CN108540182A - 基于双极化天线的陆地移动多卫星通信广义极化调制方法 - Google Patents

基于双极化天线的陆地移动多卫星通信广义极化调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信抗干扰技术领域，具体的说涉及一种基于双极化天线的陆地移动多卫星通信广义极化调制方法。本发明将空间调制技术和极化调制技术联合应用于陆地移动卫星MIMO通信***中，与传统的SM***模型相比，本发明的方案主要是将极化调制技术从单卫星陆地移动通信***拓展到多卫星陆地移动通信***。在发射功率相同的情况下，本发明的传输速率为m＝log2M+N，而传统***的传输速率为m＝log2M。故与传统的设计相比，本发明的传输速率提高了G＝(log2M+N)/(log2M)。

Description

基于双极化天线的陆地移动多卫星通信广义极化调制方法
技术领域
本发明属于通信抗干扰技术领域，涉及极化调制(Polarized Modulation,PMod)技术，极化天线(Polarized Antenna)技术，陆地移动卫星通信(Land Mobile Satellite,LMS)，以及多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展和技术的不断进步，人们对通信***的要求不再局限于简单的文字和语音数据传输，而是转向高质量图文、语音和视频等多媒体业务。为了适应用户对高质量多媒体业务的迫切需求，卫星通信作为移动通信网络的重要补充以及未来空天地一体化信息网络中必不可少的组成部分，以其全球覆盖性、频带宽、机动灵活以及支持移动终端等特点，逐渐成为一种向全球用户提供互联网络和移动通信网络服务的补充方案，并且卫星通信能够为地震、海啸、战争等地面通信设施被摧毁的地区提供灾害应急服务。
在卫星移动通信***中，可以通过扩展***带宽或者提高频带的利用率来增加***的吞吐量，但频谱带宽终究有限，所以采用先进通信技术提高***的频带利用率成为提高卫星移动通信***吞吐量的重要手段。多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput,MIMO)技术通过引入空间维度，能够在不增加带宽和发射功率的条件下极大地提高***容量，因此，如何利用MIMO技术提高卫星通信***的吞吐量已成为一个重要的研究热点。
发明内容
本发明的目的，就是将传统极化调制技术从单卫星陆地移动通信***拓展到多卫星陆地移动通信***，称为广义极化调制(Generalized Polarized Modulation,GPMod)技术，以解决卫星通信传输速率低的问题。
本发明的技术方案如下：
考虑一个陆地移动多卫星通信***，卫星端和地面移动终端均配有一根双极化天线(左旋圆极化LHCP/右旋圆极化RHCP)，以双卫星为例，则相当于是一个2×4的MIMO卫星信道。陆地移动卫星通信***的信道模型可表示为其中 和均服从(0,2π)的均匀分布；振幅服从对数正态分布，服从瑞利分布。
基于双极化天线的陆地移动多卫星通信广义极化调制方法，设定该卫星通信***中每颗卫星均配有一根双极化天线，用于传输每组为m比特的数字信号；假设有N颗卫星，则***的传输速率为m＝log2M+N，M为调制阶数；
其特征在于，所述调制方法包括以下步骤：
S1、预处理：
将传输的m＝log2M+N比特信息分为两个部分，前log2M比特用于APM符号映射，且APM符号码本为：
后N比特用于选择每根发射天线的极化模式RHCP/LHCP；
S2、极化空间调制：
根据S1的结果，将每组m比特数据经过广义极化调制映射为极化向量c和APM符号s；
S3、根据如下公式获得调制后信号：
y＝Hcs+n
其中，H为卫星信道矩阵，c为极化向量且其元素取值均为[0,1]，n为高斯白噪声。
