卫星OFDM系统的同步与接入技术研究
发布时间：2021-12-08 22:03
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术频谱利用率高,可有效对抗频率选择性衰落,适合非对称数据传输。OFDM技术应用于卫星移动通信系统,可提高频谱效率,增加系统容量。由于低轨卫星高速的移动特性,为了保持OFDM的正交性,卫星通信系统中需要采取相关措施抵抗频率与定时偏差影响,OFDM同步技术目前主要关注频偏估计与定时偏差估计的研究,而基于位置信息补偿、基于帧结构子载波间隔调整目前也是研究热点。另一方面为了满足日益增长的物联网接入需求、降低大量地面终端的接入时延,卫星通信系统中稀缺的时频资源需要充分利用。因此,本文针对高多普勒频偏下的同步技术和接入技术进行了研究。本文首先分析了目前较为经典的OFDM同步技术,在此基础上提出一种抗频偏的加权序列同步方法,通过PN（Pseudo-Noise）序列与同步序列的加权,采用差分互相关与一系列频偏估计算法,能够得到更好的同步性能。参考基于位置信息估计上行定时提前量和多普勒频偏的算法,考虑残余频偏、卫星波束位置和终端运动速度影响,分析出Ka波段下卫星通信子载波间隔的最优化配置。在低轨卫星随机接入...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星系统的小区传播时延差示意图
第二章卫星OFDM系统理论基础15ABSv图2-4多普勒频移产生机制从上图2-4中A点与S点的位置关系，可以得出多普勒频移表达式为：cosdopplercvffc=（2-5）v表示A到B点的运动速度，其中vcos表示A与S点的径向速度，cf为信号频率，c代表光速，表示星地链路与终端运动方向夹角。因此，多普勒大小不仅与载波频率、运动速度，还与信号与运动方向夹角有关，当夹角为90°时，多普勒频移为0。在OFDM系统中，多普勒频移容易导致子载波正交性遭到破坏，从而严重恶化系统性能。而在前文分析中可以看出，在Ka波段的低轨卫星中，由于卫星移动速度快，载波频率高，信道中会产生几十kHz的多普勒频移。如果不采取频偏估计补偿和抑制方法，终端将无法正常解调出通信数据。根据文献[62]中的多普勒计算结果可以得到多普勒频移大小为：()()coscosarctansinceeedeefRhRRfchRhRαα+=++（2-6）其中，cf为载波频率，c为光速，h为卫星高度，eR为地球半径，α为地心角，用仰角E换算为arccos[co/(s)]eeα=REh+RE。2.3.3无线通信信道模型1）Rayleigh信道Rayleigh衰落信道主要描述接收信号只存在多径分量的场景，信号分量中无直射路径分量。当信号接收端接收的信号存在大量幅度相位独立的散射信号，各信号入射方向在02π均匀分布时，接受信号服从Rayleigh分布，瑞利分布概率密度函数表示为：
电子科技大学硕士学位论文52图4-2仰角从90°到10°的星地距离变化图4-3仰角从90°到10°的星地时延变化速率随着地面终端的仰角不断下降，星地间距离不断增加，在仰角最小时距离增加的最快，反映在时延上是在低仰角时，星地时延最大，而且时延存在一定变换率，在低仰角时变化率最快能达到22us/s，如此大的时延变化率如果不进行估计补偿，会使得业务通信时经常性上行失步，因此低轨卫星的时延使得传统的TA
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星移动通信发展现状及展望[J]. 吕子平,梁鹏,陈正君,韩淼. 卫星应用. 2016(01)
[2]LTE系统中一种改进的基于CP的ML频偏估计算法[J]. 漆飞,胡捍英,周游. 计算机工程与应用. 2014(20)
[3]利用循环前缀的OFDM系统定时同步算法[J]. 汪涵,朱磊基,施玉松,邢涛,王营冠. 西安电子科技大学学报. 2013(01)
[4]基于训练序列与数据叠加的ACO-OFDM无线光通信系统时间同步方法[J]. 王汝言,王卓,吴大鹏,高頔,左琼华,赵辉,上官松涛. 电子学报. 2012(01)
[5]测向和测频改进的最小二乘单站定位跟踪方法[J]. 丁卫安. 探测与控制学报. 2011(01)
[6]采用CCSK承载非同步随机接入信息的方法[J]. 赵建平,张忠培,汤东海. 电子科技大学学报. 2008(04)
[7]OFDM系统叠加序列能量分配及同步方案[J]. 罗仁泽,张光玉,李杰,楚恒,朱维乐. 电子学报. 2006(04)
[8]OFDM应用中的关键技术[J]. 叶志猛,季卫华. 中国数据通信. 2003(12)
博士论文
[1]卫星物联网系统中多址接入技术研究[D]. 李鹏绪.北京邮电大学 2019
[2]低轨LTE卫星移动通信系统上行同步关键技术研究[D]. 甄立.西安电子科技大学 2018
[3]下一代卫星移动通信系统关键技术研究[D]. 何异舟.北京邮电大学 2015
[4]基于OFDM的高速移动无线通信系统及宽带卫星通信系统关键技术研究[D]. 田清华.北京邮电大学 2013
硕士论文
[1]基于高动态的低轨卫星载波同步技术研究[D]. 税敏.重庆邮电大学 2019
[2]Ka频段卫星通信系统OFDM同步算法研究[D]. 王敏.哈尔滨工业大学 2019
[3]卫星突发信号载波同步技术研究[D]. 田甜.电子科技大学 2018
[4]低轨卫星上行同步方法研究[D]. 姚广济.湖南大学 2018
