Ka頻段衛(wèi)星通信分集和自適應(yīng)抗雨衰技術(shù)*

(空軍工程大學(xué) 電訊工程學(xué)院，西安 710077)

1 引 言

針對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中存在的衰減問題，早期在設(shè)計(jì)C頻段與Ku頻段工作的系統(tǒng)時(shí)，通常只需要采用合適的固定功率就可以保證衛(wèi)星通信上行/下行鏈路在所允許的系統(tǒng)可用度下正常工作。傳統(tǒng)的對(duì)策一是增加天線的尺寸，二是加大系統(tǒng)發(fā)射功率。通過采用增大天線直徑和發(fā)射功率的方法，一般可以保證有5～10 dB余量以克服雨衰。但在少雨地區(qū)的Ku頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)備余量的方法系統(tǒng)已經(jīng)勉為其難。在Ka頻段，特別是多雨地區(qū)的Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，如果采用功率備余量的方法補(bǔ)償強(qiáng)雨衰，則需要常年預(yù)留20～40的大功率余量[1]。而長期保持大的功率余量，一是使地面站的功率消耗大增，系統(tǒng)建造成本和運(yùn)行成本大增；二是大功率余量對(duì)鄰近地空鏈路和地地鏈路造成強(qiáng)烈的干擾；三是對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的下行鏈路，由于衛(wèi)星的載荷限制，更不可能提供很大的功率余量儲(chǔ)備。因此，針對(duì)Ka頻段的衰減，必須采取一些靈活有效的措施，既能保證通信質(zhì)量，又能合理利用資源，同時(shí)也可減少鏈路間的干擾問題。

2 抗衰減技術(shù)的分類

在衛(wèi)星通信中抗衰減技術(shù)可以歸納成分集技術(shù)、功率控制技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)與混合技術(shù)五大類[2-4]。分集技術(shù)包括站址分集技術(shù)、頻率分集技術(shù)和軌道分集技術(shù)；功率控制技術(shù)分為上行鏈路功率控制、下行鏈路功率控制和上下鏈路功率控制，其中上行鏈路功率控制包括開環(huán)、閉環(huán)和反饋環(huán)路3種；自適應(yīng)技術(shù)分為自適應(yīng)功率控制技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)、自適應(yīng)信道編碼技術(shù)、自適應(yīng)多址技術(shù)、自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率技術(shù)、自適應(yīng)天線/波束成型技術(shù)、自適應(yīng)空時(shí)編碼技術(shù)和自適應(yīng)去極化對(duì)消技術(shù)，其中自適應(yīng)去極化對(duì)消技術(shù)還可分為前向去極化對(duì)消、后向去極化對(duì)消、統(tǒng)計(jì)去極化對(duì)消和基帶補(bǔ)償技術(shù)。圖1給出了抗衰減技術(shù)之間的相互關(guān)系。

圖1 抗衰減技術(shù)間的相互關(guān)系

3 抗雨衰技術(shù)

3.1 分集技術(shù)

分集技術(shù)也稱分集接收技術(shù)[5]，是指在發(fā)送端采用一定方式把攜帶相同信息的信號(hào)發(fā)向若干個(gè)互不相關(guān)的衰減信道，在接收端采用一定方式對(duì)收到的兩個(gè)或多個(gè)衰落特性相互獨(dú)立的信號(hào)進(jìn)行特定處理，以降低信號(hào)電平起伏變化，克服衰減的一種方法。分集接收的理論基礎(chǔ)是認(rèn)為信號(hào)各樣本所受的干擾情況不同，于是有可能從這些樣本中挑選出受干擾最輕的信號(hào)或綜合出高信噪比的信號(hào)來。分集技術(shù)的要求是各衰減信號(hào)間不相關(guān)或相關(guān)性很小。

3.1.1站址分集

站址分集(Site Diversity,SD)[6]是空間分集(Spatial Diversity)的一種具體形式。在多雨地區(qū)或地面站天線仰角很低的地區(qū)采用站址分集是一種行之有效的抗衰減方法。

