【摘要】：衛星移動通信系統具有組網靈活、覆蓋面積廣以及不受自然災害影響等特點,但同時衛星系統功率受限,信道傳輸延時大,衰落模型特殊,整體信道環境與陸地移動通信系統物理特性差異較大。利用MIMO-OFDM技術,構建適應衛星通信場景的寬帶衛星移動通信系統,實現全球無縫互聯通信網具有十分重大的意義。本文研究寬帶衛星移動通信系統無線鏈路傳輸技術。首先,研究了衛星移動通信系統的信道傳輸特性及信道模型。針對衛星移動通信系統傳輸的應用場景,討論了 Ka頻段信道的天氣影響及多普勒頻偏,并給出了相應的信道模型。隨后,研究了寬帶衛星無線傳輸系統中全向信號傳輸方案的設計及實現。該傳輸方案中,天線的實際發送信號由低維空時編碼信號經過全向預編碼生成。結合陣列天線的信道特征,推導了全向傳輸矩陣需要滿足的三個條件并分別基于Zadoff-Chu序列和Golay序列給出了全向預編碼的設計實例。在此基礎上,以下行同步信道為例,研究了全向傳輸預編碼在公共信道傳輸中的應用,最后基于NI的USRP平臺給出了硬件實現方案。接著,研究了基于空時頻變換域濾波的寬帶衛星移動通信下行信道估計方法。在衛星移動通信系統中,利用陣列天線的空間信道特征,結合遠場散射場景中波束域稀疏性的特點,提出了基于空域濾波的信道估計方法,其思想是將空間域接收信號進行DFT變換到波束域,利用信道能量集中在有限波束上的特點,將其余波束能量作為噪聲進行濾波,可以有效提升信道估計的性能。在傳統時頻二維變換域濾波方法的基礎上,提出了基于空時頻三維變換域濾波的信道估計方法。最后結合DOA估計,提出了基于DOA補償的空域濾波信道估計方法。仿真結果表明這些方法可以獲得更為精準的信道估計。最后,研究了寬帶衛星移動通信上行鏈路中的低復雜度迭代接收機。在傳統MMSE迭代接收機中,針對迭代過程中LMMSE均衡矩陣求逆計算復雜度過高的問題,提出了兩種快速計算方法,分別為QR分解法和Sherman-Morrison公式化簡法。隨后給出了兩種快速算法與矩陣直接求逆算法的復雜度和數值計算精度的比較,仿真結果表明這兩種算法在不影響誤碼率的前提下,降低了迭代算法的計算復雜度。最后詳細討論了三種常用的QR分解算法,分別為Householder變換、Givens旋轉以及Gram-Schmidt正交化算法,并分別從計算復雜度、數值穩定性、計算精度和硬件實現的難易程度幾個方面對上述算法進行了分析。
[Abstract]:The satellite mobile communication system has the characteristics of flexible networking, wide coverage and not affected by natural disasters, but at the same time, the power of the satellite system is limited, the channel transmission delay is large, and the fading model is special. The physical characteristics of the whole channel environment and the terrestrial mobile communication system are quite different. It is of great significance to construct a wideband satellite mobile communication system based on MIMO-OFDM technology and to realize a global seamless interconnected communication network. In this paper, the wireless link transmission technology of wideband satellite mobile communication system is studied. Firstly, the channel transmission characteristics and channel model of satellite mobile communication system are studied. In this paper, the influence of weather and Doppler frequency offset on Ka channel is discussed, and the corresponding channel model is given for the application scenario of satellite mobile communication system. Then, the design and implementation of omnidirectional signal transmission scheme in wideband satellite wireless transmission system are studied. In this transmission scheme, the actual transmit signal of antenna is generated by omnidirectional precoding of low dimensional space-time coded signal. Based on the channel characteristics of array antenna, three conditions of omnidirectional transmission matrix are derived, and the design examples of omnidirectional precoding are given based on Zadoff-Chu sequence and Golay sequence respectively. On this basis, the application of omnidirectional transmission precoding in common channel transmission is studied by taking the following line synchronization channel as an example. Finally, the hardware implementation scheme based on the USRP platform of NI is given. Then, the downlink channel estimation method of wideband satellite mobile communication based on space-time-frequency transform domain filtering is studied. In the satellite mobile communication system, a channel estimation method based on spatial filtering is proposed based on the spatial channel characteristics of array antennas and the characteristics of beamspace sparsity in far-field scattering scenarios. The idea is to transform the received signal in spatial domain into beamspace by DFT. The channel energy is concentrated on the limited beam and the other beam energy is filtered as noise, which can effectively improve the performance of channel estimation. Based on the traditional time-frequency two-dimensional transform domain filtering method, a channel estimation method based on space-time-frequency three-dimensional transform domain filtering is proposed. Finally, combining with DOA estimation, a spatial filtering channel estimation method based on DOA compensation is proposed. Simulation results show that these methods can obtain more accurate channel estimation. Finally, the low complexity iterative receiver in the uplink of wideband satellite mobile communication is studied. In the traditional MMSE iterative receiver, in order to solve the problem of high computational complexity of LMMSE equalization matrix inversion, two fast computing methods, QR decomposition method and Sherman-Morrison formulaic simplified method, are proposed. Then the complexity and numerical accuracy of the two fast algorithms are compared with those of the direct matrix inversion algorithm. The simulation results show that the two algorithms reduce the computational complexity of the iterative algorithm without affecting the bit error rate (BER). Finally, three common QR decomposition algorithms are discussed in detail, which are Householder transform, Givens rotation and Gram-Schmidt orthogonalization. The calculation accuracy and the degree of difficulty in hardware implementation are analyzed.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN927.23

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本文編號：2312594