可变编码调制在遥感卫星中的应用效能研究

随着遥感卫星观测数据量的日益增加,卫星数据传输能力已成为制约遥感卫星使用效能的瓶颈因素。为充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源,采用可变编码调制(VCM)技术,通过对星地数传信道条件的动态评估,在保证链路传输误码率和链路余量的前提下,自适应地进行当前信道条件下的最优编码调制方式切换,充分利用系统链路余量,提高卫星星地数据传输效能。利用该方法,对VCM数传链路效能进行仿真分析,与相同符号速率的固定编码调制(CCM)体制相比,VCM传输效能平均提升42.1%,可为遥感卫星的数传通道设计提供借鉴。

卫星可变编码调制系统设计与验证

可变编码调制系统(VCM)具备改变编码方式、调制方式、速率的能力,十分适合低轨卫星使用。文章根据我国遥感卫星主要依靠地面站完成数据接收,其接收仰角大范围变化的特点,设计了卫星可变编码调制的系统方案,分析了工作流程、切换门限、物理层帧格式等参数,说明了可变编码调制器的设计方案和实现结果。目前,该方案已在高分七号卫星上完成了可变编码调制系统的在轨试验验证。在轨试验结果表明:传输速率相对于固定编码调制系统(CCM)提升了30%,显著提升了高分七号卫星的星地数传链路的传输能力。

Ka频段低轨遥感卫星可变编码调制应用效能研究

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星的星地数据传输能力提升提出了迫切需求,导致X频段星地数传通道压力急剧增加,而Ka频段可用带宽是X频段的4倍,理论上可大幅提升传输能力。当前低轨遥感卫星的星地数据传输通常采用固定编码调制(CCM)和可变编码调制(VCM),均未利用地面站仰角增大时大气衰减减小所带来的信道条件改善,对链路资源造成浪费。针对此问题,对指定地面站和链路可用度,综合考虑自由空间损耗和大气衰减随接收仰角增加而同时减小的特性,提出基于DVB-S2标准的Ka频段星上VCM系统实现方案,给出传输效能评估标准,并对降雨特性不同的喀什站、北京站、三亚站CCM,VCM的Ka频段传输效能进行了对比仿真分析,以寻找出适合不同站点的星地数传方案。仿真结果表明:干旱少雨的喀什站更适合采用CCM,且链路可用度高达99.82%;雨量中等的北京站可根据用户使用需求灵活选择CCM或VCM;而降雨丰富的三亚站更适合采用VCM,不仅可将传输效能提升8.37%,还可将链路可用度提升11.23%。

一种G比特可变编码调制的解调方法设计与实现

随着卫星通信技术的发展,宽带频谱越来越少,提高频谱利用率就愈来愈重要,可变编码调制技术(VCM)就是一种解决方案。根据DVB-S2标准中对调制信号的格式的定义,当调制方式在QPSK、8PSK、16APSK、32APSK中切换时,帧头和导频仍然采用π/2BPSK进行调制,基于此提出了对导频和帧头部分进行高码率可变编码的载波同步和均衡处理,实现结果表明,能正常对不同调制方式进行解调,同时保证在不同调制方式进行切换时仍能稳定完成解调,测试结果表明解调性能偏离理论值小于3 dB,由于只采用了一种载波同步方法和均衡方法,实现方法简单,节省了FPGA资源。

低轨遥感卫星Ka频段 自适应编码调制应用效能分析

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星对地数据传输能力提升提出了迫切需求。当前低轨遥感卫星对地数据传输采用固定编码调制(CCM)和可变编码调制(VCM),未利用仰角增大时大气损耗减小带来的信道条件改善,对链路资源造成较大浪费。自适应编码调制(ACM)在VCM基础上,充分利用大气损耗的时变特性,可进一步提高链路的数据吞吐能力。为综合衡量数据传输性能,文章提出低轨遥感卫星传输效能因子指标,并对Ka频段降雨特性不同的喀什、北京、三亚地面站CCM,ACM,VCM的传输效能进行了对比分析。仿真结果表明:按链路可用度最大的原则设计时,ACM的传输能力明显优于VCM和CCM,显著提高了数传系统的综合传输效能。

卫星通信系统中编码调制模式分配算法

在编码调制方式动态可变的FDMA卫星通信系统中,通过功率和带宽的均衡利用可提高资源利用效率,并能防止后续用户分配资源时功率或带宽受限而导致的系统容量降低.对卫星链路进行分析,建立基于编码调制模式动态可变的博弈模型,提出一种基于功率和带宽均衡利用的编码调制模式分配算法,提高了系统资源的利用效率.仿真表明,所提出的资源分配算法在资源受限情况下能显著提高系统信道容量.

