CN111181692A - 一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法 - Google Patents

一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111181692A
CN111181692A CN201911415310.9A CN201911415310A CN111181692A CN 111181692 A CN111181692 A CN 111181692A CN 201911415310 A CN201911415310 A CN 201911415310A CN 111181692 A CN111181692 A CN 111181692A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
channel
orbit satellite
uplink
downlink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911415310.9A
Other languages
English (en)
Inventor
谷林海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd
Original Assignee
Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd filed Critical Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority to CN201911415310.9A priority Critical patent/CN111181692A/zh
Publication of CN111181692A publication Critical patent/CN111181692A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0002—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate
    • H04L1/0003—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate by switching between different modulation schemes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，该方法是低轨卫星载荷或信关站的发射机根据反向链路的视线信道信息以及反馈的传输链路多径信道散射的统计信息(合称为部分信道信息)计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路或下行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应，从而最大程度上保证低轨卫星的通信效果。

Description

一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法
技术领域
本发明属于空天地海一体化通信技术领域，特别是涉及一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法。
背景技术
空天地海一体化通信的目标是扩展通信覆盖广度和深度，也即在传统蜂窝网络的基础上分别与卫星通信(非陆地通信)和深海远洋通信(水下通信)深度融合，建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、安全可信”的空天地海一体化信息网络体系。空天地海一体化网络是以地面网络为基础、以空间网络为延伸，覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间，为天基(卫星通信网络)、空基(飞机、热气球、无人机等通信网络)、陆基(地面蜂窝网络)、海基(海洋水下无线通信+近海沿岸无线网络+远洋船只/悬浮岛屿等构成的网络)等各类用户的活动提供信息保障的基础设施，而低轨卫星起到了关键作用。
在低轨卫星移动通信中，考虑到卫星和用户设备的移动特性，整个通信链路的环境在不断改变，导致信道的时变特性。一方面表现为通信链路中阴影衰落和多径干扰随时间不断变化；另一方面，由于卫星与用户设备之间的相对运动，引入了多普勒频移和多普勒扩展的影响。在信息传输的过程中，这种信道的时变特性会造成严重的信号衰落甚至传输中断。自适应编码调制作为一种高效的衰落补偿技术，实质上是属于一种链路自适应技术，主要是指通信系统接收机在实际应用的过程中，通过采取某些方式方法，获取信道状态信息，并根据信道状态，按照自适应算法，对发送端的编码进行调整与调制，从而改变通信链路传输速率，使得传输速率与信道状态相互适应，最大程度上保证卫星通信效果。因此，自适应编码调制技术在卫星通信中的有效运用具有重要的现实意义，不仅可以有效提高通信质量与通信效果，同时还可以有效提高卫星通信系统运行的安全性与稳定性，对于促进社会生产发展、提高人们生活质量等方面都具有重要意义。
然而，由于低轨卫星通信链路的时变特性以及星地之间巨大的信号传输延迟，星上载荷或地面发射机很难通过接收机的反馈实时的获得准确的信道状态信息，极大的限制了闭环自适应技术在采用FDD传输方式的通信链路中的应用。而开环自适应技术自身的局限性，无法适用于当前的低轨卫星移动通信系统。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，能够有效获取部分信道信息计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路或下行通信链路的传输速率。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
本发明设计了一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，该方法是低轨卫星载荷或信关站的发射机根据反向链路的视线信道估计值以及反馈的多径信息估计值(合称为部分信道信息)计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变上行链路或下行链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应；具体包括上行链路自适应过程S和下行链路自适应过程D，其中，
所述上行链路自适应过程S为：低轨卫星信关站的发射机根据下行链路的视线信道估计值以及下行链路反馈的多径信息估计值计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应；
所述下行链路自适应过程D为：低轨卫星载荷的发射机根据上行链路的视线信道信息值以及上行链路反馈的多径信息估计值的统计信息计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变下行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应，从而最大程度上保证低轨卫星的通信效果。
