卫星网络重叠载波多址恒包络信号传输技术

There exist two important limits in satellite network, bandwidth limits and power limits. The proposed overlapped carrier multiple access for the constant envelope signals is to provide a theoretic solution to these problems. Up to now, there has been no systematic research in this field..Based on our many years' research on aeronautical telecommunication，we start our research with the statistical property of constant envelop signals in time domain. The bandwidth-efficient and power-efficient constant envelope signals including the binary single modulation index full-response cases and M-ary multi-h partial-response cases, are studied under the condition of overlapped carrier multiple access..Since the spectrum is shared, the self-interference signal and the information-bearing signal are received together. Linear decomposition theory is adopted to derive the autocorrelation and cross relation properties. Based on these results, two transmission methods are discussed: one is the parameter estimation of the self-interference with the help of training sequence; the other is interference separation based on statistical property without training sequence.

卫星网络存在两个重要的限制条件，即频带受限和功率受限。重叠载波多址恒包络通信的提出旨在为这两个问题的进一步解决提供理论上的基础，而重叠载波多址体制下恒包络信号的传输目前尚无系统的研究。.项目组在多年从事航天通信研究的基础上，从恒包络信号的时域统计特性出发，提出了在重叠载波多址条件下，具有频率和功率同时高效的恒包络信号传输理论，既研究二进制单调制度全部响应的恒包络信号，也研究多进制多调制度部分响应的恒包络信号传输。.本项目系统研究了在重叠载波多址条件下，卫星站因共用频段，同时接收的自干扰恒包络信号和有用恒包络信号的相关特性。相关特性的解析表达式由恒包络信号的线性分解理论而得到。在此基础上，进一步将重叠载波多址恒包络类信号的传输理论分为两种传输方式的研究：一是基于训练序列的恒包络自干扰信号的随机参数估计技术；二是基于无训练序列统计信号分离的恒包络信号接收技术。

卫星通信系统容量一直存在两个重要的限制条件：(1)频带受限；(2)功率受限。为了克服通信频带的限制以及提高系统容量和信道利用率，传统的卫星通信技术多采用两个方面的技术。一方面采用多址技术和调度策略，另一方面采用高效频谱调制方式。为进一步提高系统容量和信道利用率，本项目研究了重叠载波多址技术。在研究多址技术的同时，研究了信号的包络特性对传输性能的影响，所研究的恒包络信号因其信号包络为常数，避免了幅度变化产生的频率变化，即AM-FM效应，使得信号不同于线性调制技术可以采用非线性功放。建立了卫星接收的有用恒包络信号和自干扰恒包络信号的数学基带复信号模型。对重叠载波多址恒包络信号频率、到达方位角等参数进行了估计。研究了重叠载波多址恒包络信号频率捕获的粗估计方法，找出传统自相关特性的基础上频率估计算法对恒包络信号的局限性，在频率粗估计的基础上，利用谱线插值技术进行频率精估计处理。为进一步提升卫星通信网络的吞吐率，项目组还研究了重叠载波多址恒包络信号的物理层网络编码技术，针对线性相位调制的恒包络信号重点研究了符号时钟同步问题。针对频谱效率更高的非线性相位调制的恒包络信号重点研究了非相干多符号检测问题，所提出的CPM-PNC非相干多符号检测算法随着观察窗口长度的增大，其性能显著提高并逐渐趋近最优相干检测性能。.通过本项目的研究，将恒包络信号引入到了卫星重叠载波多址理论中，初步建立了重叠载波多址恒包络信号传输理论，扩展了目前线性调制信号的特例，给卫星通信网提供了一个较为完整的重叠载波多址恒包络信号传输理论方法，已发表相关学术论文20余篇。初步完成了主要硬件模块的FPGA设计验证，申请了发明专利2项，依托本项目培养了6名硕士研究生。超额完成了课题计划书中预订的考核指标。.这些研究对卫星通信网络改善频带、功率受限具有重要的理论意义与应用价值。