论文部分内容阅读
Ka频段卫星通信系统具有通信容量大、信息传输速率快、天线波束窄、用户终端尺寸小、运行轨道平面可容纳卫星多等优势,当前市场对数据信息的传输速率要求越来越高,这促使Ka频段卫星将成为未来大容量多媒体应用以及远距离通信的重要手段。传统的数字调制解调方案已经很难满足Ka频段卫星通信的要求,正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术作为5G地面无线网络的基石,由于其诸多优点将成为星地之间高速数据传输的首选。应用OFDM技术到Ka频段卫星系统最主要的阻碍是其对于非线性失真与生俱来的敏感性,OFDM系统的信号具有很高的峰均比,需要星上高功率放大器产生巨大的输出回退,这极大影响了能源宝贵的卫星通信系统的工作效率。为解决此问题,本文对Ka频段卫星OFDM系统非线性失真问题的原理及抑制方法展开研究。由于卫星通信与地面通信的信道环境和工作环境都不相同,本文参考DVB-S2和DVB-S2X标准搭建了可用于Ka频段的宽带卫星OFDM通信系统,包括发射机、卫星转发器、接收机三个部分,并且结合了比特交织编码调制迭代译码(Bit-Interleaved Coded Modulation and Iterative Decoding,BICM-ID)技术。在此基础上,建立了一种计算上高效的非线性失真信号的数学模型,分别设计了基于发射机的连续数据预失真算法,以及基于接收机的软信息迭代非线性失真消除算法,其中引入统计学上的二维正态分布模型来优化对数似然比的求取。针对多种条件下的非线性失真抑制算法性能的评估分析,本文采用了两种科学有效的性能评估方案。一种是利用基于信息论理论满足信号可靠通信的信道容量,得到信道容量和信噪比联合高功率放大器输出回退参数的曲线。另一种是基于编码的误码率的总体性能退化曲线。通过仿真观察不同条件下两种算法单独使用以及联合操作对系统的增益,表明当采用提出的失真抑制算法时,非线性失真造成的系统性能衰减可以被显著降低,并且相比于基于接收机的算法,基于发射机的算法增益更高,另外当星座映射阶数变高时,两者给系统的增益都会提高,而使用频分复用技术时,基于接收机的算法增益会显著降低。