基于DVB_S2X標(biāo)準(zhǔn)的自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)

李 欣，陳少峰

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

我國將建設(shè)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)系統(tǒng)將由多顆在軌衛(wèi)星組成的天基網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一起組成。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行必然要求星地鏈路在不同信道條件下都保持最大的傳輸效能，而我國傳統(tǒng)的衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)大多采用固定傳輸體制。當(dāng)雨衰、衛(wèi)星顫抖、低仰角等因素引起的信道狀況惡化程度超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)余量時(shí)，將會導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸誤碼率性能下降，甚至使系統(tǒng)癱瘓。而當(dāng)信道狀況良好時(shí)，信道質(zhì)量相對于設(shè)定參數(shù)又會產(chǎn)生較大設(shè)計(jì)冗余，造成傳輸能力的浪費(fèi)。發(fā)展自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)可以有效地解決這一問題。

DVB_S2 標(biāo)準(zhǔn)是目前世界上大多數(shù)衛(wèi)星數(shù)字廣播系統(tǒng)所采用的標(biāo)準(zhǔn)，在傳輸性能、調(diào)制編碼方式、有限碼率等方面顯示出一些亟待改進(jìn)的問題。DVB_S2X 標(biāo)準(zhǔn)是在DVB_S2 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的[1]，采用DVB_S2X 后，衛(wèi)星直播到用戶業(yè)務(wù)的頻譜效率可提高20%～30%，某些專業(yè)應(yīng)用的頻譜效率甚至可提高50%。DVB_S2 的調(diào)制與編碼分辨力粒度為28，而DVB_S2X 的調(diào)制與編碼分辨力粒度為112，從而，DVB_S2X 可實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)用場景下的最佳調(diào)制，衛(wèi)星電視廣播運(yùn)營商就可以更好地根據(jù)應(yīng)用/服務(wù)的類型來優(yōu)化衛(wèi)星鏈路，而調(diào)制與編碼的選擇切換由系統(tǒng)的自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)完成。DVB_S2X 擴(kuò)展已經(jīng)啟用，它具有更高的傳輸速率以支持 UHD / 4K 超高清分辨率，這使得 DVB_S2X 成為通過商業(yè)和政府衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行電視信號和數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴逊桨浮?/p>

針對星地間高速和高效數(shù)據(jù)自適應(yīng)傳輸需求，本文在寬帶衛(wèi)星通信DVB_S2X 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，主要從高精度信道估計(jì)、信道狀態(tài)預(yù)測和自適應(yīng)編碼調(diào)制（Adaptive Coding Modulation，ACM）選擇切換策略三個(gè)方面，著重研究了衛(wèi)星寬帶移動通信系統(tǒng)自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)，它是整個(gè)自適應(yīng)傳輸系統(tǒng)編碼調(diào)制、解調(diào)譯碼體制正確變換，系統(tǒng)正常工作的前提。

1 自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)原理設(shè)計(jì)

1.1 衛(wèi)星通信自適應(yīng)傳輸系統(tǒng)

衛(wèi)星通信自適應(yīng)傳輸系統(tǒng)如圖1 所示，控制中心在地面，地面控制中心根據(jù)各種情況做出決策后控制星載終端按照規(guī)劃的調(diào)制編碼方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。地面解調(diào)器根據(jù)下行數(shù)據(jù)檢測出信噪比、信號電平和頻率偏差等信息，形成信道狀態(tài)信息通過專門信道傳送給地面控制中心，作為地面控制中心進(jìn)行調(diào)制規(guī)劃的一部分參考信息[2]。

當(dāng)ACM 系統(tǒng)開始啟動時(shí)，以一種固定的模式開始工作，建立穩(wěn)定的鏈路。在工作過程中，地面解調(diào)器不斷地進(jìn)行適時(shí)的信道估計(jì)，并將結(jié)果回傳給地面控制中心，如果信道狀況變化超過了變更門限，地面控制中心指示星載調(diào)制器變更傳輸體制，并將相應(yīng)的控制信息攜帶于下行鏈路中。地面解調(diào)器接收到數(shù)據(jù)后，解析輔助控制信息，采用相應(yīng)的解調(diào)譯碼體制，建立新的傳輸模式，完成自適應(yīng)功能。