作为优化，所述上行链路自适应过程S包括如下步骤：
S1、低轨卫星信关站的系统首先输入全零序列，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星信关站的发射机从上行链路发射出去，然后进入S2；
S2、上行链路的信号经过信道到达低轨卫星载荷的接收机，对所述低轨卫星载荷的接收机进行多径信道估计得到多径信息估计值，同时进行解调、译码看是否为全零；若全零，则说明通信链路已经建立，然后进入S3；若不全零，则返回步骤S1；
S3、低轨卫星载荷的发射机同样发送前一半全零序列，后一半为多径信道估计值，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星载荷的发射机从下行链路发射出去，然后进入步骤S4；
S4、下行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星信关站的接收机通过LS法(最小二乘法)进行视线信道分量估计得到下行链路的视线信道分量估计值，同时进行解调、译码看前一半数据是否为全零；若全零，则说明上行通信链路已经建立，然后进入步骤S5；若不全零，则返回步骤S1；
S5、低轨卫星信关站的系统通过从低轨卫星载荷反馈的多径信道估计的信息以及下行链路的视线信道分量估计值
Figure RE-GDA0002425243730000031
从而最终获得低轨卫星信关站的部分信道信息，并计算自适应切换的最优阈值门限，然后进入步骤S6；
S6、低轨卫星信关站的系统开始发送用户数据，根据获得部分信道信息采用自适应算法选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应。
作为优化，根据低轨卫星上、下行链路的视线信道互易性原则，信关站的发射机可以通过获取下行链路视线信道估计值等效为上行链路视线信道估计值，与此同时，低轨卫星通信链路中的视线(Line of Sight，LOS)信道分量
Figure RE-GDA0002425243730000032
与多径信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000041
是独立不相关的两个随机过程，因此，信关站的发射机可以采用开环的方法获得等效的上行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000042
所述低轨卫星信关站的上行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000043
为：
Figure RE-GDA0002425243730000044
其中，U表示上行链路；D表示下行链路；L是慢时变视线信道信息的相干长度；
Figure RE-GDA0002425243730000045
表示卫星信关站下行链路的视线信道估计值，n表示采集到的视线信道估计的点的数量。
作为优化，信关站的多径信道估计是由于采用FDD传输方式的低轨卫星移动通信系统，上、下行链路工作在不同频率，且上行链路的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000046
不同于下行链路的的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000047
因此，发射机不能采用开环的方法直接从下行链路中提取多径信息估计值，而是将信关站的接收机处的估计反馈给信关站的发射机。对于低轨卫星通信的上行链路自适应，信关站的接收机的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000048
为：
Figure RE-GDA0002425243730000049
其中，
Figure RE-GDA00024252437300000410
表示多径信息估计值中每径的系数，通过LS(最小二乘法)算法可以得到。
作为优化，步骤S5中，所述低轨卫星信关站的部分信道信息的自适应算法方法如下：信关站的发射机根据获得的下行链路的视线信道估计值，当下行链路的视线信道估计值的信噪比
Figure RE-GDA00024252437300000411
落入区间
Figure RE-GDA00024252437300000412
时，信关站的系统会分配传输速率为kibps/Hz的调制编码方法；特别地，当
Figure RE-GDA00024252437300000413
时表示通信链路环境极度恶劣，自适应系统会中断信号传输并进入等到状态，直到上行链路环境恢复到可通信状态，其中，
Figure RE-GDA0002425243730000051
是N种系统可用的速率集，i表示区间的段数。
作为优化，D1、低轨卫星载荷的系统首先输入全零序列，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星载荷的发射机从下行链路发射出去，然后进入D2；
D2、下行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星信关站的接收机进行多径信道估计得到多径信息估计值，同时进行解调、译码看是否为全零；若全零，则说明通信链路已经建立，然后进入D3；若不全零，则返回步骤D1；
D3、低轨卫星信关站的发射机同样发送前一半全零序列，后一半为多径信道估计值，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星信关站的发射机从上行链路发射出去，然后进入步骤D4；
D4、上行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星载荷的接收机通过LS法(最小二乘法)进行视线信道分量估计得到上行链路的视线信道分量估计值
Figure RE-GDA0002425243730000052
同时进行解调、译码看前一半数据是否为全零；若全零，则说明下行通信链路已经建立，然后进入步骤D5；若不全零，则返回步骤D1；
D5、低轨卫星载荷的系统通过从低轨卫星信关站反馈的多径信道估计的信息以及上行链路的视线信道分量估计值，从而最终获得载荷的部分信道信息，并计算自适应切换的最优阈值门限，然后进入步骤D6；
D6、低轨卫星载荷的系统开始发送用户数据，根据获得部分信道信息采用自适应算法选择编码码率和调制方式，从而改变下行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应。
作为优化，根据低轨卫星上、下行链路的视线信道互易性原则，载荷的的发射机可以通过获取上行链路视线信道估计值等效为下行链路视线信道估计值，与此同时，低轨卫星通信链路中的视线(Line of Sight，LOS)信道分量
Figure RE-GDA0002425243730000053
与多径信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000061
是独立不相关的两个随机过程，因此，载荷的发射机可以采用开环的方法获得等效的下行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000062
