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下一代卫星移动通信系统关键技术研究

何异舟  
【摘要】:随着卫星移动通信技术的不断发展,军民用户对卫星通信的需求日益增高,构建具有速率高、覆盖广、延时短、灵活性强的宽带卫星移动通信系统已经成为了未来的发展趋势。OFDM体制由于其实现简单、带宽配置灵活、频谱率用率高等优势,现已作为新一代卫星通信系统的备选技术方案。但卫星移动通信相较于传统的地面移动通信网,具有覆盖范围大、不受地理和自然条件限制、通信距离远、功率受限等特点。因此,简单沿用现有的OFDM相关技术技术会导致卫星移动通信系统工作效率低下甚至无法正常运行。随机接入技术作为终端与通信网进行交互的第一步,影响着整个通信系统过程能否顺利展开,是该系统研究的重点问题之一。因此,研究适用于新一代卫星移动通信系统的随机接入技术是构建本系统所面临的一项技术挑战。本文以新一代卫星移动通信系统为研究对象,对应用于此环境下的随机接入技术进行了详细研究,主要的研究成果如下:(1)针对新一代卫星移动通信系统采用ZC序列的设计思路,考虑卫星移动通信系统波束内往返时延差较大与波束覆盖范围较广的特点,提出了两种随机接入信号格式设计方案——①采用经典随机接入信号格式设计思路,设计适用于新一代卫星移动通信系统的随机接入信号格式。该设计方案可基本满足大往返时延差下正常的随机接入过程。②基于时延预补偿的随机接入信号格式设计方案,在接入序列发送之前,由移动终端进行时延粗估计并补偿传输时延差,令同波束内移动终端的发送信号与波束中心对齐,同时到达卫星接收端。该方案可降低同波束内移动终端较大往返时延差的影响,节省本系统的时频资源,并能保证较高的接入性能。(2)针对卫星通信系统单星定位精度较低问题,基于新一代卫星移动通信系统终端协作机制,提出了一种基于增强型卡尔曼滤波的卫星移动终端协同自主定位的算法(K-ACT)。利用同波束内的未定位移动终端进行RSSI测量,获取卫星与波束中心参数以及协作状态下的参数集合,进行最小二乘粗估计与卡尔曼滤波二次优化,最终确定终端较为精确的坐标。该算法可在单星场景下实现较为精确的终端定位,而且所提方案在协作终端数量增加时能降低定位误差的波动范围,提高定位稳定性。(3)为了降低卫星移动通信系统大多普勒频移对定时估计的影响,提出了一种基于对称ZC序列以及低复杂度DFT谱分析的定时估计算法。该算法由原来ZC序列与ZC序列共轭的和作为前导序列进行发送,在接收端分别用ZC与ZC的共轭对接收信号进行点乘与DFT运算处理,再将两路信号相减,消除多普勒频移。该算法在不增加时频资源的前提下可大幅提升高动态多普勒频移的定时估计精度。(4)针对新一代卫星通信系统(第一期)的系统性能进行了评估,搭建了具有本系统特点并融入若干关键技术的系统仿真平台,对ITU所提出的的新一代卫星移动通信系统性能指标进行仿真分析与评估,为该系统的后续研究提供理论基础与数据支持。最终以中国评估组为单位向ITU提交了新一代卫星移动通信系统评估报告。


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