如圖2 所示，在自適應(yīng)傳輸過程中，星載終端在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)周期性地插入導(dǎo)播時(shí)隙，導(dǎo)播時(shí)隙中攜帶有發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率和編碼速率等導(dǎo)播信息。地面自適應(yīng)解調(diào)器先接收導(dǎo)播時(shí)隙，解析出其中的調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率和編碼速率等信息，然后按照要求配置解調(diào)參數(shù)，完成信號的解調(diào)接收譯碼。導(dǎo)播時(shí)隙需要采用統(tǒng)一的收發(fā)已知調(diào)制編碼方式，如BPSK 體制下LDPC1/2 編碼，能保證解調(diào)器在低信噪比情況下正確接收到導(dǎo)播信息。

1.2 自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)

星地鏈路自適應(yīng)傳輸體制工作體制如圖3 所示，主要由星載調(diào)制器、地面解調(diào)器、衛(wèi)星信道和本文研究的自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)組成。星地鏈路的信道估計(jì)、誤碼率估算、控制調(diào)整等工作全部由自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)完成，星載調(diào)制器只根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號進(jìn)行體制調(diào)整。調(diào)整后的載波經(jīng)微波信道后，進(jìn)入自適應(yīng)傳輸控制系統(tǒng)，進(jìn)行信道估計(jì)，檢測Eb/N0 并進(jìn)行體制調(diào)整。體制調(diào)整信息分別送至星載調(diào)制器和地面解調(diào)器，兩個(gè)設(shè)備可在體制上實(shí)現(xiàn)同步。

其中，基于DVB_S2X 標(biāo)準(zhǔn)的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)原理框圖如圖3 中本文研究內(nèi)容所示，主要由三個(gè)部分組成，分別是高精度信道估計(jì)、信道狀態(tài)預(yù)測和ACM 選擇切換策略。對應(yīng)的主要研究內(nèi)容包括：

（1）高精度信道估計(jì)：建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道估計(jì)的基帶等效模型，分析可能產(chǎn)生噪聲的因素；在此模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)信噪比估計(jì)方法性能的理論下界，分析影響信噪比估計(jì)精度的因素；最后根據(jù)DVB_S2X 的傳輸信號波形體制，研究基于導(dǎo)頻的高精度信道估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)高精度的信道估計(jì)，為ACM 選擇切換策略的使用提供支撐。

（2）低時(shí)延信道狀態(tài)預(yù)測：結(jié)合自適應(yīng)編碼調(diào)制衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用方式，分析反饋延時(shí)對系統(tǒng)頻譜利用率的影響；根據(jù)Ka 頻段信道特性，研究基于最小均方算法的信道狀態(tài)預(yù)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前時(shí)刻信道狀態(tài)的有效預(yù)測，為自適應(yīng)編碼調(diào)制選擇切換策略的使用提供支撐。

（3）ACM 選擇切換策略：根據(jù)系統(tǒng)自適應(yīng)傳輸?shù)男枨筮x擇相應(yīng)的編譯碼碼率顆粒度，與不同的調(diào)制方式結(jié)合實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)體制頻譜效率和功率效率的最佳結(jié)合；并考慮反饋延遲、信道估計(jì)誤差和突發(fā)強(qiáng)干擾的綜合影響，避免自適應(yīng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至傳輸中斷，設(shè)計(jì)合理的ACM 選擇切換策略。

2 自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 高精度信道估計(jì)

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)中，為了實(shí)現(xiàn)高效自適應(yīng)傳輸，發(fā)射端需要知道當(dāng)前的信道狀況。而信道狀況的好壞一般通過信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）來衡量[3]。因此，地面站通常采用信噪比估計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星信道狀態(tài)的監(jiān)測。

2.1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道估計(jì)模型

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的等效數(shù)字通信系統(tǒng)基帶模型如圖4所示，在這個(gè)模型中我們假設(shè)已達(dá)到理想的定時(shí)恢復(fù)和載波恢復(fù)。圖中an為真實(shí)星座信號；bk為過采樣信號，Nss為過采樣率；mk為成形濾波后的信號；hk為成形濾波器系數(shù)；rk為接收端接收信號；zk為0均值、單位方差的復(fù)高斯白噪聲；yk為經(jīng)過匹配濾波后的信號；S和N分別為信號和噪聲功率因子。最后對匹配濾波器輸出信號下采樣得到如式（1）所示：

