[發明專利]一種星地激光鏈路的聯合自適應編碼調制系統及方法

在審

• 申請號: 202110679877.8
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113411166A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 忻向軍;張琦;馬鵬杰;李輝;高然;陶瀅;姚海鵬;陳東;錢晉希;田清華;田鳳;張偉;王擁軍;楊雷靜;郭棟;王富
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學;中國空間技術研究院;北京理工大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04B7/185;H04B10/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種星地激光鏈路的聯合自適應編碼調制系統及方法，該系統包括自適應傳輸方式決策模塊，自適應編碼調制發射裝置，射頻反饋鏈路，自適應多孔徑接收模塊、信道估計模塊。該方案采用LDPC編碼技術、MDPSK調制方式，根據鏈路狀況改變傳輸模式，并且配備數量為4個的自適應多孔徑接收機。根據接收端的信道估計模塊，將估計的信噪比作為反饋信息，通過射頻反饋鏈路發至發送端；發送端的自適應傳輸方式決策模塊根據反饋信息選擇最佳的編碼調制方式；通過自適應編碼調制發射裝置完成信號發送；最后根據信道條件，啟動不同數量的自適應多孔徑接收機，能有效降低大氣湍流帶來的誤碼率，提高系統的穩定性和平均傳輸速率。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，特別是涉及一種星地激光通信鏈路聯合自適應編碼調制系統及方法。

技術背景

隨著移動互聯網、大數據、人工智能等信息網絡技術的發展，產生的數據流量也同步呈指數增長，人們對于高速率、大容量的信息傳輸需求日益迫切，需要構建空天地一體化的高速大容量信息網絡。衛星激光通信技術是實現高速大容量星地通信的關鍵。在星地激光通信鏈路中，大氣信道各種損傷嚴重影響了星地激光通信系統的性能。一方面，大氣信道中的大氣吸收、大氣散射效應會造成激光信號在接收端能量的嚴重損耗；另一方面，大氣信道中的大氣湍流會導致激光光束的相位、強度隨機起伏等，影響光信號的檢測接收。

自適應傳輸技術是通過反饋鏈路將信道狀態信息發送給系統的發送端，發送端根據反饋信息動態改變系統的工作模式，如發射功率、編碼效率、調制格式等，以適應不同的信道。當信道質量較好時，可以采用高階調制格式，降低發射功率，提高編碼效率，從而提升系統的傳輸速率和通信效率。而信道質量變差，降低調制階數，提高發射功率，增加編碼冗余(即降低編碼效率)，從而保證通信鏈路穩定。因此，自適應傳輸技術可以用于星地激光通信的傳輸性能優化。自適應傳輸技術目前已經廣泛地應用于射頻無線系統中，但是對于星地激光通信中的研究較少。同時，考慮到星地下行鏈路中星上發射端功率資源受限，針對星地下行鏈路的自適應傳輸基礎主要考慮改變調制格式和編碼效率這兩個參數, 即自適應編碼調制方案。因此，本專利重點研究自適應編碼調制技術，同時結合多孔徑接收技術，降低系統的誤碼率，對星地激光通信的傳輸性能進行優化。

發明內容

本發明提供了一種適用于星地下行激光通信鏈路的聯合自適應傳輸系統及方法，考慮到星地下行激光鏈路的特點，在自適應編碼調制的基礎上，接收端引入自適應多孔徑接收，并設計了自適應編碼調制切換方法，和提出了基于長短期記憶循環神經網絡(LongShort-Term Memory，LSTM)的光信噪比估計方法。具體技術方案如下包括：

(1)光信噪比估計模塊，該模塊主要完成接收端信號的平均光信噪比信號的估計。

(2)自適應編碼調制切換模塊，包括反饋信號接收、碼調制選擇。核心在于根據反饋的光信噪比計算當前系統適用的編碼效率和調制階數。

(3)自適應多孔徑接收模塊，當采取最低階調制格式和低效率編碼方式后，信號進一步變差，接收端自適應增加接收孔徑數目，抵抗大氣湍流，降低系統誤碼率。

與現有的技術相比，本申請的優勢在于，在自適應編碼調制的基礎上，充分考慮到星地下行激光鏈路的特點，采用了自適應多孔徑接收方式，能更有效地抵抗大氣湍流，降低系統誤碼率；信道估計模塊采用LSTM網絡實現，不需要借助額外的導頻信號輔助，提高了系統的通信效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種星地激光通信鏈路的聯合自適應編碼調制系統結構示意圖，同時也為摘要附圖；

圖2為本發明實施例提供的一種星地下行鏈路激光通信系統信道估計模塊示意圖；