基于信道质量预测的卫星自适应编码调制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于信道质量预测的卫星自适应编码调制方法，首先卫星端利用信噪比反馈结果结合LMS算法周期性的完成对信道信噪比的预测；LMS算法稳定后卫星端利用信噪比预测值取代反馈值进行DVB‑S2X的ACM传输；当连续n次SNR的预测值都落入了‑5到5dB的区域，则进行优化子集ACM调整；当连续m次的SNR的预测值都落出了‑5到5dB的区域，则退出优化子集ACM，回到传统DVB‑S2X中的ACM。本发明专利技术克服了反馈链路的时延问题，通过信道预测有效的减少反馈的频次，也避免了由于反馈链路质量不好或者时延较大带来的ACM不匹配的问题，雨衰模式下可以快速的切换到相应的调制编码。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种卫星编码调制方法。
技术介绍
卫星通信已成为人们生活、科研、军事等领域不可缺少的一部分，尤其是在战争中，有效可靠的战场通信是取得最后胜利的重要保障。复杂电磁环境和自适应编码调制技术相比固定的编码调制技术有更高的频谱资源利用率，但是这种利用率的提升是建立在有准确、可靠及时的反馈信息的前提条件下的。国际电联分配用于卫星固定通信的频段为Ka频段，其有3.5GHz频带资源，能提供更多的通信容量。但是由于Ka频段受雨衰的影响较大，降雨在Ka频段上所产生的瞬间衰落最高可达十几dB，这就对自适应策略的调整范围及调整时间提出了更高的要求。如图1所示，传统的编码调制切换策略是将接收端(终端)计算的瞬时信噪反馈到卫星端，但是由于反馈时延内卫星信道的时变性和反向链路质量的变化，导致发射端(卫星端)无法选择最优的编码调制方式。因此，可以采用信道预测的方法得到信道状态预测值取代瞬时信道估计值的方法，有效降低反馈信息的时延对系统造成的不利影响。另外，随着最新卫星标准DVB-S2X的自适应编码调制技术(ACM)的颗粒度越来越细化，雨衰较大时，自适应编码调制技术需要的反馈频次就越高，反馈时延影响也就越大。如果信道信息不能及时反馈，导致卫星端采用非最佳的编码调制方式，会造成高误比特率和吞吐量的降低。因此，需要建立雨衰天气下的ACM自适应调整算法，减少反馈频次，提升反馈信息的时效性。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于信道预测的卫星自适应编码调制方法，采用最小均方算法(LMS，Least Mean Square)实现下一时刻信噪比的预测，并利用最优化自适应编码调制子集调整方案，提升ACM的准确度和减少反馈时间，迅速的将调制编码方式与雨衰信道坏境进行适配，能够有效的减少反向链路的时延和低信噪比带来的影响。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)卫星端用若干个连续时刻的反馈信噪比基于LMS算法预测下一时刻的信噪
比，得到预测信噪比其中，Wn为权向量，初始值是包括零向量的随机向量，ρ的取值范围为[1，3]；p为阶数，取值为5～10；Sn为最接近n+1时刻的p个连续时刻反馈SNR组成的向量，即Sn＝[sn，sn-1，…，sn-p+1]；(2)若则卫星端利用取代sn进行ACM传输；否则，继续利用sn进行ACM传输；(3)判断当前时刻n之前是否连续q次预测信噪比和反馈信噪比都为-5～5dB，q不大于10，若是，则采用信噪比动态调整范围为-10dB～10dB、颗粒度为3-5dB的ACM子集方案作为优化子集ACM，进入步骤(4)；否则，进入步骤(5)；(4)若连续m次的预测信噪比和反馈信噪比小于-5dB或大于5dB，m不大于7，则退出优化子集ACM，进入步骤(5)；否则，卫星端继续使用优化子集ACM，循环执行本步骤；(5)卫星端使用DVB-S2X的ACM传输，返回步骤(1)。所述q的取值范围为5～8，m的取值范围为3-5。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术克服了反馈链路的时延问题，通过信道预测有效的减少反馈的频次，也避免了由于反馈链路质量不好或者时延较大带来的ACM不匹配的问题。2、本专利技术的优化子集法可以很好地适应雨衰天气下信道快速的变化，增大了颗粒度，可降低反馈频次，雨衰模式下可以快速的切换到相应的调制编码。3、本专利技术算法稳定简单，方便硬件实现，可应用到工程实践中。附图说明图1是卫星链路传输的示意图；图2是本专利技术的实现流程图；图3(a)是LMS预测线性信噪比的结果与实际信噪比的比较示意图；图3(b)是线性信道变化条件下LMS预测误差示意图；图4(a)是Rayleigh衰落信道条件下LMS预测信噪比的结果与实际信噪比的比较示
