基于OFDM技术Ka波段卫星通信系统降雨衰减特性及补偿方法的研究

【摘要】卫星通信具有覆盖区域广、通信频带宽、适用于多种业务传输等众多优势特点，已成为现代通信系统不可缺少的重要组成部分。随着业务需求的增长，利用Ka波段（30/20GHz）来构成卫星通信系统是未来的发展趋势。而对于Ka频段的卫星通信系统，由降雨引起的电波衰减是影响卫星通信线路传输质量的一个重要因素。本论文针对这一问题，总结了目前世界上Ka频段卫星通信的应用和发展情况，研究了降雨衰减产生的机理与影响及国际上常用的ITU-R降雨衰减预测模型，计算出了我国65个站点Ka频段103°E静止轨道卫星的上行20GHz、下行30GHz的雨衰值。通过实际测量的Ku频段2011至2013三年来的降雨衰减数据，得出Ka频段的降雨衰减数据，利用ITU-R降雨衰减预测模型验证了在长春地区的有效性，同时与对数正态分布和幂指数分布曲线采用最小二乘法进行拟合分析。为分析和保证Ka频段卫星通信的传输质量，本文首次提出了一种以OFDM技术为基础的功率补偿方法。结合实际测量的雨衰数据以及OFDM信道特点，本文利用OFDM的传输与通信方式对卫星通信系统的传输质量进行研究并分析。仿真结果表明雨衰将对基于OFDM技术的Ka频段卫星通信系统产生严重的误码干扰。在此基础上，本文进一步对不同雨衰强度与OFDM子载波数下的系统性能进行全面分析，结果显示在OFDM系统中随着载波数的减少，系统频带利用率虽然有所降低，但误码性能亦有大幅提升。因此，在Ka频段卫星通信中，可以通过调整OFDM子载波数，实现信道利用率与误码性能有效折中的方法，在一定程度上抵抗雨衰对通信系统的不良影响。最后，本文提出一种基于OFDM技术的降雨衰减功率补偿方法，通过增大发射功率，优化雨衰干扰下的系统误码性能。仿真表明，该方法可有效改善系统的传输性能，实现低信噪比环境下降雨衰减的有效抵消，以及高信噪比环境系统的误码性能极大优化，减小降雨衰减对发射信号的影响。
【作者】蔡挺；
【导师】康健；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】Ka频段；降雨衰减；OFDM；功率补偿；

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