CN102237892B

CN102237892B - 一种兼容td-scdma的卫星通信多波束联合检测合并方法

Info

Publication number: CN102237892B
Application number: CN 201110196802
Authority: CN
Inventors: 任术波; 朱然; 栾西; 程宇新; 吴建军
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: CN102237892A

Abstract

本发明公开了一种兼容TD-SCDMA的卫星通信多波束联合检测合并方法，属于卫星通信领域。用户与卫星间的收发信号均采用地面第三代移动通信系统标准TD-SCDMA的帧结构形式。卫星端接收来自各个多波束小区的叠加上行信号，每个波束小区独立采用基于邻波束辅助的单波束联合检测方法，检测出本波束及相邻波束小区所有的用户信号，最后由卫星端通过最大比合并原则将各波束小区检测所得的有关目标用户信号的信息进行合并，进而进行后续的解调及判决操作。本方法可以显著降低系统的信噪比工作门限，大大提高多波束卫星通信系统中的多用户检测性能，为兼容TD-SCDMA标准的卫星移动通信系统发展提供良好的技术支持。

Description

一种兼容TD-SCDMA的卫星通信多波束联合检测合并方法

技术领域

本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种多波束联合检测合并信号的方法。

背景技术

卫星移动通信是利用卫星和地面设备，实现陆、海、空域移动用户之间、以及移动用户与地面网用户之间或专用网用户之间的通信。其具有极广的覆盖范围，可提供不受地理环境、气候条件限制的通信服务。它与地面蜂窝系统和地面固定通信网络互为补充和延伸，是实现无缝覆盖的重要通信手段。因此，兼容地面移动通信系统标准的卫星移动通信系统已经成为现阶段的重要研究领域。目前比较成熟的卫星移动通信系统大多是基于地面2G标准(2ndGeneration，第二代移动通信系统)，采用以TDMA(Time Division Multiple Address，时分多址)为基础的空中接口。然而，随着地面蜂窝移动通信的发展，3G(3rd Generation，第三代移动通信系统)已经成为现阶段世界各国的主流通信体制，关于兼容地面3G标准的卫星移动通信系统研究也逐渐成为卫星通信发展的重要研究方向。TD-SCDMA(TimeDivision-Synchronization Code Division Multiple Access，时分同步的码分多址技术)是国际电联(ITU)采纳的3G四大标准之一，也是我国具有自主知识产权的3G标准。因此，研究兼容TD-SCDMA空中接口的卫星移动通信系统，不仅能够促进我国卫星移动通信系统的蓬勃发展，也将进一步推动我国TD-SCDMA标准的推广，扩大其应用范围，乃至为未来TD-LTE(Time Division-Long Term Evolution，时分双工-长期演进)标准的卫星应用打下良好的基础。

在CDMA系统中，来自小区内和小区间多用户之间的干扰会严重影响系统的上行数据检测性能，因此，抗干扰的多用户数据检测技术一直是CDMA系统的重要研究内容。

在地面系统中，传统的CDMA系统所采用的Rake接收机属于单用户检测技术，不能克服本小区和邻小区用户间的多址干扰。而多用户检测技术由于其能够有效的克服多用户间的多址干扰，因此得到了广泛的研究和应用，如[Anders Host-Madsen，“MMSE-PIC multi-userdetection for DS-CDMA systems with inter-and intra-cell interference”，IEEE Transactions oncommunications，Vol.47，No.2，Feb.1999]和[M.Voller，M.Haardt，and J.Gotze.，“Comparative Studyof Joint Detection Technology for TD-CDMA based Mobile Radio Systems”，IEEE JournalSelected Areas Communications，Vol.19，No.9，2001]等。从理论上说，在TD-SCDMA系统中使用联合检测技术可以完全消除小区内的MAI(MultipleAccess Interference，多址干扰)。然而不足的是，传统联合检测技术只能消除小区内的用户间干扰，而把来自其他小区的多用户干扰视为噪声，因此并不能克服TD-SCDMA小区间的同频干扰。

