卫星移动通信系统功率控制算法研究与仿真验证

发布时间：2020-10-14 18:32

　　 上行功率控制技术是卫星移动通信系统无线资源管理中的重要技术,一方面信道传输损耗大,需要充足的传输功率以保障信号的传输质量;另一方面,终端需要节约功率资源,并且过大的上行总功率容易使卫星行波管功率放大器产生交调干扰。同时具有抗干扰、高速率特点的CDMA技术十分适合于我国下一代卫星移动通信系统,而功率控制能够有效抑制CDMA系统中的多址干扰。所以本文重点研究基于CDMA多址方式的卫星移动通信上行功率控制算法。本文首先简要的介绍了卫星移动通信系统的组成架构并分析CDMA系统中功率控制技术实施的目的与准则,然后对经典分布式功率控制算法进行理论分析。另外本文对基于非合作博弈的Koskie算法与NPCG算法的代价函数进行了详细分析,前者功耗低但难以满足目标信干比,后者恰好相反。本文依据信干比平衡准则,提出一种基于非合作博弈与链路预测的功率控制算法——A-NCPCG。该算法在满足目标信干比的条件下以获得低的卫星接收功率为目标,重新设计了代价函数。并且为降低卫星长时延信道的滞后性影响,在算法迭代过程中引入差分自回归移动平均模型预测链路质量,以达到时延补偿的目的。文中分析了该算法较经典算法的优点,并且证明该算法的纳什均衡存在性与收敛性。仿真结果表明,A-NCPCG算法在低速移动终端时具备更低的控制误差与功耗,20个终端20km/h速度时发生1dB信干比误差的概率降低19%、2dB信干比误差的概率降低11%,并且上行总功率降低1dBW。同时,本文从工程应用的角度出发,基于OPNET软件设计并实现一个卫星移动通信功率控制系统仿真平台,该仿真平台具有码分多址物理信道、基本的信令交互过程以及功率控制命令的生成与处理。文中对功率控制命令的量化方式与处理方式做了详细设计,并以节点与进程的方式予以实现。基于该仿真平台,为ANCPCG算法的工程实现寻找一组较优参数,仿真结果表明功率控制命令量化为±0.5dB、±1.5dB,预处理系数为0.4,外环功率控制步长为+2.5dB、-0.5dB时系统具有较优性能。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN927.23
【部分图文】：

始传输功率为-10dBW，其余算法中初始传输功率为-40dBW。注意，固定，所以 A-NCPCG 算法中的第二项为 0，此时 A-NCPCG 算法与。图 3.2 与图 3.3 所示，图中每根曲线都代表一个终端随时间变化的信并不关心具体某个终端的性能曲线，只关注最终系统内整体的收敛图中能够看到，A-NCPCG 算法、Koskie 算法与 FDPC 算法在收敛时目标信干比，其中 A-NCPCG 算法与 Koskie 算法是以逐渐增大功率比，而 FDPC 是逐渐减少功率达到目标信干比，意味着 FDPC 初始上行总功率。NPCG 算法是所有算法收敛速度最快的，迭代 7 次就收有算法中唯一一个达到收敛时信干比与目标信干比相差较大的算法过补偿，功率消耗最大。尽管从某种意义上来说过补偿能够防止突然大，但在功率控制中信干比余量通常是由外环功率控制计算，而内环尽可能的逼近外环功率控制给予的目标信干比。

图 3.3 固定链路增益各个算法功率变化图验证算法在时变衰落环境中的性能，假定终端处于中等树林、中等阴信道变化平均相关长度为 1m，使用三阶样条插值，传输时延取 500周期取 1ms。因为功率控制周期小于时延长度时，信关站得到的上行期算法计算出的功率值不匹配，所以假定信关站可知每个上行信号。其余参数与上述固定链路增益场景时一致。图 3.4 所示在 20 个终端 20km/h 速度时不同算法下终端信干比随时。从图中能够看到，A-NCPCG 算法经过初始一段时间后，每个终端都能收敛在 5dB~9.5dB 区间；DPC 算法与 Koskie 算法终端信干比变收敛在 4dB~10.5dB 区间；时变衰落中的 NPCG 算法相比时不变衰落十分明显，在时变衰落中 NPCG 算法出现严重的过补偿与补偿不足足的终端信干比持续在 3dB 附近，而过补偿的终端信干比可以达到公平性，且违背信干比平衡准则。从图 3.5 中可以看到，A-NCPCG

图 3.4 20 个终端 20km/h 时各终端信干比变化图(a) 各算法信干比误差累积概率分布图 (b) 各算法卫星接收总功率变化图图 3.5 20 个终端 20km/h 时各算法结果图如图 3.6 所示，当终端数目增加至 30 个、速度保持 20km/h 时，A-NCPDPC 算法与 Koskie 算法信干比控制误差相比 20 个终端时都有一定程度而 NPCG 算法则无明显变化。A-NCPCG 算法信干比误差控制的优势较之弱，发生 2dB 信干比误差的概率相比 Koskie 算法降低 9%。但此时从图
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本文编号：2841026