基于多用户协作分集的HAPS抗雨衰技术研究

发布时间：2020-04-02 05:28

【摘要】：全球科学技术目前正在以前所未有的速度向前发展,通信技术也呈现了突飞猛进的变化,人们在生产和生活中对通信的需求量越来越来大,现有通信系统逐渐不能满足人类的需求。临近空间高空平台通常是指工作在20～25km高度范围内、携带了大量通信设备的飞行器,具有成本低、易部署、覆盖广、时延低等优点。由于独特的地理位置,高空平台成为了地面通信系统与卫星通信系统的重要补充,在天地一体化信息网络中占有重要地位。在HAPS通信系统中,信号在传输过程中会经历多种衰落,如路径损耗、多径衰落等,其中降雨衰落是影响Ka频段HAPS通信链路质量的重要原因。传统的抗雨衰技术有功率控制技术、自适应调制编码技术、空间分集技术等,但由于高空平台能量有限、平台面积有限等因素,这些抗雨衰技术不能有效解决HAPS系统中的降雨衰落问题。本文提出在HAPS系统中使用协作分集技术,利用地面协作用户辅助信号的传输,通过用户间天线共享实现空间分集,进而提高目标用户的信号质量,增强系统的通信性能。本文首先对临近空间通信的基本特性进行了研究,包括临近空间信号经历衰落类型和特性。其次,对协作分集技术的基本原理进行了深入研究,包括协作分集传输策略、与协作分集合并算法,加深了对协作分集技术的认识与理解。在HAPS协作通信方案中,为提高接收信号强度和减小波束间干扰,在高空平台发射端应用了波束赋形技术,形成具有指向性的波束指向地面用户,并选择合适的衰落模型对临近空间的信道衰落进行建模。在地面协作用户与地面目标用户之间,考虑使用D2D通信技术,并通过低频波段进行通信。在协作用户选择时,提出了基于回溯法的协作用户选择算法,综合考虑了发射端与协作用户之间和协作用户与目标用户之间信道质量,并以合并信号信噪比作为优化目标。本文通过Matlab搭建了临近空间通信系统链路级仿真平台,并对比了所提协作用户选择算法与现有其他算法的通信性能。
【图文】：

输路径到达接收端，多径信号之间相隔微小的时延差到达接收机时，多个信号之逡逑间随机干涉，最终到达接收端时，合并信号在不同时刻的幅度和相位有很大差异，逡逑信号多径传播的示意图如图２－２所示。当多径信号组成合并信号时，合并信号幅逡逑度与相位取决于多径信号的幅度、初始相位和各信号之间的传播时延差。在信号逡逑的各个传播路径上，还存在着多普勒效应引起的信号频率扩展，因此在多径效应逡逑中的合成信号在频域上会出现相对于原始发射信号的频率扩展。逡逑风＼邋％逡逑春逡逑图２－２邋多径传播示意图逡逑信号在传播过程中发生多径效应时，信道衰落对不同频率子信号的衰减效果逡逑可能相同，也可能不同。根据衰落特性是否与信号频率有关，可以将多径衰落分逡逑为两类：频率选择性衰落和非频率选择性衰落，非频率选择性衰落又叫平坦衰落。逡逑其中，频率选择性衰落是指多径衰落的衰落特性与信号的频率有关，信号中不同逡逑的频率分量所经历的衰落各不相同，，即信号在传输中经历多径衰落后，衰落对信逡逑号各个频率分量的影响程度不同，因此从频域上看，信号的波形会出现失真。非逡逑频率选择性衰落是指衰落对信号中各个频率分量的影响程度相同

算法与等增益合并算法，是将所有信号都加入到合权系数各不相同。最大比合并算法的合并流程图如信号中“好”信号所占的比例，减少合并信号中“差并算法按照各个信号的信噪比来设置各个信号的加算法中，加权系数即为各个信号的信噪比与所有信号合并可以通过最大似然检测恢复出原始信号。逡逑Ｙ逦ｃ逡逑ｙＤｉ逦Ａ逦—逡逑逦？逦逡逑ｌ；邋Ｑ逦同逦ｖ逡逑丨邋—？——相N逡逑．逦＾逦相逡逑：逦加逡逑Ｙ逦ｃ逡逑ｙＤＮ邋＾逡逑逦０逦逦逡逑图２－５邋最大比合并算法原理图逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN914

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本文编号：2611525