与地面系统不同的是在卫星移动通信系统中，卫星端的多个馈源通过波束成形技术在地面目标区域形成多个不同指向的波束小区。在同频组网的情况下，由于卫星馈源波束成形的不理想性，其受到邻波束小区的多用户干扰要比地面系统中更强。并且由于各波束小区与卫星间通信的时延差较大，来自邻波束干扰的复杂性也会大大增加。因此如果多波束卫星通信系统采用与地面相同的单小区联合检测技术，将无法克服来自邻波束小区的多用户干扰，系统检测性能将会受到极大的影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种兼容TD-SCDMA的卫星通信多波束联合检测合并方法，可以显著降低系统的信噪比工作门限，大大提高多波束卫星移动通信系统中的多用户检测性能。

一种兼容TD-SCDMA的卫星通信多波束联合检测合并方法，其系统模型如图1所示，多个卫星馈源利用波束形成技术在地面目标区域形成M个不同指向的波束小区，卫星端能够收到来自所有波束小区内用户的上行信号，各用户间的信道是相互独立的；本方法的无线帧结构兼容TD-SCDMA标准，其特征在于，所述卫星通信多波束联合检测合并方法包括如下步骤(流程如图2)：

1、卫星端对所有波束小区内用户的扩频码和Midamble码等通信参数进行预先配置，且各波束小区内所有用户在卫星端取得定时同步；

2、各波束小区内用户同时向卫星端发送兼容TD-SCDMA标准帧结构的上行信号；

3、将第m，m＝1，2，…，M个波束小区作为当前主波束小区，通过其对应的卫星馈源接收混合上行信号y_m，该信号是当前主波束及其邻波束小区内所有用户的上行信号经过不同信道后叠加的结果；

4、卫星端根据预先对所有波束小区用户设置的Midamble码估计当前主波束及其邻波束用户与主波束卫星馈源间的上行信道信息h_m；

5、卫星端根据预先对所有波束小区用户设置的扩频码和已估计出的信道信息h_m，构造当前主波束小区的总接收系统矩阵A_m；

6、根据主波束小区构造的总接收系统矩阵A_m，以及其卫星馈源接收到的上行信号y_m，主波束小区采用传统的联合检测方法求解本波束及邻波束小区内的所有用户的上行信号信息；

7、每个波束小区均按步骤3)～6)进行处理，并检测出本波束及邻波束小区内的所有用户的上行信号信息，该过程定义为邻波束辅助的单波束联合检测；

8、为最终求解某一目标波束小区内某一用户的信息，卫星侧提取各波束小区检测所得的该目标波束小区内该用户信号信息，并进行合并；

9、目标波束小区根据合并结果对用户信号进行后续的解调及判决操作。

优选的，步骤5)的实现方法为(参图3所示)：

a)首先计算第l个波束小区中第k个用户对应的系统矩阵分量

其中，

为第l个波束小区中第k个用户对应的扩频码向量，

为当前第m个主波束小区估计出的第l个波束小区中第k个用户与主波束卫星馈源间的信道信息向量；

b)然后根据计算出的第l个波束小区中所有用户的系统矩阵分量

k＝1，2，…，K，以及TD-SCDMA标准的帧结构要求，构造第l个波束小区对应的子系统矩阵A_ml；

c)最后由所有M个子系统矩阵A_ml，l＝1，2，…，M构造当前主波束的总接收系统矩阵A_m：由于各波束间存在传输时延差，因此A_m是各子系统矩阵A_ml按图3所示在列方向上延迟合并的结果。

优选的，步骤8)中，按照最大比合并的原则进行合并。

本发明的有益效果：本发明提出了一种兼容TD-SCDMA的卫星通信多波束联合检测合并方法，各波束小区首先利用邻波束辅助的单波束联合检测方法检测出所有波束小区的用户信号，然后根据最大比合并原则目标用户信号进行合并。本方法可以显著降低系统的信噪比工作门限，大大提高多波束卫星通信系统中的多用户检测性能，为兼容TD-SCDMA标准的卫星移动通信系统发展提供良好的技术支持。

