干货|通信广播卫星调制、编码、扩频技术
卫星通信
通信广播卫星调制、编码和扩频技术
与其他微波通信方式相比，卫星通信具有覆盖面积大、灵活性、信道质量好、带宽等一系列优点。近年来，卫星通信的发展主要致力于克服成本高、传输衰减大、传输时延高等问题。
通信广播卫星
典藏版
通信广播卫星
接下来我给大家介绍一下我国通信广播卫星的卫星，分别是亚太系列、信诺系列、亚星系列和中星系列。
2013.5
中星十一号共有45个C波段和Ku波段转发器。
2011.6
中星十号卫星搭载30个C波段转发器和16个Ku波段转发器，是中星五号卫星的后继卫星。
2010.9
神龙六号拥有24个C波段转发器、8个Ku波段转发器以及12GHz波段卫星广播服务BSS。
2009.8
亚洲五号卫星有26个C波段转发器和16个Ku波段转发器。
2008.6
中星九号拥有38个C波段转发器和一个12GHz波段卫星广播服务BBS。
2007.7
中星6B拥有38个C波段转发器和12GHz频段卫星广播业务BSS。
2007.6
鑫诺三号拥有24个C波段转发器、14个Ku波段转发器以及12GHz频段卫星广播业务BSS。
2005.4
亚太地区6座，有38个C波段转发器和12个Ku波段转发器。
2004.6
亚太5号卫星有38个C波段转发器和16个Ku波段转发器。
2003.4
亚洲四号拥有28个C波段转发器、12个Ku波段转发器和12GHz频段卫星广播服务BSS。
1999.3
亚洲卫星3s有28个C波段转发器和16个Ku波段转发器。
1998.7
鑫诺一号拥有24个C波段转发器、14个Ku波段转发器以及12GHz频段卫星广播服务BSS。
1997
亚太2R有28个C波段转发器和16个Ku波段转发器。
C波段/Ku波段
从以上信息我们可以看出，通信广播卫星提供的通信频段主要为C波段和Ku波段。
1、C波段转发器的服务范围大，通常覆盖几乎所有可见陆地，适合长距离国际和洲际服务。
2、Ku波段转发器的服务范围较小，通常只覆盖一个大国或几个小国，只适合国内用户。
EIRP 和 G/T？
EIRP：等效全向辐射功率，定义为地球站或卫星天线发射的功率P与接收天线的增益G的乘积。
可以用以下公式来表达：
等效全向辐射功率=等效全向辐射功率
以dB计算：
EIRP(dBW)=P-损耗+G
根据经验判断：
C波段转发器的EIRP通常为36-42dBW，地面天线口径通常不小于1.8米；
Ku波段转发器的EIRP通常为44~56dBW，地面天线孔径可能小于1米。
G/T：地面站性能指数，定义为接收系统噪声性能的天线增益G与等效噪声温度T之比。一般≥35dB/K的地面站为A类标准站；≥31.7dB/K的地面站为B类标准站。
现代技术
正交相移键控
正交相移监控
正交相移键控
QPSK：四相移键控，又分为绝对相移和相对相移。绝对相移存在相位模糊问题，所以实际中多采用主要利用相对相移的DQPSK。在无线通信中得到广泛应用。（频谱利用率高，抗干扰能力强）
正交四相移键控
偏移4相移键控
正交四相移键控
OQPSK：偏移四相移键控，是QPSK的改进版本。它具有与QPSK相同的相位关系，也将输入码流分为两路然后进行正交调制。（OQPSK信号相位只能跳跃0°、±90°，克服了QPSK的180°相位跳跃）
π/4-DQPSK
π/4 四进制相移键控
π/4-DQPSK
π/4-DQPSK：输入数据经过串/并转换、差分相位编码、内插和成形滤波后，再进行正交调制，得到调制后的π/4-DQPSK信号。
8相移键控
8 相移键控
8相移键控
8PSK：8相移键控，相移键控是相位调制的一种形式，用于表达一系列离散状态，8PSK对应8状态PSK。每个符号可以编码3位，8PSK不像QPSK那样抗噪声，但可以提供更高的数据吞吐能力。
16 幅度相移键控
输入：16幅度相移键控，其星座图有2个同心圆，内圈4个点，外圈12个点。该调制技术具有较高的数据传输速率，但其误码率也较高。（与QAM相比，APSK容易实现可变速率调制，因此适合于当前根据信道和业务需要进行分级传输的情况。）由于其星座图所含的幅度和相位信息是可分离的变量，因此可以用简单的预失真方法进行幅度非线性校正，而不会影响降维特性。因此，它在卫星电视广播中使用，在卫星宽带移动通信中也有很好的应用前景。
16QAM
16 正交幅度调制
16QAM
16QAM：正交幅度调制，由两个独立正交的4ASK信号叠加而成。4ASK利用多级信号键控载波得到信号。（产生16QAM的方法有两种：正交幅度调制法；复合相移法）
中医
网格编码调制
中医
