專利名稱：基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樾堑赝ㄐ畔到y(tǒng)，尤其涉及一種基于星地通信系統(tǒng)的變速率 通信質(zhì)量控制方法，該發(fā)明可應(yīng)用于星地通信系統(tǒng)中的通信質(zhì)量控制。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星與地面站之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越來越多，對通信速率的要 求也越來越高，低頻段有限的頻譜資源導(dǎo)致載波頻率由原來的幾百M(fèi)Hz變?yōu)閹譍Hz甚至幾 十GHz，使得衛(wèi)星與地面站傳輸信息時(shí)損耗變得越來越大。當(dāng)信道狀況變差，系統(tǒng)接收端信噪比降低時(shí)，系統(tǒng)誤比特率、吞吐量、頻帶利用率 等一系列影響通信質(zhì)量的因素都將會(huì)受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。如何讓衛(wèi)星傳遞 到地面的信息經(jīng)特殊環(huán)境(如高誤碼，突發(fā)錯(cuò)誤多等)傳輸后，仍能使接收端獲得較好的性 能是現(xiàn)代衛(wèi)星通信面臨的主要問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，本發(fā)明提出了一種變速率方法。該方法保證了不同的信道狀況下 系統(tǒng)具有較高的吞吐量、頻帶利用率等通信質(zhì)量參數(shù)。本發(fā)明所述的一種基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，包括a、星地通信系統(tǒng)的初始化包括誤比特率要求、調(diào)制方式及可變換的碼元速率、建 立星地傳輸鏈路的星地傳輸鏈路b、地面端計(jì)算星地傳輸系統(tǒng)允許使用的各調(diào)制方式的誤比特率，選擇一種符合系 統(tǒng)誤比特率要求的調(diào)制方式，將計(jì)算得到的誤比特率上傳給衛(wèi)星端；C、當(dāng)所述調(diào)制方式的誤比特率計(jì)算步驟得到的數(shù)據(jù)無法滿足系統(tǒng)誤比特率要求 時(shí)，地面端分別計(jì)算按設(shè)定的碼元速率變換后的誤比特率，將計(jì)算得到的誤比特率上傳給 衛(wèi)星端；d、根據(jù)步驟c得出的數(shù)據(jù)、按照系統(tǒng)誤比特率要求選擇一種變換后的碼元速率并 選擇對應(yīng)該碼元速率的調(diào)制方式；e、將接收到的信號(hào)按照發(fā)送的調(diào)制方式和碼元速率進(jìn)行解調(diào)，得到發(fā)送的星上原 始數(shù)據(jù)。所述調(diào)制方式包括8 31(、0 31(、8 31(、160411、640411和256QAM 調(diào)制方式。所述碼元速率為Rs，降低碼元傳輸速率后的碼元速率分別是、Rs/2、Rs/4、Rs/5和 Rs/10。所述步驟e中按照未變換的碼元速率解調(diào)。還具有監(jiān)控信道狀況的信道監(jiān)控步驟，由星上發(fā)送數(shù)據(jù)，地面端測試，將檢測的數(shù) 據(jù)反饋給衛(wèi)星端。所述碼元速率變換與所述調(diào)制方式的設(shè)定關(guān)系為0 ( [Eb/N0] ( 1 碼元傳輸速率降低為原來的1/10，選用64QAM調(diào)制方式；
1 < [Eb/N0] ≤ 4. 3 碼元傳輸速率降低為原來的1/5，選用16QAM調(diào)制方式4. 3 < [Eb/N0]≤5. 1碼元傳輸速率降低為原來的1/4，選用16QAM調(diào)制方式5. 1 < [Eb/N0]≤8. 5碼元傳輸速率降低為原來的1/5，選用64QAM調(diào)制方式8. 5 < [Eb/N0]≤9. 7碼元傳輸速率降低為原來的1/4，選用64QAM調(diào)制方式。9. 7 < [Eb/N0] ≤13 碼元傳輸速率保持不變，選用QPSK調(diào)制方式；13 < [Eb/N0]≤ 13. 4碼元傳輸速率保持不變，選用8PSK調(diào)制方式；13. 