Ka频段卫星通信研究

Ka频段卫星通信扩展通信带宽,提高系统灵活性、可靠性、保密性,无论在现代军事还是民用通信上,都有广泛的应用前景。文章介绍Ka频段卫星通信的发展历史,技术特点以及应用前景,并对我国的Ka频段卫星通信作了一些探讨,提出一些观点。     

Ka频段宽带IDMA卫星传输系统的性能分析

为了解决当前Ka频段宽带卫星接入体制难以克服的技术瓶颈,将交织区分多址接入(IDMA)技术引入宽带卫星通信系统,充分利用IDMA接入方式在低复杂度和高频谱效率等方面的优势,以期在资源受限的卫星系统中获得更高的用户容量和服务质量。结合Ka频段卫星信道特点建立了宽带IDMA卫星系统仿真模型,阐述了其系统容量计算方法及推导了相关的表达式。仿真和分析表明,与传统CDMA方式相比,宽带卫星IDMA传输机制以较低的星上处理复杂度获得通信性能和用户容量的大幅提高,为下一代多业务、高容量、高速率的宽带卫星通信系统提供了一种有价值的参考方案。     

Ka频段宽带交织区多址接入卫星传输系统的性能分析

为了解决当前Ka频段宽带卫星接入体制难以克服的技术瓶颈,将交织区分多址接入(IDMA)技术引入宽带卫星通信系统,充分利用IDMA接入方式在低复杂度和高频谱效率等方面的优势,以期在资源受限的卫星系统中获得更高的用户容量和服务质量。结合Ka频段卫星信道特点建立了宽带IDMA卫星系统仿真模型,阐述了其系统容量计算方法及推导了相关的表达式。仿真和分析表明,与传统CDMA方式相比,宽带卫星IDMA传输机制以较低的星上处理复杂度获得通信性能和用户容量的大幅提高,为下一代多业务、高容量、高速率的宽带卫星通信系统提供了一种有价值的参考方案。     

Ka频段LMS信道中Turbo-OFDM技术研究

提出了Ka频段LMS信道中的Turbo-OFDM技术,进行了Ka频段卫星通信信道特性分析及LMS信道模型研究,并在Chun Loo提出的Ka频段LMS信道模型的基础上建立了Turbo-OFDM系统模型,仿真结果表明该技术性能良好。     

自适应纠错编码抗衰减对策研究

在Ka及以上高频段卫星通信系统中,下行链路采用自适应纠错编码作为抗衰减对策将是一种很好的选择。文中首先给出了自适应纠错编码抗衰减系统的总体方案;提出了将收缩码与RS码加交织构成的自适应级联码作为前向纠错编码方式,能保证绝大部分地区卫星下行链路99.8%的系统可用度;最后对自适应编译码选择方案的实现进行了说明。     

临近空间Ka频段信道建模

构建了一种临近空间Ka频段小区制覆盖的通信信道模型。首先,讨论了临近空间信道的几何特性,将通信覆盖区域根据不同仰角分为高仰角区、中仰角区和低仰角区;其次,分析了影响信道特性的5种因素:大气吸收衰减、对流层闪烁衰减、云雾衰减、降雨衰减以及地面反射体造成的多径效应,总结出降雨衰减和多径效应对临近空间Ka频段通信信道的影响要远大于其他3种因素;最后,分析了不同仰角情况下,地面反射体、雨衰对信道的影响,并且根据Ka频段静止卫星通信信道在各种天气条件下信号的概率分布参数,对临近空间Ka频段小区制覆盖的通信信道模型进行了仿真,分别给出了不同仰角区的误码率性能仿真曲线。对于临近空间通信平台的开发与研究具有指导意义。     

Ka频段卫星通信WPDM传输系统的性能分析

分析了Ka频段卫星通信的信道特性与模型,对基于小波包分复用(wavelet packet division multiplex,WPDM)的Ka频段卫星传输系统进行了研究;并采用支撑长度低的小波函数来降低系统的高峰均功率比(peak to average vatio,PAPR)。仿真结果能和该系统的误码率分析结果很好地吻合,并通过与OFDM(orthogonal frequency division multiplex)系统仿真对比得到在误码率为10-3时可节约3 dB;且显示出支撑长度低的小波函数能有效降低系统峰均功率比,从而提高系统性能。     

