Ka频段卫星通信系统抗雨衰技术的研究

摘要

近年来，随着无线通信技术的快速发展和应用，频谱资源日益稀缺。其中卫星通信系统已经由传统的C、Ku等低频段向更高的Ka频段转移。相较于C、Ku等低频段，Ka频段具有频谱资源丰富、链路干扰少和终端设备尺寸小的特点，在卫星通信领域受到了广泛的关注。
　　无线电波在Ka频段传播时，受到由降雨导致的雨衰的影响十分严重。由于降雨是客观存在而无法避免的物理现象，因此必须采取相应措施来应对由降雨导致的雨衰问题，保证卫星通信系统的可靠性。
　　本文首先介绍了国内外Ka频段卫星通信系统的发展现状以及国内外抗雨衰技术的研究成果。其次对于Ka频段卫星通信系统链路，着重分析了雨衰产生的机理和影响，并介绍了经典的降雨衰减预测模型和抗雨衰技术。最后针对Ka频段卫星通信系统中的雨衰问题，提出了一种JOPA算法和进行了Ka频段卫星通信系统下信道的特性仿真。
　　本文主要贡献如下：
　　（1）利用ITU-R模型对我国历年真实的降雨数据进行计算，得到了符合我国实际情况的雨衰分布情况。针对Ka频段多波束卫星系统在信号传播过程中受雨衰影响而导致的点波束下行功率分配与实际需求不相匹配的问题，提出了一种JOPA算法。该算法在考虑实际雨衰情况以及最小业务需求量的基础上建模，并采用拉格朗日对偶理论和次梯度法进行优化。对JOPA进行了MATLAB仿真，仿真结果表明，JOPA在没有造成资源浪费的同时，实现了总容量最大化和各点波束间功率分配的公平性。
　　（2）在信道特性的仿真中，首先论述了对应于“好”状态和“坏”状态两种天气条件下的Rice信道模型和Suzuki信道模型，然后分析了Inmarsat-C卫星系统的工作原理及相关技术，通过MATLAB R2014b软件对整个系统进行了仿真编程并设计了相关的GUI界面，最后将Rice信道模型和Suzuki信道模型与Inmarsat-C卫星系统结合进行仿真，分析了这两种信道模型下不同参数变化对于Inmarsat-C卫星系统误码率的影响。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1研究背景与意义

§1.2国内外研究现状

§1.3论文研究的主要内容

§1.4论文结构

第二章 Ka频段卫星通信系统链路特性

§2.1卫星通信系统链路特性

§2.2Ka频段卫星通信系统降雨特性分析

§2.3降雨衰减预测模型

§2.4抗雨衰技术

§2.5本章小结

第三章 Ka频段多波束卫星联合优化功率分配算法

§3.1降雨数据获取及雨衰计算

§3.2系统模型

§3.3联合优化功率分配算法

§3.4仿真结果与分析

§3.5本章小结

第四章 Ka频段卫星通信系统信道特性

§4.1信道模型

§4.2Inmarsat-C卫星系统

§4.3仿真结果与分析

§4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果