基于协作多点传输技术的多波束卫星通信系统研究

作     者：姜雨萌 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪茂

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：多波束卫星 多点传输技术 波束间干扰 预编码 切换邀请 鲁棒性研究 

摘      要：随着下一代卫星通信系统向更高吞吐量和传输速率方向发展,多波束天线凭借高增益、空间隔离等诸多优点被广泛应用于空间段卫星上。波束间大多采用全频复用以最大化频谱利用率,在此情况下如何消除波束间干扰并进行有效的波束切换管理保证通信质量十分必要。本文将多波束与地面段多用户进行数据交互时采用的信道类比于地面分布式的MIMO系统,基于协作多点传输技术对多波束卫星通信系统进行研究。针对预编码技术在消除波束间干扰的效果进行研究。在理想信道状态信息下,本文重点研究了传统预编码算法原理及性能,对其在地面MIMO系统和7波束卫星覆盖模型下进行仿真比较。通过将非线性算法的思想引入线性预编码中的方式,提出了基于DPC原理的MMSE算法,仿真结果证明算法的误码率性能介于线性与非线性算法之间,实现了复杂度与系统性能的均衡。其次,在非理想信道状态下建立估计误差、时延误差和有界误差模型,提出了基于MMSE准则的鲁棒预编码、基于平均功率最小化的鲁棒预编码以及基于SLNR准则的中断概率约束鲁棒预编码3种考虑鲁棒性的预编码方案,利用半定松弛定理和CVX工具箱进行优化目标求解。通过MATLAB软件仿真对非理想CSI下有无鲁棒性设计的系统容量、误码率进行比较,证明了在非理想CSI条件下,各鲁棒预编码设计均可实现更优的系统性能。最后,针对波束切换管理问题,本文主要探究了波束间协作时的切换方案。在对用户移动模型、协作切换原理以及滑动窗口机制研究的基础上,提出了基于协作的切换邀请机制,由目标波束定期发送切换邀请,仿真验证了该方案可以有效提高切换成功率,简化信号测量和信号判决的过程。