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多波束卫星mimo通信系统多用户检测技术研究

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多波束卫星MIMO通信系统多用户检测技术研究

作者：周赫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

对轨道资源受限,频率资源紧张的卫星通信系统而言,为了满足未来高速率高容量通信的需求,为用户提供高性能服务。我们设想将地面的mimo技术应用于卫星通信系统,mimo技术的应用带来了容量的大幅提升的同时还带来了严重的多址干扰问题,进... 详细信息

对轨道资源受限,频率资源紧张的卫星通信系统而言,为了满足未来高速率高容量通信的需求,为用户提供高性能服务。我们设想将地面的mimo技术应用于卫星通信系统,mimo技术的应用带来了容量的大幅提升的同时还带来了严重的多址干扰问题,进而本文研究旨在解决由多址干扰引起的多用户检测算法在多波束卫星mimo通信系统中的应用。首先,本文基于多波束卫星系统关键技术以及mimo通信系统模型设计多波束卫星mimo通信系统。针对在该系统中用户遭受的容量限制以及多址干扰问题。在此模型上依照多用户检测算法分别进行了前向链路以及反向链路的系统容量,误码率仿真。然后建立多波束卫星mimo通信系统的链路模型。探讨在多波束卫星mimo前向链路中采用不同的多用户检测技术时(分别为强干扰消除多用户检测,分时多用户检测,空时编码多用户检测)系统的容量表现。发现该系统内波束边缘用户将会接收到较弱的发射信号。为了保证系统内部用户均能享受合理的资源分配。通过引入智能粒子群优化算法来修正该问题。通过对边缘波束的形状进行修正,从卫星的发射端对信号所要经历的衰减进行补偿,提高用户的接收功率,保证系统公平性。面临的问题则是在地面端采用多用户检测算法时,算法性能受终端体积限制。最后在反向链路中,为了提高卫星端解码性能,降低误码率,同时降低卫星端复杂度。我们研究优化串行干扰消除检测算法,包括基于列范数排序和SINR排序两种。通过结合多阶检测的想法,最后提出了基于列范数排序的分组多阶检测串行干扰消除技术(MS-F-MMSE-GOSIC)算法。通过对误码率进行仿真验证了该方案的可行性。

关键词：多波束卫星卫星mimo 多址干扰多用户检测算法

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卫星通信系统中的mimo传输技术研究

卫星通信系统中的MIMO传输技术研究

作者：王宜欣北京邮电大学

学位级别：硕士

卫星通信在提供全球信息服务方面发挥着非常重要的作用,具有覆盖范围广、构建成本低等多种优点。随着用户数量持续增长,加之社会发展十分迅速,人们对通信服务质量的要求也在不断提高,在星上有限的资源限制下如何为更多的用户提供可靠的... 详细信息

卫星通信在提供全球信息服务方面发挥着非常重要的作用,具有覆盖范围广、构建成本低等多种优点。随着用户数量持续增长,加之社会发展十分迅速,人们对通信服务质量的要求也在不断提高,在星上有限的资源限制下如何为更多的用户提供可靠的服务,是目前卫星通信行业的主要问题之一。mimo技术的主要优势在于空间分集和空间复用,利用不相关的多天线信道并行传输多路数据从而增强无线传输的性能。因此将mimo技术应用到卫星通信系统中可以进一步提高卫星通信系统的性能,提高传输效率。目前,如何将mimo传输技术应用到卫星通信系统中已成为国内外研究热点之一。论文在研究了卫星mimo传输构建和预编码与多用户选择方案原理的基础上,为了解决星上资源有限,需要利用空间分集和空间复用技术增强卫星通信系统性能的问题,对卫星mimo的传输构建方案进行设计,研究预编码和功率分配算法联合优化并对用户选择算法进行基于QoS的改进。论文的主要研究工作如下:(1)对mimo卫星通信系统模型进行研究。针对mimo卫星通信系统架构进行研究与设计,并对卫星传输信道特性进行分析,参考恶劣天气下信道的情况对传统卫星传输信道模型进行进一步的完善并进行仿真分析,最后根据仿真结果构建卫星mimo的自适应传输模式切换方案。(2)对卫星mimo多用户通信系统下作为基础的SLNR最大化预编码算法和功率分配部分进行研究,针对该方案没有考虑不同用户之间的信道质量差异性,使得用户之间的通信资源分配不公平进一步加剧的问题,提出了基于严格信漏噪比系数的预编码和功率分配联合优化方案并进行仿真与分析。(3)对卫星mimo多用户通信系统下的多用户调度技术进行研究,重点讨论针对卫星mimo需要服务各类不同业务,对QoS需求不同的用户、用户选择方案计算复杂度较高的问题,研究基于QoS的SLNR准则优化多用户选择算法。该算法以SLNR最大化为准则,根据不同业务类型的QoS要求对用户调度方案制定了不同的选择策略。最后对几种经典用户调度方案与优化后的用户调度方案进行仿真,并对仿真的结果进行分析。

