基于TAS/STBC方案的深空通信系统的性能分析

为了进一步改善系统性能，本文提出了一种级联编码调制的使用发射天线选择(TAS)和正交空时分组码(STBC)的深空通信系统的方案。在可变参数Rician衰落信道下，基于标量的加性高斯白噪声(AWGN)信道的方法，得到了系统在接收端信噪比的表达式。然后对不同条件下的系统的平均符号误码率(ASEP)性能做了仿真，仿真结果表明：本文所提出的方案，能够显著改善系统的性能，使系统的平均符号误码率大大降低，从而能够缓解发展中的深空通信中将会遇到的功率受限和频带紧张问题。

深空通信是指地球上的实体与月球及月球以外宇宙空间中的航天器之间的通信[1]-[3]。在深空探测任务中，通信系统肩负着传输指令信息、遥测遥控信息、跟踪导航信息、姿态控制、轨道控制等信息和传输科学数据、图像、文件、声音等数据的任务。

从这个意义上讲， 离开了深空通信， 深空探测就无法进行[4]。

深空通信具有通信距离远、链路间歇性、上下行链路传输速率不对称、高信息容量和高数据传输速率、数据传输可靠性要求极高等特点。为了解决深空通信中特殊的问题，如传输时延大、前向与反向链路容量不对称、射频通信信道链路误码率高等， 一些关键技术受到了广泛的关注。

这些关键技术主要有：天线组阵技术、高效调制解调技术、信道编码和传输层协议技术、信源编码和数据压缩技术、通信协议。

深空通信中存在的多普勒频移和由太阳闪烁引起的多径效应，使深空信道具有时变衰落特性。为了获得更高的探测灵敏度，需要采用各种分集接收技术(包括空间、频率、时间、极化分集)。使用多个天线组成阵列对信号进行分集接收，已经成为深空测控的发展方向[5]-[8]。多输入多输出(MIMO)技术使用多个发送天线和接收天线，可以显著提高系统的容量和改善无线传输链路的质量而不增加系统的带宽。

MIMO 技术已经成为无线通信领域的研究热点，尤其在信道相关的测量、建模和信道编码方面有了广泛的学术成果[9]-[13]，受到越来越多的关注。空时编码(STBC)技术就是利用多根发射天线有效地实现了空间分集，尤其正交空时分组码以较低的译码复杂度获得了完全的分集增益。然而，典型的MIMO 系统中发射机和接收机同时使用所有的天线发射和接收，这就要求使用与天线一样多的射频链路，大大增加了系统的硬件成本，而且空时编码、检测译码等信号处理的复杂度也会大幅度提高。发射天线选择(TAS)技术由于用相对较少的收发射频链路支持较多的天线，更好地利用收发天线单元，大幅削减硬件成本， 并且降低信号处理的复杂度，引起人们极大的关注。为了充分利用TAS 和STBC 的优点，文献[14]提出了TAS/STBC 方案，选择两根发射天线的系统称为TAS/Alamouti。文献[15] [16]利用矩生成函数(MGF)的方法，研究了在瑞利衰落信道下TAS/STBC 系统使用相干检测的BFSK、M 进制相移键控(MPSK)和方形M 进制正交幅度调制(MQAM)的平均误码率的精确闭合表达式及其性能上限。

深空通信传输时延大，无法利用应答方式保证数据传输的可靠性。合适的编码调制体制对保障深空