深空通信系列讲座之六 深空通信中的调制技术

本文在分析深空通信中选择调制方式因素的基础之上,简要介绍了深空通信中常用的调制方式,重点介绍了几种高带宽效率的调制方式,并对它们的占用带宽和误码率等性能进行了分析比较,为深空通信中调制方式的选择提供参考。     

基于深空通信的FQPSK调制性能分析与仿真

FQPSK调制已经被证实在AWGN信道中有很好的以牺牲较小的功率效率换取高带宽效率的性能。但深空信道却比AwGN信道复杂很多,天体公转运动时刻改变着通信受太阳闪烁影响的程度,从而使得深空信道特性随之成规律性变化。在研究这种变化的规律性的基础上,提出了可变Rician信道模型模拟深空信道,并对这种信道模型下FQPSK调制的性能进行仿真分析,以研究FQPSK在深空通信中的调制性能。仿真结果表明：在复杂的深空通信环境中,FQPSK不仅能保持高带宽效率,而且仍然具有较好的误码性能,有很好的应用前景。     

深空通信中新型脉冲位置调制技术研究

在深空激光通信中,脉冲位置调制(PPM)是一种常见的调制方式。而传统的多脉冲位置调制(MPPM)方式中每个信号块发送光脉冲的数目是固定的,随着深空探测技术的不断发展,对调制方式的要求也不断提高,需要对MPPM方式进行改进,因此,在MPPM方式基础上,提出了一种新的调制方案(n脉冲XPPM)以提高MPPM的误码率(SER)和带宽利用率。基于n脉冲XPPM的传输特性,推出其传输速率、所需功率和带宽以及SER的表达式,通过与传统的单脉冲位置调制(LPPM)和MPPM比较,得出在相同的平均功率情况下,n脉冲XPPM方法的SER比传统MPPM方法低得多,并且在传输速率以及所需带宽方面,n脉冲XPPM也优于其他两种PPM方式。室内仿真实验表明,在通信距离大约为4×1011 m的地球至火星深空通信系统中,采用n脉冲XPPM方式可以使系统的传输速率达到2.746 Mbit/s,带宽利用率也可达到85%左右。     

高速脉冲位置调制对SNSPD探测光子计数特性影响（特邀）

激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制（PPM）提升通信能量效率,并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中,超导纳米线单光子探测器（SNSPD）被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性,以及高速脉冲信号的拖尾现象,对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响,并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析,提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法,所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差,提升系统误码率。     

深空通信系统中的调制技术与信道模型仿真初探

发射机与接收机进行信号传播时,会面临非常复杂的传播环境,通常认为,自然界中,通信信道较为恶劣的一种为无线信道。无线信道的类型包含深空通信信道,其不仅具备一般共性特征,且具备自身独特的性质。设计无线通信系统过程中,无线信道会产生一定的制约,因此,有必要分析信道特性。本文中首先介绍了深空通信系统,接着分析了连续相位调制技术的调制及解调原理,最后利用该调制技术,完成信道模型仿真系统的搭建与实现。     

深空通信Ka频段数传发射机基带电路单元实现

基于Xilinx FPGA电路的全数字化设计方案,研制完成适用于深空通信下行链路Ka频 段发射机中基带数据编码调制一体化电路单元。参照CCSDS（Consultative Committee for Space Data Systems）相关深空通信建议标准,电路单元实现了按码速率的变化灵活选择调 制方式的工作模式,利用外部控制指令,完成码速率16 bit/s～20 kbit/s、20～ 200 kbit/s、200 kbit/s～2 Mbit/s分段分别选择PCM/BPSK/PM、N RZ/BPSK和SRRC-QPSK数据调制方式 。在X频段的测试结果表明,BPSK和SRRC-QPSK幅度误差和相位不平衡分别小于3.1%和1.7° ,符合CCSDS关于深空通信的建议标准。电路单元满足深空通信工程应用需求。     

激光通信中PPM调制性能研究

高功率、超远距离的光通信需要选择合适的调制解调方式,调制方式的选择是由系统的信道特性来决定的。PPM(Pulse Position Modulation)调制由于其功率利用率较高、传输效率高和抗干扰能力强等优点在光通信系统中被广泛应用。介绍了PPM的三种调制形式,并且对PPM调制系统的组成进行了研究,着重分析了PPM的调制性能,包括信号功率谱密度、信号的传输效率及误码率,证明PPM调制在保证一定的速率和传输功率尽可能小的要求下,是空间激光通信系统的最佳选择。     

可见光通信调制方式及其性能研究

为了实现白光LED室内照明以及通信的双重功能,根据可见光通信的特点,在分析开关键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)以及双头脉冲间隔调制(DH-PIM)结构的基础上,提出一种新型反向双头脉冲间隔调制(RDH-PIM)方式。分析比较了各种调制方式的编码结构、带宽需求以及平均发射功率,推导了系统误时隙率表达式。仿真结果表明,OOK具有最小的带宽需求,RDH-PIM可以获得最大的平均发射功率,且带宽利用率明显优于PPM和DPIM。作为一种折中的调制方式,RDH-PIM在无线光通信中有一定的应用价值。     

基于DSP的FQPSK/CEFQPSK调制器实现

首先介绍了适用于深空通信的费赫尔正交移相键控（FQPSK）调制技术。为了改善其包络起伏特性,又介绍了一种严格的恒包络调制技术——恒包络正交移相键控（CEFQPSK）,它不但保持了FQPSK较高的带宽效率、无干扰和抖动的优点,而且实现了严格的恒包络,能够将发射机射频功率放大器效率发挥到最大。最后采用了一系列简化运算的处理方法,在TI公司的DSP中实现了这2种调制,达到信号高速输出的目的。     

深空通信中的调制技术

阐述了深空通信中调制技术所存在的问题和当前的解决办法,介绍了国内外采用的几种调制技术,并对其性能进行了分析和比较,主要是功率谱密度的比较.最后提出了当前的研究重点.