4 < [Eb/N0] ≤ 17. 8碼元傳輸速率保持不變，選用16QAM調(diào)制方式；17. 8 < [Eb/N0]≤ 22. 5碼元傳輸速率保持不變，選用64QAM調(diào)制方式；22. 5 < [Eb/N0]≤ 30碼元傳輸速率保持不變，選用256QAM調(diào)制方式。在星地通信過程中，信息傳輸損耗與信息傳輸速率之間的關(guān)系為[rb] = [EIRP] + [GE] - [LOSSES] - [k] - [Τ J - [Rb]其中，式中[]表示各量為分貝值，rb是二進(jìn)制信噪比，即接收的每比特能量同噪 聲功率譜密度之比；EIRP是全向輻射功率，即發(fā)送鏈路的輸入功率；GK是接收天線的增益； LOSSES是無線信道總的鏈路損耗，包括自由空間鏈路損耗、接收機(jī)饋線損耗、天線指向誤差 損耗、大氣吸收損耗等；k是玻耳茲曼常數(shù)；TS是系統(tǒng)噪聲溫度；Rb是數(shù)據(jù)比特速率。從式中 可以看出，當(dāng)各種增益和損耗不變時(shí)，數(shù)據(jù)速率Rb和rb之間成反比關(guān)系。因而，當(dāng)信道質(zhì)量 差的時(shí)候，誤比特率比較高，為了保證系統(tǒng)的通信質(zhì)量，可以通過降低物理層的傳輸速率來 實(shí)現(xiàn)接收信噪比的增加，進(jìn)而降低系統(tǒng)信道誤比特率。因此可見，變速率通信主要是在信道 質(zhì)量好的時(shí)候提高傳輸速率，在信道質(zhì)量差的時(shí)候降低傳輸速率，以此獲得更大的吞吐量。本發(fā)明根據(jù)信道狀況，選用不同的調(diào)制方式和碼元速率，使系統(tǒng)獲得最大的吞吐 量和頻帶利用率。當(dāng)信道狀況較好的時(shí)候，采用滿足誤碼要求下的最高進(jìn)制調(diào)制方式，使 系統(tǒng)的吞吐量和頻帶利用率最高；但當(dāng)信道狀況極差、任何一種調(diào)制方式下系統(tǒng)都達(dá)不到 誤碼要求的時(shí)候，可以將發(fā)送端的碼元速率降低，即每個(gè)碼元的寬度將增加，而接收端仍按 照未降低的速率對碼元進(jìn)行抽樣判決，這樣，一個(gè)碼元在接收端將被抽樣判決多次，以超過 一半的判決結(jié)果作為該碼元的最終判決結(jié)果，通過這種方式可以大大降低碼元被誤判的概 率。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的變速率傳輸方法應(yīng)用于星地通信系統(tǒng)，能夠根據(jù) 信道的誤比特率要求選擇不同的調(diào)制方式和碼元傳輸速率，提高系統(tǒng)的吞吐量和頻帶利用 率，從而避免了信道變化導(dǎo)致的通信質(zhì)量大幅降低的現(xiàn)象，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是變速率通信質(zhì)量控制方法框圖；圖2是根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行變速率傳輸?shù)木唧w選擇流程。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種適合于星地通信系統(tǒng)的變速率傳輸方法，該方法針對星地通信 信道狀況的不同，采用不同的調(diào)制方式和碼元傳輸速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提高了不同信道狀 況下系統(tǒng)的通信質(zhì)量。本發(fā)明的變速率通信質(zhì)量控制方法由軟件系統(tǒng)組成，主要包括衛(wèi)星系統(tǒng)模塊、參數(shù)計(jì)算模塊、變速率模塊、地面接收系統(tǒng)模塊幾部分組成，各模塊的關(guān)系如圖1所示。各模 塊的主要功能如下衛(wèi)星系統(tǒng)模塊該模塊首先完成星地通信系統(tǒng)的初始化，建立星地傳輸鏈路。參數(shù)計(jì)算模塊該模塊包括計(jì)算各種調(diào)制方式的誤比特率和碼元速率變化后的誤 比特率兩個(gè)環(huán)節(jié)。