统。
1LDPC码与QPSK的概况
数字通信主要是为了传输相关的信息，此时要求各信息应具有有效性。但通常情况下，受气候条件与地理环境等因素的影响，致使传输信息信道受噪声干扰，此时通信双方需要对传输信息进行处理，方可获得有效信息。为了避免噪声干扰，增加信号传输的可靠性，采用了两种手段，一种为信道编码，另一种为信号调制，前者是指在有效信息中加入冗余信息，后者是指对远距离传输的低频信号进行频谱搬移，借助高频信号从而保证传输目标的达成。
1.1LDPC码
信道编码有效提高了通信系统的误码性能，通过各国学者对信道编码技术的研究，提出了LDPC码，其特定为较强的纠错能力，较低的误码平台、较短的译码延时等。LDPC码作为线性分组码，可采用传统的高斯消元编码方式，虽然此方式的原理较为简单，但需要计算得出生成矩阵，而经矩阵变换后，矩阵原有的稀疏特性则会被破坏。在此情况下，基于具有下三角形式矩阵的编码方式，可采用通过校验矩阵的变化，以此实现编码过程。通过分析可知，LDPC的编码过程主要是借助校验矩阵的变化实现的，此时未辅助生成矩阵，因此，它的运算难度相对较小。同时，经构造获得的校验矩阵呈现出了准循环的特点，此时可进一步简化编码过程，凸显了LDPC码的实用性[1]。
1.2QPSK
现阶段，卫星通信系统设计中普遍应用的线性调制方式为相移键控，它主要是借助基带信号，控制载波相位，从而保证了信号传输。目前，常见的多相相移键控有二相相移键控与四相相移键控。对于多相相移键控而言，其在信号调制过程中，调制载波相位的取值具有M种可能；对于QPSK来说，它的取值可能有4种，实际运用过程中，常见的相位体系有两种，分别为π/2与π/4。QPSK解调主要是对原始基带信号进行分离，以解调过程是否需要提供载波信息为划分依据，其解调方式可以分为两种，一种为相干解调，另一种为非想干解调，由于QPSK属于双边带调制，因此，其解调方式仅能够选择后者[2]。
2卫星通信低信噪比编码——低码率QC-LDPC码
随着科学技术水平的提高，火箭卫星技术为人类探索空间提供了技术支持，在人类空间探索范围日渐扩大的背景下，深空通信技术的重要性日渐显著，它实现了对天空卫星飞行器的有效控制，但在信息传输过程中，受传输距离、太空环境等因素的干扰，导致传输信号出现了较为严重的衰弱。在此情况下，LDPC码的纠错能力需要进一步提高。通过信道编码的相关理论分析可知，通常情况下，纠错能力较强的码字具有较高的码字冗余度，如果码长相同，此时码率与编码增益呈负相关，即：前者越低，后者越高。因此，与较高码率相比，较低码率的纠错能力更强，但其传输有效性相对较低。同时，在低信噪比的环境下，受噪声干扰，高码率码字会受到较大的影响，特别是其译码性能会大幅度下降，甚至会出现译码无效的情况。当前，在卫星通信中应用较为广泛的码字为LDPC码，其具有较强的纠错能力与较高的编码增益，同时其借助不同的处理方法，获得了具有较高性能的低码率QC-LDPC码。它采用的校验矩阵结构具有准循环、校验节点优化线性分组码扩展等优点，从而弥补了传统LDPC码的.不足，使其译码门限性能进一步提高。对于深空飞行器而言，为了满足其信号传输的需求，要求其符号信噪比应＜2dB，在此情况下，要求LDPC码码率应低于1/2。本文设计了具有准循环结构1/6码率的LDPC码，其具有良好的误码性能[3]。
3LDPC码和QPSK解调接收系统硬件平台
QPSK属于恒包络调制技术，虽然其频率效率较低，但其优点为较低的实现复杂度与适中的解调门限要求。基于软件无线电技术，通过研究构建了LDPC码和QPSK解调接收系统。该系统的硬件平台由两块板卡构成，分别为KC705与MFC150，前者嵌入了XC7K325T-1FFG900芯片，以此保证了时序逻辑算法编程的完成，后者嵌入了高频ADC与DAC芯片，以此促进了数模信号间的有效转换。数字接收系统通信链路的核心模块主要有LDPC编码模块、成形滤波模块、数字变频模块、载波同步模块与相位模糊纠正模块，同时利用Modelsim仿真工具便可对此系统进行功能仿真验证，借助Chipscope分析系统的性能，从而证实了该系统的可行性[4]。
4总结
综上所述，深空卫星通信存在诸多的问题，如：较弱的传输信号、较低的信噪比与严重的多普勒效应，在此情况下，接收系统急需改进。本文介绍了卫星通信低信噪比编码与解调技术，在先进技术的支持下，构建了具有良好性能的数字接收系统，进而推动了深空探索工作的开展。
参考文献：
[1]钟钧波.卫星通信低信噪比编码与解调技术研究[D].杭州电子科技大学,2014.
[2]丁旭辉.低信噪比环境下基于低码率Turbo码的可靠通信传输技术研究[D].西南交通大学,2014.
[3]王博.低信噪比卫星通信中的编码与解调技术研究[D].杭州电子科技大学,2013.
[4]李明光.低信噪比突发通信调制解调器技术的实现[D].西安电子科技大学,2011.
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