所述低轨卫星载荷的下行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000063
为：
Figure RE-GDA0002425243730000064
其中，U表示上行链路；D表示下行链路；L是慢时变视线信道信息的相干长度；
Figure RE-GDA0002425243730000065
表示卫星载荷上行链路的视线信道估计值，n表示采集到的视线信道估计的点的数量。
作为优化，载荷的多径信道估计是由于采用FDD传输方式的低轨卫星移动通信系统，上、下行链路工作在不同频率，且下行链路的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000066
不同于上行链路的的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000067
因此，载荷不能采用开环的方法直接从上行链路中提取多径信息估计值，而是将载荷的接收机处的估计反馈给在载荷的发射机。载荷的接收机的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000068
为：
Figure RE-GDA0002425243730000069
其中，
Figure RE-GDA00024252437300000610
表示多径信息估计值中每径的系数，通过LS(最小二乘法)算法可以得到。
作为优化，步骤D5中，所述低轨卫星载荷的部分信道信息的自适应算法方法如下：载荷的发射机根据获得的上行链路的视线信道估计值，当上行链路的视线信道估计值的信噪比
Figure RE-GDA00024252437300000611
落入区间
Figure RE-GDA00024252437300000612
时，信关站的系统会分配传输速率为kibps/Hz的调制编码方法；特别地，当
Figure RE-GDA00024252437300000613
时表示通信上行链路环境极度恶劣，自适应系统会中断信号传输并进入等到状态，直到上行链路环境恢复到可通信状态，其中，
Figure RE-GDA00024252437300000614
是N种系统可用的速率集，i表示区间的段数。
作为优化，所述低轨卫星信关站的最优阈值门限的计算方法如下：
Figure RE-GDA0002425243730000071
式中，需满足
Figure RE-GDA0002425243730000072
以及
Figure RE-GDA0002425243730000073
其中，
Figure RE-GDA0002425243730000074
表示上行链路平均频谱效率；BER0表示目标误比特错误率；
Figure RE-GDA0002425243730000075
表示上行链路每一路径功率；
Figure RE-GDA0002425243730000076
表示在上行链路视线信道估计值，ki为信关站的系统分配的传输速率，N为信关站的系统可用的速率集；
Figure RE-GDA0002425243730000077
表示上行链路视线信道分量估计值
Figure RE-GDA0002425243730000078
已知的情况下的概率密度函数并且服从高斯分布；
所述低轨卫星载荷的最优阈值门限的计算方法如下：
Figure RE-GDA0002425243730000079
式中，需满足
Figure RE-GDA00024252437300000710
以及
Figure RE-GDA00024252437300000711
其中，
Figure RE-GDA00024252437300000712
表示下行链路平均频谱效率；BER0表示目标误比特错误率；
Figure RE-GDA00024252437300000713
表示下行链路每一路径功率；
Figure RE-GDA00024252437300000714
表示在下行链路视线信道估计值，ki为载荷的系统分配的传输速率，N为载荷的系统可用的速率集；
Figure RE-GDA00024252437300000715
表示下行链路视线信道分量估计值
Figure RE-GDA00024252437300000716
已知的情况下的概率密度函数并且服从高斯分布。
本发明一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1)本发明的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，信关站和星载发射机不仅接收了来自接收机多径信道估计的反馈信息，还对下行链路的视线信道分量进行了估计；
2)本发明的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，根据低轨卫星上下行链路的视线信道互易性原则，信关站发射机可以通过获取下行链路视线信道分量的信道状态信息等效为上行链路视线信道的瞬时信道状态信息；
3)本发明的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，由于采用FDD 传输方式的低轨卫星移动通信系统，上、下行链路工作在不同频率，且上行链路的多径散射分量信道信息
Figure RE-GDA0002425243730000081
不同于下行链路的
Figure RE-GDA0002425243730000082
因此，发射机不能采用开环的方法直接从下行链路中提取多径散射分量的信道信息，而是将接收机处的估计反馈给信关站发射机；
4)本发明的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，根据为部分信道信息计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式。
附图说明
图1是本发明一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法的应用模型图；
图2是本发明一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法在上行链路的测试中速率自适应切换轨迹曲线图，其中纵坐标轴左右两边不同，左边表示信噪比估计值，右边表示速率。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明设计了一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，该方法是低轨卫星载荷或信关站的发射机根据反向链路的视线信道估计值以及反馈的多径信息估计值(合称为部分信道信息)计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变上行链路或下行链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应；具体包括上行链路自适应过程S和下行链路自适应过程D，其中，
所述上行链路自适应过程S为：低轨卫星信关站的发射机根据下行链路的视线信道估计值以及下行链路反馈的多径信息估计值计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应；
