卫星通信系统中的天地一体波束形成技术研究

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摘要由于传统波束形成过程全部在星上完成，庞大的计算量给星上信号处理带来很大的难题。地基波束形成系统将波束形成操作转移到地面来进行，然而当天线阵元数量很大时，又面临着下传数据量太大，传输通道数太多的问题。本文提出的基于快速近似幂迭代子空间跟踪（）的天地一体混合波束形成系统汲取了星载与地基两种实现方案的优点。首先在星上用快速近似幂迭代子空间跟踪（）算法跟踪信号和干扰的子空间，滤除噪声分量，对矩阵进行压缩降维，减少了下传数据量。信号经信道传输到地面信关站后，采用LCMV迭代算法进行波束形成。经仿真验证得出结论，天地一体波束形成系统既减轻了星上处理负担，又减少了传输通道数，节省了信道资源。41871

毕业论文关键词天地一体混合波束形成星上降维 FAPI LCMV迭代

毕业设计说明书外文摘要

Title The Space-earth hybrid beam forming technology

in satellite communication system

Abstract Traditional Space-based beam forming is totally conducted on the satellite ,which brings lots of problems to the space signal processing. Ground-based beam forming system transfers the beam forming operations to the ground,but we face the problem of too much down link Data and too many channels especially in the case of a lot of antenna array elements.The Space-Earth hybrid beam forming technology combines the advantages of these two projects.First,we adopt FAPI algorithm to extract the subspace of desired signal and interference and realize the compression of the matrix,which effectively decrease the number of down link data.Then,signals transmit through the channel to the ground.We use LCMV iteration algorithm to make signals beam formed.This technology not only lightens the space processing burden,but also reduce the number of channels ,save channel resources.

Keywords Space-earth beam forming Space dimension-deduction FAPI LCMV iteration

1. 绪论 1

1.1 引言1

1.2 研究现状1

2. 原理介绍 6

2.1混合波束形成系统架构6

2.2 QPSK 调制解调器 7

2.3 LCMV波束形成 13

2.4 快速近似幂迭代子空间跟踪算法（FAPI） 15

3. 仿真模型 16

4. 仿真结果分析 19

4.1 FAPI与LCMV迭代计算量19

4.2 FAPI收敛性20

4.3 LCMV收敛性21

4.4 LCMV波束形成方向图 23

4.5 载波同步锁相跟踪25

结论26

致谢 27

参考文献 28

附录 A 30

1 绪论

1.1 引言

在点对点系统卫星通信中，大量低干扰波束形成是一项关键技术，它与高吞吐量，高服务质量(数据速率，链路鲁棒性等)密切相关。波束形成，源自于自适应天线的一个概念。天线各阵元接收信号与对应的加权系数相乘，形成所需的理想信号，并且天线方向图在有用信号方向达到最大值，在干扰处能够形成很深的零陷，即将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图，达到屏蔽干扰与噪声的目的。

传统波束形成技术即星载波束形成将波束形成操作置于星上完成，这给卫星的质量、造价、功耗、信号处理带来沉重的负担。当天线阵元数量庞大时，由于技术发展水平限制，无法实现大量波束形成。因此，将波束形成转移到地面完成成为一个明智的选择。因此，地基波束形成技术得到了越来越广泛的应用，卫星上只需设置天线和射频网络，波束形成操作则完全在地面进行。地基波束形成技术可实现卫星覆盖的高度灵活性，同时保持卫星有效载荷的复杂性[2]-[3]。此外,使用这种技术可以减少卫星开发时间及相关的风险。但是地面波束形成技术依赖于将辐射单元信号转移到地面,这需要有足够大的馈电链路带宽。