临近空间静止通信平台模型研究

在临近空间通信系统中,大气、降雨、闪烁会引起空地链路信道质量的恶化。以临近空间飞艇为通信平台,通过分析Ka频段临近空间通信信道的电波传播特性,重点分析了降雨对信号衰落的影响,在此基础上建立了Ka频段临近空间静止通信信道,以及Ka频段临近空间静止通信信道模型的仿真模型,并在Matlab环境下对Ka频段临近空间静止信道模型的BER性能进行仿真,仿真结果为临近空间链路分析及抗雨衰对策提供理论依据。     

Ka 频段星间链路干扰强度及可行性分析

星间链路是通信卫星网络、中继卫星网络的重要组成部分,其面临的干扰主要来自地面,因此,星间链路需要能够避免来自地面的有意或无意干扰,从而能够保证整个卫星系统的稳健运行。从目前研究现状来看:Ka频段可作为下一代星间链路重要的可选频段之一。传统观点认为Ka频段由于频点高,空间损耗大,穿透大气层时衰减严重,因此,地面上的Ka频段信号对星间链路几乎没有干扰。本研究从干扰源所处位置、干扰类型等方面分析了星间链路可能受干扰的各种情况,并在大功率干扰源性能及发展趋势调研基础上,定量研究对星间链路实施干扰的可行性,指出Ka频段星间链路依然可能受到地面干扰的威胁,并分析强对抗情况下星间链路可能面临的抗干扰指标需求。相关研究成果对于星间链路的研制建设具有一定参考意义。     

Ka频段自相关雨衰预测模型

针对目前雨衰预测模型在Ka频段雨衰估计中复杂度高、计算量大的问题,提出了一种结构相对简单、计算量较小的自相关雨衰预测模型.该模型首先利用前导雨衰数据之间的自相关性,采用平均误差功率最小的原则计算出模型的参数,然后结合前导数据迭代推算出Ka频段各个频率点的雨衰值.仿真结果表明,不同的前导数据量和预测间隔具有不同的预测精度,在前导数据量为20、预测间隔为0.05 GHz时,新模型的雨衰量预测误差在整个Ka频段均达到10-5dB以下.     

Ka波段多波束卫星通信降雨衰减功率优化法

降雨衰减是影响Ka波段卫星通信系统传输质量及系统性能的主要因素之一。为了保证卫星通信链路的传输质量,根据我国的降雨统计数据,计算得到了Ka波段降雨衰减的等值分布图,并采用功率优化法对多波束天线系统的转发器功率进行优化分配,以补偿降雨衰减的影响。研究结果表明,该方法在减小降雨衰减对通信传输质量的影响方面具有较好的效果。     

抗多普勒频移的Ka频段FRFT-OFDM系统及其均衡

针对多普勒频移严重影响Ka频段正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统传输性能的问题,提出使用分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)的方法.将多普勒频移引入Ka频段移动卫星信道模型,通过选取不同环境...     

一种新的Ka频段雨衰预测模型

雨衰的预测与计算是Ka频段卫星通信中的关键问题之一。分析了Ka频段DAH雨衰预测模型,归纳了DAH模型的计算步骤。基于维纳预测思想,提出了一种结构相对简单、计算量较小、易于迭代的新雨衰预测模型,给出了具体算法与步骤。仿真结果表明,新模型在水平、垂直和圆极化方式下具有与DAH模型几乎一致的变化特性,在不同地区也具有一致的预测效果,当阶数为2和3时,新雨衰预测模型与DAH模型最大偏差分别不大于0.065 dB和 0.005 dB。证明提出的新模型有效、算法简单,易于工程化。     

基于深度强化学习的卫星动态功率控制技术

随着用户数量和数据业务的显著增长,卫星通信系统需要更高的吞吐量和更大的容量.在有限的无线资源条件下,高通量卫星如何通过智能化技术手段灵活高效地动态分配无线资源,成为当前卫星通信领域亟待解决的难题.在灵活载荷的框架下,传统的启发式方法存在计算复杂度高的问题,难以满足未来高实时的卫星通信业务需求.为解决以上难题满足未来灵活...     

