采用動態(tài)空時編碼的衛(wèi)星移動通信方式的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于協(xié)同通信的技術領域，具體涉及一種采用動態(tài)空時編碼的衛(wèi)星移動通 信方式。
【背景技術】
[0002] 當前衛(wèi)星通信受到了大家的廣泛關注并且被認為是一種可以提供高效移動通信 服務的有效方式。考慮到無縫覆蓋以及平均建設成本低的優(yōu)點，衛(wèi)星通信將是未來多媒體 通信的一個重要組成部分。為此，國際電聯（InternationalTelecommunicationUnion, ITU)提出了一種面向服務的下一代網絡（Next-GenerationNetwork,NGN)。NGN由地面蜂 窩網絡以及基于衛(wèi)星的通信網絡構成；二者將組成混合/聯合網絡，為移動用戶提供無處 不在并基于IP的全球寬帶通信服務。
[0003] 在下一代移動通信中，衛(wèi)星通信由于其自身的特點將成為構成星地混合組網的重 要組成部分。然而對于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信來說，還存在覆蓋區(qū)域上的死角，比如室內以及隧道 等。與此同時，衛(wèi)星移動信道的衰落特性也對通信的可靠性造成不利影響。在地面瑞利衰落 信道中，通過利用空時編碼（Space-TimeCoding，STC)編碼協(xié)同，可有效降低通信系統(tǒng)發(fā)生 中斷的概率；然而在衛(wèi)星的萊斯衰落信道下，傳統(tǒng)的STC編碼并不能發(fā)揮協(xié)同通信的優(yōu)勢。 考慮到協(xié)同通信具有提高通信可靠性并擴展通信覆蓋范圍的特性，所以在衛(wèi)星通信中應用 改進的協(xié)同通信技術將有效提升通信的性能。
[0004]PaillassaB,EscrigB,DhaouR,etal. ,Improvingsatelliteserviceswith cooperativecommunications,''（InternationalJournalofSatelliteCommunications andNetworking,vol. 29,no. 6,pp. 479 - 500, 2011.) 一文提出了一種針對衛(wèi)星移動通信服 務的協(xié)同傳輸算法。該算法通過參考Μπω傳輸技術為衛(wèi)星移動通信服務提供空間分集，并 且擴大了衛(wèi)星移動通信的有效覆蓋范圍。但該算法實現較為復雜，在當前衛(wèi)星通信工程上 應用較為困難。NasserΥ和HelardJF等人在文獻"Layeredspace-timeblockcode forhybridsatellite-terrestrialbroadcastingsystems,''（InternationalJournal ofSatelliteCommunicationsandNetworking,vol. 20,no. 3,pp. 113 - 129, 2012.)中基 于NGN系統(tǒng)的混合星地傳輸ΜΜ0方案提出了一種分層空時塊編碼技術；該編碼基于分層設 計并在衛(wèi)星遮蔽區(qū)域十分有效。盡管該方法的復雜度相對之前Beatrice等人提出的方法 有很大改善，但是其硬件實現復雜度仍然很高。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種采用動態(tài)空時編碼（DynamicSpace-TimeCoding, D-STC)的衛(wèi)星移動通信方式，用于解決衛(wèi)星移動通信由于信道衰落特性而導致的高中斷概 率問題，適合應用在協(xié)同衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，是實現降低該系統(tǒng)中斷概率的有效途徑。
[0006] 實現本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種采用動態(tài)空時編碼的衛(wèi)星移動通信方 式，步驟如下：
[0007] 步驟1、建立基于萊斯信道的系統(tǒng)模型；
[0008] 步驟2、基于萊斯信道的系統(tǒng)模型中包括兩個地面協(xié)同終端用戶UjPU2，以及一個 衛(wèi)星S，地面協(xié)同終端用戶和U2分別廣播信號，地面協(xié)同終端用戶和U2對收到的對方 的信號進行判斷，若收到的信號正確，則地面協(xié)同終端用戶利用D-STC編碼算法進行協(xié)同 轉發(fā)到衛(wèi)星S;
[0009] 步驟3、衛(wèi)星上的接收機對收到的混合信號采用相應的譯碼算法實現對收到信號 的恢復。
[0010] 上述步驟1中，建立基于萊斯信道的系統(tǒng)模型方法如下：
