基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法技术

本发明专利技术提出一种基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法，首先构建多站多星MIMO上注模型，将地

【技术实现步骤摘要】
基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法


[0001]本专利技术是一种适用于多测控站多星MIMO上注模型的抗干扰方法，特别涉及一种 基于分布式信道状态信息(CSI)的上行协同抗干扰(Uplink collaborativeanti
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interference)方法。

技术介绍

[0002]卫星通信目前已经成为全球通信的必要途径，但随着通信技术的发展和无线通信 5G技术以及未来的6G技术要求，目前单站单星测控系统无法满足低轨星座集群的上 注，冗余度不足，上注周期太短，因此多输入多输出((MIMO,multiple
‑
inputmultiple
‑
output))技术渐渐成为了卫星高速通信的研究趋势。
[0003]在地面测控站与卫星组成的地
‑
星通信系统中，预编码抗干扰技术是其不可或缺的 一部分，预编码技术是基于已获知CSI后，在测控站发送端预处理发送信号的过程， 使发送信号更好的匹配下行链路信道特性，提高系统的抗干扰能力和传输容量。预编 码技术依据信号处理方式可分为非线性预编码和线性预编码两大类。非线性预编码可 以实现近乎容量的系统性能，并且建立了鲁棒的下行链路传输而与给定的场景无关， 同时带来空间稳定性和较高的系统吞吐量。然而，相比于线性预编码算法，非线性预 编码算法都极其复杂且难以实施的，因此就实现更好的性能和更高的计算效率而言， 线性预编码技术比非线性预编码技术更具优势。
[0004]目前，在陆地通信系统中，已经提出了很多适用于复杂环境的线性预编码算法， 这些算法将天线域的操作化为波束域操作，使传输信号解耦后在空间上成为正交特性 波束，因此各个接收用户终端及天线间的干扰会变得最小。而且还能基于链路信道信 息，将基站发送端的能量更多的分配到质量优异的链路信道中，以此降低系统的误码 率，并提升信道容量、SNR、频谱效率，使得系统特性更加优异。但在地面测控站与 卫星组成的地
‑
星通信系统中许多限制其发展的瓶颈问题也伴随而来，这其中包括移动 信道衰落问题，还有波束间干扰(Inter
‑
Beam Interference，IBI)问题和星上资源有限 的问题，造成了空前的信号传输能量损耗和系统传输效率低下，由于预编码技术可显 著提升系统传输速率，同时能有效消除多用户间的同频干扰，因此，为了应对上述挑 战，可以将预编码技术应用于下一代移动卫星通信系统中，这无疑是地
‑
星通信未来发 展的新方向，近年来受到了学术和工业界的密切关注。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对目前由于地球曲率影响，系统存在最低捕获，跟踪，释放仰角，信号 上注时间有限以及电离层或云层反射引起的多径效应问题，联合即将到来的6G天地 协同覆盖一体化网络，将目前单测控站对应单卫星的信号上注模型转化为多测控站对 应多卫星的信号上注系统，使多径干扰问题转换为MIMO系统分集增益，通过测控站 间交换有限的信道状态信息和迭代更新后的发送协方差矩阵信息获取CSI，利用测控 站发射导频不断训练
更新均衡器抽头以达到误码率，信号上注覆盖率等抗干扰性能指 标。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]所述一种基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：构建多站多星MIMO上注模型；
[0009]步骤2：将地
‑
星上注系统中的通信总速率的优化问题转化为各个卫星上的速率的 优化问题；
[0010]步骤3：根据步骤2所转化得到的各个卫星上的速率的优化问题，对于测控站i对 与其对应的卫星i
k
的信号上注过程，通过以下方法实现：
[0011]步骤3.1：初始化先验信息，给出初始预编码矩阵，功率放缩系数ρ和初始导 频信号
[0012]步骤3.2：循环迭代，可分为上行迭代与下行迭代：
[0013]在上行链路中，测控站发射导频通过估计算法得到和且 并在所有的测控站都使用相同的比例缩放，定义 利用和分别更新接收滤波器和权重矩阵
[0014]在下行链路中，卫星端发射导频，测控站通过估计算法得到干扰加噪声的协方差 矩阵和下行等效信道通过卫星端反馈得到权重矩阵信息，更新预编码矩阵 在判定达到最大迭代次数收敛时，循环结束。
