Ka波段卫星ACM通信系统信噪比估计技术研究

摘要

卫星通信自从上世纪60年代被提出以来经历了50多年的发展历程，已经从最初的模拟低带宽通信逐步发展到了具有高通信质量的数字通信系统，并且在应急通信，天地一体化等诸多方面得到了广泛应用。Ka波段卫星通信作为一种高频段的卫星通信手段由于其工作频段较高、可利用带宽大的优点成为了当下的一个研究热点。为了克服Ka波段卫星通信雨衰带来的影响往往采用自适应编码调制技术避免系统资源的浪费，信噪比估计作为自适应编码调制系统中的重要一环对其能否根据当前信道真实状态选择相应链路参数尤为重要。针对现存信噪比估计算法在高频段卫星通信系统中效率以及估计效果较差的问题，本文主要对能应用在高频段卫星通信系统中的信噪比估计算法进行深入研究并进行改进，使之适用于Ka波段卫星自适应编码调制通信系统，准确估计当前通信信道状态。基于以上论述，本文具体做了以下几个方面的研究。
　　首先分析了Ka波段卫星通信信号在传播过程中收到的各种衰减，重点分析了降雨对于Ka波段卫星通信的影响。为了克服雨衰问题采取自适应编码调制技术，介绍了Ka波段卫星自适应编码调制通信系统的物理层架构，研究了基于ITU-R模型的Ka波段卫星自适应编码调制通信系统的信道模型，仿真得到了降水不同、信噪比范围不同地区的信噪比变化时序列，为后文研究Ka波段卫星自适应编码调制通信系统中信噪比估计算法打下了基础。
　　其次本文重点对分离符号矩信噪比估计算法进行了研究并分析其性能，在此基础上，研究分析了各信噪比范围内的最优分离符号矩估计器。基于以上分析改进了分离符号矩信噪比估计算法，使之适用于Ka波段卫星自适应编码调制通信系统并提高其信噪比估计性能。
　　最后针对自适应卫星通信编码调制系统中估计信噪比信息回传时延较大，导致估计信噪比受雨衰影响的问题，详细介绍了回声状态网络的原理，并用该网络对所估计的信噪比结果进行预测，克服Ka波段卫星ACM通信系统中信噪比估计的迟滞问题。同时，针对所构建的回声状态网络鲁棒性不高的问题，修改网络参数进而提高网络的鲁棒性减少“病态”频率，引入差分遗传算法以较少的寻优迭代次数对参数进行寻优，简化寻优过程。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 Ka波段卫星通信发展现状

1．2．2 自适应编码调制系统

1．2．3信噪比估计技术

1．3论文主要研究内容与安排

第2章Ka波段卫星信道模型与ACM系统物理层架构

2．1 卫星通信空间传播主要特征及主要衰减来源

2．1．1 自由空间传播损耗

2．1．2云雾吸收损耗

2．1．3大气中吸收

2．1．4降雨影响

2．2基于ITU-R雨衰模型的卫星通信信道模型

2．2．1 ITU-R模型

2．2．2 Ka波段雨衰减统计分布特性

2．2．3雨衰信道模型

2．3 自适应编码调制系统

2．4本章小结

第3章分离符号矩的信噪比估计算法及其优化

3．1传统信噪比盲估计算法

3．1．1 ML信噪比估计

3．1．2 M2-M4信噪比估计

3．1．3多项式拟合法信噪比估计

3．1．4传统信噪比估计方法性能分析

3．2分离符号矩信噪比估计算法

3．2．1 分离符号矩估计实现原理

3．2．2分离符号矩估计性能分析

3．2．3最优SSME信噪比估计器及其性能分析

3．3 改进的SSME信噪比估计算法

3．3．1简化的最优SSME信噪比器

3．3．2卫星ACM通信系统中SSME改进方法

3．3．3改进SSME信噪比估计算法性能分析

3．4本章小结

第4章基于回声状态网络的信噪比估计技术优化

4．1 利用ESN网络解决回传时延可行性分析

4．2传统回声状态网络原理

4．2．1 ESN网络的建立

4．2．2 ESN网络的训练

4．2．3使用ESN网络预测目标向量

4．3改进回声状态网络预测信噪比序列

4．4问题与改进

4．4．1 问题分析

4．4．2 ESN网络特性分析

4．4．3 问题改进

4．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