[5]OFDM中继协作通信系统同步技术研究[D]. 李晓.重庆大学 2016
[6]基于802.11a/g的差分相关同步算法研究[D]. 杨志鹏.北京邮电大学 2015
[7]FDD-LTE小区搜索算法研究[D]. 高炜.西安电子科技大学 2014
[8]基于LTE的GEO卫星通信系统上行接入技术研究[D]. 陈坤汕.解放军信息工程大学 2013
[9]LTE小区搜索算法研究[D]. 吴晋成.重庆大学 2013
[10]卫星通信系统中OFDM同步技术研究[D]. 张子文.上海交通大学 2009
本文编号：3529322
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星系统的小区传播时延差示意图
第二章卫星OFDM系统理论基础15ABSv图2-4多普勒频移产生机制从上图2-4中A点与S点的位置关系，可以得出多普勒频移表达式为：cosdopplercvffc=（2-5）v表示A到B点的运动速度，其中vcos表示A与S点的径向速度，cf为信号频率，c代表光速，表示星地链路与终端运动方向夹角。因此，多普勒大小不仅与载波频率、运动速度，还与信号与运动方向夹角有关，当夹角为90°时，多普勒频移为0。在OFDM系统中，多普勒频移容易导致子载波正交性遭到破坏，从而严重恶化系统性能。而在前文分析中可以看出，在Ka波段的低轨卫星中，由于卫星移动速度快，载波频率高，信道中会产生几十kHz的多普勒频移。如果不采取频偏估计补偿和抑制方法，终端将无法正常解调出通信数据。根据文献[62]中的多普勒计算结果可以得到多普勒频移大小为：()()coscosarctansinceeedeefRhRRfchRhRαα+=++（2-6）其中，cf为载波频率，c为光速，h为卫星高度，eR为地球半径，α为地心角，用仰角E换算为arccos[co/(s)]eeα=REh+RE。2.3.3无线通信信道模型1）Rayleigh信道Rayleigh衰落信道主要描述接收信号只存在多径分量的场景，信号分量中无直射路径分量。当信号接收端接收的信号存在大量幅度相位独立的散射信号，各信号入射方向在02π均匀分布时，接受信号服从Rayleigh分布，瑞利分布概率密度函数表示为：
电子科技大学硕士学位论文52图4-2仰角从90°到10°的星地距离变化图4-3仰角从90°到10°的星地时延变化速率随着地面终端的仰角不断下降，星地间距离不断增加，在仰角最小时距离增加的最快，反映在时延上是在低仰角时，星地时延最大，而且时延存在一定变换率，在低仰角时变化率最快能达到22us/s，如此大的时延变化率如果不进行估计补偿，会使得业务通信时经常性上行失步，因此低轨卫星的时延使得传统的TA
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星移动通信发展现状及展望[J]. 吕子平,梁鹏,陈正君,韩淼. 卫星应用. 2016(01)
[2]LTE系统中一种改进的基于CP的ML频偏估计算法[J]. 漆飞,胡捍英,周游. 计算机工程与应用. 2014(20)
[3]利用循环前缀的OFDM系统定时同步算法[J]. 汪涵,朱磊基,施玉松,邢涛,王营冠. 西安电子科技大学学报. 2013(01)
[4]基于训练序列与数据叠加的ACO-OFDM无线光通信系统时间同步方法[J]. 王汝言,王卓,吴大鹏,高頔,左琼华,赵辉,上官松涛. 电子学报. 2012(01)
[5]测向和测频改进的最小二乘单站定位跟踪方法[J]. 丁卫安. 探测与控制学报. 2011(01)
[6]采用CCSK承载非同步随机接入信息的方法[J]. 赵建平,张忠培,汤东海. 电子科技大学学报. 2008(04)
[7]OFDM系统叠加序列能量分配及同步方案[J]. 罗仁泽,张光玉,李杰,楚恒,朱维乐. 电子学报. 2006(04)
[8]OFDM应用中的关键技术[J]. 叶志猛,季卫华. 中国数据通信. 2003(12)
博士论文
[1]卫星物联网系统中多址接入技术研究[D]. 李鹏绪.北京邮电大学 2019
[2]低轨LTE卫星移动通信系统上行同步关键技术研究[D]. 甄立.西安电子科技大学 2018
[3]下一代卫星移动通信系统关键技术研究[D]. 何异舟.北京邮电大学 2015
[4]基于OFDM的高速移动无线通信系统及宽带卫星通信系统关键技术研究[D]. 田清华.北京邮电大学 2013
硕士论文
[1]基于高动态的低轨卫星载波同步技术研究[D]. 税敏.重庆邮电大学 2019
[2]Ka频段卫星通信系统OFDM同步算法研究[D]. 王敏.哈尔滨工业大学 2019
[3]卫星突发信号载波同步技术研究[D]. 田甜.电子科技大学 2018
[4]低轨卫星上行同步方法研究[D]. 姚广济.湖南大学 2018
[5]OFDM中继协作通信系统同步技术研究[D]. 李晓.重庆大学 2016
[6]基于802.11a/g的差分相关同步算法研究[D]. 杨志鹏.北京邮电大学 2015
[7]FDD-LTE小区搜索算法研究[D]. 高炜.西安电子科技大学 2014
[8]基于LTE的GEO卫星通信系统上行接入技术研究[D]. 陈坤汕.解放军信息工程大学 2013
[9]LTE小区搜索算法研究[D]. 吴晋成.重庆大学 2013
[10]卫星通信系统中OFDM同步技术研究[D]. 张子文.上海交通大学 2009
本文编号：3529322
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