前者是計(jì)算星地傳輸系統(tǒng)允許使用的每種調(diào)制方式的信噪比和誤比特率 的關(guān)系，并根據(jù)系統(tǒng)誤比特率要求，找到各種調(diào)制方式在滿足誤比特率要求時(shí)的最低信噪 比；后者是在信噪比較低、各種調(diào)制方式均無法滿足系統(tǒng)誤比特率要求時(shí)，降低發(fā)送端碼元 速率，同時(shí)計(jì)算碼元速率降低后的新的誤比特率。變速率模塊該模塊實(shí)現(xiàn)當(dāng)信道誤比特率不同時(shí)，根據(jù)參數(shù)計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)選擇 相應(yīng)的調(diào)制方式和碼元速率，同時(shí)保證此時(shí)系統(tǒng)的吞吐量和頻帶利用率最高，根據(jù)選擇的 調(diào)制方式和碼元速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。地面接收系統(tǒng)模塊該模塊將接收到的數(shù)據(jù)按照發(fā)送的調(diào)制方式和碼元速率進(jìn)行 解調(diào)，抽樣判決數(shù)據(jù)，得到發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。假設(shè)系統(tǒng)采用的調(diào)制方式有5種，分別是QPSK、8PSK、16QAM、64QAM和256QAM，采用 的碼元傳輸速率有5種，分別是Rs，Rs/2，Rs/4，Rs/5，Rs/10。假設(shè)接收端系統(tǒng)要求誤比特率 小于10，為既能滿足通信系統(tǒng)誤比特率的要求，又能有效提高系統(tǒng)吞吐量，根據(jù)各種調(diào)制方 式的誤比特率關(guān)系，可以計(jì)算每種調(diào)制方式的邊界值，選擇調(diào)制方式和碼元速率的方法如 附圖2:具體框圖0≤ [Eb/N0] ≤1 碼元傳輸速率降低為原來的1/10，選用64QAM調(diào)制方式；1< [Eb/N0] ≤4. 3 碼元傳輸速率降低為原來的1/5，選用16QAM調(diào)制方式4.3 < [Eb/N0] ≤ 5. 1碼元傳輸速率降低為原來的1/4，選用16QAM調(diào)制方式5.1 < [Eb/N0] ≤ 8. 5碼元傳輸速率降低為原來的1/5，選用64QAM調(diào)制方式8.5 < [Eb/N0]≤9. 7碼元傳輸速率降低為原來的1/4，選用64QAM調(diào)制方式9.7 < [Eb/N0] ≤13 碼元傳輸速率保持不變，選用QPSK調(diào)制方式； 13 < [Eb/N0] ≤ 13. 4碼元傳輸速率保持不變，選用8PSK調(diào)制方式；13. 4 < [Eb/N0] ≤17. 8碼元傳輸速率保持不變，選用16QAM調(diào)制方式； 17. 8 < [Eb/N0] ≤ 22. 5碼元傳輸速率保持不變，選用64QAM調(diào)制方式； 22. 5 < [Eb/N0] ≤ 30碼元傳輸速率保持不變，選用256QAM調(diào)制方式。 如假設(shè)碼元速率改變后系統(tǒng)的誤比特率為BER'，一個(gè)碼元在接收端經(jīng)過N次判決后誤比特率BER"為三
權(quán)利要求
1.一種基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，包括a、星地通信系統(tǒng)的初始化包括誤比特率要求、調(diào)制方式及可變換的碼元速率、建立星 地傳輸鏈路的星地傳輸鏈路b、地面端計(jì)算星地傳輸系統(tǒng)允許使用的各調(diào)制方式的誤比特率，選擇一種符合系統(tǒng)誤 比特率要求的調(diào)制方式，將計(jì)算得到的誤比特率上傳給衛(wèi)星端；C、當(dāng)所述調(diào)制方式的誤比特率計(jì)算步驟得到的數(shù)據(jù)無法滿足系統(tǒng)誤比特率要求時(shí)， 地面端分別計(jì)算按設(shè)定的碼元速率變換后的誤比特率，將計(jì)算得到的誤比特率上傳給衛(wèi)星 端；d、根據(jù)步驟c得出的數(shù)據(jù)、按照系統(tǒng)誤比特率要求選擇一種變換后的碼元速率并選擇 對應(yīng)該碼元速率的調(diào)制方式；e、將接收到的信號(hào)按照發(fā)送的調(diào)制方式和碼元速率進(jìn)行解調(diào)，得到發(fā)送的星上原始數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，其特征在于 所述調(diào)制方式包括BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM和256QAM調(diào)制方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，其特征在于 所述碼元速率為Rs，降低碼元傳輸速率后的碼元速率分別是、Rs/2、Rs/4、Rs/5和Rs/10。