用于星地混合移动通信系统的馈电链路正交多速率复用传输方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信领域，尤其是一种用于星地混合移动通信系统的馈电链路正交多 速率复用传输方法和系统。
【背景技术】
[0002] 星地混合移动通信系统旨在提高频谱使用效率和系统容量，实现卫星移动通信网 与地面移动通信网之间的相互连通和无缝一体:在人口密集的城市区域，由地面移动通信 网向用户提供服务;而在人口稀少的郊区或偏远地区，用户则通过卫星链路获得服务。这就 相当于扩展了卫星信号的可达范围，亦可说延伸了地面网的覆盖区域，二者的优势得到充 分发挥和互补。
[0003] 如图1所示，星地混合移动通信系统主要包括GE0卫星、信关站、网控中心、ATN和用 户终端，GE0卫星可单独部署，也可以部署两颗GE0卫星分集接收和发送以增强链路能力， ATN与空间通信网络互连互通、互为补充。卫星和ATC基站复用同一频段，使用几乎相同的空 中接口信号格式，无需双模终端。也就是说，终端在系统的控制下自动地在ATN和空间网络 之间进行无缝切换，对于最终用户来说并不会觉察到是正在通过ATC基站还是卫星进行通 {目。
[0004] 如果波束形成完全在星上实现，将会给卫星带来更大的功耗、质量、造价和信号处 理负担。尤其在星载阵元数量大的应用场景，面对波束形成实现瓶颈，卫星将不堪重负。因 此，可将全部或部分波束形成任务由星上转移到地面信关站来完成。在这种情况下，波束形 成系统将从星上经由馈电链路延伸至地面信关站，天基部分与地基部分相结合，整体实现 波束形成功能。我们可将这种技术体系称为天地一体波束形成。
[0005] 对于天基-地基混合波束形成，波束形成则在星上和信关站分两级实现。如图2所 示，在馈电链路传输方面，以下行链路为例，星载天线各阵元的馈电信号经过多路复用后， 由馈电链路传送至信关站；解复用之后，再送往波束形成器形成各用户波束。在这种情况 下，波束形成系统将从星上经馈电链路延伸至地面信关站，天基部分和地基部分相结合，整 体实现波束形成功能。这种技术的难点在于:为了进行精确的波束形成，位于地面上的波束 形成器和星上馈源之间的多条信号传输路径必须保持幅度和相位的相对稳定性。
[0006] 在馈电链路的复用传输方面，目前主要有三种体制，即FDM，TDM和CDM。传统上采用 FDM体制，卫星工作方式类似透明转发，技术比较成熟。但其缺点也是显而易见的，首要的一 条就是各子信道之间需要设置保护间隔，频带利用率低。其次，多个子载波之间容易产生交 调分量，且难以完全抑制，易造成馈电链路性能恶化。再次，多个馈源信号调制到不同的子 载波上进行传输，由于无线信道的非线性特点，极易在馈源信号之间产生新的通道幅相误 差，增加波束形成系统的误差来源。
【发明内容】
[0007] 发明目的：提供一种用于星地混合移动通信系统的馈电链路正交多速率复用传输 方法，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供一种实现上述方法的传输系 统。
[0008] 技术方案：一种用于星地混合移动通信系统的馈电链路正交多速率复用传输方 法，包括发送端馈电信号复用和接收端馈电信号解复用，其中，
[0009] 所述发送端馈电信号复用包括：
[0010] 步骤11、通过A/D转换器将阵元输出的连续复基带信号转变成离散复基带信号，该 信号构成复矢量数据帧；
[0011] 步骤12、所述复矢量数据帧通过多速率滤波器生成数据矢量；
[0012] 步骤13、通过低通滤波器将所述数据矢量脉冲成型，形成等效低通信号，该等效低 通信号通过上变频后经由天线发出；
[0013] 所述接收端馈电信号解复用包括：
[0014] 步骤21、通过接收天线接收相关信号，并进行下变频处理；
[0015] 步骤22、通过多速率滤波器进行解复用并发送。
[0016] -种用于星地混合移动通信系统的馈电链路正交多速率复用传输系统，包括发送 端和接收端，其中，
[0017] 所述发送端用于：
[0018] S1、通过A/D转换器将阵元输出的连续复基带信号转变成离散复基带信号，该信号 构成复矢量数据帧；
[0019] S2、所述复矢量数据帧通过多速率滤波器生成数据矢量；
[0020] S3、通过低通滤波器将所述数据矢量脉冲成型，形成等效低通信号，该等效低通信 号通过上变频后经由天线发出；
[0021] 所述接收端用于：
[0022] S21、通过接收天线接收相关信号，并进行下变频处理；
[0023] S22、通过多速率滤波器进行解复用并发送。
