[發(fā)明專(zhuān)利]多波束低軌衛(wèi)星信道稀疏特征自適應(yīng)提取方法及通信系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010526358.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111786717B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷林海;劉鴻鵬;王艷峰;鄒光南
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東方紅衛(wèi)星移動(dòng)通信有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04B7/185
• 分類(lèi)號(hào): H04B7/185
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲;陳香蘭

本發(fā)明公開(kāi)了一種多波束低軌衛(wèi)星信道稀疏特征自適應(yīng)提取方法、設(shè)備、地面信關(guān)站及通信系統(tǒng)。該方法包括：S1，獲取多波束低軌衛(wèi)星同一時(shí)隙接收的所有波束的觀測(cè)信號(hào)；S2，將所有波束的歸一化觀測(cè)信號(hào)分別在壓縮感知測(cè)量矩陣上進(jìn)行分解，將獲得的分解系數(shù)表示為向量并記為投影向量，投影向量與波束一一對(duì)應(yīng)；S3，獲取各投影向量的信息熵，將信息熵最小的投影向量對(duì)應(yīng)的波束的歸一化觀測(cè)信號(hào)變換為矩陣形式作為最優(yōu)觀測(cè)矩陣；S4，基于最優(yōu)觀測(cè)矩陣提取信道稀疏特征。多個(gè)投影向量中根據(jù)信息熵判決快速自適應(yīng)選擇出能量集中度最高的投影向量，保證投影向量的能量集中，特征有序，實(shí)現(xiàn)空天地海一體化信道稀疏特征的精準(zhǔn)獲取，提升頻譜效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多波束低軌衛(wèi)星信道稀疏特征自適應(yīng)提取方法、設(shè)備、地面信關(guān)站及通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

空天地海一體化信息網(wǎng)絡(luò)以天基網(wǎng)絡(luò)為主體，地面網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，可支持陸、海、空、天各類(lèi)用戶隨遇接入、按需服務(wù)的信息網(wǎng)絡(luò)。空天地海一體化信息網(wǎng)絡(luò)，其核心是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。在星座網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為海陸空信息平臺(tái)聯(lián)合的樞紐，使信息平臺(tái)由相對(duì)分散聯(lián)合成有機(jī)整體。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)成為地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要補(bǔ)充，彌補(bǔ)了地面移動(dòng)通信系統(tǒng)自然地理障礙和有限覆蓋范圍的劣勢(shì)。同時(shí)，低軌衛(wèi)星具有運(yùn)行軌道較低、傳輸時(shí)延短、組網(wǎng)靈活、覆蓋范圍廣等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其可滿足用戶的任意時(shí)間、任意地點(diǎn)接入需求。

多波束低軌衛(wèi)星通信信號(hào)傳輸過(guò)程具有隨機(jī)性、復(fù)雜性，同時(shí)伴隨有噪聲干擾，系統(tǒng)接收端所獲取的信號(hào)并非僅有一個(gè)，而是由各發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)通過(guò)若干路徑所得信號(hào)的疊加，疊加后的信號(hào)或有所加強(qiáng)，或有所削弱，并非準(zhǔn)確的發(fā)射信號(hào)。接收端完成信號(hào)的準(zhǔn)確恢復(fù)工作是通信系統(tǒng)的必然要求，它離不開(kāi)信道特征參數(shù)的獲取。傳統(tǒng)的無(wú)線信道特征提取方法是立足于稠密信道的觀點(diǎn)出發(fā)的，該理論認(rèn)為無(wú)線傳輸信道是由多個(gè)不可分離的路徑疊加而成，因此，完成信道的特征提取就需要發(fā)射大量的參考信號(hào)，這樣就造成了大量頻譜資源的浪費(fèi)。大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)研究表明：無(wú)線信道本身具有很強(qiáng)的稀疏特性，在信號(hào)傳播過(guò)程中，無(wú)線信道可分辨的路徑數(shù)目是非常少，因此，傳統(tǒng)方法的不足在于未能準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和充分利用信道的稀疏特性，造成頻譜效率低，特征提取準(zhǔn)確度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種多波束低軌衛(wèi)星信道稀疏特征自適應(yīng)提取方法、設(shè)備、地面信關(guān)站及通信系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種多波束低軌衛(wèi)星信道稀疏特征自適應(yīng)提取方法，包括：步驟S1，獲取多波束低軌衛(wèi)星同一時(shí)隙接收的所有波束的觀測(cè)信號(hào)，對(duì)所述觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理獲得歸一化觀測(cè)信號(hào)；步驟S2，將所有波束的歸一化觀測(cè)信號(hào)分別在壓縮感知的測(cè)量矩陣上進(jìn)行分解，將獲得的分解系數(shù)表示為向量并記為投影向量，所述投影向量與波束一一對(duì)應(yīng)；步驟S3，獲取各投影向量的信息熵，將信息熵最小的投影向量對(duì)應(yīng)的波束的歸一化觀測(cè)信號(hào)變換為矩陣形式作為最優(yōu)觀測(cè)矩陣；步驟S4，基于最優(yōu)觀測(cè)矩陣提取信道稀疏特征。

上述技術(shù)方案的有益效果為：該方法通過(guò)將同一時(shí)隙的多個(gè)波束的歸一化觀測(cè)信號(hào)在測(cè)量矩陣上進(jìn)行投影獲得投影向量，在多個(gè)投影向量中根據(jù)信息熵判決快速自適應(yīng)選擇出能量集中度最高的投影向量，并通過(guò)選擇的投影向量對(duì)應(yīng)的歸一化觀測(cè)信號(hào)來(lái)提取該時(shí)隙的信道稀疏特征，保證投影向量的能量集中，特征有序，對(duì)重構(gòu)發(fā)送端信號(hào)和提取稀疏特征產(chǎn)生積極影響，實(shí)現(xiàn)空天地海一體化信道稀疏特征的精準(zhǔn)獲取，提升頻譜效率。將觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，能夠減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和運(yùn)算量，提高特征提取速度。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，對(duì)所述觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理的過(guò)程為：設(shè)觀測(cè)信號(hào)為y^*，歸一化觀測(cè)信號(hào)為y，則有；y_i表示歸一化觀測(cè)信號(hào)向量形式中第i個(gè)元素，表示觀測(cè)信號(hào)向量形式中第i個(gè)元素，i＝1,2,…,N，N為正整數(shù)，round(*)為取整函數(shù)，max(*)為取最大值函數(shù)，D為獲取觀測(cè)信號(hào)y^*過(guò)程中的模數(shù)轉(zhuǎn)化器的量化位數(shù)。