TCM：网格编码调制，是一种集编码与调制为一体的技术，可以在不增加信道带宽、不降低有效信息传输速率的情况下，获得显著的编码增益，同时使得系统的频带和功率利用率达到最优。
正交频分复用
正交频分复用
正交频分复用
OFDM：正交频分复用，作为一种多载波调制方式，由于其对多径衰落的抵抗力强，在地面蜂窝基站通信网络中非常重要。但是，OFDM 不太适合卫星下行链路，例如在功放非线性的情况下，容易产生多载波互调干扰，使链路特性恶化。
卫星数字信号调制解调技术
基本调制
正交相移键控
正交四相移键控
π/4-DQPSK
高阶调制：
8相移键控
16QAM
中医
正交频分复用
前向纠错
误码率和前向纠错
针对通信业务的误码率要求，通常采用前向纠错码技术进行优化，下面对前向纠错码进行介绍：
卷积码原理
RS编码器结构
卷积码和 RS 串行级联码
在卫星通信发展初期，应用最为广泛的信道编码是以卷积码为内码、RS码为外码的串行级联码，下面分别介绍这两种编码。
卷积码：卷积码将k个信息比特编码成n个信息比特，但k和n通常都很小，特别适合于低延迟的串行形式传输。
RS 码：RS 码又称为 Reed-Soltz 码，是一种前向纠错信道码，对通过校正过采样数据生成的多项式有效。当接收方正确接收到足够多的点时，即使接收多项式上的许多点因噪声而失真，也能恢复原始多项式。
但除此之外，还有另外两种接近“香农极限”的译码方法：Turbo和LDPC。
Turbo 编码
编码器/解码器架构
Turbo 编码
Turbo码：并行级联码，编码器通过交织器将两个分量编码器并行级联，两个分量编码器分别输出相应的校验位；译码器在两个分量译码器之间进行迭代译码，分量译码器向外传递信息而不进行正反馈。因其译码过程类似涡轮（Turbo）而得名。当与调制技术相结合，就形成了前述的TCM（网格编码调制技术）。
低密度奇偶校验码
系统结构
LDPC 码
LDPC码：低密度奇偶校验码（又分为硬判决译码、软判决译码和混合译码）。其本质是一种线性分组码，通过生成矩阵G将信息序列映射为传输序列即码字序列。对于生成矩阵G，存在完全等价的奇偶校验矩阵H，所有码字序列C构成H的零空间。
对比
LDPC码与Turbo码相比，具有编码简单、码长相对较短、编码效果更接近香农极限等优点，因此该方法是目前卫星通信中首选的信道编码方法。
扩频通信技术
介绍
由于卫星通信的开放性，其隐蔽性较差，抗干扰能力较弱。对于隐蔽通信和抗干扰通信，需要扩频技术对其进行优化。这里主要介绍四种类型的扩频技术：直接序列扩频；跳频；跳变时间；线性调频。
直接序列扩频
直扩
直接序列扩频是在发射端采用高速扩频序列对信号的频谱进行扩展，在接收端采用相同的扩频码序列进行解扩，将扩展后的扩频信号恢复为原始信号。该技术最初应用于军事通信和保密行业，现在已广泛应用于民用产品中，如信号基站、无线电视、蜂窝电话、无线婴儿监视器等。
跳频扩频
跳频扩频
跳频技术是指利用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳跃，扩展频谱的一种技术，是最常用的扩频方法之一。其工作原理是指发送方和接收方的传输信号的载波频率按预定的规律离散变化的一种通信方式。也就是说，通信中使用的载波频率在伪随机变化码的控制下随机跳跃。从通信技术的实现上来说，“跳频”是一种利用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种控制载波频率跳变的通信体制。与定频通信相比，跳频通信的隐蔽性更强，不易截获，只要对方不清楚载波跳频的规律，就很难截获我们的通信内容。
跳时扩频
超音速巡航
跳时就是让发射信号在时间轴上离散地跳动。我们先把时间轴分成许多个时隙，这些时隙在跳时扩频通信中通常称为时间片。若干个时间片组成一个跳时时间帧，一帧中在哪个时隙发送信号是由扩频码序列控制的。因此，跳时可以理解为：由伪随机码序列选择的多个时隙的时移键控。由于采用窄得多的时隙发送信号，因此信号的频谱相对变宽。
线性频率调制
叽叽喳喳
如果发射的射频脉冲信号的载波频率在一个周期内线性变化，就称为线性调频。由于其频率在更宽的频带内变化，因此信号的频带也变宽了。这种扩频调制方法主要用于雷达，但在通信中也有使用。
卫星通信的基础知识，除了今天提到的调频技术、纠错码技术、扩频技术之外，还需要阵列天线技术、卫星蜂窝技术、多址复用技术等技术。
作者|
来源 | 上海摩仕
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