所述下行链路自适应过程D为：低轨卫星载荷的发射机根据上行链路的视线信道信息值以及上行链路反馈的多径信息估计值的统计信息计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变下行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应，从而最大程度上保证低轨卫星的通信效果。
本实施例中，所述上行链路自适应过程S包括如下步骤：
S1、低轨卫星信关站的系统首先输入全零序列，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星信关站的发射机从上行链路发射出去，然后进入S2；
S2、上行链路的信号经过信道到达低轨卫星载荷的接收机，对所述低轨卫星载荷的接收机进行多径信道估计得到多径信息估计值，同时进行解调、译码看是否为全零；若全零，则说明通信链路已经建立，然后进入S3；若不全零，则返回步骤S1；
S3、低轨卫星载荷的发射机同样发送前一半全零序列，后一半为多径信道估计值，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星载荷的发射机从下行链路发射出去，然后进入步骤S4；
S4、下行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星信关站的接收机通过LS法(最小二乘法)进行视线信道分量估计得到下行链路的视线信道分量估计值，同时进行解调、译码看前一半数据是否为全零；若全零，则说明上行通信链路已经建立，然后进入步骤S5；若不全零，则返回步骤S1；
S5、低轨卫星信关站的系统通过从低轨卫星载荷反馈的多径信道估计的信息以及下行链路的视线信道分量估计值，从而最终获得低轨卫星信关站的部分信道信息，并计算自适应切换的最优阈值门限，然后进入步骤S6；
S6、低轨卫星信关站的系统开始发送用户数据，根据获得部分信道信息采用自适应算法选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应。
其中，LS(最小二乘法)算法的信道估算值为：
Figure RE-GDA0002425243730000101
其中，XP为输入信号，YP为接收信号，
本实施例中，XP为载荷的发射机的发射信号，YP为信关站的接受信号。
本实施例中，根据低轨卫星上、下行链路的视线信道互易性原则，信关站的发射机可以通过获取下行链路视线信道估计值等效为上行链路视线信道估计值，与此同时，低轨卫星通信链路中的视线(Line of Sight，LOS)信道分量
Figure RE-GDA0002425243730000102
与多径信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000103
是独立不相关的两个随机过程，因此，信关站的发射机可以采用开环的方法获得等效的上行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000104
所述低轨卫星信关站的上行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000105
为：
Figure RE-GDA0002425243730000106
其中，U表示上行链路；D表示下行链路；L是慢时变视线信道信息的相干长度；
Figure RE-GDA0002425243730000107
表示卫星下行链路的视线信道估计值，n表示采集到的视线信道估计的点的数量。
本实施例中，信关站的多径信道估计是由于采用FDD传输方式的低轨卫星移动通信系统，上、下行链路工作在不同频率，且上行链路的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000111
不同于下行链路的的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000112
因此，发射机不能采用开环的方法直接从下行链路中提取多径信息估计值，而是将信关站的接收机处的估计反馈给信关站的发射机。对于低轨卫星通信的上行链路自适应，信关站的接收机的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000113
为：
Figure RE-GDA0002425243730000114
其中，hU(n)表示多径信息估计值中每径的系数，通过LS(最小二乘法)算法可以得到。
其中，LS(最小二乘法)算法的信道估算值为：
Figure RE-GDA0002425243730000115
其中，XP为输入信号，YP为接收信号，
本实施例中，XP每个路径输入信号的导频序列，行数为路径数，YP为每个路径接收到信号对应位置的导频序列。
本实施例中，步骤S5中，所述低轨卫星信关站的部分信道信息的自适应算法方法如下：信关站的发射机根据获得的下行链路的视线信道估计值，当下行链路的视线信道估计值的信噪比
Figure RE-GDA0002425243730000116
落入区间
Figure RE-GDA0002425243730000117
时，信关站的系统会分配传输速率为kibps/Hz的调制编码方法；特别地，当
Figure RE-GDA0002425243730000118
时表示通信链路环境极度恶劣，自适应系统会中断信号传输并进入等到状态，直到上行链路环境恢复到可通信状态，其中，
Figure RE-GDA0002425243730000119
是N种系统可用的速率集，i 表示区间的段数。
信噪比的计量单位是dB，其计算方法是10lg(Ps/Pn)，其中，Ps和 Pn分别代表信号和噪声的有效功率，也可以换算成电压幅值的比率关系：20Lg (Vs/Vn)，Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的“有效值”。
本实施例中，D1、低轨卫星载荷的系统首先输入全零序列，经编码、BPSK 调制处理后，通过低轨卫星载荷的发射机从下行链路发射出去，然后进入D2；
D2、下行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星信关站的接收机进行多径信道估计得到多径信息估计值，同时进行解调、译码看是否为全零；若全零，则说明通信链路已经建立，然后进入D3；若不全零，则返回步骤D1；
D3、低轨卫星信关站的发射机同样发送前一半全零序列，后一半为多径信道估计值，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星信关站的发射机从上行链路发射出去，然后进入步骤D4；
D4、上行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星载荷的接收机通过LS法(最小二乘法)进行视线信道分量估计得到上行链路的视线信道分量估计值，同时进行解调、译码看前一半数据是否为全零；若全零，则说明下行通信链路已经建立，然后进入步骤D5；若不全零，则返回步骤D1；
D5、低轨卫星载荷的系统通过从低轨卫星信关站反馈的多径信道估计的信息以及上行链路的视线信道分量估计值，从而最终获得载荷的部分信道信息，并计算自适应切换的最优阈值门限，然后进入步骤D6；