眾所周知，降雨一般具有區(qū)域性，氣象數(shù)據(jù)顯示地理?xiàng)l件對(duì)衰減的影響非常小，可以忽略，衛(wèi)星鏈路中的暴風(fēng)雨是導(dǎo)致Ka頻段嚴(yán)重衰減的主要原因。降雨和沙塵暴等惡劣天氣一般是區(qū)域性事件或本地事件，較大的降雨往往發(fā)生在幾平方公里范圍內(nèi)的小“降雨區(qū)”，而小降雨量事件則覆蓋較大的地域。當(dāng)?shù)孛嬲局g的距離比降雨區(qū)覆蓋范圍大時(shí)，各站與衛(wèi)星之間的路徑衰減統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，而且兩站距離越大，同時(shí)經(jīng)歷較大降雨的概率就越小。站址分集正是利用了這種特性，將一條通信鏈路分配給兩個(gè)地球站，利用地面鏈路的分集處理器，對(duì)兩個(gè)終端進(jìn)行擇優(yōu)。如果其中有一個(gè)站的衰減超過了功率儲(chǔ)備，那么至少還有另一個(gè)站可以使用，這樣使得鏈路質(zhì)量得到了保障，達(dá)到了抗衰減的目的。站址分集示意圖如圖2所示。兩個(gè)衛(wèi)星地面站之間的距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)，使它們統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。

圖2 站址分集原理示意圖

3.1.2頻率分集

頻率分集(Frequency Diversity,FD)[7-8]的基本思想是針對(duì)不同的信道衰減，采用不同的工作頻率。因?yàn)榻涤晁p是隨著頻率的增加而增大，F(xiàn)D正是利用了這樣的一個(gè)特點(diǎn)。一般情況下工作時(shí)，都使用高頻段傳輸大部分業(yè)務(wù)(Ka頻段)，當(dāng)有降雨事件且使該頻段的功率儲(chǔ)備余量不足以克服降雨衰減時(shí)，系統(tǒng)則自動(dòng)切換到另一較低頻段(Ku頻段)，其中低頻段的容量是為整個(gè)系統(tǒng)所共享。因此，頻率分集技術(shù)只能應(yīng)用于每條鏈路既可以工作于高頻段也可工作于較低頻段的通信系統(tǒng)。頻率分集如圖3所示。FD通常使用高頻段工作，而使用低頻段來協(xié)助受降雨衰減影響并超過一定門限的鏈路。

圖3 頻率分集示意圖

3.1.3軌道分集

軌道分集(Orbital Diversity,OD)[1]也是空間分集的一種具體形式。它是由兩個(gè)獨(dú)立的空間部分為單一地面終端提供兩條分開的覆蓋路徑。軌道分集的思路與站址分集類似，包括建立兩個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器來提供兩條不同的匯合路徑，最終到達(dá)同一個(gè)地面終端。與站址分集的區(qū)別在于，軌道分集不是基于暴雨的區(qū)域特性，而是利用了兩條匯合路徑的去相關(guān)。與SD相比，OD不依賴于暴風(fēng)雨的區(qū)域特性，更多的是依賴于兩條覆蓋路徑的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：OD所獲得的增益是在5 dB范圍以內(nèi)，因此在 Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)中不適宜采用OD技術(shù)。

3.2 自適應(yīng)技術(shù)

自適應(yīng)技術(shù)是非常具有發(fā)展?jié)摿脱芯績r(jià)值的技術(shù)，其基本思想是[9]通過計(jì)算鏈路降雨衰耗，自適應(yīng)地調(diào)整地面站的發(fā)射頻率、調(diào)制方式、編碼參數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸速率等，以達(dá)到衛(wèi)星通信可靠傳輸?shù)哪康摹?/p>

3.2.1自適應(yīng)功率控制技術(shù)

