目前，由于頻率資源緊缺，國際上部分已發射通信衛星的轉發器不能正常工作，從而造成了大量的系統資源浪費。我國在國際電聯組織ITU(International Telecommunications Union)申請的頻率使用資源非常有限[1]，因此高效的頻率使用規劃方案和同頻組網技術將極大地提高基于LTE技術體制的衛星移動通信系統性能和頻率使用效率，以此為基礎的下行信道聯合編碼技術更是當前的研究熱點。
    本文以基于TDD制式的LTE技術體制GEO衛星移動通信系統為研究背景，首先對地面LTE通信系統頻率規劃和傳統星內頻率復用技術進行分析，建立衛星蜂窩覆蓋網絡研究模型；在北京大學李斌等人提出的多波束衛星通信下行鏈路聯合編碼技術[2]的研究基礎上，結合衛星信道模型研究成果[3-5]，分別對衛星波束邊緣重疊區域進行鏈路級系統仿真分析。考量LTE技術體制的衛星移動通信系統在同頻組網時,下行信道采用不同聯合編碼技術的抗干擾性能。
1 LTE通信系統同頻組網技術分析
    在LTE技術體制下,系統采用OFDMA多址技術實現小區內正交傳輸。盡管系統的小區帶寬可以達到20 MHz，但單個用戶的數據通常只需要在數個資源塊上進行窄帶發送，其小區的下行發送信號對相鄰小區形成的干擾是離散的窄帶干擾。在小區邊緣只有隨機發生碰撞的資源塊受到同頻干擾的影響。針對LTE信道特點，在地面移動通信網絡中業內通常將其同頻組網分為控制信道同頻組網和業務信道同頻組網兩個大類。LTE上行采用峰均比較低的DFT-SC-FDMA技術，下行采用頻譜效率較高的OFDMA技術。為此本文針對系統上下行鏈路的不同進行分類研究。鑒于LTE系統本身通過天線技術、資源分配、加擾與交織等技術對控制信道的鄰小區干擾控制有較好效果，并能利用特殊時隙配比有效消除遠距離同頻干擾[6]，這些基于地面系統中的研究成果在衛星系統中通過少量修改可以得到較好的兼容使用。而在地面系統中，下行物理共享信道則需要使用干擾隨機化、干擾消除和干擾避免等技術手段來消除同頻組網帶來鄰小區干擾。這些技術的實現在衛星信道條件下存在較大影響，需要重新設計。結合衛星系統中下行業務數據必須通過衛星信關站發送的特點，信關站通過對臨近波束的物理共享信道進行聯合編碼，可以在衛星移動通信系統中實現干擾抑制合并IRC(Interference Rejection Combining)技術。本文主要研究對象是LTE衛星移動通信系統在同頻組網時下行物理共享信道的鄰小區聯合編碼抗干擾問題。


    至此可以構建GEO衛星移動通信系統的波束到用
 
3 聯合編碼
    以上文中完成的系統模型和信道建模為基礎，采用地面網絡中抗干擾BD編碼算法和基于衛星規則同頻組網三波束聯合編碼算法做比較，下面就仿真算法和思想做簡要介紹。
    傳統的BD(Block-Diagonalization)預編碼算法[7]通過信道塊對角化完成用戶間干擾迫零，能有效地消除用戶間干擾。其算法主要思想是將多用戶信道解耦成獨立無干擾的單用戶問題,算法最終目的在于求取迫零矩陣Wk，其求解過程如式(7)：

    本文的仿真在Lutz衛星信道模型下使用傳統BD預編碼算法和基于三波束聯合預編碼算法兩種編碼方式進行系統性能的仿真比對。
4 仿真與結果
    仿真中系統模型下行傳輸體制采用OFDM，調制方式為QPSK，每個波束中用戶采用相同子載波，子載波頻譜帶寬30 kHz，載波頻率2 GHz，系統帶寬20 MHz。仿真程序考量系統模型陰影區域用戶在凈空狀態和陰影遮蔽狀態的衛星信道條件下，使用不同聯合編碼方式的系統通信性能。
    場景條件1：邊緣區域接收用戶處于凈空狀態，信道模型符合Lutz模型中好狀態信道條件,且Lutz因子A=0,如圖3所示。

    場景條件2：邊緣區域接收用戶處于遮蔽狀態，信號模型符合Lutz模型中壞狀態信道條件,且Lutz因子A=1，遮蔽條件轉移概率B=0.5,如圖4所示。

    通過上面的仿真結果可以發現,無論是在好信道狀態還是在壞信道狀態下，三波束聯合編碼方式在低信干噪比的位置都能取得良好的系統吞吐量。但隨著信干噪比的提高,當信干噪比分別高于11.85 dB和15.07 dB時,傳統的BD算法預編碼方式能提供更優的系統性能。
    本文通過構建Lutz衛星信道，在同頻組網的衛星系統模型下對兩種信道預編碼方式進行了抗同信道干擾能力的比較。通過對仿真數據的分析，得出以下結論：
    (１)在衛星蜂窩小區邊緣區域，接收機信干噪比較低時，傳統的BD預編碼方式并不能提供高質量的同信道抗干擾能力；
    (２)隨著接收機向小區中心區域接近，三波束聯合編碼方式的系統接收到來自于鄰小區波束的信號減弱，系統整體性能歸于平緩，但伴隨本波束信道質量的提高，系統通信能力仍然遠高于不進行信道預編碼的系統；
    (３)在高信干噪比條件下，基于傳統BD預編碼方式的衛星移動通信系統能獲得較好的下行物理共享信道抗干擾能力；
    (４)信道聯合編碼技術配合信道檢測技術能為基于LTE技術體制的衛星移動通信系統提供自適應選擇的手段，可以用于提高整系統的吞吐量。
    本文的研究是在對地面系統信道聯合編碼的相關研究成果之上，添加了LTE技術體制下的GEO衛星同頻組網系統模型，對Lutz信道模型在不同預編碼方式下的性能進行了鏈路級的系統仿真，結果顯示盡管接收機位置接近小區中心區域，采用三波束聯合編碼方式也不會使得系統下行鏈路信道質量出現大幅度的性能下降，因此可以適用于衛星移動通信系統。本文為建立我國基于LTE技術體制的衛星移動通信系統在同信道干擾問題上的研究提供了理論基礎。
    本文未就系統移動接收端受多普勒頻偏等影響做相關分析，因此尚不能徹底地反映GEO衛星系統的實際運行狀態，在后續的工作中將結合實測數據通過組建經驗公式模型的方式展開進一步研究。
參考文獻
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