高分七号卫星数据处理与传输分系统设计与验证

针对高分七号卫星高速数据和快速下传需求,设计了数据处理与传输分系统。该分系统突破压缩码率自适应控制、多模式矢量调制、可变编码调制、分布式上行程序文件管理、大容量存储管理等多项关键技术,在轨实现了11 Gbit/s图像处理、双通道2×1.2 Gbit/s传输。分系统设计提升了图像压缩质量,增强了数据下传能力,提高了高分七号卫星的应用效能,可应用于后续高分辨率遥感卫星。

基于VCM的对地探测卫星数据传输体制分析

针对常规数据传输体制在卫星过境过程中不能充分利用系统链路余量的情况,开展了基于可变编码调制方式的卫星数据传输体制研究。通过分析比较发现,可变编码调制传输体制较常规数据传输体制节约了大量链路余量,使数据传输量提高了35.5%。最后,对可变编码调制传输体制的实现方式给出了建议。

Ka频段遥感卫星数据接收系统ACM与VCM性能比较

对Ka频段遥感卫星数据接收系统的自适应编码调制(Adaptive Coding and Modulation,ACM)与可变编码调制(Variable Coding and Modulation,VCM)的传输性能进行了分析比较。根据ITU标准,建立低轨遥感卫星轨道与多个地面接收站之间的链路衰落时间序列。在多轨长时间统计维度的基础上,仿真对比了ACM与VCM的数据传输吞吐量和可用度性能,并对ACM测站环与中心环两种反馈延时环路的性能进行了比较。结果表明,以最大化传输吞吐量为原则,合理设定VCM的链路余量并结合自动重传请求(Automatic Repeat Request,ARQ)技术,可确保VCM比ACM系统传输效率性能下降不大于3%;以最大化链路可用度为原则,ACM体制传输效率优于VCM体制;ACM中心环和测站环两种信道状态反馈的方式对系统性能影响差别较小。

优化卫星数传链路效率的VCM流程设计

为提高探测卫星数据传输链路的传输效能,采用可变编码调制体制(VCM),在不增加卫星与地面站能量消耗和设备成本的条件下,降低链路资源浪费,优化星-地数据传输的吞吐量.在卫星VCM数传体制的基础上,分析了近地轨道卫星数传链路的动态链路预算,并详细讨论了链路传输效能的数学模型,给出了一种在有效数传时间内优化数传吞吐量的VCM流程设计算法.结果表明:该算法对于预知轨道的卫星系统,根据其动态的星-地链路预算结果,在保证误码率要求的前提下,选用不同的编码调制方式,从而拟合链路预算曲线,保持较为固定的链路余量,实现链路效率的优化;根据所述流程算法,针对一颗近地太阳同步轨道卫星设计VCM数传系统.通过数值仿真,与传统固定编码调制设计对比,说明这种VCM设计在提高链路有效性方面的突出优势.

一种遥感卫星高码速VCM数传信道的均衡技术

在基于第二代数字卫星视频广播协议(DVB-S2)标准的遥感卫星可变编码调制(VCM)高码速数传信道中,宽带信号的大失真、大频偏和低信噪比会导致解调器载波环路不锁定。传统的DVB-S2解调器并不能解决这个问题。在载波环路前增加一个均衡器补偿失真,可以让载波环路稳定锁定。为了克服载波环路前信号的频偏和相偏对均衡器的影响,提出了一种均衡技术,利用起始序列(SOF)和导频的先验信息进行双重自相关变换,设计了一种新的误差函数和迭代过程。仿真结果表明,该均衡技术可在该应用条件下支持解调稳定工作。

面向DVB-S2系统的最优相关间隔帧同步方法

针对卫星通信第二代卫星数字电视广播(Digital Video Broadcasting-Satellite 2,DVB-S2)系统中可变的编码调制方式和物理层帧长,以及接收机需要工作在低至-2 dB的信噪比条件的要求,提出了一种基于DVB-S2帧头结构的最优相关间隔相关检测和双阈值峰值检测帧同步方法,并采用状态机控制PLS(Physical Layer Signaling)码解码,通过解出帧头信息快速跟踪下一帧头位置。仿真结果表明,该方法性能明显优于传统的SOF+PLSC(Start of Frame and Physical Layer Signaling Code)算法,并且能够适用于低信噪比条件和可变的编码调制方式。

一种适合数字图像传输的VCM技术研究

基于VCM技术的思路,提出一种基于空域多分辨率分解技术,保证一定传输质量下,提高数字图像传输的频带利用率方案。该方案为综合考虑传输质量与频带利用率,选择了优化的Turbo码编码传输方案和LDPC码编码传输方案,并对这两种方案进行了比较。实验结果表明优化的方案是可行的。

ACM技术在DVB-S2IP单播系统中的应用

研究并阐述了DVB-S2系统交互式应用中IP单播采用的自适应编码调制(ACM)技术,介绍了ACM的基本原理及实现过程,给出采用ACM的IP单播系统流程。