附图说明

图1是多波束卫星系统波束覆盖示意图；

图2是本方法的实现流程图；

图3是某波束小区构造的总接收系统矩阵结构图；

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步描述。

以7个相邻的波束小区为例，如图1所示。

本方法的具体实施例步骤为：

1、卫星端对所有波束小区内用户通信参数配置；各波束小区用户在卫星端取得完美定时同步。

2、各波束小区内用户同时向卫星端发送兼容TD-SCDMA标准帧结构的上行信号。

3、将第1个波束小区作为当前主波束小区，通过相应的卫星馈源接收混合上行信号y₁。

4、卫星端估计所有7个波束小区内用户与主波束卫星馈源间的上行信道信息h₁。

5、卫星端进行当前主波束小区的总接收系统矩阵A₁的构造。

6、主波束馈源的上行接收信号为y₁＝A₁·d₁+n₁，其中，A₁为当前主波束小区的总接收系统矩阵，d₁为待检测的包含所有7个波束小区用户信息的向量，n₁是独立同分布的高斯加性白噪声。主波束小区采用ZF-BLE(迫零线性均衡)算法求解7个波束小区内所有用户的上行信号信息，结果为

7、其余6个波束小区均按步骤3～6进行邻波束辅助的单波束联合检测，检测7个波束小区内所有用户的上行信号信息

8、为最终求解某一目标波束小区内某一用户的信息，卫星侧提取各波束小区检测所得的该目标波束小区内该用户信号信息，并按照最大比合并的原则进行合并。

9、目标波束小区的根据最大比合并结果对用户信号进行后续的解调及判决操作。

Claims

1.一种兼容TD-SCDMA的卫星通信多波束联合检测合并方法，多个卫星馈源利用波束形成技术在地面目标区域形成M个不同指向的波束小区，卫星端能够收到来自所有波束小区内用户的上行信号，各用户间的信道是相互独立的，其特征在于，所述卫星通信多波束联合检测合并方法包括如下步骤：

1)卫星端对所有波束小区内用户的扩频码和Midamble码通信参数进行预先配置，且各波束小区内所有用户在卫星端取得定时同步；

2)各波束小区内用户同时向卫星端发送兼容TD-SCDMA标准帧结构的上行信号；

3)将第m,m＝1,2,···,M个波束小区作为当前主波束小区，通过其对应的卫星馈源接收混合上行信号y_m，该信号是当前主波束及其邻波束小区内所有用户的上行信号经过不同信道后叠加的结果；

4)卫星端根据预先对所有波束小区用户设置的Midamble码估计当前主波束及其邻波束用户与主波束卫星馈源间的上行信道信息h_m；

5)卫星端根据预先对所有波束小区用户设置的扩频码和已估计出的信道信息h_m，构造当前主波束小区的总接收系统矩阵A_m；

6)根据主波束小区构造的总接收系统矩阵A_m，以及其卫星馈源接收到的上行信号y_m，主波束小区采用传统的联合检测方法求解本波束及邻波束小区内的所有用户的上行信号信息；

7)每个波束小区均按步骤3）～6）进行处理，并检测出本波束及邻波束小区内的所有用户的上行信号信息；

8)为最终求解某一目标波束小区内某一用户的信息，卫星侧提取各波束小区检测所得的该目标波束小区内该用户信号信息，并进行合并；

9)目标波束小区根据合并结果对用户信号进行后续的解调及判决操作。

2.如权利要求1所述的卫星通信多波束联合检测合并方法，其特征在于，步骤5）的实现方法为：

a)首先计算第l个波束小区中第k个用户对应的系统矩阵分量其中，

为第l个波束小区中第k个用户对应的扩频码向量，为当前第m个主波束小区估计出的第l个波束小区中第k个用户与主波束卫星馈源间的信道信息向量；

k＝1,2,···,K，以及TD-SCDMA标准的帧结构要求，构造第l个波束小区对应的子系统矩阵A_ml；

c)最后由所有M个子系统矩阵A_ml,l＝1,2,···,M构造当前主波束的总接收系统矩阵A_m。

3.如权利要求1所述的卫星通信多波束联合检测合并方法，其特征在于，步骤8）中，按照最大比合并的原则进行合并。