基于LEO卫星系统的异步空时协同编码研究

【摘要】随着技术的发展和通信需求的上升，人们的生活正在从地面向天空和太空扩展。为此，国内外都在打造空天地一体化信息网络，为人们提供立体全方位通信服务。其中，卫星通信在网络的建设中占据着举足轻重的地位，提供远程信号中转和无缝接入。本论文针对空天地网络中卫星移动通信应用和传输特点，研究卫星通信中的分布式空时协同编译码技术。地面发送端对信号进行不同的编码调制后发送到不同卫星，信号经多个中继卫星协同转发到地面接收端。本文意在解决传统“同步”空时编译码技术在卫星协同通信传播时延差大的不适用性，研究在动态时延差下的分布式空时协同编码，在存在定时误差条件下获得比传统空间分集接收技术更高的编码增益、更小的误码率、更高的信道可靠性、更高的传输效率。论文以应用需求为背景，针对低轨道卫星通信的特性，研究空时协同编码技术，进行理论研究与仿真验证，为空时协同编码在卫星通信以及空天地一体信息网络中的实际应用打下基础。协同通信是多个单天线中继设备协作提供虚拟多天线，各个中继相互协作转发信号实现协作分集和空间分集，采用分布式空时编码提高传输效率和传输可靠性。卫星协同通信中，信号经过不同中继转发后历经不同的信道，到达接收端时可能存在定时误差，中继卫星大空间中的分布造成定时误差会有较大的动态变化，构成异步通信，严重影响误码性能。针对以上问题，本文首先在接收端对信道特性和时延差有较精确估计的前提下，提出了多个连续码元信号线性组合，合并成具有较高速率的编码形式，再经过正交频分复用调制广播或指向性的传输到中继，中继对信号进行共轭或时域逆序处理后放大前传，接收端需要采用最大似然解码。仿真结果表明，相同编码速率条件下线性组合后的编码具有较低的误比特率，而且编码速率也提高了。之后，在接收端对动态变化的卫星信道的估计存在问题的前提下，引入差分编码减小解码对信道特性细节的依赖性。码分多址接入系统中采用扩频码对不同用户加以区分保证有限的频率和时间资源的共享。本文用同样的方法将来自不同中继卫星的信号视作不同的用户，采用不同的正交扩频码对不同中继转发信号进行标记，接收端借助扩频码表检测信号的相关性，根据相关性的强弱从接收信号中提取出空时信号，再进行空时解码。仿真结果表明：扩频技术与差分空时编码的结合能很好的对抗随机时延差带来的影响，而且接收端不需要对信道进行估计，降低了接收端的复杂性。
【作者】马云剑；
【导师】章坚武；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】异步协同通信；卫星通信；空时编码；定时误差；线性组合；扩频；

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