基于MCPC/FDMA卫星通信网络的功率控制优化算法

作者:李朝辉;娄景艺;屈晓旭; 刊名:通信技术 上传者:王迪

【摘要】卫星通信网包含多种尺寸且功放类型各异的地球站,在MCPC/FDMA模式下,中央站可同时对多个业务站传输信息.单载波功率调节方法在多载波场景中存在一定的功率浪费,造成地球站的业务承载能力降低.针对上述问题,按照业务信号的传输流程,分析信号的电平变化,采用最优功率算法和增益自适应(MA)算法,对功放增益和调制解调器输出功率电平进行调节控制,优化业务初始发送电平,最后比较优化前后地球站传送业务的总功率.仿真结果表明,优化方法能够有效降低低速率业务的发射功率,提高地球站的业务承载能力.

全文阅读

卫星通信具有组网灵活、通信简便的特点,广泛应用于军事、海事领域,主要完成数据、语音和视频的传输,在远距离、大容量通信中发挥着至关重要的作用。现有的卫星通信网通常会与地面光纤通信网组成异构网络。当移动地球站与某一固定用户通信时,需要通过固定地球站作为中央站接入或发送业务,场景如图1所示。目前,地球站配备的功放功率大小受限,在一个地球站同时保障多个通信链路时,合理调节信号发送电平,保证信息传输显得十分重要。由于岸基、车辆、舰船等发送平台的限制,收发地球站的天线尺寸、配置的功放性能各异,导致在传输业务时,相同的速率带宽对发送功率的要求有所不同。文献[1]介绍了移动站向固定站单路通信时调制解调器输出电平的计算调节方法。在多载波通信场景下,这种方式会浪费有限的功率资源。这种现象与目前卫星传输信息量增大、需要功率资源增多的现象[2]相矛盾。针对上述问题,本文从业务发送端入手,研究信号电平的初始变化,通过对多种天线的技术参数、天线结构、信号处理流程的分析掌握,将增益自适应算法[3]与基于链路可通条件下的最优功率算法[4]相结合,动态调节人工可控制的功放增益和调制输出电平参数,并给出相应的控制方法和原理,达到在发射端解决功率浪费的目的,从而指导操作人员控制通信电平参数,提升地球站的业务容量承载能力。最后,在给定网状网互通用户的天线尺寸、功放参数和传输业务速率的基础上,对优化方法的可行性进行实例验证。1系统模型1.1地球站结构模型不同的地球站传输模式大致相同,主要由用户终端、业务接入分系统、调制解调分系统、管理控制分系统、发射分系统、接收分系统、天线及伺服装置构成[5]。但是,与电平功率控制相关的是调制解调分系统、发射分系统和管理控制分系统。其中,发射分系统完成了经线缆传输的射频导波能量到无线电波能量的转换;管理控制系统完成对发射分系统电平变化和调制解调器输出电平的监视与调节。地球站的结构示意图,如图2所示。图2地球站结构图1卫星异构通信网1.2发射支路模型在整个地球站的架构体系中,可以将其大致分为地面信号发射支路与卫星信号接收支路。发射支路模型示意图,如图3所示。图3发射支路模型当地球站为单载波发射时,按照文献[6]给出的计算方法即可得到发射功率,通过调节对应的调制解调器输出便可实现。在MCPC/FDMA模式下,单个天线发射多个载波、与不同用户传输信息时,需要综合所有链路的需求功率,避免盲目调节带来的功率浪费问题。1.3功放调节模型增益自适应算法(MA)可以在给定各个业务速率带宽的前提下,使总功率达到最小。当各个业务带宽不同时,需要对增益进行调整。在卫星地球站系统中,可通过监控系统适量衰减功放增益,模型如图4所示。图4地球站功放结构模型监控模块通过数控衰减器和压控衰减器调整输入信号功率电平,从而使射频输出功率能够满足链路可达条件下的最优功率。2算法模型2.1最优功率算法最优功率算法需要已知业务的速率Rb、调制方式、编码方式以及卫星转发器和地球站天线的相关参数,得到地球站天线的最优发射功率PT:12[][/][][][/]1010[]10lg1010uthduthLCNCLLCNCTP+++++??=?+???(1)其中:1[][][][/]NTSRC=B+k-G-GT(2)224e10lg[]NEsTCkBSFDOPBOGTEIRPG=+++--??--????(3)1.2bNRBmla?=?(4)0[/][/][][]thbbNCN=EN+R-B(5)其中,k指玻尔兹曼常数,GT指地球站天线增益,[G/T]SR指卫星天线品质因数,SFD指转发器的饱和通量密度,

参考文献

引证文献

问答

我要提问