[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于MIMO的多波束高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911382098.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111162824B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛志杰;周林;荊鋒;陳英梅;高梅;屈亞運(yùn);王吉富
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B7/0456
• 分類(lèi)號(hào): H04B7/0456;H04B7/0408;H04B7/06;H04B7/08;H04B7/185
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種基于MIMO的多波束高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，采用一種基于MIMO的多波束高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括若干信關(guān)站，所述信關(guān)站通過(guò)饋線鏈路雙向連接至衛(wèi)星，衛(wèi)星通過(guò)用戶鏈路雙向連接至用戶終端，信息交互路徑包括信關(guān)站經(jīng)過(guò)衛(wèi)星傳輸至用戶終端，以及用戶終端通過(guò)衛(wèi)星傳輸至信關(guān)站，所述信關(guān)站連接至核心網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)所述信關(guān)站只設(shè)置一個(gè)天線，每個(gè)所述衛(wèi)星設(shè)置有若干天線；

具體步驟如下：

步驟1：構(gòu)造多波束信號(hào)模型，列出每個(gè)信關(guān)站的信道矩陣Hⁱ；

步驟2：對(duì)步驟1中的信道矩陣Hⁱ進(jìn)行優(yōu)化；

步驟3：利用饋電鏈路無(wú)噪音的特點(diǎn)將信道矩陣Hⁱ進(jìn)行簡(jiǎn)化；

步驟4：采用置換方法為步驟3中的信道矩陣Hⁱ構(gòu)造規(guī)則LDPC-LU碼；

步驟5：將多個(gè)信關(guān)站的信道矩陣進(jìn)行加權(quán)；

步驟6：優(yōu)化問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)多波束衛(wèi)星系統(tǒng)信道矩陣的編碼；

所述步驟2的優(yōu)化方法為：

由于波束的高方向性，消除了任何可能的多徑；矩陣D∈R^N×N整合饋源和有效載荷；不考慮非線性效應(yīng)，矩陣D可表示為

D＝diag(m₁,m₂,...,m_N) (2)

式中，m_n表示第n個(gè)饋送信號(hào)的振幅變化；在有完善的自動(dòng)增益控制機(jī)制下，可以建立所有m_n＝1，n＝1，2，...,N，D表示為一個(gè)單位矩陣；

饋電鏈路由直徑7～9米的高增益拋物面天線和有效載荷支撐；在此帶寬上饋送信號(hào)在饋送鏈路中可用頻率多路復(fù)用；在這種情況下，饋送鏈路的信噪比SNR可定義為

其中，x為發(fā)送信號(hào)，為饋線鏈路傳輸?shù)脑肼暦讲睿?/p>

所述步驟6中優(yōu)化問(wèn)題具體為：

通過(guò)優(yōu)化以下問(wèn)題來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

其中，W為預(yù)編碼矩陣，P為信號(hào)功率和，γ_k信號(hào)檢測(cè)閾值，N_μ為每個(gè)波束內(nèi)的最佳信道數(shù)， 優(yōu)化問(wèn)題p是一個(gè)非凸的四次約束二次問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)帶有半定松弛方法來(lái)解決。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MIMO的多波束高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟1的構(gòu)造信道模型的具體步驟為：

第K個(gè)波束的第i個(gè)UT接收離散等效基帶信號(hào)模型寫(xiě)為

yⁱ＝HⁱD(x+z)+nⁱ,i＝1,2,...,N_u (1)

其中，向量yⁱ∈C^K×1是第i個(gè)UT接收到的信號(hào)，nⁱ∈C^K×1是第i個(gè)UT接收機(jī)噪聲，假設(shè)nⁱ是獨(dú)立同分布零均值高斯白噪聲，且方差為x∈C^N×1為發(fā)送信號(hào)，z∈C^N×1對(duì)應(yīng)于饋線鏈路傳輸?shù)脑肼曧?xiàng)，假設(shè)為獨(dú)立同分布零均值高斯白噪聲，矩陣Hⁱ∈C^K×N是信道矩陣，其第k行用表示，是位于第k個(gè)波束處的第i個(gè)UT信道矢量；該矢量包含每個(gè)天線單元的信道系數(shù)n＝1,2,...N。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于MIMO的多波束高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟3的簡(jiǎn)化方法具體為

因?yàn)镾NR的值極高，饋電鏈路被認(rèn)為是無(wú)噪音的；這樣，可以將(1)中的系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化為

yⁱ＝Hⁱx+nⁱ,i＝1,2,...,N_u (4)

在高饋信噪比假設(shè)之后，(4)中的系統(tǒng)模型不考慮中繼處理效果。