星载柔性转发优化方法研究

基于数字信道化方法的星载柔性转发技术是下一代卫星通信系统中星载信号交换的核心技术，且有望成为未来卫星移动通信系统的关键技术之一。星载柔性转发优化方法研究是卫星通信领域的基础前沿课题，具有很高的学术价值和很强的应用背景。本课题的研究内容是提出复杂度低、高效灵活的新型数字信道化方法，包括可变带宽的数字信道化方法、数字信道化转发卫星通信系统的资源优化配置和容量分析方法、以及高频段宽带卫星信号的采样和信号恢复方法，为数字信道化转发的宽带卫星通信系统从星载信号交换到整个通信系统的配置和管理等建立较为完整的理论和应用框架。

星载柔性转发优化方法研究是卫星通信领域的基础性前沿课题。项目以星载柔性转发方法中数字信道化方法的研究为突破口，深入探究了其中的三个关键问题：第一、研究可变带宽的数字信道化方法，建立精确重构余弦调制滤波器组设计的新理论框架，即首先为精确重构余弦调制滤波器组设计构建非凸二次约束二次规划模型，然后从理论上揭示精确重构条件与近似精确重构条件的关系，从而提出高效稳定的迭代求解算法的综合架构，使得基于余弦调制滤波器组的数字信道化方法能够非常方便且容易地应用到实际卫星通信工程中；第二、研究数字信道化转发卫星通信系统的资源优化配置和容量分析方法，为卫星通信系统(包括数字信道化卫星通信系统以及传统的透明转发卫星通信系统)链路裕量分析建立最大最小化准则，即建立一种min-max优化模型，并提出一种基于变邻域搜索(VNS，variable neighbourhood search)的新型启发式算法，提高了卫星转发器功率利用率和整个卫星通信系统容量。该准则性能优于国外同类研究成果；同时，为卫星通信系统输入流的速率控制建立最小最大化准则，即建立一种max-min优化模型，并提出相应的求解算法，避免系统拥塞，同时最大化系统吞吐量和用户接入数量等；第三、研究高频段宽带卫星信号采样与恢复方法，为高频段宽带卫星信号建立稀疏模型、研究感知矩阵的性质及感知矩阵的构造方法、提出信号的恢复算法，建立了高频段宽带卫星通信系统中压缩感知理论的应用框架，为压缩感知理论在卫星通信领域的实际应用奠定了理论基础。总之，该项目研究以理论创新为基础，同时也注重理论的应用转化，所取得的成果对下一代卫星通信系统的设计具有重要的理论指导意义。