在Ka頻段自適應(yīng)功率控制技術(shù)(Adaptive Power Control,APC)[10]是使用較早、應(yīng)用最多、抗衰減能力最強(qiáng)的一種技術(shù)。自適應(yīng)功率控制可以具體分為上行功率控制(Uplink Power Control,UPC)、下行功率控制(Downlink Power Control,DPC)以及上下行鏈路同時(shí)功率控制(Uplink/Downlink Power Control,U/DPC)，早期的文獻(xiàn)把U/DPC稱為APC。從系統(tǒng)控制的觀點(diǎn)出發(fā)，功率控制通常又以開環(huán)(Open-loop)控制、閉環(huán)(Closed-loop)控制和反饋(Feed Back)環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)。

(1)自適應(yīng)上行功率控制技術(shù)

上行功率控制[11]是補(bǔ)償由降雨等因素引起的衛(wèi)星鏈路上信號(hào)衰減的最實(shí)用的技術(shù)之一，其工作原理是在降雨期間對(duì)上行鏈路衰減進(jìn)行估算，然后根據(jù)衰減量相應(yīng)地調(diào)整地面站的發(fā)射電平，這樣在上行鏈路發(fā)生衰減時(shí)仍能維持衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收到的地面站發(fā)射信號(hào)電平與晴空時(shí)基本相同，從而抵消了降雨對(duì)電波信號(hào)形成的衰減。上行功率控制的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 上行功率控制系統(tǒng)框圖

雖然上行鏈路的雨衰強(qiáng)度比下行鏈路大，但地面站發(fā)射功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整范圍也大，UPC簡單易行，而且不受傳輸方式的限制，因此工程實(shí)際中都以UPC為主。

(2)自適應(yīng)上行開環(huán)功率控制技術(shù)[12-13]

功率控制實(shí)現(xiàn)方式的3種方式中,開環(huán)方式能獨(dú)立地估計(jì)上行衰減，例如檢測衛(wèi)星發(fā)射的信標(biāo)信號(hào)或使用場強(qiáng)計(jì)進(jìn)行估計(jì)；閉環(huán)方式通過接收經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)后的本站發(fā)射載波進(jìn)行衰減估計(jì)，然后調(diào)整發(fā)射功率；反饋環(huán)方式中，每一個(gè)站向中心控制站發(fā)送信息，通報(bào)本站接收的信號(hào)強(qiáng)度，中心控制站通過該信息計(jì)算每一個(gè)站的上行衰減，然后向每一個(gè)站發(fā)出指令調(diào)整它們的發(fā)射功率，補(bǔ)償各自的上行鏈路衰減。

從實(shí)現(xiàn)控制的復(fù)雜度來講，開環(huán)技術(shù)配置于地面站，可以在每一個(gè)站獨(dú)立實(shí)施，不需要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上進(jìn)行考慮，因此復(fù)雜度最小。它不僅能將斷線率控制在要求范圍內(nèi)，在其它時(shí)段還能提高系統(tǒng)的通信能力，而且該技術(shù)在上下行鏈路均可應(yīng)用。使用閉環(huán)技術(shù)時(shí)，能否得到轉(zhuǎn)發(fā)載波還取決于衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在某些網(wǎng)絡(luò)中甚至不能得到被轉(zhuǎn)發(fā)的本站載波。反饋環(huán)更復(fù)雜，需要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上進(jìn)行考慮，額外占用地面站和衛(wèi)星的資源，而且對(duì)沒有控制中心和不提供環(huán)路信號(hào)通道的通信系統(tǒng)來說，反饋環(huán)更難以實(shí)現(xiàn)。總之,開環(huán)方式延遲小，可實(shí)時(shí)地對(duì)雨衰和閃爍進(jìn)行補(bǔ)償，而閉環(huán)和反饋環(huán)兩種方式都存在不同程度的延時(shí)(閉環(huán)0.26 s,反饋環(huán)路0.52 s)，且控制系統(tǒng)復(fù)雜，同時(shí)要依靠衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，所以最易于實(shí)現(xiàn)。開環(huán)控制方式在Ka頻段衛(wèi)星通信有廣泛的應(yīng)用。