关键词：卫星mimo 预编码用户选择

卫星移动通信系统中分层空时码的性能分析与硬件实现

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卫星移动通信系统中分层空时码的性能分析与硬件实现

第九届卫星通信学术年会

作者：周建人杨明川李明刘晓锋张中兆哈尔滨工业大学电子与信息工程学院

研究了分层空时码的迭代检测译码算法在移动卫星mimo通信系统中的应用,并在三种典型信道环境包括市区环境,郊区环境,开阔地环境下对其进行了仿真分析,其性能表现符合开阔地环境优于郊区环境,郊区环境优于市区环境的规律,并远好于单独的... 详细信息

研究了分层空时码的迭代检测译码算法在移动卫星mimo通信系统中的应用,并在三种典型信道环境包括市区环境,郊区环境,开阔地环境下对其进行了仿真分析,其性能表现符合开阔地环境优于郊区环境,郊区环境优于市区环境的规律,并远好于单独的硬检测算法。在硬件实现该迭代检测接收机时,考虑到传统的硬件实现方法开发周期长,不易做系统调试,提出了一种新的快速的硬件实现方法,对mimo迭代检测接收机进行了硬件实现,对比软硬件的仿真结果发现软件仿真性能要略好于硬件仿真性能,并分析了出现这种现象的原因。

关键词：卫星mimo 分层空时码迭代检测接收机硬件实现。

来源： cnki会议评论

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未知信道秩的mimo传输策略研究

未知信道秩的MIMO传输策略研究

作者：陈辉华中科技大学

学位级别：硕士

在过去的几十年间,卫星通信凭借着覆盖范围广、不受地理条件限制、可靠稳定等优点,成为陆地移动通信后的研究热点。但是随着数据传输需求的不断增长,如何进一步提高卫星通信的传输速率已经成为现阶段的研究重点。由于多输入多输出系统... 详细信息