[0011] 兩個地面協(xié)同終端用戶Ui和U2，以及一個衛(wèi)星S，假設地面協(xié)同終端用戶與衛(wèi)星之 間的信道υ-s是萊斯衰落的，衰落因子為K;同時地面協(xié)同終端用戶之間的信道U-U是瑞利 塊衰落的；地面協(xié)同終端用戶U,與A之間的信道衰落系數用表示，它代表了地面協(xié)同終 端用戶間的路徑損失、遮蔽、頻率非選擇性平坦衰落等造成的影響，并被建模為零均值、獨 立、循環(huán)對稱并以<為方差的復高斯隨機變量；上述衰落系數hu在一個周期內保持不變， 而在不同周期內有所變化；此外，通信傳輸還受到加性高斯白噪聲的影響，我們將地面協(xié)同 終端用戶A，輸入端的噪聲ηι以及衛(wèi)星S的接收機輸入端在第k時隙的噪聲nks建模為零 均值、循環(huán)對稱、以N。為方差的復高斯隨機變量，并假設不同節(jié)點輸入端的噪聲是獨立同分 布的；瞬時接收信噪比Yi= |1^|2^，平均接收信噪比其中γ表示沒有經過 信道衰落的信噪比，γ:=px/X，px為平均發(fā)送功率；假設信道狀態(tài)信息csi可以被相應的 接收端通過訓練序列來準確獲得，然而它們并不完全被發(fā)送端所掌握，地面協(xié)同終端用戶 只考慮半雙工模式；上述j= 1或2,i= 1或2,當j= 1時，i= 2,當j= 2時，i= 1;k =1，2, 3〇
[0012] 上述步驟2中，地面協(xié)同終端用戶對收到的對方的信號進行判斷，判斷收到的信 號是否正確，若正確，地面協(xié)同終端用戶利用D-STC編碼算法進行協(xié)同轉發(fā)，方法如下：
[0013] 每一個發(fā)送過程被分為兩個階段，共有三個時隙，前兩個時隙組成DTP，最后一個 時隙為CDSTCP;在DTP階段，每一個地面協(xié)同終端用戶將在分配的一個時隙中發(fā)送自己的 信號，并在另一個時隙中接收來自對方的信號；在CDSTCP階段，各個地面協(xié)同終端用戶將 對對方的信息進行D-STC編碼，之后再將編碼后的信號發(fā)送給衛(wèi)星S;在⑶STCP階段，α是 一個控制發(fā)送功率的參數，該參數使得本方案的平均發(fā)送功率與未協(xié)同方案的平均發(fā)送功 率保持一致；在每一個發(fā)送過程中，衛(wèi)星S將在DTP階段收到各個地面協(xié)同終端用戶的獨立 未編碼信號，并在⑶STCP階段收到D-STC編碼的混合信號；
[0014] 在DTP階段的第一個時隙，&將信號發(fā)送給U2和S，此時U2收到的信號y21和S收 到的信號yls表示如下：
[0015] y21 =h^+nz(1)
[0016] yls =hlsX!+nls (2)
[0017] 式中Xl表示由發(fā)送的信號，并取自有限符號集Ax，hls為U「S信道的衰落系數； n2表不來自U2的輸入端噪聲；
[0018] U2通過最大似然檢測對收到的信號進行處理，得到估計信號禹：
[0019]
[0020] U2利用CRC校驗對得到的信息序列進行驗證：如果解調后估計的信號是正確的， 即，_u2將對這些信號進行STC編碼，編碼得到的信號為X丨為Xl的共軛，并在 ⑶STCP階段將編碼得到的信號進行協(xié)同發(fā)送；否則，U2將在⑶STCP階段什么也不發(fā)送； [0021 ] 在DTP階段的第二個時隙，U2將信號發(fā)送給Ui和S，此時Ui收到的信號y12和S收 到的信號y2s表示如下：
[0022] y12 =h12x2+n1 (4)
[0023] y2s =h2sx2+n2s (5)
[0024] 式中x2表示由U2發(fā)送的信號，并取自有限符號集Ax，h2s為U2_S信道的衰落系數， 叫表不來自A的輸入端噪聲；
[0025] 通過最大似然檢測對收到的信號進行處理，得到估計信號毛：
[0026]
[0027] &利用CRC校驗對得到的信息序列進行驗證：如果解調后估計的信號是正確的， 即、A將對這些信號進行STC編碼，編碼得到的信號為
^為知的共軛，并在 ⑶STCP階段將編碼得到的信號進行協(xié)同發(fā)送；否則，Ui將在⑶STCP階段什么也不發(fā)送；
[0028] 地面協(xié)同終端用戶在⑶STCP階段發(fā)送信號時，發(fā)送功率的放大倍數設為α，該參 數的設置使D-STC算法的平均發(fā)送功率在CDSTCP階段與未協(xié)同算法的平均發(fā)送功率保持 一致。
[0029] 上述步驟3中，衛(wèi)星上的接收機對收到的混合信號采用四種譯碼算法實現對收到 信號的恢復：
[0030] 混合信號分為四種情況：
[0031] 第一種情況
[0032] 當&和U2相互正確接收了對方的信號時，衛(wèi)星s將在⑶STCP階段收到經過 Alamouti空時編碼后的信號
[0033]
[0034] 第二種情況
[0035] 只有U2正確接收了 &的信號，衛(wèi)星收到的信號為：
[0036]
[0037] 第三種情況
[0038] 只有&正確接收了U2的信號，衛(wèi)星收到的信號為：
[0039]
[0040] 第四種情況
[0041] 當兩個地面終端協(xié)同用戶均沒有正確接收到對方的信號時，衛(wèi)星在⑶STCP階段 將不會收到