NC-OFDM卫星通信 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及系统仿真

王 勇，赵青松，王 迪，王 磊，

(1. 国防科技大学电子对抗学院，安徽 合肥 230037；2. 电子制约技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037)

1 引言

目前卫星通信的频谱管理沿用固定信道授权分配模式，随着业务量的提高和用户数目的增多，卫星通信受轨道和转发器频带限制，频段越来越拥挤、频谱资源日益匮乏。但是在频谱资源紧缺的同时，卫星通信的频谱中却存在着大量的频谱空洞。美国联邦通信管理委员会在频谱 政策 公共政策概论形成性考核册答案公共政策概论形成性考核册答案2018本科2018公共政策概论形成性考核册答案公共政策概论作业1答案公共政策概论形成考核册答案 任务组撰写的 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中指出[1]，在已授权分配的频段中，绝大多数的频谱利用率仅为15%—85%。这份报告指出了频谱管理的突出矛盾：频谱资源紧缺，而频谱利用率却很低。

NC-OFDM改进了传统的OFDM技术，它采用认知无线电技术发现通信环境中的频谱空洞，并且只在与频谱空洞相对应的非连续子载波上进行数据传输，这就实现了认知用户与授权用户共享频谱，且避免了认知用户对授权用户干扰[2，3]。但是目前NC-OFDM技术仅限于地面通信应用，对NC-OFDM技术的研究主要面向带外功率抑制、同步、信道估计、峰均比抑制等问题[4-6]，尚未有文献提出将NC-OFDM技术用于卫星通信。国内外学者提出将OFDM技术应用于卫星通信领域，建立基于OFDM的专用通信卫星[7，8]，但由于OFDM频谱连续覆盖的特点，无法应用到已授权的卫星通信中，如果能够将NC-OFDM引入到现有的卫星通信中，提高卫星通信的频谱利用效率，显然是更经济、可行性更强的手段。因此基于认知无线电的NC-OFDM卫星通信方法具有重要的研究价值。

无线通信中最宝贵的就是频谱资源,合理的利用、共享和保护无线电频谱已经成为通信领域日益增长的要求。认知无线电理论使NC-OFDM系统能够与授权用户共享频谱，因而可以极大地提高频谱利用率，如果能够将NC-OFDM与卫星通信结合，并由此设计出一种基于认知无线电的NC-OFDM卫星通信系统，将会给传统的卫星通信理论带来一次革命性的飞跃，一方面卫星通信的频谱利用效率将会大大提高，频谱资源紧张的现状得到缓解，另一方面也促进了卫星通信与地面通信的融合。

2 NC-OFDM卫星通信系统模型

NC-OFDM是一种特殊的多载波传输方案，系统发射和接收基本模型如图1所示。

图1 NC-OFDM系统发射和接收模型

如图1所示，发射信源数据dt经信道编码和PSK/QAM调制星座映射后产生一组并行数据d0，d1，……dM-1，M代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 信源数据产生时经频谱感知得到的卫星信道中可用子载波数量，如同OFDM系统的实现原理一样，NC-OFDM信号的调制同样可以用离散逆傅里叶变换(IDFT)来等效实现，但是在NC-OFDM系统中，子载波的频率不是等间隔连续分布的，子载波的频率是由频谱感知所得到的频谱空洞数量和子载波分配算法得到的数值。

设卫星信道内所有待分配的子载波数量为N，则通过N点IFFT运算即可得到NC-OFDM采样信号

(1)

同样，在接收端，可以对sk进行反变换恢复原始数据di，即

(2)

3 NC-OFDM卫星通信系统子载波分配方法

3.1 Ku频段通信卫星子载波划分方案

目前Ku频段商业通信卫星的频带范围在500MHz左右，将500MHz带宽分配给122个子载波使用，子载波频率间隔为4.125MHz，其中数据子载波100个，导频子载波100个，保护子载波10个，如表1所示。

表1 NC-OFDM卫星通信系统子载波划分

3.2 基于频谱感知的子载波分配

目前用于认知无线电的频谱感知方法有经典的能量检测法[9]、循环谱估计[10]等，近年来相关文献[11]提出基于压缩感知的信道估计方法。随着采样存储技术的进步，目前基于软件无线电平台已经能够实现500MHz带宽的实时全频带采集和频谱监测，频谱监测结果即可直接用于频谱空洞提取。利用卫星地面站和频谱监测设备对某Ku频段商业卫星通信信号进行频谱监测，得到通信卫星500MHz频带范围的实星信号频谱(如图2所示)，从信号频谱中提取了授权用户未使用的频谱空洞共计15个。依据每个频谱空洞的带宽和单个子载波4.125MHz的带宽，得到每一个频谱空洞中能够分配的子载波数量，15个频谱空洞共分配33个子载波(如表2所示)，其中数据子载波20个，导频子载波6个，保护子载波7个。根据每一个频谱洞的底部噪声电平，换算得到相应子载波的信道增益，作为子载波功率分配的约束条件。

