發(fā)布時間：2018-11-03 10:41

【摘要】：衛(wèi)星通信技術(shù)具備覆蓋范圍大、通信距離遠、頻帶寬、容量大、信道質(zhì)量好、性能穩(wěn)定及設(shè)備成本不隨通信距離增加而增加等優(yōu)點,能夠支持用戶在任何地點相互通信,是實現(xiàn)人們能在任何時間、任何地點與任何人通信的目標(biāo)過程中必不可少的一種關(guān)鍵技術(shù)。本文研究衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)上行鏈路設(shè)計與實現(xiàn),致力于設(shè)計一種可與地面移動通信系統(tǒng)兼容的衛(wèi)星移動通信上行鏈路傳輸方案。首先,本文對衛(wèi)星移動通信技術(shù)進行了探究。重點關(guān)注衛(wèi)星通信中的多波束天線技術(shù)及數(shù)字波束形成技術(shù),并對衛(wèi)星信道的特性進行了分析。由于通信距離、大尺度衰落、小尺度衰落及多普勒效應(yīng)的影響,衛(wèi)星傳輸鏈路存在長延時、大損耗、高頻偏等特性,地面移動通信技術(shù)無法直接應(yīng)用于衛(wèi)星場景。其次,本文針對衛(wèi)星傳輸過程中的長延時特點,對衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中隨機接入信道的發(fā)送和接收方法進行了研究�；�于地面移動通信的隨機接入序列,在研究了多種擴展方法后,提出了一種基于極性擴展的隨機接入序列。同時,本文對發(fā)送及檢測方法進行了設(shè)計,發(fā)送端采用基于剪枝DFT的混合時頻發(fā)射機,接收端采用基于降采樣的頻域接收機。仿真結(jié)果表明,擴展后的序列自相關(guān)能夠保持單峰特性,并滿足衛(wèi)星通信的長延時特性,從而保證有效的隨機接入。接著,本文研究了衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)上行鏈路中的信道估計方法。在傳統(tǒng)變換域MMSE估計方法的基礎(chǔ)上,利用衛(wèi)星系統(tǒng)中多波束陣列天線帶來的空間相關(guān)性,提出一種基于空間-頻率域的二維變換域濾波方法,能夠有效濾除空間域噪聲,提升信道估計性能。仿真結(jié)果表明,該方法相對傳統(tǒng)的變換域MMSE濾波方法有顯著的增益,尤其在低信噪比情況下增益更為明顯。最后,對本文設(shè)計的隨機接入信道的發(fā)送端與接收端實現(xiàn)方法進行了研究。首先,對本文提出的極性擴展隨機接入發(fā)送端和接收端進行了定點化,并建立定點仿真鏈路。仿真結(jié)果表明,與浮點鏈路性能相比,定點化后的鏈路仍能保持較好的性能。仿真完成后,對定點化后的發(fā)送和接收過程,采用Verilog進行編程并在Xilinx公司Kintex-7系列410T型號FPGA上進行了實現(xiàn),實現(xiàn)測試結(jié)果與定點化仿真結(jié)果一致。
[Abstract]:Satellite communication technology has the advantages of wide coverage, long communication distance, wide frequency bandwidth, large capacity, good channel quality, stable performance, and the equipment cost does not increase with the increase of communication distance, so it can support users to communicate with each other at any location. It is an essential technology to achieve the goal that people can communicate with anyone at any time, anywhere. This paper studies the uplink design and implementation of satellite mobile communication system, and devotes to designing a satellite mobile communication uplink transmission scheme compatible with terrestrial mobile communication system. First of all, this paper explores the satellite mobile communication technology. The multi-beam antenna technology and digital beamforming technology in satellite communication are focused on, and the characteristics of satellite channel are analyzed. Because of the influence of communication distance, large scale fading, small scale fading and Doppler effect, the satellite transmission link has the characteristics of long delay, high loss and high frequency deviation, so the ground mobile communication technology can not be directly applied to satellite scene. Secondly, according to the characteristics of long delay in satellite transmission, the transmission and receiving methods of random access channel in satellite mobile communication system are studied in this paper. Based on the random access sequence of terrestrial mobile communication, a new random access sequence based on polarity expansion is proposed after studying various expansion methods. At the same time, the transmission and detection methods are designed. The transmitter adopts a hybrid time-frequency transmitter based on pruning DFT, and the receiver adopts a frequency-domain receiver based on down-sampling. Simulation results show that the extended sequence autocorrelation can preserve the single-peak characteristic and satisfy the long delay characteristics of satellite communication, thus ensuring effective random access. Then, the channel estimation method in the uplink of satellite mobile communication system is studied. Based on the traditional MMSE estimation method in transform domain and the spatial correlation brought by multi-beam array antenna in satellite system, a two-dimensional transform domain filtering method based on space-frequency domain is proposed, which can effectively filter noise in spatial domain. Improve channel estimation performance. The simulation results show that the proposed method has a significant gain over the conventional MMSE filter in transform domain, especially in the case of low SNR. Finally, the implementation method of the random access channel in this paper is studied. Firstly, the proposed polarity extended random access is fixed to the sender and receiver, and a fixed-point simulation link is established. The simulation results show that compared with the performance of floating-point link, the fixed-point link can still maintain better performance. After the simulation is completed, the sending and receiving process after fixed point is programmed by Verilog and implemented on the 410T FPGA of Kintex-7 series of Xilinx Company. The test results are consistent with the simulation results.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN927.23

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本文編號：2307549