基于FPGA的星地信道模拟系统的研究与设计

卫星信道复杂多变的特性严重的影响了卫星通信系统的性能,能够模拟信道特性的信道模拟系统可以作为卫星通信技术研究的有力工具。本文首先设计出符合星地链路实际情况的仿真模型,在确定误码结果统计方法的基础上,提出了一种能够模拟卫星轨道星地链路特性的信道模拟系统的硬件实现方法。     

卫星通信数传半物理仿真试验平台的构建与应用

提出了卫星通信数传半物理仿真试验方法,介绍了卫星通信数传半物理仿真系统平台的功能及设计原理.提出的卫星通信数传半物理仿真试验平台通过对仪器设备的控制来模拟卫星通信时不同工况的数传信号,将基于结构相似度的图像评价方法应用于数传质量评估中,实现系统信道数据传输质量的量化分析.在EMC实验室中,系统成功实现了数传链路的仿真试验,试验中的传输数据使用真实的卫星遥感图像,并采用与卫星上相同的数据处理方法,运行相同的星上协议.经试验验证,所提出的卫星通信数传半物理仿真试验方法能够有效建立数传链路各项参数与数据传输质量的模型,对影响数传能力的因素进行地面研究,并为数传故障分析提供依据和试验方法.     

宽带卫星通信系统传输特性研究

宽带化、高速率是卫星通信的发展方向之一,宽带卫星信道特性对高速率信号传输性能的影响是系统设计关心的问题。分析了信道的变化特征,并通过计算机仿真分析,给出了宽带信道幅频响应、群时延响应特性对传输性能影响的具体数据和设计方法,可以为工程应用提供参考。分析结果表明,宽带卫星转发器信道特性相对较差,传输链路的解调门限需要放宽,以满足系统业务服务质量的要求。     

卫星信道三状态Markov模型设计与仿真

为研究大气空间环境对卫星通信的影响,将卫星通信的天气状况分为晴朗天气、云雾天气、雨雪天气3种情况,分析不同天气状况下的卫星信道传播特性并建立相应的Rice分布模型、C.Loo分布模型和Suzuki分布模型,引入三状态Markov过程实现因天气变化造成的信道状态的转换,构成卫星信道三状态Markov模型并对该模型的统计特性进行分析。最后,采用正弦波叠加法并利用实测气象卫星云图数据对该卫星信道三状态Markov模型进行仿真实验。仿真结果表明,所建模型可以用来模拟实际的卫星信道传播特性。     

基于STK的侦察平台-卫星通信链路建模仿真

为研究侦察平台高速运动、姿态变化剧烈条件下卫星-空中侦察平台通信链路的连通性和误码率性能,在理论分析信道模型、天线模型和信号调制方式的基础上,提出利用STK进行仿真分析的方法.通过对平台轨迹和发射机/接收机的建模,建立精确的仿真场景并进行仿真分析.仿真结果表明,利用上述建模仿真方法,可以实时得到精确的平台-卫星链路连通时间、链路误码率等重要链路性能数据,并较大程度提高了卫星-平台链路的精度,为空中侦察平台-卫星通信链路的设计提供了重要的参考依据.     

星间链路天线指向建模与仿真分析

星间链路天线指向的分析在卫星通信中非常重要.为了深入研究天线指向特性从而改善星间链路以及轨道构型的设计,通过仿真方法实现了星间天线指向的建模与分析.在介绍天线参数基础上,分析了天线方向图和天线指向模型.根据卫星是否同轨道面或同轨道高度,区别描述了4种不同情况下的天线指向特性.基于HLA/RTI构建了卫星网络仿真环境,通过建立由MEO、LEO卫星和地面站构成的仿真场景,对MEO卫星间链路和LEo/地面站与MEO卫星间链路的天线指向特性进行仿真,得出轨内和轨间星间链路在天线指向特性方面的差异,并提出对星间链路设计的建议.     