[0024] 有益效果:首先本发明对源数据的误码性能几乎没有影响，预编码矩阵的维数N对 系统的误码性能与也没有影响，因此，可以提高正交多速率复用解复用系统的频带利用率， 而且不带来误码性能的降低。其次，本发明的PAPR性能均不随复用规模的增加而改变。最 后，本发明非常适用于星载阵元数目巨大的情况。后文结合仿真数据描述其性能参数。
【附图说明】
[0025] 图1是星地混合移动通信系统的结构示意图。
[0026] 图2是馈电链路传输模型的示意图。
[0027] 图3是发送端馈电信号复用模型的示意图。
[0028] 图4是接收端馈电信号解复用模型的示意图。
[0029]图5是传输性能的实验结果。
[0030]图6是PAPR性能的实验结果。
【具体实施方式】
[0031] 以下详细描述本发明的技术细节、技术原理和技术效果。先描述方案的大致内容， 再通过一个实施方案来证明该方案的效果。
[0032] 本发明用于星地混合移动通信系统的馈电链路正交多速率复用传输方法主要包 括发送端馈电信号复用和接收端馈电信号解复用，其中，
[0033]发送端馈电信号复用包括：
[0034]步骤11、通过A/D转换器将阵元输出的连续复基带信号转变成离散复基带信号，该 信号构成复矢量数据帧；
[0035]在某些实施中，所述步骤11进一步为：
[0036] 定义阵元的输出为连续复基带信号dm(t)，经A/D转换后变成离散复基带信号dm (n)，其中，m = 0，l，…M-1，M为自然数，抽样时间为Ts，在第1时刻，阵元的输出数据构成复矢
[0037] 步骤12、所述复矢量数据帧通过多速率滤波器生成数据矢量；
[0038] 优选的，步骤12进一步为：
[0039] 所述复矢量数据帧通过若干个并行的多速率滤波器组生成数据矢量 #)全敗/^ /)，一,心_1">]，其采用时间为1'^。复矢量数据帧的数据处理方式为：
[0040] d(1) = GTb(1)，其中，G为NXM维实值预编码矩阵，N2M，GTG=I。多速率滤波器组由Μ 个并行的Ν倍速率过采样器Μ个并行的Ν抽头FIR滤波器级联而成。所述FIR滤波器的频域响 应为：
[0044] 步骤13、通过低通滤波器将所述数据矢量脉冲成型，形成等效低通信号，该等效低 通信号通过上变频后经由天线发出；
[0045] 优选的，步骤13中的等效低通信号为：
[0046]
，其中，qm(t)为数据dm(1)的 调制波形。
[0047] 所述接收端馈电信号解复用包括：
[0048]步骤21、通过接收天线接收相关信号，并进行下变频处理；
[0049] 优选的，所述步骤21进一步为：
[0050] 通过多速率滤波器组接收信号，该多速率滤波器组由N个并行的Μ倍过采样器和N 个并行的Μ抽头FIR滤波器级联而成，所述FIR滤波器的频率响应为：
[0052] 步骤22、通过多速率滤波器进行解复用并发送。
[0053] 一种用于星地混合移动通信系统的馈电链路正交多速率复用传输系统，包括发送 端和接收端，其中，
[0054]所述发送端用于：
[0055] S1、通过A/D转换器将阵元输出的连续复基带信号转变成离散复基带信号，该信号 构成复矢量数据帧；
[0056] S2、所述复矢量数据帧通过多速率滤波器生成数据矢量；
[0057] S3、通过低通滤波器将所述数据矢量脉冲成型，形成等效低通信号，该等效低通信 号通过上变频后经由天线发出；
[0058]所述接收端用于：
[0059] S21、通过接收天线接收相关信号，并进行下变频处理；
[0060] S22、通过多速率滤波器进行解复用并发送。
[0061] 该系统用于实现上述方法，其具体工作过程参见上文对传输方法的描述，此处不 再详细描述。
[0062] 某实施方案如下：
[0063] 假定阵元m的输出为连续复基带（即复包络)信号dm(t)，经过A/D转换后，变成离散 复基带信号d m(n)，其中πι=0，1，···Μ-1，抽样时间间隔为Ts。显然，第1时刻，这Μ个阵元的输出 数据构成复矢量数据帧d (/)全[4Κ(/)，…，4Μ(/)]。该数据帧通过Μ个并行的多速率滤波器 组生成数据矢量b (/)全降广，#,…，心，]，其采样时间变为Ts/N，数据数率提高Ν倍。
[0064] 上述数据变换可以通过公式b(1) = Gd(1)来表示，其中G为NXM维实值预编码矩阵， 其中N2M，用以保证数据帧d(1)能够通过变换d(1) = GTb(1)从数据矢量b(1)中恢复出来。要使 这两个变换能够成立，需满足GTG= I，即要求G的列矢量是标准正交的。
[0065]因此，如果
[0069]如图3所示，该模型中的多速率滤波器组由Μ个并行的N倍