面向宽带卫星通信的信道均衡技术研究与FPGA实现

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卫星通信已经从移动通信发展到宽带通信,宽带卫星通信是高通量卫星(High Throughput Satellite,HTS)应用产业的一个发展热点,一般HTS的前向信道采用DVBS2X标准。卫星转发器上,信号通过输入复用器(Input Multiple Xer,IMUX),然后由高功率放大器(High-Power Amplifier,HPA)放大,最后通过输出复用器(Output Multiple Xer,OMUX)传递。卫星上IMUX-OMUX滤波器会以码间干扰方式引入线性失真,HPA会带来非线性失真。随着卫星通信信息量的增大,高速数据传输会导致码间干扰的进一步加剧,克服卫星信道失真最常用的技术是自适应均衡技术,另外,DVB-S2X标准支持的帧结构、高阶调制方式也对均衡器实现提出了更高要求。本文针对适用于DVB-S2X系统抗线性失真和非线性失真的均衡算法以及适用于高速数据传输的低复杂度并行均衡等关键技术展开研究,主要研究成果如下:第一,研究卫星信道下DVB-S2X系统抗线性失真的均衡技术。首先,对卫星信道的线性失真进行建模,分析现有的适用于DVB-S2X系统的线性均衡算法,通过复杂度和适用范围分析,得出其优缺点;其次,在时域符号间隔均衡算法基础上,提出了一种变抽头时域符号间隔均衡算法;最后,仿真对比当信道存在线性失真时,提出的算法和适合于DVB-S2X系统的传统线性均衡算法,可得,所提出算法具有低复杂度、均方误差小及适用于所有M-APSK调制等优点。第二,研究卫星信道下DVB-S2X系统抗非线性失真的均衡技术。首先,对卫星信道的非线性失真进行建模,分析现有的适用于DVB-S2X系统的非线性均衡算法。其次,在常规volterra均衡算法基础上,提出一种能补偿非线性失真、兼容DVB-S2X系统所有M-APSK调制方式的低复杂度volterra均衡方案,该方案解决了volterra均衡器非线性项引起的高复杂度问题。然后,仿真对比当信道存在非线性失真时,提出方案和适合于DVB-S2X系统的传统均衡算法,可得,与传统volterra均衡器相比,所提出方案具有低复杂度及适用于所有M-APSK调制等优点,当信道添加提出的补偿非线性失真的volterra均衡方案时,可在较低信噪比条件下得到最佳回退值,使得总链路回退性能提升。最后,当信道线性失真和非线性失真同时存在时,提出了时域符号间隔均衡器和volterra均衡器的级联非线性均衡结构,仿真可得,提出的非线性均衡结构的MSE性能优于传统的volterra均衡器。第三,研究卫星信道下DVB-S2X系统抗线性失真的低复杂度时频域并行均衡技术及其FPGA实现。分析传统时域、频域并行分数间隔均衡算法及其实现复杂度,针对现有并行均衡器技术应用于高速数据传输时,乘法器资源使用过多的问题,分别在时域、频域提出低复杂度并行分数间隔均衡方案。仿真表明,所提出的两种均衡方案可以低复杂度有效补偿IMUX-OMUX带来的线性失真。
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