【摘要】：多天線技術(shù)憑借高容量、高速率以及較強的抗干擾能力等優(yōu)勢,在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而,該技術(shù)的引入使得衛(wèi)星鏈路中波束間干擾問題日益嚴重,從而影響了系統(tǒng)的傳輸速率,如何消除波束間干擾是當前亟待解決的關(guān)鍵問題。由于波束間干擾問題類似于地面蜂窩通信網(wǎng)中的小區(qū)間同信道干擾問題,而預(yù)編碼技術(shù)是目前解決小區(qū)間干擾的有效方法,所以可以將預(yù)編碼技術(shù)推廣到多波束衛(wèi)星系統(tǒng)中,以此克服波束間干擾,從而提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能,進一步營造高質(zhì)量的衛(wèi)星通信鏈路環(huán)境。因此,本課題對多波束衛(wèi)星通信系統(tǒng)的預(yù)編碼方法展開重點研究,具有極其重要的研究價值與實際意義。首先,介紹了衛(wèi)星通信信道的空間傳播特性,包括各種因素產(chǎn)生的原理以及影響;同時詳細分析了幾種經(jīng)典的衛(wèi)星信道衰落模型,分別從基本概念、結(jié)構(gòu)組成以及適用場景層面進行描述;并且對Ka頻段衛(wèi)星通信中雨衰因素作了簡要概述;最后,重點研究了多波束衛(wèi)星信道模型,包括多天線模型的優(yōu)勢以及衛(wèi)星信道的主要特點,為第四章預(yù)編碼技術(shù)的性能研究作鋪墊。其次,主要介紹了預(yù)編碼技術(shù)的理論基礎(chǔ),包括基本原理、分類標準以及信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)的獲取等;著重分析了常見的幾種線性預(yù)編碼算法的原理以及性能優(yōu)劣;同時重點研究了通信鏈路中存在信道估計誤差時,非理想CSI下魯棒線性預(yù)編碼的設(shè)計問題,針對信道估計誤差影響系統(tǒng)性能的問題,提出了兩種基于MMSE準則的預(yù)編碼優(yōu)化算法,并通過構(gòu)建誤差模型,推導(dǎo)出兩種優(yōu)化算法的最優(yōu)解;最后在瑞利信道下通過仿真比較分析了理想與非理想CSI時預(yù)編碼算法的誤碼率、系統(tǒng)傳輸速率以及均方誤差的性能,進一步驗證了本文提出算法的魯棒性。最后,闡述了預(yù)編碼技術(shù)應(yīng)用于多波束衛(wèi)星系統(tǒng)的重要性;并介紹了三種衛(wèi)星預(yù)編碼實現(xiàn)方法,包括各種方法的系統(tǒng)模型以及優(yōu)缺點,給出了對應(yīng)的系統(tǒng)框圖;深入分析了多波束衛(wèi)星系統(tǒng)模型,闡述了該模型的組成結(jié)構(gòu)、原理以及信道的主要影響因素;最后在萊斯陰影信道下仿真分析了理想CSI時各種線性預(yù)編碼算法的誤碼率,同時當通信鏈路中存在信道估計誤差時,將本文提出的算法應(yīng)用于多波束衛(wèi)星系統(tǒng)中,并通過誤碼率以及系統(tǒng)傳輸速率的仿真,驗證了所提算法在多波束衛(wèi)星系統(tǒng)中的性能優(yōu)勢。
【圖文】：

22111 Kkk ii i kH * W,圖 3-4 給出了信道估計誤差的方差總和2σ 分別為 0.04、0.12 以及 0.28 情，系統(tǒng)平均和速率隨 SNR 的曲線變化情況。從圖中能夠得知，隨著 SNR 的，各種預(yù)編碼方案對應(yīng)的平均和速率性能也隨之提高，當 SNR 足夠高時，想 CSI 下的預(yù)編碼算法對應(yīng)的平均和速率性能趨于飽和，且在不同 SNR 場，本文提出的魯棒預(yù)編碼算法均可以獲得比非魯棒預(yù)編碼算法更高的平均和，這是因為非魯棒預(yù)編碼方案忽略了估計誤差對系統(tǒng)性能帶來的影響，而魯編碼方案則將估計誤差的統(tǒng)計特性考慮進預(yù)編碼矩陣的求解過程中，進而實由于估計誤差的存在對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響進行補償，因此本文所設(shè)計的魯編碼算法能夠較好的改善系統(tǒng)平均和速率性能，尤其在高 SNR 下，這種改度更加明顯。與此同時，我們也觀察到，隨著 的增大，系統(tǒng)平均和速率的逐漸下降，，且 越大，本文所設(shè)計的魯棒方案的優(yōu)越性體現(xiàn)的愈加充分。當 0.28，SNR 等于 30dB 時，本文所設(shè)計的魯棒預(yù)編碼算法比非魯棒算法大約2%的性能提升。

大學碩士學位論文 第 3 章 線性預(yù)編碼與波束形成技術(shù)42圖 3-5 給出了信道估計誤差的方差總和2σ 分別為 0.02、0.08 以及 0.16 時，MSE 隨 SNR 的曲線變化情況。從圖中可以看出，本文設(shè)計的魯棒預(yù)編碼算法的MSE 性能總是優(yōu)于未考慮信道估計誤差影響下的非魯棒預(yù)編碼算法，這是因為魯棒預(yù)編碼算法對信道估計誤差進行了補償，因此能夠?qū)?MSE 性能的惡化起到有效的抑制作用，且在同一估計誤差2 下，隨著 SNR 的增大，魯棒預(yù)編碼算法的改善程度更加顯著。同時
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN927.2

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本文編號：2600480