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方 法，其特征在于在所述步驟e中按照未變換的碼元速率解調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，其特征在 于一個(gè)碼元在接收端將被抽樣判決多次，以超過一半的判決結(jié)果作為該碼元的最終判決結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，其特征在于 還具有監(jiān)控信道狀況的信道監(jiān)控步驟，由星上發(fā)送數(shù)據(jù)，地面端測試，將檢測的數(shù)據(jù)反饋給 衛(wèi)星端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，其特征在于 所述碼元速率變換與所述調(diào)制方式的設(shè)定關(guān)系為0≤ [Eb/N0] ( 1 碼元傳輸速率降低為原來的1/10，選用64QAM調(diào)制方式；1≤ [Eb/N0] ( 4. 3 碼元傳輸速率降低為原來的1/5，選用16QAM調(diào)制方式；4.3 ≤ [Eb/N0] ( 5. 1碼元傳輸速率降低為原來的1/4，選用16QAM調(diào)制方式；5.1 ≤ [Eb/N0] ( 8. 5碼元傳輸速率降低為原來的1/5，選用64QAM調(diào)制方式；8.5 ≤ [Eb/N0] ( 9. 7碼元傳輸速率降低為原來的1/4，選用64QAM調(diào)制方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法，其特征 在于所述碼元速率不變換與所述調(diào)制方式的設(shè)定關(guān)系為9.7 ≤ [Eb/N0] ( 13 碼元傳輸速率保持不變，選用QPSK調(diào)制方式； 13 < [Eb/N0] ( 13. 4 碼元傳輸速率保持不變，選用8PSK調(diào)制方式； 13. 4 < [Eb/N0] ( 17. 8碼元傳輸速率保持不變，選用16QAM調(diào)制方式； 17. 8 < [Eb/N0] ( 22. 5碼元傳輸速率保持不變，選用64QAM調(diào)制方式； 22. 5 < [Eb/N0] ( 30 碼元傳輸速率保持不變，選用256QAM調(diào)制方式。
全文摘要
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樾堑赝ㄐ畔到y(tǒng)，尤其涉及一種基于星地通信系統(tǒng)的變速率通信質(zhì)量控制方法。本發(fā)明提出了一種變速率方法。該方法保證了不同的信道狀況下系統(tǒng)具有較高的吞吐量、頻帶利用率等通信質(zhì)量參數(shù)。當(dāng)信道狀況較好的時(shí)候，采用滿足誤碼要求下的最高進(jìn)制調(diào)制方式，使系統(tǒng)的吞吐量和頻帶利用率最高；但當(dāng)信道狀況極差、任何一種調(diào)制方式下系統(tǒng)都達(dá)不到誤碼要求的時(shí)候，可以將發(fā)送端的碼元速率降低，而接收端仍按照未降低的速率對碼元進(jìn)行抽樣判決，這樣，一個(gè)碼元在接收端將被抽樣判決多次，以超過一半的判決結(jié)果作為該碼元的最終判決結(jié)果，通過這種方式可以大大降低碼元被誤判的概率。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102118227SQ20111000865
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者楊力, 蔡睿妍, 蔡飛, 陳波 申請人:大連大學(xué)