[0015]进一步的，步骤1中，所述多站多星MIMO上注模型为：
[0016]模型具有K
t
个测控站，每个测控站配置M
t
根天线可对K
c
个配置M
r
根天线的低 轨卫星进行信号上注，测控站i对应的第k个卫星记为i
k
，其中i∈{1,
…
,K
t
}，在上行链 路中测控站j与卫星i
k
间的广播信道表示为测控站i对卫星i
k
发射信号线性 预编码矩阵预编码矩阵为高斯白噪声，N
d
为测控站i对卫星i
k
发射信号的数据流数量，表示高斯白噪声的方差为
[0017]进一步的，步骤2中，建立的地
‑
星上注系统中的通信总速率的优化问题为：
[0018]卫星i
k
接收到的信号为：
[0019][0020]卫星i
k
接收到的干扰加噪声协方差矩阵为：
[0021][0022]卫星端将干扰视为噪声，则卫星i
k
的上行链路速率为
[0023][0024]设定测控站对卫星数据传输速率权重令P
i
为测控站i的总功率约束，将 预编码矩阵作为优化变量，于是得到多测控站上注信号总速率优化问题描述为：
[0025][0026]进一步的，步骤2中，通过引入优化变量将地
‑
星上注系统中的通信总速 率的优化问题转化为具有相同全局最优解的WMMSE优化问题：
[0027][0028][0029]是线性接收滤波器，是卫星i
k
的MSE矩阵：
[0030][0031]是卫星i
k
处接收信号和干扰加噪声的协方差矩阵，通过固 定其中的两项，交替最小化从而找到优化问题的一个收敛固定点， 从而地
‑
星上注系统中的通信总速率的优化问题转化为各个卫星上的速率的优化问题。
[0032]进一步的，在步骤2中，对于具有相同全局最优解的WMMSE优化问题，若固定 得到为MMSE滤波器即：
[0033][0034]固定得到的解为：
[0035][0036]固定得到的解为：
[0037][0038]其中是卫星i
k
向测控站i的下行通信中信号加噪 声的协方差矩阵。
[0039]进一步的，步骤3中，上行链路中卫星i
k
对应加权接收滤波器上行等效信道和接收滤波器下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：构建多站多星MIMO上注模型；步骤2：将地
‑
星上注系统中的通信总速率的优化问题转化为各个卫星上的速率的优化问题；步骤3：根据步骤2所转化得到的各个卫星上的速率的优化问题，对于测控站i对与其对应的卫星i
k
的信号上注过程，通过以下方法实现：步骤3.1：初始化先验信息，给出初始预编码矩阵功率放缩系数ρ和初始导频信号步骤3.2：循环迭代，可分为上行迭代与下行迭代：在上行链路中，测控站发射导频通过估计算法得到和且并在所有的测控站都使用相同的比例缩放，定义利用和分别更新接收滤波器和权重矩阵在下行链路中，卫星端发射导频，测控站通过估计算法得到干扰加噪声的协方差矩阵和下行等效信道通过卫星端反馈得到权重矩阵信息，更新预编码矩阵在判定达到最大迭代次数收敛时，循环结束。2.根据权利要求1所述一种基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法，其特征在于：步骤1中，所述多站多星MIMO上注模型为：模型具有K
t
个测控站，每个测控站配置M
t
根天线可对K
c
个配置M
r
根天线的低轨卫星进行信号上注，测控站i对应的第k个卫星记为i
k
，其中i∈{1,
…
,K
t
}，在上行链路中测控站j与卫星i
k
间的广播信道表示为测控站i对卫星i
k
发射信号线性预编码矩阵线性预编码矩阵为高斯白噪声，N
d
为测控站i对卫星i
k
发射信号的数据流数量，表示高斯白噪声的方差为3.根据权利要求2所述一种基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法，其特征在于：步骤2中，建立的地
‑
星上注系统中的通信总速率的优化问题为：卫星i
k
接收到的信号为：卫星i
k
接收到的干扰加噪声协方差矩阵为：卫星端将干扰视为噪声，则卫星i
k
的上行链路速率为
设定测控站对卫星数据传输速率权重令P
i
为测控站i的总功率约束，将预编码矩阵作为优化变量，于是得到多测控站上注信号总速率优化问题描述为：于是得到多测控站上注信号总速率优化问题描述为：4.根据权利要求3所述一种基于分布式CSI的多测控站多星MIMO上行抗干扰方法，其特征在于：步骤2中，通过引入优化变量将地
‑
星上注系统中的通信总速率的优化问题转化为具有相同全局最优解的WMMSE优化问题：转化为具有相同全局最优...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐成凯，蔚保国，卢山，张怡，陈沛林，张玲玲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：