在过去的几十年间,卫星通信凭借着覆盖范围广、不受地理条件限制、可靠稳定等优点,成为陆地移动通信后的研究热点。但是随着数据传输需求的不断增长,如何进一步提高卫星通信的传输速率已经成为现阶段的研究重点。由于多输入多输出系统技术（Multiple Input Multiple Output,mimo）在陆地端的显著成功,越来越多的学者致力于卫星mimo系统的研究。卫星通信中直射分量占有极大的比重,且卫星周围的散射体极少,导致卫星mimo信道之间相关性很强。现阶段成熟的卫星mimo技术主要有单星极化mimo和多星分布式mimo系统,其中分布式mimo系统通过优化天线距离配置调整相位保证信道满秩。但是终端移动性导致所处的环境变化以及大气层对卫星信道相位的随机扰动都会改变卫星mimo系统的秩,这对卫星mimo系统的稳定性提出了巨大的挑战。另外由于卫星链路传输时延大,通过向发射机反馈信道状态信息的可实现性也不强。因而卫星mimo系统面临着信道矩阵的秩不定的问题,如果按照信道的最低秩进行保守传输,显然存在浪费信道自由度的可能;如果按照较高的秩进行较为激进的传输,则又存在当前信道无法支持、从而接收机无法成功检测的可能。如何在二者之间找到较好的平衡点、从而实现更高速率的传输是一个在理论上具备一定的挑战、同时也具有重要实用价值的问题。为了应对以上问题,我们的核心思路是采用机会式传输,即在信道的秩较高时,可以多传数据流,而在信道秩较低时,也不影响其中核心数据流的接收。这主要是通过机会式的ZF（Zero Forcing,迫零）传输来实现的。具体地,本文通过keyhole信道模型来刻画未知信道秩的情形,并在信道秩未知但发射机能获取部分信道知识的前提下,提出了一种不依赖于信道秩大小的机会式ZF传输策略。其次,为了进一步提升机会式ZF策略在中低信噪比下的容量性能,结合信道秩大小的概率分布,从数据流功率分配的角度对其进行了优化;最后分析了信道矢量模糊程度对机会式ZF传输策略性能的影响。通过对系统容量的仿真,验证了机会式ZF传输策略对信道秩大小依赖性低的特点,其能适应信道的变化,当信道条件变好时能充分利用mimo系统的空间自由度,实现机会式传输。因此,该策略在整个信道变化过程中具有更大的等效自由度增益。且当信道矢量模糊程度比较低时,该策略的性能依然能够得到有效保证。本文研究成果对卫星mimo系统实现数据流的可靠传输具有较大的指导意义和实际应用价值。

关键词：卫星mimo 信道秩机会式传输 keyhole信道模型

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星地无线传输编码技术研究

星地无线传输编码技术研究

作者：陈华健东南大学

学位级别：硕士

随着地面移动通信速率的不断提升和大众对通信业务需求的不断增长,现有的卫星通信技术无法满足宽带、高速、高可靠性的要求,亟需引入新的技术提高系统容量和传输速率。多输入多输出(Multiple-input and Multiple-output,mimo)可以在不... 详细信息

随着地面移动通信速率的不断提升和大众对通信业务需求的不断增长,现有的卫星通信技术无法满足宽带、高速、高可靠性的要求,亟需引入新的技术提高系统容量和传输速率。多输入多输出(Multiple-input and Multiple-output,mimo)可以在不增加带宽和发送功率的条件下,实现数据的高速传输,有效提高频谱利用率。因此,将mimo技术引入卫星通信已经成为重要的研究课题。本文首先研究了由两颗双极化静止轨道卫星构成的双星双极化卫星mimo通信系统,使用Markov链建模了信道状态的变化,考虑了时间相关性、多普勒效应、阴影效应、多径效应、极化分集和空间分集对信道的影响,给出了一种双星双极化mimo信道建模算法。在信道建模的基础上,本文研究了双星双极化卫星mimo系统的传输技术,采用正交空时分组(Orthogonal Space-time Block Code,OSTBC)码和准正交空时分组码(Quasi-orthogonal Space-time Block Code,QOSTBC),研究了卫星mimo通信系统的误码率性能。针对单颗多波束卫星服务多个地面用户的场景,本文还研究了卫星单播传输方式下的用户分组算法。每个卫星波束只服务一个用户,所有用户被分成多个小组,同一小组的用户占用同一个时隙,同一小组内的用户以空分多址(Space Division Multiple Access,SDMA)方式被卫星服务,不同小组以时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)方式在不同时隙被卫星服务。在此框架下,本文提出了一种面向和速率最大化的用户分组算法,序贯的将用户依次加入到不同的小组中直到和速率无法继续增加为止。然而,在上述算法中,部分用户将得不到卫星的服务。为了让所有的用户都能被卫星服务,本文还提出了一种兼顾公平性的和速率最大化用户分组算法。此外,本文还研究了多波束卫星组播传输方式下的预编码设计,在卫星总功率约束和用户服务质量(Quality of Service,QoS)约束条件下,面向能量效率最大化进行预编码设计,利用连续凸逼近(Sequential Convex Approximation,SCA)和Charnes-Cooper变换,将非凸分数规划问题转化为凸优化问题求解。最后通过仿真验证了所提的算法的有效性。

关键词：多波束卫星卫星mimo 空时编码用户分组能量效率