低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)OFDM傳輸技術(shù)研究.pdf

1、空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)將隨時(shí)隨地為各種接入用戶終端提供寬帶服務(wù)，成為空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)信道具有頻率選擇性衰落特性、并且系統(tǒng)頻帶資源受限，因此需要通信鏈路所采用的傳輸技術(shù)不僅僅能夠抗信道頻率選擇性衰落，而且具有較高的頻帶利用率。正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiple, OFDM)是一種采用正交子

2、載波進(jìn)行信息傳輸技術(shù)，具有抗信道頻率選擇性衰落能力，并且具有較高的頻帶利用率；同時(shí)可以進(jìn)行子載波靈活分配以實(shí)現(xiàn)低軌寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)上、下行鏈路用戶業(yè)務(wù)的非對稱傳輸。因此研究低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)OFDM傳輸技術(shù)具有重要意義。
　　在這樣的背景下，本文針對低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的OFDM傳輸技術(shù)進(jìn)行研究，以下是研究的幾個(gè)主要方面。
　　第一，低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的OFDM傳輸技術(shù)適用性研究。首先針對低軌寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的典型仿

3、真場景信道統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行描述，針對低軌寬帶衛(wèi)星的通信系統(tǒng)上、下行鏈路，分別采用DFT-S OFDM(Discrete Fourier Transformation Spread Orthogonal Frequency Division Multiple)，OFDM建立鏈路模型。根據(jù)低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信信道特性，分析研究了上、下行鏈路DFT-S OFDM與OFDM傳輸體制抗信道多徑衰落性能、多普勒頻移下性能，峰均比(Peak to Ave

4、rage Power Ratio, PAPR)性能，及高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise, AWGN)信道下性能。證明OFDM傳輸技術(shù)在低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有適用性，從而為后面章節(jié)的低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的OFDM傳輸技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　第二，低軌寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)DFT-S OFDM上行鏈路用戶檢測方法。針對傳統(tǒng)單用戶信號檢測算法不能跟蹤低軌寬帶衛(wèi)星時(shí)變信道，提出一種改進(jìn)遞歸最小二乘(

5、Recursive Least Squares, RLS)單用戶信號檢測算法；該算法能夠?qū)r(shí)變信道進(jìn)行較好跟蹤，以適應(yīng)低軌寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)信道的時(shí)變性。針對低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)上行鏈路的多用戶由于頻偏差異引入接入干擾，傳統(tǒng)并行干擾消除(Parallel Interference Cancellation, PIC)算法或者串行干擾消除(Successive Interference Cancellation, SIC)算法干擾消除精度不

6、高，迭代次數(shù)過多的問題，提出一種最優(yōu)權(quán)值并行干擾消除(Optimal Weight Parallel Interference Cancellation, OWPIC)算法消除多用戶接入干擾(Multi-user Access Interference, MUI)，該算法干擾消除精度較高與迭代次數(shù)較低。
　　第三，低軌寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)OFDM下行鏈路信號檢測方法。由于較大載波頻偏破壞OFDM的子載波正交性而引入干擾，針對傳統(tǒng)頻偏干擾消

7、除算法的復(fù)雜度過高，頻偏消除范圍有限，提出一種低復(fù)雜度的時(shí)頻聯(lián)合最小均方誤差(Time and Frequency Domain Least Mean Square, TF-LMS)算法來消除頻偏干擾。該算法對于較大頻偏引入干擾有較好的消除性能。針對低軌寬帶衛(wèi)星服務(wù)諸如城區(qū)等信道多徑衰落嚴(yán)重的場景，提出一種聯(lián)合信道及載波頻偏干擾消除的頻域空間選擇性期望最大化(Frequency Space Alternating Generalized

8、 Expectation Maximization, FSAGE)算法。該算法首先進(jìn)行頻域頻偏預(yù)估計(jì)及預(yù)消除，然后進(jìn)行聯(lián)合信道及頻偏干擾的精跟蹤及消除。為了降低低軌寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸信號的冗余信息，提高信號傳輸效率，提出一種級聯(lián)的MCMA-RLS(Modified Constant Modulus and Recursive Least Squares Algorithm)用戶信號盲檢測算法。該算法無需采用訓(xùn)練序列并且收斂速度較快

9、。
　　第四，低軌寬帶衛(wèi)星OFDM系統(tǒng)資源分配方法。為了提高上行鏈路用戶終端功率利用率，提出一種基于星上功率檢測的用戶功率控制算法，有效降低用戶功率損耗。針對保證低軌寬帶衛(wèi)星服務(wù)不同用戶業(yè)務(wù)的速率比例以及用戶傳輸速率的最優(yōu)化，提出一種低復(fù)雜度的均分聯(lián)合功率、載波、比特資源分配算法。該算法首先在保證接入用戶的速率比例的條件下，通過功率、子載波均分的方式降低資源分配的復(fù)雜度，并且在一定程度上滿足用戶傳輸速率最大化的需求。
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