[发明专利]一种星地激光链路的联合自适应编码调制系统及方法

说明书

本发明公开了一种星地激光链路的联合自适应编码调制系统及方法，该系统包括自适应传输方式决策模块，自适应编码调制发射装置，射频反馈链路，自适应多孔径接收模块、信道估计模块。该方案采用LDPC编码技术、MDPSK调制方式，根据链路状况改变传输模式，并且配备数量为4个的自适应多孔径接收机。根据接收端的信道估计模块，将估计的信噪比作为反馈信息，通过射频反馈链路发至发送端；发送端的自适应传输方式决策模块根据反馈信息选择最佳的编码调制方式；通过自适应编码调制发射装置完成信号发送；最后根据信道条件，启动不同数量的自适应多孔径接收机，能有效降低大气湍流带来的误码率，提高系统的稳定性和平均传输速率。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种星地激光通信链路联合自适应编码调制系统及方法。

技术背景

随着移动互联网、大数据、人工智能等信息网络技术的发展，产生的数据流量也同步呈指数增长，人们对于高速率、大容量的信息传输需求日益迫切，需要构建空天地一体化的高速大容量信息网络。卫星激光通信技术是实现高速大容量星地通信的关键。在星地激光通信链路中，大气信道各种损伤严重影响了星地激光通信系统的性能。一方面，大气信道中的大气吸收、大气散射效应会造成激光信号在接收端能量的严重损耗；另一方面，大气信道中的大气湍流会导致激光光束的相位、强度随机起伏等，影响光信号的检测接收。

自适应传输技术是通过反馈链路将信道状态信息发送给系统的发送端，发送端根据反馈信息动态改变系统的工作模式，如发射功率、编码效率、调制格式等，以适应不同的信道。当信道质量较好时，可以采用高阶调制格式，降低发射功率，提高编码效率，从而提升系统的传输速率和通信效率。而信道质量变差，降低调制阶数，提高发射功率，增加编码冗余(即降低编码效率)，从而保证通信链路稳定。因此，自适应传输技术可以用于星地激光通信的传输性能优化。自适应传输技术目前已经广泛地应用于射频无线系统中，但是对于星地激光通信中的研究较少。同时，考虑到星地下行链路中星上发射端功率资源受限，针对星地下行链路的自适应传输基础主要考虑改变调制格式和编码效率这两个参数, 即自适应编码调制方案。因此，本专利重点研究自适应编码调制技术，同时结合多孔径接收技术，降低系统的误码率，对星地激光通信的传输性能进行优化。

发明内容

本发明提供了一种适用于星地下行激光通信链路的联合自适应传输系统及方法，考虑到星地下行激光链路的特点，在自适应编码调制的基础上，接收端引入自适应多孔径接收，并设计了自适应编码调制切换方法，和提出了基于长短期记忆循环神经网络(LongShort-Term Memory，LSTM)的光信噪比估计方法。具体技术方案如下包括：

(1)光信噪比估计模块，该模块主要完成接收端信号的平均光信噪比信号的估计。

(2)自适应编码调制切换模块，包括反馈信号接收、码调制选择。核心在于根据反馈的光信噪比计算当前系统适用的编码效率和调制阶数。

(3)自适应多孔径接收模块，当采取最低阶调制格式和低效率编码方式后，信号进一步变差，接收端自适应增加接收孔径数目，抵抗大气湍流，降低系统误码率。

与现有的技术相比，本申请的优势在于，在自适应编码调制的基础上，充分考虑到星地下行激光链路的特点，采用了自适应多孔径接收方式，能更有效地抵抗大气湍流，降低系统误码率；信道估计模块采用LSTM网络实现，不需要借助额外的导频信号辅助，提高了系统的通信效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种星地激光通信链路的联合自适应编码调制系统结构示意图，同时也为摘要附图；

图2为本发明实施例提供的一种星地下行链路激光通信系统信道估计模块示意图；