Ka频段宽带卫星通信传输体制关键技术研究

Ka band satellite communications is the great concerns of primary military superpowers in the world . However,a crucial problem in Ka band is how to resolve the problems induced by rain attenuation. In this project，taking advantage of the auto-correlation character of rain attenuation data , a new rain attenuation prediction model which enjoys simple calculation and easy realization would be present,through analysing the mechanism and the classical prediction models of rain attenuation. A new ATC-OFDM system for Ka band satellite communication combined merits of high reliability , high speed and low power would be set up，which incorporates Turbo coding, OFDM and adaptive technologies .Through comparing with the existing modulation coding， with the influence of single or complex parameters in multi-mode adaptive techniques ,the key techniques of the ATC-OFDM system would be investigated , the performance of the system BER ,system throughput and transmission efficiency are expected when the parameters vary. As for the retrofit design, the transceiver experiment platform of the ATC-OFDM system would be built , and verification would be performed on the proposed specific technical instructions and the corresponding algorithm. For the actualization of an excellent Ka band satellite communications system as well as the construction of Ka band military satellite information platform for the future ,the research has great important meaning.

Ka频段卫星通信是目前军事强国研究的热点，关键是如何解决好雨衰减。通过研究Ka频段雨衰的产生机理与已有雨衰模型，利用雨衰数据间的相关性，期望建立一种计算量小、易于工程化的新雨衰预测模型；基于OFDM调制解调、Turbo编译码及自适应技术，期望建立一种可靠性高、传输速率大、省功率、超宽带的Ka频段卫星通信传输新体制（ATC-OFDM系统），通过与现有卫星通信中调制编码等方式相比较，对在多模自适应单一和综合参数影响下ATC-OFDM系统中的关键技术进行研究，期望得出自适应参数单独和综合影响下ATC-OFDM系统BER、系统吞吐量、传输效率等随参数变化的特性与结论；构建ATC-OFDM系统收发实验平台，验证提出的具体技术方法与相应的算法。该课题的研究对实现高速、可靠、经济的宽带Ka频段卫星通信系统及未来我军Ka军事卫星信息平台的建设具有重要意义。

本项目采用OFDM调制解调技术、现代信道编译码技术及自适应技术相结合的方式，期望建立一种可靠性高、传输速率大、功率消耗低的新型超宽带Ka频段卫星通信传输技术体制。通过与现有卫星通信中调制编码等方式相比较，对在单一和多参数影响下系统中的关键技术进行研究，得出了自适应参数单独和综合影响下BER、系统吞吐量、传输效率等系统性能随参数变化的特性与结论。搭建了系统收发实验平台，验证了部分技术方法与算法。项目主要取得了以下研究成果：（1）研究了Ka频段卫星通信信道传输特性，结合Ka波段（30/20 GHz）的具体雨衰特性，提出了一种针对雨衰静态特性、基于差分思想的雨衰预测模型；以及一种针对雨衰动态特性、利用混沌识别思路的雨衰预测模型。（2）基于OFDM的自适应技术研究。对于基于OFDM宽带卫星通信系统，从抑制峰值均值功率比（PAPR）、降低复杂度、降低误码率、提升系统吞吐量等方面出发，对自适应调制、自适应调制编码、自适应功率控制等技术进行了算法研究。（3）自适应LDPC编码技术研究。针对Ka波段信道高动态特性下的码参数调整问题，研究了自适应编码的QC-LDPC码构造方法。（4）卫星下行链路衰减补偿技术研究。通过探究压缩感知与信道编码的内在联系，最终构造的CS-LDPC码在AWGN信道中具备较强的信号重构能力，可使卫星系统在功率受限条件下实现高可靠通信。（5）基于TDCS的卫星隐蔽通信技术研究。本团队从Ka频段卫星通信的安全性，特别是隐蔽性角度出发，对TDCS相关技术展开了研究。（6）基于USRP 平台搭建的通信系统实验平台。利用Lab view开发工具对于自适应OFDM、自适应调制、自适应编码与自适应控制等算法进行了具体实验。共发表学术论文54篇，其中SCI 15篇，EI 20篇，中文核心19篇。参加学术会议40人次，申报国家专利2项。培养博士研究生4名、硕士研究生13名。本项目的成果对实现高速、可靠、经济的宽带Ka频段卫星通信系统及我军未来Ka频段军事卫星信息平台的建设具有重要的理论价值与实际参考意义。