由于自適應(yīng)下行鏈路控制技術(shù)和自適應(yīng)上下鏈路同時(shí)控制技術(shù)的原理和自適應(yīng)上行鏈路控制技術(shù)基本相同，不再贅述。

3.2.2自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)

自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)(Adaptive Modulation Techniques,AMT)[14]即調(diào)制方式自動(dòng)隨系統(tǒng)信道特性變化而改變的技術(shù)，是通信中廣泛采用的一種技術(shù)之一，其目的是為了在帶限信道中實(shí)現(xiàn)最大信息傳輸速率，同時(shí)又能維持較低的誤碼率。

自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的原理是，當(dāng)系統(tǒng)的信道特性良好(即晴空天氣)時(shí)采用一種(如16PSK)調(diào)制方式，使系統(tǒng)的信息比特速率加大，有效性增強(qiáng)；當(dāng)信道特性變差(即大雨天氣)時(shí)采用另一種調(diào)制(BPSK)方式，使系統(tǒng)的信息比特速率減少，這樣保證了系統(tǒng)的可靠性不變。雖然在系統(tǒng)中傳輸?shù)拇a速恒定，但實(shí)際上信息比特速率隨調(diào)制方式的不同而改變了。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中采用自適應(yīng)抗衰減技術(shù)，既避免了系統(tǒng)使用大的功率儲(chǔ)備而帶來的資源浪費(fèi)，又使系統(tǒng)容量達(dá)到了極限值，也就是說采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)可以使系統(tǒng)的有效性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性都得到兼容和加強(qiáng)。

3.2.3自適應(yīng)信道編碼技術(shù)

信道編碼(Channel Coding)也叫糾錯(cuò)編碼、差錯(cuò)控制編碼等，自適應(yīng)信道編碼技術(shù)(Adaptive Channel Coding Techniques,ACCT)[15]的基本思路就是根據(jù)信道特性的變化，自動(dòng)地改變信道編碼的方式或者改變同一編碼方式中的相關(guān)參數(shù)(例如編碼效率)，實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)性能整體不變。實(shí)質(zhì)上ACCT是通過增強(qiáng)編碼增益來補(bǔ)償信道衰減帶來的損失。

一種編碼效率可變的自適應(yīng)信道編碼/譯碼系統(tǒng)組成如圖5所示，地面站A發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過Ka頻段衛(wèi)星通信信道傳向地面站B。當(dāng)B站遭受衰減時(shí)，通過信道估計(jì)檢測出當(dāng)前信道衰減情況，判斷出鏈路信號(hào)是否受到雨衰影響，然后根據(jù)判斷結(jié)果通過反向信道向發(fā)端發(fā)出雨衰信息，A站收到有關(guān)雨衰信息后，采用改變參數(shù)(降低)信息傳輸速率，同時(shí)把信道編碼參數(shù)改變的信息再發(fā)給B站，B站收到發(fā)端的信道編碼參數(shù)設(shè)置信息后，改變收端本地譯碼器的相應(yīng)參數(shù)，使B站譯碼器按正確的方式進(jìn)行譯碼。這樣通過糾錯(cuò)編碼使接收站的下行鏈路信號(hào)獲得了一定深度的編碼增益來補(bǔ)償降雨衰減，從而提高信道的傳輸質(zhì)量。

圖5 一種自適應(yīng)信道編碼/譯碼系統(tǒng)框圖

選擇信道編碼方式時(shí)，除了要考慮各種編碼方式的糾錯(cuò)能力、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性外，還要從衛(wèi)星通信系統(tǒng)的總體角度考慮以下幾方面[1]：

(1)編碼增益問題：在發(fā)生降雨衰減期間，所選碼的編碼增益要滿足系統(tǒng)達(dá)到誤碼要求時(shí)對(duì)接收信號(hào)Eb/N0的要求，并能保證有較大的轉(zhuǎn)發(fā)器容量；

