低轨卫星星座CDMA移动通信信道衰落对抗技术研究

摘要

低轨卫星是未来卫星通信发展的趋势，低轨卫星星座CDMA移动通信系统是卫星通信和地面移动通信发展的结晶。 本文首先研究了低轨卫星星座CDMA移动通信的信道模型，针对卫星通信中常用的统计分布Loo模型，深入地分析了它的功率谱形状，得出其功率谱形状与通常应用的Jakes模型的不同的重要结论，使得采用该功率谱的仿真结果更接近于实际物理信道。 在低轨卫星星座CDMA移动通信中，一般在地面用户的上空会存在至少两颗卫星，由此，本文提出了一种时延发送分集方案，即利用两颗或两颗以上的卫星按照一定的时延向同一地面用户发射相同数据信号，然后深入地研究了在Loo模型的信道中该分集方案选择性合并和最大比合并的性能。通过最大比合并和选择性合并的性能对比，说明了采用最大比合并的系统性能和系统容量都要好于采用选择性合并以Globalstar通信星座为代表的系统。 通过对多径合并控制、系统容量、卫星覆盖率和通信链路处理及分集接收的分析，进一步论证了时延发送分集在低轨卫星星座系统中的应用可行性。 实现分集接收需要在地面移动用户的接收机中采用Rake接收机，针对卫星通信时延大的特点，本文提出时延控制可在一个帧长范围内进行区分合并多径信号的方法，然后根据这种方法可对常用Rake接收机的结构进行改进；针对低轨卫星星座CDMA移动通信信道变化较大的特点，提出在信道衰落较慢时使用WMSA估计方法，而在信道衰落快时使用最小二乘二次曲线内插的方法。 对于突发模式的通信，同步的时间越短，通信的效率就越高。在大多普勒低信噪比条件下，同步的时间表现为扫频的间隔大小和扩频码的捕获时间，增大扫频的间隔，减小扩频码的捕获时间都可以减小系统总的同步时间。 在低轨卫星星座CDMA移动通信的同步中，载波多普勒效应是主要的影响因素，在载波多普勒频移不超过14T时，造成的性能恶化可以忽略，本文提出一种大频偏估计方案，先利用一频率估计范围达到14T的环路粗略估计出频偏，即确定出扫频的间隔，然后再切换到另一带宽较窄的环路，使得估计的精度很高，并且能够跟踪频率的变化。在低轨卫星星座CDMA移动通信中阴影遮蔽和多径作用对扩频码同步的影响表现为检测概率的下降，多重驻留可以提高检测概率，从而减小扩频码的同步时间。本文提出了一种简化的多重驻留串行捕获模型，比便在达到检测概率的时候使得硬件的复杂度降低。最后通过一个简化的链路仿真给出了本文提出的载波同步方案的实现方法和仿真结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1低轨卫星星座CDMA移动通信发展概况

§1.1.1移动通信发展概况

§1.1.2卫星移动通信发展概况

§1.2低轨卫星星座CDMA移动通信信道衰落对抗技术

§1.3本文的主要工作

第二章信道模型中功率谱的修正

§2.1信道特性

§2.1.1路径传播损耗和信道衰落

§2.1.2冲激响应模型

§2.1.3多径信道参数

§2.2信道统计模型

§2.2.1分布模型

§2.2.2低轨卫星星座CDMA移动通信信道的参数修正

§2.3功率谱分析

§2.3.1电平通过率

§2.3.2部分Jakes模型的功率谱形状

§2.4功率谱修正的验证

§2.4.1信道仿真原理

§2.4.2平坦衰落卫星通信信道仿真及结果对比分析

§2.4.3频率选择性衰落信道仿真

§2.5本章小结

第三章低轨卫星通信系统中的时延发送分集方案

§3.1低轨卫星星座CDMA移动通信系统中的分集问题

§3.2低轨卫星星座CDMA移动通信信道中的调制性能

§3.2.1各种调制的性能比较

§3.2.2频移键控调制性能

§3.3分集和空时码

§3.3.1时间分集

§3.3.2空间分集

§3.3.3空时码

§3.3.4频率分集和极化分集

§3.4时延发送分集的性能分析

§3.4.1多用户干扰噪声

§3.4.2选择性合并的性能分析

§3.4.3最大比合并的性能分析

§3.4.4两种合并的性能比较

§3.5时延发送分集应用的可行性分析

§3.5.1多径时延控制

§3.5.2系统容量

§3.5.3卫星地面覆盖率

§3.5.4通信链路处理

§3.6时延发送分集接收分析

§3.6.1 Rake接收机

§3.6.2时延估计

§3.6.3信道估计

§3.7本章小结

第四章载波同步和扩频码同步

§4.1低轨卫星星座CDMA移动通信中的同步问题

§4.2大多普勒频移下的载波同步和扩频码同步

§4.2.1多普勒频移的影响

§4.2.2码片频偏的影响

§4.2.3大频偏估计原理

§4.2.4低信噪比下的大频偏估计及其性能分析

§4.3在阴影遮蔽和多径衰落中的扩频码同步

§4.3.1多径信道中码捕获的统计特性

§4.3.2多重驻留串行捕获及其简化分析

§4.4仿真结果

§4.5本章小结

第五章全文总结

§5.1本文工作总结

§5.2有待进一步研究的问题

附录A

参考文献

作者攻读博士学位期间发表的论文

致 谢

个人简历