D6、低轨卫星载荷的系统开始发送用户数据，根据获得部分信道信息采用自适应算法选择编码码率和调制方式，从而改变下行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应。
其中，LS(最小二乘法)算法的信道估算值为：
Figure RE-GDA0002425243730000121
其中，XP为输入信号，YP为接收信号，
本实施例中，XP为信关站的发射机的发射信号，YP为载荷的接受信号。
本实施例中，根据低轨卫星上、下行链路的视线信道互易性原则，载荷的的发射机可以通过获取上行链路视线信道估计值等效为下行链路视线信道估计值，与此同时，低轨卫星通信链路中的视线(Line of Sight，LOS)信道分量
Figure RE-GDA0002425243730000131
与多径信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000132
是独立不相关的两个随机过程，因此，载荷的发射机可以采用开环的方法获得等效的下行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000133
所述低轨卫星载荷的下行链路的视线信道估计值
Figure RE-GDA0002425243730000134
为：
Figure RE-GDA0002425243730000135
其中，U表示上行链路；D表示下行链路；L是慢时变视线信道信息的相干长度；
Figure RE-GDA0002425243730000136
表示卫星上行链路的视线信道估计值，n表示采集到的视线信道估计的点的数量。
本实施例中，载荷的多径信道估计是由于采用FDD传输方式的低轨卫星移动通信系统，上、下行链路工作在不同频率，且下行链路的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000137
不同于上行链路的的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000138
因此，载荷不能采用开环的方法直接从上行链路中提取多径信息估计值，而是将载荷的接收机处的估计反馈给在载荷的发射机。载荷的接收机的多径信息估计值
Figure RE-GDA0002425243730000139
为：
Figure RE-GDA00024252437300001310
其中，hD(n)表示多径信息估计值中每径的系数，通过LS(最小二乘法)算法可以得到。
其中，LS(最小二乘法)算法的信道估算值为：
Figure RE-GDA0002425243730000141
其中，XP为输入信号，YP为接收信号，
本实施例中，XP每个路径输入信号的导频序列，行数为路径数，YP为每个路径接收到信号对应位置的导频序列。
本实施例中，步骤D5中，所述低轨卫星载荷的部分信道信息的自适应算法方法如下：载荷的发射机根据获得的上行链路的视线信道估计值，当上行链路的视线信道估计值的信噪比
Figure RE-GDA0002425243730000142
落入区间
Figure RE-GDA0002425243730000143
时，信关站的系统会分配传输速率为kibps/Hz的调制编码方法；特别地，当
Figure RE-GDA0002425243730000144
时表示通信上行链路环境极度恶劣，自适应系统会中断信号传输并进入等到状态，直到上行链路环境恢复到可通信状态，其中，
Figure RE-GDA0002425243730000145
是N种系统可用的速率集，i 表示区间的段数。
本实施例中，所述低轨卫星信关站的最优阈值门限的计算方法如下：
Figure RE-GDA0002425243730000146
式中，需满足
Figure RE-GDA0002425243730000147
以及
Figure RE-GDA0002425243730000148
其中，
Figure RE-GDA0002425243730000149
表示上行链路平均频谱效率；BER0表示目标误比特错误率；
Figure RE-GDA00024252437300001410
表示上行链路每一路径功率；
Figure RE-GDA00024252437300001411
表示在上行链路视线信道估计值，ki为信关站的系统分配的传输速率，N为信关站的系统可用的速率集；
Figure RE-GDA00024252437300001412
表示上行链路视线信道分量估计值
Figure RE-GDA00024252437300001413
已知的情况下的概率密度函数并且服从高斯分布；
所述低轨卫星载荷的最优阈值门限的计算方法如下：
Figure RE-GDA0002425243730000151
式中，需满足
Figure RE-GDA0002425243730000152
以及
Figure RE-GDA0002425243730000153
其中，
Figure RE-GDA0002425243730000154
表示下行链路平均频谱效率；BER0表示目标误比特错误率；
Figure RE-GDA0002425243730000155
表示下行链路每一路径功率；
Figure RE-GDA0002425243730000156
表示在下行链路视线信道估计值，ki为载荷的系统分配的传输速率，N为载荷的系统可用的速率集；
Figure RE-GDA0002425243730000157
表示下行链路视线信道分量估计值
Figure RE-GDA0002425243730000158
已知的情况下的概率密度函数并且服从高斯分布。
图2是在上行链路的测试中，速率自适应切换轨迹曲线。从图中可知，信噪比的变化是以区间划分的，即信噪比估计值落入对应的区间即可确定所要调整的编码和调制方式组合，这样以划分区间的方式，并结合信噪比设定灵活，可以实现总体变化范围内的自适应调整。通过上述曲线可以看出，系统在急剧变化的信噪比条件下，也能够实现信道状态的自适应跟踪，自适应切换灵敏性较好，由此可知系统可以实现信噪比大范围且多变化状态下的速率自适应跟踪，性能表现良好。
最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等统计数的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，包括上行链路自适应过程S和下行链路自适应过程D，其中，
所述上行链路自适应过程S为：低轨卫星信关站的发射机根据下行链路的视线信道估计值以及下行链路反馈的多径信息估计值计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应；
所述下行链路自适应过程D为：低轨卫星载荷的发射机根据上行链路的视线信道信息值以及上行链路反馈的多径信息估计值的统计信息计算自适应切换的最优阈值门限，并自适应的选择编码码率和调制方式，从而改变下行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应。
2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，所述上行链路自适应过程S包括如下步骤：