表2 频谱空洞提取和子载波分配

图2 Ku频段通信卫星频谱感知结果

4 NC-OFDM卫星通信系统仿真

4.1 系统误比特率性能分析

4.1.1 数据子载波信噪比

依据图1构建NC-OFDM卫星通信系统模型，依据表2分配33个可用子载波，其中数据子载波20个(序号8-96)。信道编码采用(2，1，6)卷积码，信号调制采用BPSK调制方式，各数据子载波的信噪比由频谱感知得到的底部噪声温度计算得到，如表4所示，子载波信噪比最高为18dB，最低为5dB。

表3 数据子载波信噪比

4.1.2 子载波频域滤波

为了避免子载波的边带对邻近频率的授权用户产生干扰，发射前对每个子载波信号进行了频域滤波，滤波前后单个子载波的频谱对比如图6所示，可以看出，频域滤波后子载波边带衰减增加了10dB以上。20个数据子载波的中频信号频谱如图3所示。

图3 滤波前后单个子载波的频谱对比

4.1.3 误码率仿真

对各数据子载波的信号传输进行仿真，得到误码率曲线如图4所示。

图4 NC-OFDM数据子载波误码率

目前卫星数据通信的信道纠错后误码率要求通常在10-3-10-4，对照表3可以看出，有3个子载波数据传输误码率未达到要求。第27号子载波的原因是信噪比过低，第11和102号子载波的原因是子载波频率在整个数据子载波频率的上下边界，这个问题可以通过在频率低端和高端相邻信道安排速率和样式一致的保护子载波来解决。由此可以看出，基于频谱感知的NC-OFDM系统能够充分利用卫星通信的频谱空洞进行通信，17个有效数据子载波实现了70.125Mbps的数据传输速率，大大提升了卫星通信的频谱利用率。

4.2 NC-OFDM信号对授权信号干扰分析

NC-OFDM信号对授权信号的干扰是NC-OFDM能否在卫星通信领域推广应用的关键问题。干扰产生的原因一是NC-OFDM子载波与相邻信道的授权信号频率距离过近，产生了邻道干扰，二是频谱感知滞后，在新的授权信号接入卫星信道之后，NC-OFDM子载波未能及时退出，造成频谱部分或全部重叠。

4.2.1 频谱重叠率定义

定义频谱重叠率(Spectrum Overlap Rate,SOR)ΔF为授权信号与NC-OFDM信号频谱重叠的频率范围与授权信号频带宽度之比。以卫星通信授权信号中最常见的MPSK信号为例，设授权信号的载波频率为fc1，码速率为fd1，与之相邻的NC-OFDM子载波载波频率为fc2，码速率为fd2，则有：

(3)

假设授权信号为QPSK调制，采用(2，1，6)卷积编码，调制速率为2MBD，与NC-OFDM卫星通信相邻子载波频率重叠率分别为0和50%时的频谱如图5(a)和图5(b)所示。

图5 授权信号和NC-OFDM相邻子载波频谱

4.2.2 授权信号误码率仿真

考虑NC-OFDM充分利用子信道增益，子载波与授权信号载波功率谱密度大致相当的情况，分别在无NC-OFDM信号干扰和ΔF分别为0，25%，37.5%，50%和1的条件下，得到QPSK信号接收误码率仿真结果如图6所示。

图6 NC-OFDM子载波对授权信号干扰仿真

从图6可以看出，对比无NC-OFDM干扰的误码率，在ΔF≤25%的情况下,NC-OFDM子载波对QPSK信号接收误码率有轻微的影响，10-4解调门限提高了0.5-1dB。ΔF上升到37.5%时，NC-OFDM子载波对QPSK信号的干扰急剧恶化，10-4解调门限提高了2.5dB，当ΔF≥50%时，QPSK信号无法正常解调。

5 结论

NC-OFDM通信具有子载波灵活可控的优点，对提高卫星通信频谱利用效率具有重要的研究价值，NC-OFDM能否推广应用的关键问题是与授权卫星通信系统之间的兼容性。

本文依据真实卫星信道频谱感知对卫星频谱空洞的有效利用，实现了超过70Mbps的数据传输，这对于500MHz频带宽度的商业通信卫星是非常可观的。定义了频谱重叠率的概念，用于描述NC-OFDM与授权系统之间的互扰状态，并研究了干扰条件下的授权系统的误码率性能。研究表明，快速有效的频谱感知和灵活高效的子载波功率自适应分配是解决兼容性的有效途径，NC-OFDM卫星通信方法能够显著提高卫星通信的频谱利用率。

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