PCMA卫星系统中信号抑制与同步技术

作者：上海大学 马计刚 刘同佩 陆健峰

欢迎访问e展厅 展厅 2 手机/通信/网络设备展厅 手机, 调制解调器, 网管控制器, 光传输系统, 程控交换机, ... 摘要：本文研究了卫星通信系统中应用PCMA（Paired Carrier Multiple Access）技术后信号抑制的问题，提出了把RLS算法用于信号的抑制，利用相关技术实现了信号同步，并已通过计算机仿真。 关键词：卫星通信；对称载波复用；信号抑制；同步；相关；RLS算法 一、引言 Mark Dankberg［1］在1998年提出了双向卫星通信的对称载波复用（PCMA）技术，它允许两个不同的卫星地面站同时使用完全相同的频率、时隙或扩频码字，可将现有的卫星通信系统的容量提高1倍。 PCMA技术的特点是使正在通信的两个终端所使用的信道数由4个减少为2个，即两个终端的上行信号和下行信号分别叠加在一起。如何解决信号的识别和分离是PCMA的关键技术。本文提出了利用基于相关函数的最小二乘算法来解决PCMA卫星通信系统中信号的抑制问题，并且基于相关性原理提出了解决信号同步的方法,已通过了计算机仿真。 二、PCMA技术的基本原理 PCMA技术原理图如图1所示。在采用PCMA技术的卫星系统中，卫星链路满足如下条件：任何一个终端发出的信号可以被包括它本身在内的任何一个终端接收到；卫星采用透明转发器，卫星转发器只对上行信号进行频率转换和信号放大，然后转发至各地面站。在使用PCMA技术的卫星系统中，让处于相互通信的两个终端使用完全相同的上行和下行链路，即使用完全相同的频率、时隙或扩频码字。 由于卫星系统中每个终端都可以确切地知道该终端本身所发射的上行信号，而且知道该信号在卫星中的处理过程。因此，每个终端完全可以对其接收信号进行估计。在转发后的下行复合信号中抑制掉自我信号，剩下的就是所要的有用信号。 三、PCMA系统的信号抑制 如图1所示，地面站A和B进行双向通信。A站发射信号x，B站发射信号y，经卫星转发后A站接收到的复合信号z=x′+y′。其中，x′和y′分别是信号x和y经上行和下行链路后A站接收到的信号。 由于地面站A所发射的信号x对A站是已知的，因此，只要对链路特性进行准确估计，可以得到信号x的估计值x"，再通过公式z-x"计算出A站得到的信号y′+e，其中e=|x"-x′|。如果能够使得e足够小，则完全可以得到有用信号y′。信号抑制实现简化方框图如图2所示。图2中z(n)=x′(n)+y′(n)，d(n)=e(n)+y′(n)。 四、 RLS算法在PCMA卫星系统中的应用 设目标函数为 滤波器的长度。对本系统而言，结果信号d(n)中包含误差信号e(n)和有用信号y′(n)，而e(n)和y′(n)混叠在一起，则d(n)无法保证RLS递推算法的收敛性，因此无法直接用结果信号d(n)来调节自适应滤波器的权系数。 为了解决上述问题，本文采用了基于相关函数的递推最小二乘算法［2，3，4］。该算法不是直接对输入信号进行处理而是对输入信号的相关函数进行处理。其目标函数为 由上式可知，re(n)中包含了原始信号和接收到的混合信号的相关函数及原始信号和滤波器的输出信号的相关函数，所以可利用相关误差re(n)来调节自适应滤波器的权系数。 五、同步技术 由于采用了自适应滤波技术信号同步显得尤为重要。因为x(n)在进行自适应滤波处理前具体需要等待多长时间，是可变的。当信号z(n)中包含的信号x′(n)与缓存在A站的x(n)一致时，rzx(n)取得最大值。据此，可以判断当rzx(n)大于某个门限值时，x(n)进入自适应滤波器开始滤波处理，这样便根据相关性原理解决了信号同步问题。 相关系数rzx(n)的计算公式如下： 六、仿真及结果 仿真过程中，输入为8 PSK信号，噪声为高斯白噪声，信噪比为30 dB。自我信号（干扰信号）x(n)的幅值是有用信号y′(n)的2倍。采样点数为180，λ＝1.001，δ＝1/9，滤波器长度为32，最高迭代次数为80。 图3为相关系数曲线比较图,其中ryx(n)是指当z(n)中完全不包含x(n)信号时，x(n)与z(n)的相关系数,rzx(n)是指当z(n)中包含x′(n)信号与A站中的x(n)完全一致时的相关系数。 图4中两条曲线为原始有用信号y′(n)与经自适应滤波器处理后所得的结果信号d(n)。从图4可以看出，该算法还存在一定的误差，尤其是在相位发生突变时，容易产生尖峰。因此程序及参数设置仍需进一步改进及优化。对误码率影响比较大的参数是δ。 根据仿真统计， 选择合适的δ可以使误码率远小于10-6。 图5中4条曲线分别是有用信号y′(n)、结果信号d(n)、接收到的混合信号z(n)和自适应滤波器的输出信号filter-out(n)，已是相当吻合。仿真时，如利用训练序列得到某时刻自适应滤波器的权系数矢量ω(n)，假定环境参数变化不是很剧烈，此后的输入码流均可利用该ω(n)进行滤波处理。 七、结论 本文提出了一种解决PCMA卫星系统中信号抑制的方法，并利用相关特性解决了卫星通信中的信号同步问题。运用基于相关函数的递推最小二乘法来消除自我信号时，算法对两信号幅值比例比较敏感，当自我信号与有用信号的幅值比例大于3时，误码率会增大,但这可通过功率控制加以调整。仿真发现，其容许的最大频偏可达±5%。 参考文献 ［1］Mark Dankbery. Paired Carrier Multiple Access （PCMA） for Satellite Communication［R］. ViaSat Inc.，January 13, 1998. ［2］ASHARIF M R, H AYASHIT, YAMASHITA K. Correlation LMS algorithm and its application to double-talk echo canceling［J］. Electronics Letters.，1999, 35(3): 194~195. ［3］F Capman, J Boudy, P Lockwood. Controlled convergence of QR least-squares adaptive algorithm application to speech echo cancellation［A］. ICASSP′97［C］. 1997. 2297～2300. ［4］高鹰，谢胜利.基于相关函数的递推最小二乘算法及其在回波消除中的应用［J］.通信学报,2002, 23(9): 114~118.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/30/2005)