S1、低轨卫星信关站的系统首先输入全零序列，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星信关站的发射机从上行链路发射出去，然后进入S2；
S2、上行链路的信号经过信道到达低轨卫星载荷的接收机，对所述低轨卫星载荷的接收机进行多径信道估计得到多径信息估计值，同时进行解调、译码看是否为全零；若全零，则说明通信链路已经建立，然后进入S3；若不全零，则返回步骤S1；
S3、低轨卫星载荷的发射机同样发送前一半全零序列，后一半为多径信道估计值，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星载荷的发射机从下行链路发射出去，然后进入步骤S4；
S4、下行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星信关站的接收机通过LS法(最小二乘法)进行视线信道分量估计得到下行链路的视线信道分量估计值
Figure RE-FDA0002425243720000011
同时进行解调、译码看前一半数据是否为全零；若全零，则说明上行通信链路已经建立，然后进入步骤S5；若不全零，则返回步骤S1；
S5、低轨卫星信关站的系统通过从低轨卫星载荷反馈的多径信道估计的信息以及下行链路的视线信道分量估计值，从而最终获得低轨卫星信关站的部分信道信息，并计算自适应切换的最优阈值门限，然后进入步骤S6；
S6、低轨卫星信关站的系统开始发送用户数据，根据获得部分信道信息采用自适应算法选择编码码率和调制方式，从而改变上行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应。
3.根据权利要求2所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，所述低轨卫星信关站的上行链路的视线信道估计值
Figure RE-FDA0002425243720000021
为：
Figure RE-FDA0002425243720000022
其中，U表示上行链路；D表示下行链路；L是慢时变视线信道信息的相干长度；
Figure RE-FDA0002425243720000023
表示卫星下行链路的视线信道估计值，n表示采集到的视线信道估计的点的数量。
4.根据权利要求2所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，信关站的接收机的多径信息估计值
Figure RE-FDA0002425243720000024
为：
Figure RE-FDA0002425243720000025
其中，hU(n)表示多径信息估计值中每径的系数，通过LS(最小二乘法)算法可以得到。
5.根据权利要求2所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，步骤S5中，所述低轨卫星信关站的部分信道信息的自适应算法方法如下：信关站的发射机根据获得的下行链路的视线信道估计值，当下行链路的视线信道估计值的信噪比
Figure RE-FDA0002425243720000031
落入区间
Figure RE-FDA0002425243720000032
时，信关站的系统会分配传输速率为kibps/Hz的调制编码方法；特别地，当
Figure RE-FDA0002425243720000033
时表示通信链路环境极度恶劣，自适应系统会中断信号传输并进入等到状态，直到上行链路环境恢复到可通信状态，其中，
Figure RE-FDA0002425243720000034
是N种系统可用的速率集，g表示区间的段数。
6.根据权利要求1所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，所述下行链路自适应过程D包括如下步骤：
D1、低轨卫星载荷的系统首先输入全零序列，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星载荷的发射机从下行链路发射出去，然后进入D2；
D2、下行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星信关站的接收机进行多径信道估计得到多径信息估计值，同时进行解调、译码看是否为全零；若全零，则说明通信链路已经建立，然后进入D3；若不全零，则返回步骤D1；
D3、低轨卫星信关站的发射机同样发送前一半全零序列，后一半为多径信道估计值，经编码、BPSK调制处理后，通过低轨卫星信关站的发射机从上行链路发射出去，然后进入步骤D4；
D4、上行链路的信号经过信道到达低轨卫星信关站的接收机，对所述低轨卫星载荷的接收机通过LS法(最小二乘法)进行视线信道分量估计得到上行链路的视线信道分量估计值
Figure RE-FDA0002425243720000035
同时进行解调、译码看前一半数据是否为全零；若全零，则说明下行通信链路已经建立，然后进入步骤D5；若不全零，则返回步骤D1；
D5、低轨卫星载荷的系统通过从低轨卫星信关站反馈的多径信道估计的信息以及上行链路的视线信道分量估计值，从而最终获得载荷的部分信道信息，并计算自适应切换的最优阈值门限，然后进入步骤D6；
D6、低轨卫星载荷的系统开始发送用户数据，根据获得部分信道信息采用自适应算法选择编码码率和调制方式，从而改变下行通信链路的传输速率，使得传输速率与低轨卫星移动通信的信道状态相互适应。
7.根据权利要求6所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，所述低轨卫星载荷的下行链路的视线信道估计值
Figure RE-FDA0002425243720000041
为：
Figure RE-FDA0002425243720000042
其中，U表示上行链路；D表示下行链路；L是慢时变视线信道信息的相干长度；
Figure RE-FDA0002425243720000043
表示卫星上行链路的视线信道估计值，n表示采集到的视线信道估计的点的数量。
8.根据权利要求6所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，载荷的接收机的多径信息估计值
Figure RE-FDA0002425243720000044
为：
Figure RE-FDA0002425243720000045
其中，hD(n)表示多径信息估计值中每径的系数，通过LS(最小二乘法)算法可以得到。
9.根据权利要求6所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，步骤D5中，所述低轨卫星载荷的部分信道信息的自适应算法方法如下：载荷的发射机根据获得的上行链路的视线信道估计值，当上行链路的视线信道估计值的信噪比
Figure RE-FDA0002425243720000046
落入区间
Figure RE-FDA0002425243720000047
时，信关站的系统会分配传输速率为kibps/Hz的调制编码方法；特别地，当
Figure RE-FDA0002425243720000048
时表示通信上行链路环境极度恶劣，自适应系统会中断信号传输并进入等到状态，直到上行链路环境恢复到可通信状态，其中，
