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多波束宽带卫星通信系统的预编码方法研究

陈慧慧  
【摘要】:多天线技术凭借高容量、高速率以及较强的抗干扰能力等优势,在卫星通信系统中得到了广泛应用。然而,该技术的引入使得卫星链路中波束间干扰问题日益严重,从而影响了系统的传输速率,如何消除波束间干扰是当前亟待解决的关键问题。由于波束间干扰问题类似于地面蜂窝通信网中的小区间同信道干扰问题,而预编码技术是目前解决小区间干扰的有效方法,所以可以将预编码技术推广到多波束卫星系统中,以此克服波束间干扰,从而提高卫星通信系统的性能,进一步营造高质量的卫星通信链路环境。因此,本课题对多波束卫星通信系统的预编码方法展开重点研究,具有极其重要的研究价值与实际意义。首先,介绍了卫星通信信道的空间传播特性,包括各种因素产生的原理以及影响;同时详细分析了几种经典的卫星信道衰落模型,分别从基本概念、结构组成以及适用场景层面进行描述;并且对Ka频段卫星通信中雨衰因素作了简要概述;最后,重点研究了多波束卫星信道模型,包括多天线模型的优势以及卫星信道的主要特点,为第四章预编码技术的性能研究作铺垫。其次,主要介绍了预编码技术的理论基础,包括基本原理、分类标准以及信道状态信息(Channel State Information,CSI)的获取等;着重分析了常见的几种线性预编码算法的原理以及性能优劣;同时重点研究了通信链路中存在信道估计误差时,非理想CSI下鲁棒线性预编码的设计问题,针对信道估计误差影响系统性能的问题,提出了两种基于MMSE准则的预编码优化算法,并通过构建误差模型,推导出两种优化算法的最优解;最后在瑞利信道下通过仿真比较分析了理想与非理想CSI时预编码算法的误码率、系统传输速率以及均方误差的性能,进一步验证了本文提出算法的鲁棒性。最后,阐述了预编码技术应用于多波束卫星系统的重要性;并介绍了三种卫星预编码实现方法,包括各种方法的系统模型以及优缺点,给出了对应的系统框图;深入分析了多波束卫星系统模型,阐述了该模型的组成结构、原理以及信道的主要影响因素;最后在莱斯阴影信道下仿真分析了理想CSI时各种线性预编码算法的误码率,同时当通信链路中存在信道估计误差时,将本文提出的算法应用于多波束卫星系统中,并通过误码率以及系统传输速率的仿真,验证了所提算法在多波束卫星系统中的性能优势。


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