星间链路监控的建模与仿真

卫星将是现代战场获取情报的主要来源.通过与数据中继卫星构建星间链路转发信息的方式,卫星可以实时传递战场情况.根据卫星轨道递推、卫星通信和实施链路监视的可行性原理,提出了一种星间链路监视模型,该模型通过对卫星轨道递推的仿真以及星间链路监视的几何构型要求,能够对可监视的目标卫星之间的星间链路进行时间预报和角度预报,为干扰和控制星间链路提供数据支持.还进一步论述了两种不同方式的轨道递推方法之间的结果差异,并就轨道递推精度对监视时间和卫星高低角方位角的影响进行了讨论.     

移动卫星通信中基于马尔可夫链的两状态信道模型研究

文章基于马尔可夫链提出两状态陆地移动卫星通信信道模型,该模型状态之间的转移被描述为马尔可夫(Markov)过程,且每状态内接收信号包络的概率密度函数服从不同参数集的Loo分布。同时对这一过程进行理论上的数学建模与仿真分析,得到包络的一阶、二阶统计特性,并将其与同样环境下的实测数据相应的统计特性进行对比。仿真结果表明,在多种环境下,基于马尔可夫(Markov)链的两状态陆地移动卫星通信信道模型的统计特性与实测数据的统计特性非常接近,这证明了所建立的信道模型能够模拟实际环境中的卫星移动通信信道,为以后移动通信技术的评估以及系统的规划搭建有效的平台,同时也具有很广泛的适用性。     

使用光学ISL的双层倾斜轨道星座的全球卫星通信网

推荐了光学ISL（卫星间通信链路）链接的未来全球卫星通信网用的双层星座。星座由用于移动和个人卫星通信的较低层卫星及大容量固定卫星通信和馈送链路的较高层卫星构成。光学ISL能够与小型终端进行高容量通信，它被用于所有卫星间数据传送，虽然极轨星座有网络结构简单的优点，但倾斜轨道星座通过选择最合适的轨道倾角，有减少所需卫星数、改善链路性能和对中低高度覆盖的潜力。对使用倾斜轨道的星座的光学ISL特性、覆盖特性和所需要的卫星数进行了评估，并与极轨星座进行了比较。假定每层中3种星座类型均可完成连续双覆盖。对每种星座检查了这些性质的关系和轨道的倾角。也给出了使用倾斜轨道的星座中光学ISL的基本参数。     

L波段海上浮标通信信道传播特性研究

分析了基于L波段浮标海上通信的链路传输损耗特性,以模拟动态海浪曲线为基础,结合射线追踪与数值分析思想,建立了适用于不同海况等级的信道冲激响应模型,给出了信道反射点数目与功率的累积分布概率曲线,最后以浮标-卫星与浮标-舰船两种链路为例,仿真得到了不同海况下的误码率曲线,并与传统两径信道与高斯白噪声信道结果进行对比。分析结果表明,海况恶劣程度与入射波仰角大小对链路误码率影响显著,传统两径模型不足以描述其传播特性,该研究对实际浮标通信链路预算具有重要意义。     

基于Ka频段的数字卫星广播系统建模仿真

通过研究Ka频段同步卫星通信信道的统计特性以及降雨对卫星通信系统性能的影响,建立一个工作在Ka频段、基于DVB-S标准的数字卫星广播系统仿真平台。在该平台上对不同天气条件下的系统误码率性能进行仿真分析,结果表明,黑云天气对系统性能的影响最大,该系统相比未采用信道编码的系统,性能提高了9 dB左右。     

面向异构通信卫星的地球站组网规划方法

经过多年的建设发展,卫星通信已经形成了多系列卫星并存、相互支撑、相互补充的通信系统.然而,由于各卫星系统建设时间跨度大,通信技术手段存在差异,如何高效利用异构的卫星通信资源成为了一个实际难题.为此,文中首次根据卫星与地球站的可互通条件构建了系统模型,并将其归结为线性约束下离散变量的非线性优化问题,优化目标是异构卫星波束...     

