0 引 言

　　2l世紀(jì)以來(lái)，隨著人類探索外太空活動(dòng)的深入，深空探測(cè)正逐步成為航天活動(dòng)的新熱點(diǎn)。1998年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在加州理工學(xué)院的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)成立了深空通信和導(dǎo)航系統(tǒng)精英中心(DESCANSO)。DESCANSO負(fù)責(zé)管理和促進(jìn)深空探測(cè)對(duì)通信和導(dǎo)航技術(shù)需求的創(chuàng)新和改革。中國(guó)走向深空探索的步是2007年的探月工程計(jì)劃——嫦娥奔月，它的成功標(biāo)志著我國(guó)深空探測(cè)的開始，也是未來(lái)進(jìn)行更遠(yuǎn)深空探測(cè)的必然要求。因而研究深空測(cè)控通信技術(shù)就顯得非常重要。

　　隨著日益增加的通信容量，數(shù)據(jù)速率不斷增長(zhǎng)，射頻頻譜變得越來(lái)越擁擠，所用帶寬越來(lái)越寬，使得信道間的相互干擾相當(dāng)突出。在這種情況下，一種高帶寬效率數(shù)字調(diào)制方法應(yīng)運(yùn)而生——FQPSK。它具有調(diào)制信號(hào)的頻帶集中，旁瓣滾降快，包絡(luò)恒定的特性。另外還介紹了網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)技術(shù)，它是近年發(fā)展起來(lái)的一種解決通信系統(tǒng)有效性與可靠性的方案。它可以在不降低有效信息傳輸速率、不增加信號(hào)帶寬的情況下，獲得明顯的編碼增益。因此特別適合在帶寬受限的信道中進(jìn)行信息傳輸。

　　1 FQPSK體制

    FQPSK是針對(duì)高頻譜效率和高功率效率要求產(chǎn)生的一種調(diào)制方式。分析了其調(diào)制原理，和體制性能，與其他體制作了簡(jiǎn)單比較，并針對(duì)解調(diào)結(jié)合現(xiàn)有算法，提出了載波同步和定時(shí)同步的實(shí)現(xiàn)。其中位定時(shí)與載波頻偏的聯(lián)合估計(jì)基于高速樣點(diǎn)法，而初始相位差的估計(jì)通過(guò)非線性變換并取模實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，該方法是可行的，適合DSP實(shí)現(xiàn)。

　　FQPSK調(diào)制的關(guān)鍵在于除了對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行IJF編碼外，還在其后增加了一個(gè)交叉相關(guān)的運(yùn)算單元，以減少其包絡(luò)起伏。原理圖如圖1所示。

　　1．1 IJF編碼原理

　　在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，與誤碼率有直接關(guān)系的是接收信號(hào)在取樣點(diǎn)上的值與理想值的偏差。若排除噪聲的影響，則誤差主要來(lái)源于傳輸過(guò)程中的碼間干擾和取樣點(diǎn)的定時(shí)抖動(dòng)。在實(shí)際工程系統(tǒng)中，用奈奎斯特脈沖代表隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，他的主瓣占2b寬度。由于奈奎斯特脈沖拖尾的存在，使得合成波形的過(guò)零點(diǎn)向左或右偏移，產(chǎn)生定時(shí)抖動(dòng)。另外，拖尾還會(huì)造成波形的幅度起伏，使誤碼率提高。IJF編碼的特點(diǎn)是采用一種新的基帶成形脈沖——時(shí)限雙碼元間隔脈沖，因其不存在振蕩尾巴，從而消除了碼間干擾和定時(shí)抖動(dòng)?！　?/P>

    實(shí)現(xiàn)IJF編碼的方法有脈沖疊加法、橫向濾波器法和非線性濾波器法等幾種。非線性濾波器法實(shí)質(zhì)上是一種分段合成IJF波形的方法。成型后的UF編碼波形僅由以下4種波形合成：即±So和±Se，其中So，Se波形如圖2所示。

　　實(shí)現(xiàn)時(shí)根據(jù)輸入的前一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻碼元關(guān)系來(lái)確定該時(shí)刻的編碼輸出：

　　IJF編碼結(jié)果如圖3所示。

　　1．2 互相關(guān)及DSP實(shí)現(xiàn)

　　經(jīng)IJF編碼輸出的波形有3 dB的包絡(luò)起伏，然后通過(guò)互相關(guān)來(lái)消除包絡(luò)起伏。具體相關(guān)過(guò)程是將I路和Q路的兩個(gè)碼元符號(hào)在每半個(gè)符號(hào)間隔內(nèi)進(jìn)行如下相關(guān)運(yùn)算：

　　(1)I路信號(hào)為零時(shí)，Q路信號(hào)為峰值。

　　(2)1路信號(hào)為非零時(shí)，Q路信號(hào)值衰減到A

　　(3)Q路信號(hào)為零時(shí)，I路信號(hào)為峰值。

　　(4)Q路信號(hào)為非零時(shí)，I路信號(hào)值衰減到A。

　　當(dāng)時(shí)，其包絡(luò)起伏接近0 dB，這種使信號(hào)幅度包絡(luò)恒定的方法是一種人為的拼湊方法，無(wú)法從原理上做到包絡(luò)恒定，而僅僅能達(dá)到某種程度的近似的包絡(luò)恒定。

　　在工程實(shí)踐中，使用了TI公司的TMS320C6711芯片。該芯片基于超長(zhǎng)指令字的體系結(jié)構(gòu)，非常適合于高強(qiáng)度的數(shù)學(xué)運(yùn)算。C6711既能進(jìn)行定點(diǎn)處理也能進(jìn)行浮點(diǎn)處理。

　　在DSP實(shí)現(xiàn)時(shí)，按文獻(xiàn)的方法先將8種波形數(shù)據(jù)制表，然后進(jìn)行逐符號(hào)映射，計(jì)算波形編號(hào)，得到地址，尋址波形表，輸出波形。交叉相關(guān)后波形如圖4所示。

　　FQPSK調(diào)制所具有的頻帶集中、包絡(luò)恒定的特性可使得調(diào)制信號(hào)通過(guò)帶限和非線性處理后有盡可能小的頻譜擴(kuò)展，其優(yōu)良的頻譜特性與目前射頻譜資源緊張的形勢(shì)相順應(yīng)。TCM在不增加帶寬和降低信息速率的條件下，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，尤其適合于在功率和頻率受限的信道中使用。而基于網(wǎng)格編碼調(diào)制的Viterbi譯碼算法具有較強(qiáng)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。從TCM技術(shù)中可以看出：通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的組合優(yōu)化，可以使系統(tǒng)的整體性能得到極大的提高。