式（1）中：

信噪比如式（4）所示：

衛(wèi)星通信系統(tǒng)接收端的噪聲主要由信號傳輸過程中疊加的外部噪聲和接收機(jī)內(nèi)部噪聲兩部分組成。其中外部噪聲包括大氣噪聲、云霧雨雪引起的噪聲和太陽噪聲等；接收機(jī)內(nèi)部噪聲則為研制樣機(jī)固有的噪聲系數(shù)。

2.1.2 影響信噪比估計(jì)精度因素分析

克拉美羅界（Cramer-Rao Bound，CRB）是衡量信噪比估計(jì)性能的重要指標(biāo)[4]，其標(biāo)志著特定條件下估計(jì)均方誤差所能達(dá)到的最佳水平。信噪比ρ在復(fù)信道中的無偏估計(jì)的CRB表達(dá)如式（5）所示：

式中，ρ為實(shí)際的信噪比值；N為估計(jì)次數(shù)；Nsym為碼元個(gè)數(shù)。

由式（5）可知，信噪比估計(jì)的精度與待估信噪比值、符號長度和每符號采樣率有關(guān)。估計(jì)誤差隨著待估信噪比值的增大而減小，隨著符號長度和每符號采樣率的增加而減小。因此，為獲得高精度的信噪比估計(jì)結(jié)果，需要在高信噪比條件下采用盡可能長的符號長度和盡可能高的每符號采樣率來實(shí)現(xiàn)。

此外，用于信噪比估計(jì)的信號序列的特性也會影響信噪比估計(jì)的精度，比如信號序列的樣式、調(diào)制方式等。由于在高信噪比條件下ML 估計(jì)器和MMSE 估計(jì)器可以達(dá)到接近CRB 的性能，但這是在假設(shè)發(fā)送信號序列的先驗(yàn)概率相等條件下才能獲得，即信號序列中的“1”和“0”等概率出現(xiàn)，而實(shí)際上發(fā)送信號序列的先驗(yàn)概率并不一定相等。此外，采用多進(jìn)制相移鍵控（Multiple Phase Shift Keying，MPSK）（M=2）和MPSK（M>2）的CRB不同，并且采用恒包絡(luò)調(diào)制方式MPSK 和非恒包絡(luò)調(diào)制方式多進(jìn)制幅度移相鍵控（Multiple Amplitude and Phase Shift Keying，MAPSK）對信噪比估計(jì)的精度也有影響。所以，對于采用數(shù)據(jù)輔助信噪比估計(jì)方法的通信系統(tǒng)，其中用于信噪比估計(jì)的導(dǎo)頻需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以滿足對估計(jì)精度的高要求；對于采用非數(shù)據(jù)輔助信噪比估計(jì)方法的通信系統(tǒng)，由于發(fā)送數(shù)據(jù)是隨機(jī)且不可預(yù)知的，其信噪比估計(jì)精度通常會高于CRB。

2.1.3 基于導(dǎo)頻的高精度信道估計(jì)

現(xiàn)有的信噪比估計(jì)方法，按照是否依賴發(fā)送符號的先驗(yàn)值將其分成兩大類：基于數(shù)據(jù)輔助（Digital Aided，DA）的估計(jì)方法和非數(shù)據(jù)輔助（Non Digital Aided，NDA）的估計(jì)方法。

數(shù)據(jù)輔助的估計(jì)方法包括：最大似然（Maximum Likelihood，ML）估計(jì)方法、最小均方誤差（Minimum Mean Square Error，MMSE）估計(jì)方法等。

非數(shù)據(jù)輔助的估計(jì)方法包括：誤差向量大?。‥rror Vector Magnitude，EVM）估計(jì)方法、分裂符號矩（Split Symbol Moments Estimator，SSME）估計(jì)方法、二階矩四階矩（M2M4）估計(jì)方法、信號方差比（Signal to Variation Ratio Estimator，SVR）估計(jì)方法等。

相對于NDA 估計(jì)方法，DA 估計(jì)方法的性能更優(yōu)。然而DA 方法需要在傳輸?shù)男蛄兄胁迦雽?dǎo)頻符號，會降低有用信息的傳輸效率，影響系統(tǒng)的吞吐量，并導(dǎo)致一定的功率損耗。