中继法解决再入航天器通信黑障问题优化研究

中继法是目前解决航天器再入通信黑障问题的一种可行方案,建立了背风面等离子鞘套模型,分析航天器再入俯仰角对信号在鞘套中的传输影响,并在航天器再入初始俯仰角下对比了S频段和Ka频段信号在背风面等离子鞘套的传输情况。结果表明:俯仰角越大,信号电磁波在等离子鞘套中的衰减越小;相同俯仰角下Ka频段传输性能明显优越于S频段信号,Ka频段信号相比于S频段信号,在背风面的透射率至少提高55%、衰减值至少降低33.69 dB,建议选用Ka频段信号作为中继卫星与再入航天器之间的通信频段并提出中继优化方案,为进一步解决航天器再入过程中的通信黑障问题提供思路。     

Ka频段卫星上行链路开环功率控制算法研究

在Ka频段卫星通信中，降雨引起的信号衰减会影响卫星业务质量，上行链路开环功率控制是最经济的抗雨衰技术之一。文中提出的一种实时信标晴空参考电平获取方法，克服了雨衰强度快速变化对其的影响，并对开环功率控制算法的关键部分——衰减估计的具体实现电路进行了详细研究。     

Ka频段ATC-OFDM传输体制的性能分析

分析了Ka频段移动信道特性,建立了Ka频段自适应Turbo编码-OFDM传输体制(ATC-OFDM),并提出了3种自适应方案和相应算法。通过新传输体制中的自适应功率、自适应调制和自适应功率调制同固定分配功率和调制方案的TC-OFDM传输体制相比,在不同的天气环境下,其系统误码性能有着明显的改善。系统的吞吐量在信噪比大于8dB时,相比于BPSK调制,可提高2bps/Hz,验证了该传输体制的可行性和有效性。     

Polar码M-QAM系统编码码率及误比特率性能

将Polar码与高阶调制相结合,构成级联Polar码多级正交幅度调制(M-QAM)系统.为该级联系统提出了确定性比特信道熵参数,解决了级联系统Polar编码信息比特位的选取问题;同时,利用比特信道熵的累积概率分布,分析了Polar码码长和比特信噪比对级联系统中Polar码无差错传输最大可达码率的影响.通过对级联系统在16QAM和64QAM两种调制方式下系统误比特率性能的仿真发现;级联Polar码64QAM系统比级联Polar码16QAM系统具有更快的误比特率下降速度和更高的比特信噪比效率.     

卷积编码在低仰角Ka频段临近空间通信的计算机仿真性能分析

为提高低仰角情况下临近空间通信在不同天气下的误码率性能,提出在传输中采用卷积编码和维特比译码。首先讨论了临近空间信道传输特性,指出雨衰是影响Ka频段临近空间通信的最主要因素,并在此基础上建立了Ka频段临近空间信道模型。其次分析了卷积编码和维特比译码的特性,对其应用在临近空间通信的合理性进行了讨论。然后建立了临近空间通信的仿真模型,对基于卷积编码的Ka频段临近空间的通信性能进行了仿真。结果表明,利用卷积编码可以获得较高的编码增益,有效提高了临近空间通信在不同天气下的误码率性能。     

Ka频段卫星通信系统雨衰混合补偿算法

为减少降雨衰减对Ka频段卫星通信系统的影响, 以降低误码率, 提出了一种混合补偿雨衰算法。该算法将基于一步线性前向预测原理的自适应功率控制方法结合速率分集技术, 由n时刻前的雨衰值预测n时刻的雨衰值, 进而调整功率, 并在功率控制达到极限时能根据信噪比动态地降低信息速率, 以获得较低的误码率。仿真结果表明, 与只应用功率控制技术的方法相比, 该方法具有较好的补偿效果, 能使误码率小于10^-7。