卫星非线性信道下非对称MAPSK优化设计

为了克服非线性失真对卫星通信系统的影响,首先论述了卫星非线性信道的特性,提出了在调制端对MAPSK映射星座进行非对称设计,在解调端采用标准的解映射星座进行解调的方法。通过仿真试验验证了此方法能够补偿非线性失真对MAPSK调制信号带来的相位和幅度的影响。     

LEO卫星通信系统中信道分配策略仿真

切换是LEO卫星移动通信系统中移动性管理的一个重要组成部分。LEO切换中的信道分配一般采用保护信道和各种排队方法相结合的策略。研究了多业务条件下LEO卫星通信系统越区切换中的信道分配策略,根据数据业务和话音业务的特点,提出了适用于LEO卫星通信系统的保护信道和强占优先相结合的信道分配策略。建立了一个简单而有效的LEO卫星通信系统切换模型,将新策略与传统的保护信道策略进行比较,仿真结果表明新策略以略微增加数据时延为代价换取了话音业务各项性能的极大改善。     

OFDM在LMS信道下的BER性能研究

正交频分复用（OFDM）应用于卫星宽带通信,前提需建立适用的卫星信道模型,目前常用的卫星信道模型主要为窄带模型,因而宽带系统性能分析的基础,首先得建立卫星信道宽带模型。对已有陆地移动卫星（LMS）信道模型进行研究,提出了一种便于仿真实现的四状态宽带信道模型,以此仿真得到OFDM在LMS信道下的BER性能结果。结果表明,宽带状态和窄带状态下BER性能变化较大,在不同环境下的BER性能亦有不同,可将该模型应用于卫星宽带通信的研究分析。     

基于合作博弈的认知卫星网络信道分配与上行功率控制算法

随着通信业务需求的不断增长,频谱资源的有限性使得卫星通信网络和地面网络都面临着严重的频谱危机。认知无线电技术的出现,使得卫星网络与地面网络共用频率资源以提升网络效用成为可能。文中对认知接入分配给地面网络作为主用户的同一频谱资源的认知卫星网络的功率控制和信道分配问题进行了研究。根据卫星网络和地面网络的特性构建了合理的系统模型,并利用中断概率门限表征了信道估计误差对系统容量的影响。为了保护主基站的通信性能,在考虑信道估计误差、信道资源约束、认知卫星用户最大发射功率和微波基站干扰约束的条件下,根据议价博弈理论设计了优化函数。其次,根据凸优化理论推导了最优发射功率和信道分配的闭式解,并在此基础上设计了一种对偶迭代算法来求解该优化问题。最后,根据卫星网络的特性设置了合理的网络参数,并根据参数利用Matlab仿真平台对提出的算法进行了仿真实验。仿真结果表明:所提方法在不同到达速率的条件下均具备良好的收敛性;信道估计误差会降低网络的总容量;所提方法在波束数多于15个时,相比比例公平性算法容量提升超过50 bps/Hz,相比最大容量法公平性能提升超过一倍,因此,相较于这两种方法,该方法能在系统容量和用户间公平性之间获得较好的折中。     

OFDM系统抗多径衰落性能及仿真分析

OFDM技术在现代通信技术中的应用越来越广泛,因为该系统具备了多种有利于信号高效传输的优点,特别是其抗多径效应特别突出.作为OFDM系统的显著特点之一,抗多径效应使得系统传输信号的误码率大大降低.为了验证其抗衰落性能,文中分析了多径衰落信道接收信号的特点,建立了多径传播的仿真模型,利用改进的IDFT和DFT的方法,分别在两径及六径瑞利衰落信道进行传输,通过对有无OFDM系统时误差的仿真,说明了OFDM系统具有较强抗多径衰落性能的结论,并提出了一些改善系统性能的方法.     

低轨卫星信道隐马尔可夫仿真模型研究

相对于一般的通信系统而言,低轨卫星通信系统具有信号动态范围大,多普勒频移大且变化速度快,信道起伏剧烈等特点.首先分析了低轨卫星信道时变特征,提出了基于自由空间衰减与Corraza模型的全阶段静态信道模型,并采用Clarke仿真模型及莱斯正弦和法对其误码率性能进行了仿真分析.在此基础上研究了基于隐马尔可夫模型的低轨卫星动态信道模型,仿真结果表明采用隐马尔可夫仿真模型比传统的波形级仿真运算量大大减小,且在性能方面接近.同时具有非常好的灵活性与扩展性.