在實(shí)際的衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸信號體制中，既包括了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)符號，同時(shí)也使用了導(dǎo)頻符號，而兩者都可用來進(jìn)行信噪比估計(jì)。為實(shí)現(xiàn)高精度的信噪比估計(jì)，利用其中的導(dǎo)頻信號采用數(shù)據(jù)輔助估計(jì)方法實(shí)現(xiàn)是更合適的[5]。

本文采用MMSE 估計(jì)方法[6]，接收到的信號總功率包括了信號功率和噪聲功率，并且信號功率和噪聲功率獨(dú)立不相關(guān)。通過判決后的信號與接收信號做相關(guān)運(yùn)算之后取得信號的功率，而接收信號的總功率減去信號的總功率得到噪聲的總功率，從而進(jìn)行信噪比估計(jì)。

對于調(diào)制信號在高斯加性白噪聲（Additive White Gaussian Noise，AWGN）信道下的估計(jì)器為：

式中，x表示發(fā)送的訓(xùn)練序列；y表示接收到的訓(xùn)練序列；f表示衰減系數(shù)。令C=yxH，H表示共軛轉(zhuǎn)置，表示接收信號的能量，得到：

2.2 低時(shí)延信道狀態(tài)預(yù)測

2.2.1 反饋時(shí)延對自適應(yīng)編碼調(diào)制系統(tǒng)影響分析

目前寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的編碼調(diào)制方式切換的常用方法是門限法，即將信噪比分為若干個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間對應(yīng)一種最優(yōu)的編碼調(diào)制方式。發(fā)送端根據(jù)接收數(shù)據(jù)的接收信噪比與確定的信噪比門限值進(jìn)行比較，以此確定采用何種編碼調(diào)制方式。而實(shí)現(xiàn)編碼調(diào)制方式的自適應(yīng)切換的前提是系統(tǒng)方式端可以從接收端準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)地獲得當(dāng)前信道狀態(tài)反饋信息。

但在實(shí)際使用中，即使認(rèn)為接收端估計(jì)出的信道狀態(tài)信息是理想的，即完全確知的，但為了將接收端獲得的狀態(tài)信息反饋回發(fā)射端，由于受頻譜效率的限制，反饋信道的帶寬不可能為無窮大，因此，接收端必須將信道狀態(tài)信息進(jìn)行量化，由此而引入信道的量化誤差；此外，發(fā)送端獲得接收端反饋的信道狀態(tài)信息是存在一定的延時(shí)的。自適應(yīng)編碼調(diào)制衛(wèi)星通信系統(tǒng)的反饋時(shí)延主要包括衛(wèi)星終端信道估計(jì)產(chǎn)生的時(shí)延、反向鏈路中的傳輸時(shí)延、信關(guān)等處理反饋信息引入的時(shí)延以及衛(wèi)星的前向鏈路時(shí)延，一般約為幾百毫秒量級。

發(fā)射端按照接收端反饋的信道狀態(tài)信息選擇了適合的編碼調(diào)制方式，由于反饋的信道狀態(tài)信息從接收端傳輸?shù)桨l(fā)射端經(jīng)過了一段時(shí)間，因此該時(shí)刻的信道狀態(tài)已經(jīng)與接收端發(fā)出時(shí)不同，這會造成選擇的編碼調(diào)制方式與該時(shí)刻的信道狀態(tài)不匹配，引起傳輸差錯(cuò)，吞吐量降低。

2.2.2 基于最小均方算法的低時(shí)延信道狀態(tài)預(yù)測方法

根據(jù)無線通信信道存在的自相關(guān)性，利用之前的信噪比預(yù)測將來發(fā)送時(shí)刻的信噪比值。

信噪比預(yù)測方法主要是利用無線通信信道以前的信噪比預(yù)測將來發(fā)送時(shí)刻的信噪比值。自適應(yīng)信號預(yù)測方法中比較典型的包括最小均方（The Least Mean Square，LMS）算法、基于自回歸（Autoregressive Model，AR）模型的MMSE算法、Kalman 算法、遞歸最小二乘（Recursive Least Squares，RLS）算法。綜合考慮上述各算法在預(yù)測精度、計(jì)算復(fù)雜度、算法收斂速度、對量化效應(yīng)的適應(yīng)性等因素，本文擬采用基于LMS算法的信道狀態(tài)預(yù)測方法。最小均方算法算法原理圖如圖5所示。

式中，x(n)表示輸入信號；d(n)表示期望信號；y(n)表示LMS濾波器的輸出；h（n）表示未知的抽頭權(quán)向量h(n)的估計(jì)；μ表示收斂因子。