Figure RE-FDA0002425243720000049
是N种系统可用的速率集，f表示区间的段数。
10.根据权利要求1所述的一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法，其特征在于，所述低轨卫星信关站的最优阈值门限的计算方法如下：
Figure RE-FDA0002425243720000051
式中，需满足
Figure RE-FDA0002425243720000052
以及
Figure RE-FDA0002425243720000053
其中，
Figure RE-FDA0002425243720000054
表示上行链路平均频谱效率；BER0表示目标误比特错误率；
Figure RE-FDA0002425243720000055
表示上行链路每一路径功率；
Figure RE-FDA0002425243720000056
表示在上行链路视线信道估计值，ki为信关站的系统分配的传输速率，N为信关站的系统可用的速率集；
Figure RE-FDA0002425243720000057
表示上行链路视线信道分量估计值
Figure RE-FDA0002425243720000058
已知的情况下的概率密度函数并且服从高斯分布；
所述低轨卫星载荷的最优阈值门限的计算方法如下：
Figure RE-FDA0002425243720000059
式中，需满足
Figure RE-FDA00024252437200000510
以及
Figure RE-FDA00024252437200000511
其中，
Figure RE-FDA00024252437200000512
表示下行链路平均频谱效率；BER0表示目标误比特错误率；
Figure RE-FDA00024252437200000513
表示下行链路每一路径功率；
Figure RE-FDA00024252437200000514
表示在下行链路视线信道估计值，ki为信关站的系统分配的传输速率，N为信关站的系统可用的速率集；
Figure RE-FDA00024252437200000515
表示下行链路视线信道分量估计值
Figure RE-FDA00024252437200000516
已知的情况下的概率密度函数并且服从高斯分布。
CN201911415310.9A 2019-12-31 2019-12-31 一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法 Pending CN111181692A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911415310.9A CN111181692A (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911415310.9A CN111181692A (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111181692A true CN111181692A (zh) 2020-05-19

Family

ID=70655965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911415310.9A Pending CN111181692A (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111181692A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111770458A (zh) * 2020-06-17 2020-10-13 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于北斗rdss的可变调制编码方法、装置及系统
CN112511216A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 西安空间无线电技术研究所 一种低轨卫星的自适应编码调制方法及系统
CN112910537A (zh) * 2020-11-13 2021-06-04 中国空间技术研究院 一种确定卫星通信自适应编码调制方式的方法及装置
CN113014310A (zh) * 2021-02-23 2021-06-22 重庆邮电大学 一种基于dvb-rcs2的机载宽带卫星通信信道仿真系统及应用方法
CN113411166A (zh) * 2021-06-18 2021-09-17 北京邮电大学 一种星地激光链路的联合自适应编码调制系统及方法
CN113473545A (zh) * 2021-07-14 2021-10-01 东方红卫星移动通信有限公司 数据传输方法、星间和馈电链路的QoS保障方法及系统
CN114513248A (zh) * 2022-04-18 2022-05-17 北京星通创新技术有限公司 一种基于低轨卫星通信系统的自适应传输方法
CN115913335A (zh) * 2022-11-30 2023-04-04 中国人民解放军国防科技大学 一种卫星网络的自适应高效数据传输方法
CN116566517A (zh) * 2023-07-07 2023-08-08 成都本原星通科技有限公司 一种面向低轨通信卫星的数据传输速率自适应匹配方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102932110A (zh) * 2012-11-23 2013-02-13 哈尔滨工业大学 一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法
CN105429924A (zh) * 2015-11-17 2016-03-23 北京邮电大学 一种应用于卫星信道的混合级联ofdm信道估计方法
CN108551385A (zh) * 2018-04-17 2018-09-18 南昌航空大学 基于部分信道信息的移动卫星上行链路自适应编码调制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102932110A (zh) * 2012-11-23 2013-02-13 哈尔滨工业大学 一种自适应调制编码和自适应门限调整的联合方法
CN105429924A (zh) * 2015-11-17 2016-03-23 北京邮电大学 一种应用于卫星信道的混合级联ofdm信道估计方法
CN108551385A (zh) * 2018-04-17 2018-09-18 南昌航空大学 基于部分信道信息的移动卫星上行链路自适应编码调制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
韦亮: ""ACM技术在卫星移动通信中的应用研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111770458B (zh) * 2020-06-17 2021-09-24 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于北斗rdss的可变调制编码方法、装置及系统