意图；图4(b)是LMS预测误差示意图；图5(a)是利用上一时刻瞬时信噪比和利用LMS算法预测得到的信噪比为判据得到的ACM吞吐量性能比较示意图；图5(b)是利用上一时刻瞬时信噪比和利用LMS算法预测得到的信噪比为判据得到的ACM误码率性能比较示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。参照图2，本专利技术提出的基于LMS算法信道预测的自适应调制编码方法，包括如下步骤：(1)首先卫星端利用信噪比反馈结果结合LMS算法完成对信道信噪比(SNR)的预测：卫星端基于LMS算法进行信道预测，依据信噪比间的相关性，用若干个连续时刻的信噪比反馈值基于LMS算法预测下一时刻的信噪比。具体的实现过程为：第n时刻预测的信噪比的值：s^n+1=WnTSn=Σi=0p-1wn-isn-i]]>其中，Wn为权向量(抽头系数)，其初始值是随机的，可以设置为零向量。p为阶数或抽头数(一般取值5-10)。Sn为最接近n+1时刻的p个连续时刻反馈SNR组成的向量，即Sn＝[sn，sn-1，…，sn-p+1]权向量的更新公式为：Wn+1=Wn+μ(sn-s^n)sn]]>上式用来更新权向量W，通过多次迭代后使真实值和预测值间的误差的均方值达到最小。其中，μ的取值为：μ=1ρ|Sn|2]]>其中，ρ的取值范围为[1，3]。(2)当前时刻反馈信噪比等于上一时刻预测SNR时(即)，卫星端利用预测SNR值取代反馈SNR值sn作为ACM传输的准则；否则，继续利用反馈SNR值sn作为ACM传输准则。(3)当前时刻n之前是否连续q次(q取值建议范围5-8，不要超过10)预测SNR/
反馈SNR都落入了-5到5dB的区域(卫星信道雨衰时信噪比统计概率大于98％)，进行优化子集ACM(进入雨衰模式)；进入雨衰模式后，ACM的信噪比动态调整范围将不使用DVB-S2X中的-10dB到20dB(颗粒度约0.3dB，)，而是调整为范围-10dB到10dB颗粒度为3-5dB的ACM子集方案，见下表，是DVB-S2X中范围从-10dB到10dB的可选择调制编码方式，在其中挑选颗粒度满足3-5dB的调制编码方式即可，进入步骤(4)；否则，进入步骤(5)。(4)当连续m次(m取值建议范围3-5，不要超过7)的预测SNR/反馈SNR都落出了-5到5dB的区域，退出优化子集ACM，进入步骤(5)；否则，卫星端继续使用优化子集ACM。(5)卫星端使用DVB-S2X的ACM传输。返回步骤(1)。本专利技术的基于LMS算法信道预测的自适应调制编码方法的具体实施方法，举例说明如下：步骤1，首先卫星端利用信噪比反馈结果结合LMS算法周期性的完成对信道信噪比(SNR)的预测：举例说明，第5时刻预测的信噪比的值：S^6=W5TS5=Σi=04w5-is5-i]]>其中，Wn为权向量(抽头系数)，初始设置为零向量，p为5。Sn为最接近n+1时刻的5个连续时刻信噪比反馈值组成的向量，即Sn＝[sn，sn-1，…，sn-4]。权向量的更新公
式为：W6=W5+μ(s5-s^5)S5]]>上式用来更新权向量W，通过多次迭代后使真实值和预测值间的误差的均方值达到最小。其中，μ的取值为：μ=1ρ|S5|2]]>其中，ρ的取值为1.5。假设通过以上计算得到第5时刻预测的信噪比的值为0.7dB。步骤2，假设，经过100次权向量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信道质量预测的卫星自适应编码调制方法，其特征在于包括下述步骤：(1)卫星端用若干个连续时刻的反馈信噪比基于LMS算法预测下一时刻的信噪比，得到预测信噪比其中，Wn为权向量，初始值是包括零向量的随机向量，ρ的取值范围为[1，3]；p为阶数，取值为5～10；Sn为最接近n+1时刻的p个连续时刻反馈SNR组成的向量，即Sn＝[sn，sn‑1，…，sn‑p+1]；(2)若则卫星端利用取代sn进行ACM传输；否则，继续利用sn进行ACM传输；(3)判断当前时刻n之前是否连续q次预测信噪比和反馈信噪比都为‑5～5dB，q不大于10，若是，则采用信噪比动态调整范围为‑10dB～10dB、颗粒度为3‑5dB的ACM子集方案作为优化子集ACM，进入步骤(4)；否则，进入步骤(5)；(4)若连续m次的预测信噪比和反馈信噪比小于‑5dB或大于5dB，m不大于7，则退出优化子集ACM，进入步骤(5)；否则，卫星端继续使用优化子集ACM，循环执行本步骤；(5)卫星端使用DVB‑S2X的ACM传输，返回步骤(1)。

【技术特征摘要】
1.一种基于信道质量预测的卫星自适应编码调制方法，其特征在于包括下述步骤：(1)卫星端用若干个连续时刻的反馈信噪比基于LMS算法预测下一时刻的信噪比，得到预测信噪比其中，Wn为权向量，初始值是包括零向量的随机向量，ρ的取值范围为[1，3]；p为阶数，取值为5～10；Sn为最接近n+1时刻的p个连续时刻反馈SNR组成的向量，即Sn＝[sn，sn-1，…，sn-p+1]；(2)若则卫星端利用取代sn进行ACM传输；否则，继续利用sn进行ACM传输；(3)判断当前时刻n之前是否连续q次预测信噪比和反馈信噪比都为-5～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张映霓，文明，王瑜，徐媛媛，茅迪，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61