為了保證系數(shù)在平均意義上能夠收斂，LMS算法的收斂因子必須在如式（11）所示的范圍內(nèi)選取：

式中，λmax是矩陣R（n） =x（n）xT（n）的最大特征值。

LMS算法是一種最優(yōu)下降算法，屬于自適應(yīng)算法中計(jì)算復(fù)雜度較低的方法，它不需要計(jì)算相應(yīng)的相關(guān)函數(shù)，也不需要進(jìn)行矩陣運(yùn)算。如果LMS算法具有充分階數(shù)可以對產(chǎn)生d(n)的隨機(jī)過程進(jìn)行模擬，則達(dá)到的最小MSE等于加性噪聲的方差。同時(shí)LMS算法對量化效應(yīng)具有很好的魯棒性。

在LMS預(yù)測算法穩(wěn)定的情況下，采用信噪比預(yù)測值作為編碼調(diào)制方式選擇的判據(jù)會獲得更好的系統(tǒng)吞吐量或更低的誤碼率性能。在鏈路信噪比快速增大時(shí)，采用預(yù)測算法會獲得更好的系統(tǒng)吞吐量性能；在鏈路信噪比快速減小時(shí)，采用預(yù)測算法會獲得更低的誤碼率性能，從而獲得更好的服務(wù)質(zhì)量。

2.3 自適應(yīng)編碼調(diào)制選擇切換策略

2.3.1 自適應(yīng)穩(wěn)定機(jī)制

自適應(yīng)鏈路調(diào)整過程中，由于系統(tǒng)延遲、信道估計(jì)誤差和突發(fā)強(qiáng)干擾的綜合影響，會導(dǎo)致自適應(yīng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至傳輸中斷。因此，自適應(yīng)體制切換控制環(huán)節(jié)應(yīng)該進(jìn)行如下幾個(gè)方面的處理：

（1）換擋冗余設(shè)計(jì)

在傳輸過程中，如果突發(fā)了降雨或濃霧等情況，信道條件發(fā)生惡化，由于系統(tǒng)的延遲，不能及時(shí)的對編碼調(diào)制方式和電平進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，將會造成傳輸?shù)闹袛?。為了避免信道突變引起傳輸中斷，系統(tǒng)的工作門限與理想值之間需保留余量，該余量用于緩沖突發(fā)衰減。由低檔向高檔切換應(yīng)相對緩慢，可以經(jīng)過多個(gè)中間檔位，而從高檔向低檔切換必須及時(shí)；

（2）換擋防抖動設(shè)計(jì)

當(dāng)信噪比估計(jì)值在換擋門限附近時(shí)，由于受大氣閃爍、天線顫抖和相位噪聲等因素影響，會造成編碼調(diào)制傳輸模式頻繁切換。為消除體制頻繁切換造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定因素，必須進(jìn)行防抖動設(shè)計(jì)。防抖動設(shè)計(jì)主要通過滯后技術(shù)解決，即當(dāng)連續(xù)幾次估計(jì)結(jié)果越過換擋門限時(shí)才進(jìn)行換擋，來應(yīng)對編碼調(diào)制方案的頻繁轉(zhuǎn)換和由此引起的系統(tǒng)性能的振蕩問題。

根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)的低速檔到高速檔的信噪比切換門限應(yīng)等于信噪比估計(jì)值+信噪比預(yù)留值+信噪比滯后值+高階調(diào)制信噪比補(bǔ)償值；從高速檔到低速檔的信噪比切換門限應(yīng)等于信噪比估計(jì)值+信噪比預(yù)留值+高階調(diào)制信噪比補(bǔ)償值。

2.3.2 基于最優(yōu)化子集的編碼調(diào)制方式調(diào)整算法

根據(jù)ITU-R給出的Ka頻段衛(wèi)星信道雨衰統(tǒng)計(jì)模型，基于2.2中信道狀態(tài)信息預(yù)測結(jié)果，結(jié)合衛(wèi)星信道雨衰時(shí)信噪比的分布統(tǒng)計(jì)概率，設(shè)計(jì)最優(yōu)化子集編碼調(diào)制方式調(diào)整算法如圖6所示，算法過程為：