CN111770458A (zh) * 2020-06-17 2020-10-13 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于北斗rdss的可变调制编码方法、装置及系统
CN112910537A (zh) * 2020-11-13 2021-06-04 中国空间技术研究院 一种确定卫星通信自适应编码调制方式的方法及装置
CN112910537B (zh) * 2020-11-13 2022-09-27 中国空间技术研究院 一种确定卫星通信自适应编码调制方式的方法及装置
CN112511216A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 西安空间无线电技术研究所 一种低轨卫星的自适应编码调制方法及系统
CN113014310B (zh) * 2021-02-23 2023-02-21 重庆邮电大学 一种基于dvb-rcs2的机载宽带卫星通信信道仿真系统及应用方法
CN113014310A (zh) * 2021-02-23 2021-06-22 重庆邮电大学 一种基于dvb-rcs2的机载宽带卫星通信信道仿真系统及应用方法
CN113411166A (zh) * 2021-06-18 2021-09-17 北京邮电大学 一种星地激光链路的联合自适应编码调制系统及方法
CN113473545A (zh) * 2021-07-14 2021-10-01 东方红卫星移动通信有限公司 数据传输方法、星间和馈电链路的QoS保障方法及系统
CN114513248A (zh) * 2022-04-18 2022-05-17 北京星通创新技术有限公司 一种基于低轨卫星通信系统的自适应传输方法
CN115913335A (zh) * 2022-11-30 2023-04-04 中国人民解放军国防科技大学 一种卫星网络的自适应高效数据传输方法
CN116566517A (zh) * 2023-07-07 2023-08-08 成都本原星通科技有限公司 一种面向低轨通信卫星的数据传输速率自适应匹配方法
CN116566517B (zh) * 2023-07-07 2023-09-15 成都本原星通科技有限公司 一种面向低轨通信卫星的数据传输速率自适应匹配方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111181692A (zh) 一种低轨卫星部分信道信息自适应编码调制方法
Leyva-Mayorga et al. LEO small-satellite constellations for 5G and beyond-5G communications
Gao et al. The performance analysis of downlink NOMA in LEO satellite communication system
US10211909B2 (en) Link adaptation with RF intermediary element
EP3837895B1 (en) Terminal device, telecommunications apparatus and methods
Arti Two-way satellite relaying with estimated channel gains
Kela et al. Borderless mobility in 5G outdoor ultra-dense networks
US10103791B2 (en) Data transmission and reception method and apparatus for use in MIMO system
CN108551385A (zh) 基于部分信道信息的移动卫星上行链路自适应编码调制方法
KR101206116B1 (ko) 다중 셀 협력 통신을 위한 전송 다이버시티 기법
KR101030808B1 (ko) 선 부호화 방법 및 장치
Bader et al. Mobile ad hoc networks in bandwidth-demanding mission-critical applications: Practical implementation insights
US20220368411A1 (en) Method for Interference Minimization and Optimization of Orbital Mobile Cellular Services
US20030214917A1 (en) Method and apparatus for reducing interference in multiple-input-multiple-output (MIMO) systems
Nishtar et al. BER Analysis of BPSK Modulation Scheme for Multiple Combining Schemes over Flat Fading Channel
CN102891736B (zh) 一种应用于空天信息网络的异构链路帧长自适应方法
CN115001560B (zh) 一种基于功率域非正交多址接入的星地融合中继网络传输方法
O’Hara et al. Providing narrowband IoT coverage with low earth orbit satellites
US8831080B2 (en) Apparatus and method for channel quality feedback with a K-best detector in a wireless network
Yang et al. In-line interference mitigation method based on Adaptive modulation and coding for satellite system
CN107070515A (zh) 一种莱斯衰落信道条件下的d2d协作传输方法
Zhao et al. Performance Analysis of SWIPT-NOMA Assisted Satellite-Terrestrial System with Hardware Impairments and Imperfect CSI
Vasudha et al. Coverage analysis of cooperative satellite-UAV-terrestrial communication system with receiver mobility
CN105337910A (zh) 一种面向深空通信的网络调制方法
Warty et al. Resource allocation using ASK, FSK and PSK modulation techniques with varying M

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200519