由于单卫星通信***不能提供MIMO理论所要求的必要的天线空间，也就是说在单卫星通信***中，子信道间的相关性是极强的，不利于MIMO技术的实施。在卫星通信***中每颗卫星一般只配备一根发射天线，因此传输速率是极低的。为了解决卫星子信道间的相关性强的问题，极化天线(Polarized Antenna)技术应运而生，由于该技术将天线正交化能有效地解决子信道间的相关性强的问题，从而已有的MIMO技术能有效地与陆地移动卫星通信***相结合以提高***的吞吐量。由于单卫星通信***中的天线数目有限大大地限制了卫星通信***的传输速率，为了解决这一问题，本发明提出将极化调制(PolarizedModulation,PMod)技术拓展应用于双极化陆地移动多卫星通信***中，称为广义极化空间调制(Generalized Polarized Spatial Modulation,GPMod)技术，能有效地提高***的传输速率。
本发明的有益效果为：本发明利用空间维度以及传统幅度相位调制(Amplitudeand Phase Modulation，APM)符号传输信息比特，有效的提高了***的传输速率，在发射功率相同的情况下，该***的传输速率为m＝log2M+N，而传统***的传输速率为m＝log2M。故与传统的设计相比，本发明的传输速率提高了G＝(log2M+N)/(log2M)。
附图说明
图1是本发明广义极化调制的发射结构示意图。
图2是本发明双极化陆地移动双卫星广义极化调制***的BER性能仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
如图1所示，本例简要展示了基于双极化陆地移动多卫星MIMO通信***的广义极化空间调制发射结构的基本框架，可以看到与传统的极化调制***模型相比，该模型在发射端有多根发射天线且全部激活，然后每根发射天线均选取一种极化模式(LHCP/RHCP)来传输比特信息，能有效地提高***的传输速率。
本例为一个双极化陆地移动双卫星MIMO通信***，且每颗卫星及地面移动台均配有一根双极化天线，即Nt＝4,Nr＝2。选取调制阶数为M＝2的正交相移键控(BPSK)调制方式，则该***的传输速率为：m＝log2(M)+2。广义极化调制***的前log2(M)比特用于传统的APM符号映射，后两个比特用于两颗卫星上发射天线的极化方式选择。此时***模型为：
其中，H为卫星信道矩阵，c为极化向量且其元素取值均为[0,1]，n为高斯白噪声。
更具体的，Nt＝4,Nr＝2,M＝2配置下广义极化调制方案的比特映射表如下表1所示：
表1广义极化调制方案的比特映射表
输入比特 APM符号 卫星1极化方式 卫星2极化方式 传输向量
000 +1 LHCP LHCP [+1,0,+1,0]T
001 +1 LHCP RHCP [+1,0,0,+1]T
010 +1 RHCP LHCP [0,+1,+1,0]T
011 +1 RHCP RHCP [0,+1,0,+1]T
100 -1 LHCP LHCP [-1,0,-1,0]T
101 -1 LHCP RHCP [-1,0,0,-1]T
110 -1 RHCP LHCP [0,-1,-1,0]T
111 -1 RHCP RHCP [0,-1,0,-1]T
仿真结果见说明书附图2，图2给出了本发明极化空间调制技术在陆地移动卫星MIMO通信***中的BER性能，可以看出：在高SNR的情况下，本发明的极化空间调制***有较好的BER性能。
综上所述：本发明将极化调制技术拓展应用于陆地移动多卫星MIMO通信***中，在保证BER性能的情况下，能有效地提高***的传输速率。

Claims (1)

1.基于双极化天线的陆地移动多卫星通信广义极化调制方法，设定该卫星通信***中每颗卫星均配有一根双极化天线，用于传输每组为m比特的数字信号；假设有N颗卫星，则***的传输速率为m＝log2M+N，M为调制阶数；
其特征在于，所述调制方法包括以下步骤：
S1、预处理：
将传输的m＝log2M+N比特信息分为两个部分，前log2M比特用于APM符号映射，且APM符号码本为：
后N比特用于选择每根发射天线的极化模式RHCP/LHCP；
S2、极化空间调制：
根据S1的结果，将每组m比特数据经过广义极化调制映射为极化向量c和APM符号s；
S3、根据如下公式获得调制后信号：
y＝Hcs+n
其中，H为卫星信道矩阵，c为极化向量且其元素取值均为[0,1]，n为高斯白噪声。
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