(2)碼率問題：碼率的大小直接影響到信道帶寬的利用率，尤其Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)面對(duì)的都是一些高速率的通信業(yè)務(wù)，要求采用最大帶寬利用率的高比特率碼，但是這一要求與保證高編碼增益相矛盾，兩者必須兼顧考慮；

(3)碼型問題：選擇的碼型要符合具體的通信規(guī)約、信息格式或幀結(jié)構(gòu)，同時(shí)要考慮是否適應(yīng)于當(dāng)前體制，注意所選碼的適應(yīng)性和靈活性；

(4)同步問題：所選碼型的編譯碼器要具有很強(qiáng)的自同步能力，不同時(shí)刻雨衰值有很大差異，要獲得不同大小的編碼增益，實(shí)際就是要求根據(jù)需要進(jìn)行碼率切換。同步能力的強(qiáng)弱直接影響到碼率切換時(shí)是否會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。

根據(jù)以上要求，衛(wèi)星通信系統(tǒng)選用的前向糾錯(cuò)碼有R-S碼、卷積碼、BCH分組碼、級(jí)聯(lián)碼、Turbo 碼等。一般情況下，選擇同時(shí)滿足以上所有條件的編碼方案在本質(zhì)上是相互矛盾的，并且很難實(shí)現(xiàn)，所以在選擇時(shí)要優(yōu)先考慮某些標(biāo)準(zhǔn)。為了補(bǔ)償Ka頻段嚴(yán)重的雨衰，所選的編碼方案首先必須能夠提供充分的編碼增益，其次要能提高信道的利用率。

3.2.4自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率技術(shù)

自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率技術(shù)(Adaptive Data Rate Techniques, ADRT)[16]就是在保持系統(tǒng)發(fā)射功率和系統(tǒng)誤碼率基本不變的前提條件下，當(dāng)通信信道衰減發(fā)生大的變化時(shí)，通過自動(dòng)調(diào)整發(fā)端信號(hào)的傳輸速率(信息比特速率或碼元速率)來實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)囊环N技術(shù)。當(dāng)然，這意味著任何時(shí)候接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的符號(hào)速率都是已知。而且在晴天狀況時(shí)，符號(hào)速率可以很高，但隨著信道質(zhì)量變差，速率也隨之降低。表1給出了采用BPSK調(diào)制，在BER=10-7時(shí)，不同傳輸速率情況下獲得的增益和最小載噪比。ADRT在衛(wèi)星通信中最大不利處在于收發(fā)兩端同步問題，在實(shí)現(xiàn)時(shí)除了需要實(shí)時(shí)變化的比特速率調(diào)制器，還需要與當(dāng)時(shí)信號(hào)速率變化相適應(yīng)的可變帶寬射頻濾波器。因此，如果采用ADRT，整個(gè)傳輸過程中盡管發(fā)射功率可以固定不變，但隨著數(shù)據(jù)速率降低，帶寬功率會(huì)相應(yīng)增加，最終會(huì)導(dǎo)致相互干擾和高階互調(diào)產(chǎn)物的產(chǎn)生。數(shù)據(jù)表明：如要獲得相當(dāng)于功率10 dB的增益(相對(duì)于Ka頻段的中等衰減)需要數(shù)據(jù)率降低10倍。這樣信息速率的動(dòng)態(tài)下降在實(shí)際應(yīng)用目前還很難實(shí)現(xiàn)。

表1 不同速率時(shí)增益等參數(shù)比較

3.2.5自適應(yīng)時(shí)分多址技術(shù)

自適應(yīng)時(shí)分多址(Adaptive Time Division Multiple Access, ATDMA)技術(shù)[17-18]的基本思想是在 TDMA 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，開辟一定的時(shí)隙作為共享資源，這些資源平時(shí)可以用來傳輸一些非實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)。當(dāng)鏈路發(fā)生嚴(yán)重雨衰時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)一定的原則，將這些時(shí)隙動(dòng)態(tài)地分配給遭受雨衰的地面站，該站將利用獲得的多余時(shí)隙，采用更高碼率的編碼或更低的符號(hào)速率來對(duì)抗雨衰。要獲取系統(tǒng)編碼增益，一般傳輸速率下降一半則信噪比可以增加3 dB)。

