频谱感知技术在卫星通信中的应用

摘要

卫星通信中单个转发器的带宽通常只有几十兆，但是很多时候转发器的带宽没有被充分的利用。频谱资源的相对“短缺”与“浪费”现象，使得本身就十分宝贵的频谱资源更加紧张。在C，Ku，Ka波段频谱上的法定用户不占用转发器的某一频谱的情况下，如果此空闲频带可以被其他潜在用户感知到并且使用，那么卫星转发器的频谱资源的利用率就可以得到明显提高。
　　 本论文在对卫星通信系统和频谱感知技术深入分析的基础之上，将认知无线电中的频谱感知技术应用于卫星通信系统，进一步提出空闲频谱的分配方案，使得卫星通信中的潜在用户（即第二用户）利用转发器的频谱空洞，在不影响主用户正常通信的情况下进行通信。当感知到主用户到来时，感知站再从空闲频谱资源表当中选出合适的空闲频分配给第二用户，使其继续通信。其中，针对卫星转发器中C波段，QPSK调制信号，感知站的感知天线设计成可以接收某一卫星的3.7～4.2GHZ宽带信号。通常一个转发器的带宽为40M，所以我们将此500M带宽以40M为单位分割成13个子频带，再分析子频带的频谱。在分析子频带又进行2M集成单元信道的频道提取，再对其作FFT变换，将变换结果分成两段，分别计算出两个1M信道（信道的最小分配单元）的能量从而来判决信道的状态，并实时更新空闲频谱资源表的相应参数，以备第二用户的信道分配。
　　 论文第一章为绪论，主要讲述了卫星通信系统频谱分配、频谱感知技术优势、特点及其国内外研究现状。第二章详细描述了各种频谱感知技术，进而介绍基于FFT变换的能量感知技术在卫星通信中的应用并提出两者结合点。第三章详细介绍了卫星通信链路物理层的频谱感知算法。第四章给出频谱感知模块的实现结构，并对其进行基于FPGA的软硬件设计。第五章针对由第二用户组成的星型VSAT卫星通信网络，分析感知站分配空闲信道的算法，进而设计MAC层的相关协议。