降雨环境中Ka频段数字卫星通信系统性能研究

论文摘要

在论文中首先阐述了研究Ka波段卫星通信系统的意义以及国内外发展现状,并对影响Ka波段卫星通信系统性能的大气因素进行了分析。研究了大气中氧气和水蒸汽对Ka波段信号的吸收作用以及云雾对其的衰减作用。根据西安地区的气象特点,对地-空路径的大气衰减特性进行了计算。基于降雨衰减机理,利用雨介质的等效介电常数模型计算了降雨的特征衰减。根据地-空路径上ITU-R的雨衰减预报模型和等效雨介质模型,以轨道位置为92°E的静止卫星为基础,结合我国西安和广州地区降雨特性对Ka频段降雨衰减进行了计算,并与多年实测月平均5分钟降雨率数据计算结果进行比较,得出在西安地区低频率时雨介质等效模型对降雨衰减的预测精度较高;而广州地区在高频段大降雨率时,ITU模型精度较高。基于降雨的去极化机理,结合ITU交叉极化分辨率（XPD）的预测模型,预测出西安地区的交叉极化分辨率随时间概率的分布。在降雨环境中,进一步研究了卫星通信系统在QPSK调制和4QAM调制下的信道容量的概率分布。在不同调制下,分析了Ka频段卫星的上行和下行频率在不同链路余量时的误码率特性。结合RS码的编码性能,给出了不同系统余量和不同码率下的系统性能的改善情况。结果表明,在西安地区较小链路余量情况下,降雨引起的中断概率较小。在广州地区,为了保证降雨引起的中断概率符合系统要求,需要有较大链路余量和RS编码。最后,研究了降雨及去极化效应对频率复用双极化系统性能的影响。论文的研究对卫星数字通信系统的发展具有一定的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 Ka频段卫星通信研究的背景和意义
• 1.2 Ka频段卫星通信的发展概况
• 1.3 论文工作安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 Ka频段卫星通信系统信道特性
• 2.1 自由空间的传播特性
• 2.2 大气气体的吸收特性
• 2.3 云雾衰减特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 Ka频段降雨衰减和去极化效应
• 3.1 降雨衰减及预测模型
• 3.1.1 雨滴谱模型
• 3.1.2 特征雨衰减
• 3.1.3 不同积分时间降雨率的转换
• 3.1.4 等效雨介质模型
• 3.1.5 地空路径降雨衰减预测模型
• 3.1.6 降雨衰减的数值计算
• 3.2 降雨的去极化效应
• 3.2.1 电磁波的极化
• 3.2.2 单个雨滴的极化散射矩阵
• 3.2.3 去极化方程
• 3.2.4 XPD的预报模式
• 3.3 本章小结
• 第四章 调制在降雨条件下对Ka频段卫星通信系统的影响
• 4.1 调制的特性及原则
• 4.2 数字通信系统的调制原理
• 4.2.1 数字通信系统的基本调制方式
• 4.2.2 多进制相位调制（MPSK）
• 4.2.3 MQAM调制
• 4.3 AWGN信道的信道容量
• 4.4 降雨衰减在不同调制下对卫星信道容量的影响
• 4.5 雨衰在不同调制下对Ka频段数字通信系统误码率的影响
• 4.5.1 雨衰在QPSK调制下对系统误码率的影响
• 4.5.2 雨衰在4QAM调制下对系统误码率的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 信道编码对降雨条件下Ka频段数字通信系统的改善
• 5.1 数字通信系统的信道编码
• 5.2 差错控制编码
• 5.2.1 差错控制编码的基本理论
• 5.2.2 差错控制编码类型
• 5.3 雨衰条件下RS码对误码率的改善
• 5.3.1 RS码在QPSK调制下的改善
• 5.3.2 RS码在4QAM调制下的改善
• 5.4 本章小结
• 第六章 Ka波段频率复用双极化系统
• 6.1 引言
• 6.2 频率复用系统的评估
• 6.2.1 C/N门限表示
• 6.2.2 误码率门限表示
• 6.3 小结
• 第七章 Ka波段卫星通信中的抗雨衰技术
• 7.1 引言
• 7.2 链路余量补偿法
• 7.3 站址分集补偿法
• 7.4 上行链路功率控制技术
• 7.4.1 开环功率控制技术
• 7.4.2 闭环功率控制技术
• 7.4.3 反馈环功率控制技术
• 7.5 自适应前向纠错技术
• 7.6 交叉极化干扰抵消技术（XPIC）
• 7.7 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果