采用ATDMA技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)按需分配共享的資源給用戶。這樣，那些在一定時(shí)間里沒有受到衰減的站點(diǎn)也就不需要更多的時(shí)隙資源，而受衰減的站點(diǎn)則需要更多的時(shí)隙資源以保證可靠的信息傳輸。事實(shí)上，所有站點(diǎn)在發(fā)送消息時(shí)都工作在同一固定的峰值功率電平，在一定差錯(cuò)率情況下，采用相應(yīng)最高的傳輸速率。在 TDMA 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾孰S傳播條件而改變，在沒有衰減時(shí)，每個(gè)站都可以采用高數(shù)據(jù)率傳輸。但當(dāng)某些站點(diǎn)信道衰減增大時(shí)，系統(tǒng)可以為其增加TDMA 空余幀來保證通信質(zhì)量(也可以減少其它站點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀來增加受信道衰減的站點(diǎn))?？勺兊臅r(shí)隙幀由網(wǎng)絡(luò)來設(shè)置，但對(duì)用戶來說是透明的。

誤比特率是依據(jù)解調(diào)端的比特能量噪聲比而定，這意味著可以通過延長比特時(shí)間即減小傳輸速率來提高比特能量，從而減小誤比特率。若傳輸速率減小了，則有必要減小接收機(jī)帶寬，通過濾除帶外噪聲而使數(shù)據(jù)信號(hào)獲得最大增益。該系統(tǒng)的不足是在接收端需要一個(gè)可變帶寬的濾波器，外加可變碼速率的解調(diào)器，這將增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。ATDMA技術(shù)一般應(yīng)用于TDMA系統(tǒng)中，它對(duì)抗雨衰減所需的費(fèi)用不會(huì)太高。

3.2.6自適應(yīng)天線/波束成形技術(shù)

天線的自適應(yīng)特性是指天線具有自動(dòng)調(diào)整自身工作參數(shù)以適應(yīng)周圍環(huán)境變化的能力。自適應(yīng)天線/波束成形(Adaptive Antennas/Beam-shaping)，又稱為自適應(yīng)陣列，是一個(gè)以陣列天線為基礎(chǔ)構(gòu)成的多通道信號(hào)處理系統(tǒng)[19]。它之所以能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抗衰減，是因?yàn)樗軌蜃詣?dòng)調(diào)整波束的零點(diǎn)位置使之對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)的方向，同時(shí)保證有用信號(hào)的接收始終處于最佳狀態(tài)。美國軍方目前使用的MilstarⅡ通信衛(wèi)星就配備了先進(jìn)的自適應(yīng)調(diào)零天線。

自適應(yīng)天線的組成主要包括陣列天線、波束成形網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)處理器(后兩者統(tǒng)稱為波束成形器)。波束成形網(wǎng)絡(luò)對(duì)陣列天線單元的多通道接收信號(hào)進(jìn)行復(fù)加權(quán)(幅度和相位)求和處理，形成所需要的方向圖，并實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列天線波束指向及零點(diǎn)位置的控制。波束成形網(wǎng)絡(luò)的加權(quán)系數(shù)一般是預(yù)先確定的；而對(duì)自適應(yīng)波束成形器來說，加權(quán)矢量需要在一定的優(yōu)化準(zhǔn)則下隨時(shí)進(jìn)行更新。自適應(yīng)處理器用來對(duì)波束成形網(wǎng)絡(luò)的復(fù)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

