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多波束卫星系统频率复用与干扰避免算法

张伟忠  
【摘要】:卫星通信具有通信距离远、覆盖范围广等优点,并逐渐成为实现全球无缝通信及互联网空中高速通道的必不可少的手段。但是由于无线宽带和多媒体用户及应用市场的迅速扩大,卫星通信系统对无线电频谱资源的需求越来越大,为了频率资源不足的问题,卫星通信系统需要引入频率复用技术和干扰避免方案。频率复用技术通过控制同频复用距离来帮助通信系统减少内部小区之间的干扰,增大系统容量;干扰避免方案能够在保证主系统通信质量的同时,使次级系统获取一定的频率资源,从而提高频谱的利用效率。首先,本文介绍了多波束卫星系统频率复用和干扰避免技术的发展现状,并在分析了现有的解决方案之后,提出了本课题的研究方向。然后,本文给出了多波束卫星的系统模型,并在该模型下提出了基于用户分布的波束覆盖方案。本文参考了三种蜂窝系统中经典的频率复用方案,并在综合考虑了单个波束的信号干扰比(Signal to Interference Ratio,SIR)、单个波束的容量以及系统的总容量等通信指标之后提出了基于用户分布的频率复用方案。之后,在对基于基站布局的干扰避免方案进行研究时,本文提出了两种频率共享场景:一是地球静止轨道(Geostationary Orbit,GEO)卫星系统与地面系统的频率共享场景;二是GEO卫星系统与低轨卫星(Low Earth Orbit,LEO)系统的频率共享场景。静止卫星系统受地面系统干扰和受低轨卫星系统干扰的避免方案是本课题的研究重点。本文提出了保护区的概念,并通过链路预算及仿真分析得到GEO卫星系统所受干扰的期望值与保护区之间的关系。最后,当基于基站布局的干扰避免方案不足以解决不同通信系统进行频率共享时存在同频干扰的问题时,本文提出了基于能量检测的干扰避免方案。在GEO卫星系统与LEO卫星系统进行频率共享的场景下,本文对传统的能量检测算法做出了改进。由于LEO卫星相对于GEO地球站的不断运动,LEO卫星感知模块接收到的信号强度也在不断变化,而接收信号功率的不稳定性将导致能量检测的准确性下降。为了解决这一问题,本文提出了基于前向预测的能量检测算法,并对算法进行改进,提高了其检测准确性。


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