基于认知无线电的NC-OFDM 卫星通信理论及系统模型研究

At present spectrum management of satellite communication follows tranditional fixed channel authorization allocation mode. Spectrum resource allocation is insufficient but spectrum utilization efficiency is low. Cognitive Radio(CR), NC-OFDM and satellite communication are united in this project and dynamic utilization of satellite communication sepctrum holes is achieved. Subcarrier fixed allocation plan of OFDM used in ground communication is amended to dynamic allocation plan based on spectrum hole utilization. Self-adapting resource allocation method of NC-OFDM based on CR is investigated, so the spectrum utilization efficiency achieves highest and the interference to authorized systems reduces greatly. Subcarrier allocaiton, channel coding and system model of NC-OFDM satellite comunication system based on CR are discussed, and simulation system is applied to investigate the system performance of NC-OFDM satellite comunication system and authorized systems under condition of interference. The bottleneck of CR applied to satellite communication is compatibility between NC-OFDM satellite system and authorized narrowband systems. Coexistence between NC-OFDM satellite communication system and authorized systems will be achieved in this project and the spectrum utilization efficiency of satellite communication will be heighten greatly.

目前卫星通信的频谱管理沿用传统的固定信道授权分配模式，频谱资源分配紧张而且频谱利用效率低，本项目将认知无线电、NC-OFDM和卫星通信三者结合，实现对卫星通信频谱空洞的动态利用。将目前用于地面通信的OFDM子载波固定分配方案改进为基于频谱空洞利用的动态分配方案，研究基于认知无线电的NC-OFDM自适应动态资源分配方法，提高NC-OFDM 卫星通信系统的频谱利用率高并且对授权用户的干扰降至最低；研究基于认知无线电的NC-OFDM卫星通信系统子载波分配方案、信道编码和系统模型，建立仿真系统，研究NC-OFDM卫星通信系统和授权系统在互扰条件下各自的系统性能。认知无线电技术向卫星通信领域推广应用的瓶颈是与授权系统的兼容性，本项目将实现基于认知无线电的NC-OFDM卫星通信系统与授权系统的共存，大大提高卫星通信的频谱利用效率。

目前卫星通信的频谱管理沿用传统的固定信道授权分配模式，频谱资源紧张但是频谱利用效率低，本项目将认知无线电、NC-OFDM和卫星通信三者结合，通过感知通信卫星中的频谱占用，并以非授权方式将NC-OFDM子载波信号接入频谱空洞，有效提高了卫星通信的频谱利用效率。项目将军事认知电子战领域较成熟的压缩感知和信号识别技术转化应用到频谱空洞感知，提出基于压缩感知的频谱空洞、授权用户信号和干扰信号检测识别方法，压缩采样比不小于0.35时，基本波形信号的重建误差较小，提出认知无线网络分布式协作频谱感知方法，对Ku频段商业通信卫星的全频带卫星频谱进行了感知和频谱空洞统计，研制出“星地一体通信网络侦察识别系统”并推广应用到部队和军工厂所。将目前用于地面通信的OFDM子载波固定分配方案改进为基于频谱空洞利用的动态分配方案，提出了2种动态资源分配方法，提出的基于改进注水算法具有最小迭代次数，适用于认知无线电接入，提出了基于混合遗传粒子群方法，相比PSO算法和GA算法吞吐量分别提高了1.8%和2.9%。提出了OFDM系统群稀疏信道估计与译码迭代算法、宽带DOA估计的频域时延补偿方法，设计了3种适用于NC-OFDM通信的超宽带小型化天线，开发了基于LCPC编码的NC-OFDM卫星通信系统模型，建立了仿真系统，分析了NC-OFDM卫星通信系统的误码率、吞吐量性能。通过建立以频谱重叠率为主要指标的干扰分析模型，研究了NC-OFDM系统和授权系统在互扰条件下各自的系统性能，提出了NC-OFDM卫星通信系统与授权系统共存的解决方案，在认知无线电、隐蔽军事通信和认知电子战领域具有较好的转化应用前景。项目研究支撑发表论文36篇（其中SCI收录11篇，EI收录23篇），取得国内先进技术成果1项，研制科研样机1套、系统仿真模型1套，授权发明专利1项、申请发明专利6项，频谱感知及信号识别技术应用部队和军工厂所4家单位，取得了显著的军事效益。项目支撑的相关技术研究和人才培养工作获安徽省科技进步一等奖2项、军队科技进步二等奖1项、安徽省教学成果二等奖1项。