衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于能夠大范圍地進行數(shù)字多媒體的傳播。為了最大限度地利用有限功率，衛(wèi)星的高功放（HPA）必須工作在飽和狀態(tài)下，這樣產(chǎn)生了非常嚴峻的非線性環(huán)境，影響了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能。過去，矩形MQAM調(diào)制具有較高的頻譜利用率，并且在AWGN信道下有很好的性能，但是在非線性信道中，性能惡化比較嚴重。1974年，THOMAS等人提出并研究了一種環(huán)形MAPSK調(diào)制[1]，這種星座能夠有效地克服由于HPA引起的非線性失真。對于MAPSK星座如何選用匹配的星座參數(shù)，GAUDENZI對APSK星座基于最小歐氏距離最大化和互信息最大化兩種原則進行了星座優(yōu)化設計[2-3]。本文針對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的非線性信道，通過對映射星座進行相應的非對稱旋轉(zhuǎn)，以補償非線性失真對通信系統(tǒng)的影響。沒有硬件復雜性的影響和帶外輻射的增加，并且允許放大器工作在飽和狀態(tài)，是一種簡單有效克服非線性失真的方法。

1 衛(wèi)星非線性信道數(shù)學模型
    圖1可認為是跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星返向信道的模型。其中，星上功率放大器(TWTA)是一個非線性器件，該器件將引起包括幅度和相位在內(nèi)的非線性失真。



2.2 非線性失真對MAPSK的影響
    總的來說,信道非線性特性對信號的影響有兩方面。(1)造成映射的信號點的幅度和相位的失真,星座信號點的相對位置發(fā)生變化;(2)盡管是無記憶非線性系統(tǒng)，但在接收端會出現(xiàn)碼間干擾（ISI）。
    對于4-12APSK調(diào)制信號,當經(jīng)過衛(wèi)星非線性信道后，其信號點的相位和幅度發(fā)生了變化，圖3是比較了經(jīng)過非線性信道前后信號點幅度和相位的變化情況。
    由圖3知，經(jīng)非線性信道后,幅度和相位失真比較嚴重。對于4-12APSK來說,相對應的內(nèi)環(huán)半徑為0.188 3,外環(huán)半徑為0.508 5。經(jīng)過非線性放大器后內(nèi)環(huán)半徑為0.390 6,外環(huán)半徑為0.845 8,內(nèi)環(huán)放大2.074 3倍,外環(huán)放大1.663 3倍。內(nèi)環(huán)星座點向左旋轉(zhuǎn)7.626 9°,外環(huán)星座點向左旋轉(zhuǎn)38.696 8°。

2.3 MAPSK星座非對稱設計理論分析
　　從上面的分析得知，衛(wèi)星信道的非線性特性使通信質(zhì)量嚴重下降。通過在調(diào)制端選取最優(yōu)的相對半徑ρ和相對相位?漬，使其在非線性信道下性能得到提升。根據(jù)HPA的AM/AM、AM/PM轉(zhuǎn)換特性，得到經(jīng)過HPA的星座，對星座的相對半徑和相對相位進行修正。這種星座優(yōu)化設計方法就是根據(jù)HPA非線性失真特性測算星座點幅度和相位的變化，在調(diào)制端對星座進行非對稱設計,使其經(jīng)過HPA,使相位和幅度恢復原來的標準映射星座,而在解調(diào)端解調(diào)時,仍然以標準的映射星座進行解調(diào)，提高信號抵抗非線性失真的能力。
    非對稱性星座參數(shù)優(yōu)化步驟如下：
    (1)無白噪聲進行傳輸時，計算自匹配濾波器的S組有W個符號的質(zhì)心；
    (2)計算每組最后的錯誤符號；
    (3)對星座的信號點進行更新。
    最后一步可以通過迭代的LMS算法來進行。其原理如下式：

    由圖5和圖6可知，非線性信道下，采用非對稱設計參數(shù)的16APSK和32APAK性能遠遠好于對稱的16APSK和32APSK。

    不同測量參數(shù)表征的非線性模型的非線性程度不同。下面，根據(jù)表2的優(yōu)化星座參數(shù)，比較4-12APSK在非線性程度不同的非線性信道模型下的誤碼率性能，如圖7 ，Hetrakul and Taylor測量參數(shù)下優(yōu)化的星座性能最好，而Eric測量參數(shù)和Berman測量參數(shù)優(yōu)化的星座性能接近。實際衛(wèi)星通信中，應該對影響通信質(zhì)量最嚴重HPA表征參數(shù)，選擇合適的測量參數(shù)模型，以期達到跟實際相符。

    針對衛(wèi)星信道的非線性失真特性，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中采用DVB-S2標準中的具有較高功率和頻譜利用率的MAPSK調(diào)制技術，利用其包絡起伏較小并具有內(nèi)在的對抗非線性失真能力的優(yōu)點，來提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。在利用不同的測量參數(shù)來表征非線性信道非線性程度的基礎上，提出了在調(diào)制端對MAPSK映射星座進行非對稱設計，在解調(diào)端采用標準的解映射星座進行解調(diào)，來補償非線性失真對MAPSK調(diào)制信號帶來的相位和幅度的影響。
參考文獻
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