高通量卫星系统预编码理论与技术研究

发布时间：2020-07-07 07:12

【摘要】：卫星通信可以在全世界范围内提供无处不在的多点通信。在采用现有基础设施的地面高密度通信场景下,卫星通信网络可用于解决无线网络冲突,并可以增强地面5G业务。随着通信技术的进步与宽带数据业务需求的不断增长,整星吞吐量为传统卫星数倍的高通量卫星成为了当前卫星通信系统的发展潮流。高通量卫星通过多点波束技术结合全频率复用提高频谱效率,但随之也会带来严重的波束间干扰问题。预编码技术是一种可以有效降低高通量卫星通信系统波束间干扰的关键技术,本文主要对高通量卫星的预编码理论与技术进行研究。首先,本文首先对国内外高通量卫星系统以及高通量卫星系统关键技术的相关文献进行了综述与总结,通过分析给出了高通量卫星系统存在的主要问题与解决相关问题所需的关键技术。在给出了高通量卫星系统架构以及高通量卫星的天线子系统后,本文分析了高通量卫星系统的三种波束形成技术和波束形成过程中的系统误差来源。由于高通量卫星馈电链路带宽需求过高,粗波束形成是一种压缩馈电链路带宽的架构,本文提出了两种粗波束形成算法,分别适合馈电上行链路的高效带宽压缩和馈电下行链路的低复杂度压缩。线性预编码技术是通过线性计算获得预编码的低复杂度预编码技术,本文研究了基于匹配滤波器、迫零算法、正则化迫零算法的预编码器,并利用脏纸编码思想结合正则化迫零算法作为一个参考的上界,用以对线性预编码技术在高通量卫星系统中的性能进行衡量。此外,本文也研究了地球静止卫星高往返时间带来的信道状态信息过时问题以及地面终端分布对采用预编码算法的高通量卫星系统吞吐量的影响。最后,本文考虑到实际应用中高通量卫星系统存在的馈源功率约束问题和具体吞吐量需求问题,提出了一种可以最大程度优化关于用户吞吐量的任意目标函数的通用预编码算法。该算法是基于凸优化理论和梯度下降法的迭代预编码算法,通过凸优化求解预编码向量并通过梯度下降法优化功率分配来不断实现目标函数的优化,从而最大限度地挖掘系统的容量潜能。本文对所提出的预编码算法与经典线性预编码算法的性能进行了对比,证明了所提出算法相对于经典线性预编码算法在吞吐量方面的性能提升,并横向比较了三种不同目标函数下所提出算法的性能。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN927.2

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本文编号：2744815