（1）首先利用信噪比估計(jì)結(jié)合LMS算法完成對信道狀態(tài)的預(yù)測；

（2）當(dāng)連續(xù)若干次的信道狀態(tài)信息的預(yù)測值都落入了衛(wèi)星信道雨衰模型中的信噪比統(tǒng)計(jì)區(qū)域，進(jìn)行最優(yōu)化子集編碼調(diào)制方式調(diào)整（進(jìn)入雨衰模式）；

（3）進(jìn)入雨衰模式后，編碼調(diào)制方式切換的信噪比動態(tài)調(diào)整范圍將不再使用顆粒度0.5 dB的子集方案，而是調(diào)整為顆粒度為3～5 dB的子集方案。這樣可以降低反饋的信息比特量并減小反饋時(shí)間，可以迅速地將調(diào)制編碼方式與雨衰信道壞境進(jìn)行適配；

（4）當(dāng)連續(xù)若干次的信道狀態(tài)信息的預(yù)測值都落出了衛(wèi)星信道雨衰模型中的信噪比統(tǒng)計(jì)區(qū)域，退出最優(yōu)化子集，回到常規(guī)模式。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

研制開發(fā)高效自適應(yīng)傳輸控制功能軟件，由高精度信噪比估計(jì)功能軟件模塊、信道狀態(tài)預(yù)測功能軟件模塊和自適應(yīng)編碼調(diào)制選擇切換策略功能軟件三部分組成，構(gòu)建等效驗(yàn)證環(huán)境。在等效驗(yàn)證環(huán)境下，完成基于DVB_S2X 標(biāo)準(zhǔn)的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)自適應(yīng)傳輸控制系統(tǒng)的測試驗(yàn)證。

測試驗(yàn)證在中頻A/D 條件下進(jìn)行，測試框圖如圖7 所示，配套測試儀器設(shè)備主要有信號源、信號分析儀和任意波形發(fā)生器等。信號源主要用于模擬產(chǎn)生加性高斯白噪聲信號；信號分析儀主要用于信噪比的測試比較；任意波形發(fā)生器模擬產(chǎn)生的導(dǎo)頻信號與信號源輸出的高斯白噪聲信號經(jīng)過合路后接到高效自適應(yīng)傳輸控制終端設(shè)備的輸入端，另一路接到信號分析儀的輸入端。在不同信噪比下，將信噪比估計(jì)功能軟件估計(jì)結(jié)果與信號分析儀測試結(jié)果比較，并分析自適應(yīng)編碼調(diào)制選擇切換策略功能軟件的決策是否符合預(yù)先制定的ACM 調(diào)整規(guī)劃。

利用上一時(shí)刻瞬時(shí)信噪比和利用LMS 算法預(yù)測得到的信噪比為判據(jù)得到的ACM 吞吐量性能比較如圖8 所示。其中，取560～710 s 時(shí)段的信道情況作為研究對象。由結(jié)果可以看出，由于預(yù)測信噪比更接近下一時(shí)刻的真實(shí)信噪比，在信噪比快速增大的情況下，利用預(yù)測得到的信噪比作為判據(jù)能有效地削弱時(shí)延的影響，使ACM 系統(tǒng)獲得更好吞吐量性能，提高信道資源的利用率。

利用上一時(shí)刻瞬時(shí)信噪比和LMS 算法預(yù)測得到的信噪比為判據(jù)得到的ACM 誤碼率性能比較如圖9 所示。其中分別取260～430 s 和880～1000 s 時(shí)段的信道情況作為研究對象。由結(jié)果可以看出，由于預(yù)測信噪比更接近下一時(shí)刻的真實(shí)信噪比，在信噪比快速減小的情況下，利用預(yù)測得到的信噪比作為判據(jù)能有效地削弱時(shí)延的影響，使ACM 系統(tǒng)獲得更好誤碼率性能，降低ACM 系統(tǒng)的吞吐量損傷。

4 結(jié)論

本文先介紹了DVB_S2X 標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)，開展高精度信道估計(jì)、信道狀態(tài)預(yù)測及自適應(yīng)編碼調(diào)制選擇切換策略的研究和驗(yàn)證。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，高效自適應(yīng)傳輸控制技術(shù)可應(yīng)用于寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，使星地鏈路在不同信道條件下都保持最大的傳輸效能，大幅度提高系統(tǒng)的頻譜效率和數(shù)據(jù)吞吐量，為后續(xù)寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)、星地高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及天地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建奠定技術(shù)基礎(chǔ)。