自適應(yīng)天線的性能可以從暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩方面來考慮：暫態(tài)性能通常用“暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間”來衡量，指的是自適應(yīng)陣列在信號(hào)環(huán)境發(fā)生變化后重新調(diào)整好工作參數(shù)所需要的時(shí)間，它與自適應(yīng)算法的收斂速率直接相關(guān)；穩(wěn)態(tài)性指的是自適應(yīng)天線在經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)整過程后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的性能，一般用最小均方誤差、最大信噪比、線性約束最小方差、最大似然和最小噪聲方差等性能測度來表征，這些性能測度適合于不同的信號(hào)環(huán)境，但都反映了自適應(yīng)天線達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的改善程度。實(shí)際上，不同性能測度所得出的最優(yōu)權(quán)矢量均可歸結(jié)為Wiener-Hopf方程的解(可能只差一個(gè)常數(shù)因子)。這一事實(shí)表明，維納解能夠確定自適應(yīng)天線穩(wěn)態(tài)性能的理論極限，因而可以衡量出不同自適應(yīng)天線系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。但是在對(duì)付閃爍引起的衰減時(shí)，由于暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間持續(xù)過長，不適宜采用自適應(yīng)天線技術(shù)。

3.3 信號(hào)處理技術(shù)

信號(hào)處理技術(shù)在通信系統(tǒng)中一般是用在數(shù)據(jù)層的，由于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，目前一些信號(hào)處理技術(shù)正在尋求解決一些涉及到物理層的問題，如通過增加編碼或調(diào)整編碼參數(shù)來解決信道衰減問題。因此，信號(hào)處理技術(shù)在通信系統(tǒng)中有非常大的作用，它不僅能采用硬件實(shí)現(xiàn)，也可廣泛地采用軟件實(shí)現(xiàn)。

在Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有信號(hào)處理技術(shù)具體應(yīng)用在自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率技術(shù)、自適應(yīng)編碼技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)、自適應(yīng)空時(shí)編碼技術(shù)、前項(xiàng)糾錯(cuò)(FEC)技術(shù)等方面。

3.4 混合技術(shù)

混合技術(shù)(Hybrid Techniques)是指以上介紹的各種具體技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，可以兩個(gè)或兩個(gè)以上綜合起來使用，以達(dá)到更佳的效果。

4 熱點(diǎn)研究方面

4.1 自適應(yīng)空時(shí)編碼

自適應(yīng)空時(shí)編碼(Adaptive Space-Time Coding)是將分集技術(shù)與編碼技術(shù)結(jié)合在一起而成的一種技術(shù)，通過多路徑傳輸適宜的編碼信號(hào)流，而不是獨(dú)立地由分集傳輸信號(hào)。空時(shí)編碼將輸入的信息流進(jìn)行處理，然后通過一系列不同的發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射出在空間具有矢量特征的信號(hào)，這些矢量就是空時(shí)信號(hào)。

4.2 FEC與ARQ相結(jié)合

前向糾錯(cuò)(Forward Error Correction,FEC)是一種用于傳輸所需的碼速率而擴(kuò)展傳輸帶寬的一種編碼方式，但是隨之而來的是為了保持通信需要降低功率。文獻(xiàn)[20]中討論了ARQ與FEC相結(jié)合的方式。文獻(xiàn)[1]在持久衰減和與多用戶相連的條件下，仿真并分析了基于衛(wèi)星的可行多廣播的性能，結(jié)果顯示：由于鏈路接入延遲，對(duì)于大多數(shù)接收用戶群，采用FMT的控制信息導(dǎo)致了不必要的延遲，如果發(fā)射方/接收方雙方在傳輸信息以前，就對(duì)信道鏈路有足夠的信息，則ARQ與FEC相結(jié)合能取得更好的性能。

5 總結(jié)與展望

本文深入討論了Ka頻段的抗雨衰技術(shù)，在全面系統(tǒng)地總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，指出了各個(gè)技術(shù)的實(shí)施方法、技術(shù)優(yōu)勢和缺陷。在未來Ka頻段的研究中，如何有效地將各個(gè)抗衰減技術(shù)結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)越性，同時(shí)降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和實(shí)施難度，是研究者們所面臨的關(guān)鍵問題。

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