[发明专利]一种基于MIMO的多波束高通量卫星通信系统和实现方法

权利要求书

1.一种基于MIMO的多波束高通量卫星通信系统的实现方法，其特征在于，采用一种基于MIMO的多波束高通量卫星通信系统，包括若干信关站，所述信关站通过馈线链路双向连接至卫星，卫星通过用户链路双向连接至用户终端，信息交互路径包括信关站经过卫星传输至用户终端，以及用户终端通过卫星传输至信关站，所述信关站连接至核心网络，每个所述信关站只设置一个天线，每个所述卫星设置有若干天线；

具体步骤如下：

步骤1：构造多波束信号模型，列出每个信关站的信道矩阵Hⁱ；

步骤2：对步骤1中的信道矩阵Hⁱ进行优化；

步骤3：利用馈电链路无噪音的特点将信道矩阵Hⁱ进行简化；

步骤4：采用置换方法为步骤3中的信道矩阵Hⁱ构造规则LDPC-LU码；

步骤5：将多个信关站的信道矩阵进行加权；

步骤6：优化问题，实现对多波束卫星系统信道矩阵的编码；

所述步骤2的优化方法为：

由于波束的高方向性，消除了任何可能的多径；矩阵D∈R^N×N整合馈源和有效载荷；不考虑非线性效应，矩阵D可表示为

D＝diag(m₁,m₂,...,m_N) (2)

式中，m_n表示第n个馈送信号的振幅变化；在有完善的自动增益控制机制下，可以建立所有m_n＝1，n＝1，2，...,N，D表示为一个单位矩阵；

馈电链路由直径7～9米的高增益抛物面天线和有效载荷支撑；在此带宽上馈送信号在馈送链路中可用频率多路复用；在这种情况下，馈送链路的信噪比SNR可定义为

其中，x为发送信号，为馈线链路传输的噪声方差，

所述步骤6中优化问题具体为：

通过优化以下问题来实现的：

其中，W为预编码矩阵，P为信号功率和，γ_k信号检测阈值，N_μ为每个波束内的最佳信道数， 优化问题p是一个非凸的四次约束二次问题，这个问题可以通过带有半定松弛方法来解决。

2.根据权利要求1所述的一种基于MIMO的多波束高通量卫星通信系统的实现方法，其特征在于，所述步骤1的构造信道模型的具体步骤为：

第K个波束的第i个UT接收离散等效基带信号模型写为

yⁱ＝HⁱD(x+z)+nⁱ,i＝1,2,...,N_u (1)

其中，向量yⁱ∈C^K×1是第i个UT接收到的信号，nⁱ∈C^K×1是第i个UT接收机噪声，假设nⁱ是独立同分布零均值高斯白噪声，且方差为x∈C^N×1为发送信号，z∈C^N×1对应于馈线链路传输的噪声项，假设为独立同分布零均值高斯白噪声，矩阵Hⁱ∈C^K×N是信道矩阵，其第k行用表示，是位于第k个波束处的第i个UT信道矢量；该矢量包含每个天线单元的信道系数n＝1,2,...N。

3.根据权利要求2所述的一种基于MIMO的多波束高通量卫星通信系统的实现方法，其特征在于，所述步骤3的简化方法具体为

因为SNR的值极高，馈电链路被认为是无噪音的；这样，可以将(1)中的系统模型简化为

yⁱ＝Hⁱx+nⁱ,i＝1,2,...,N_u (4)

在高馈信噪比假设之后，(4)中的系统模型不考虑中继处理效果。