目前，由于頻率資源緊缺，國際上部分已發(fā)射通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器不能正常工作，從而造成了大量的系統(tǒng)資源浪費。我國在國際電聯(lián)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(guī)劃方案和同頻組網(wǎng)技術(shù)將極大地提高基于LTE技術(shù)體制的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)性能和頻率使用效率，以此為基礎的下行信道聯(lián)合編碼技術(shù)更是當前的研究熱點。
    本文以基于TDD制式的LTE技術(shù)體制GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)為研究背景，首先對地面LTE通信系統(tǒng)頻率規(guī)劃和傳統(tǒng)星內(nèi)頻率復用技術(shù)進行分析，建立衛(wèi)星蜂窩覆蓋網(wǎng)絡研究模型；在北京大學李斌等人提出的多波束衛(wèi)星通信下行鏈路聯(lián)合編碼技術(shù)[2]的研究基礎上，結(jié)合衛(wèi)星信道模型研究成果[3-5]，分別對衛(wèi)星波束邊緣重疊區(qū)域進行鏈路級系統(tǒng)仿真分析?？剂縇TE技術(shù)體制的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)在同頻組網(wǎng)時,下行信道采用不同聯(lián)合編碼技術(shù)的抗干擾性能。
1 LTE通信系統(tǒng)同頻組網(wǎng)技術(shù)分析
    在LTE技術(shù)體制下,系統(tǒng)采用OFDMA多址技術(shù)實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)正交傳輸。盡管系統(tǒng)的小區(qū)帶寬可以達到20 MHz，但單個用戶的數(shù)據(jù)通常只需要在數(shù)個資源塊上進行窄帶發(fā)送，其小區(qū)的下行發(fā)送信號對相鄰小區(qū)形成的干擾是離散的窄帶干擾。在小區(qū)邊緣只有隨機發(fā)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(wǎng)絡中業(yè)內(nèi)通常將其同頻組網(wǎng)分為控制信道同頻組網(wǎng)和業(yè)務信道同頻組網(wǎng)兩個大類。LTE上行采用峰均比較低的DFT-SC-FDMA技術(shù)，下行采用頻譜效率較高的OFDMA技術(shù)。為此本文針對系統(tǒng)上下行鏈路的不同進行分類研究。鑒于LTE系統(tǒng)本身通過天線技術(shù)、資源分配、加擾與交織等技術(shù)對控制信道的鄰小區(qū)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(tǒng)中的研究成果在衛(wèi)星系統(tǒng)中通過少量修改可以得到較好的兼容使用。而在地面系統(tǒng)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(shù)手段來消除同頻組網(wǎng)帶來鄰小區(qū)干擾。這些技術(shù)的實現(xiàn)在衛(wèi)星信道條件下存在較大影響，需要重新設計。結(jié)合衛(wèi)星系統(tǒng)中下行業(yè)務數(shù)據(jù)必須通過衛(wèi)星信關(guān)站發(fā)送的特點，信關(guān)站通過對臨近波束的物理共享信道進行聯(lián)合編碼，可以在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中實現(xiàn)干擾抑制合并IRC(Interference Rejection Combining)技術(shù)。本文主要研究對象是LTE衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)在同頻組網(wǎng)時下行物理共享信道的鄰小區(qū)聯(lián)合編碼抗干擾問題。


    至此可以構(gòu)建GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的波束到用
 
3 聯(lián)合編碼
    以上文中完成的系統(tǒng)模型和信道建模為基礎，采用地面網(wǎng)絡中抗干擾BD編碼算法和基于衛(wèi)星規(guī)則同頻組網(wǎng)三波束聯(lián)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(tǒng)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(wèi)星信道模型下使用傳統(tǒng)BD預編碼算法和基于三波束聯(lián)合預編碼算法兩種編碼方式進行系統(tǒng)性能的仿真比對。
4 仿真與結(jié)果
    仿真中系統(tǒng)模型下行傳輸體制采用OFDM，調(diào)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(tǒng)帶寬20 MHz。仿真程序考量系統(tǒng)模型陰影區(qū)域用戶在凈空狀態(tài)和陰影遮蔽狀態(tài)的衛(wèi)星信道條件下，使用不同聯(lián)合編碼方式的系統(tǒng)通信性能。
    場景條件1：邊緣區(qū)域接收用戶處于凈空狀態(tài)，信道模型符合Lutz模型中好狀態(tài)信道條件,且Lutz因子A=0,如圖3所示。

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

    通過上面的仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),無論是在好信道狀態(tài)還是在壞信道狀態(tài)下，三波束聯(lián)合編碼方式在低信干噪比的位置都能取得良好的系統(tǒng)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(tǒng)的BD算法預編碼方式能提供更優(yōu)的系統(tǒng)性能。
    本文通過構(gòu)建Lutz衛(wèi)星信道，在同頻組網(wǎng)的衛(wèi)星系統(tǒng)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(shù)據(jù)的分析，得出以下結(jié)論：
    (１)在衛(wèi)星蜂窩小區(qū)邊緣區(qū)域，接收機信干噪比較低時，傳統(tǒng)的BD預編碼方式并不能提供高質(zhì)量的同信道抗干擾能力；
    (２)隨著接收機向小區(qū)中心區(qū)域接近，三波束聯(lián)合編碼方式的系統(tǒng)接收到來自于鄰小區(qū)波束的信號減弱，系統(tǒng)整體性能歸于平緩，但伴隨本波束信道質(zhì)量的提高，系統(tǒng)通信能力仍然遠高于不進行信道預編碼的系統(tǒng)；
    (３)在高信干噪比條件下，基于傳統(tǒng)BD預編碼方式的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)能獲得較好的下行物理共享信道抗干擾能力；
    (４)信道聯(lián)合編碼技術(shù)配合信道檢測技術(shù)能為基于LTE技術(shù)體制的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)提供自適應選擇的手段，可以用于提高整系統(tǒng)的吞吐量。
    本文的研究是在對地面系統(tǒng)信道聯(lián)合編碼的相關(guān)研究成果之上，添加了LTE技術(shù)體制下的GEO衛(wèi)星同頻組網(wǎng)系統(tǒng)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(tǒng)仿真，結(jié)果顯示盡管接收機位置接近小區(qū)中心區(qū)域，采用三波束聯(lián)合編碼方式也不會使得系統(tǒng)下行鏈路信道質(zhì)量出現(xiàn)大幅度的性能下降，因此可以適用于衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。本文為建立我國基于LTE技術(shù)體制的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)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(tǒng)移動接收端受多普勒頻偏等影響做相關(guān)分析，因此尚不能徹底地反映GEO衛(wèi)星系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)，在后續(xù)的工作中將結(jié)合實測數(shù)據(jù)通過組建經(jīng)驗公式模型的方式展開進一步研究。
參考文獻
[1] 程建軍. 衛(wèi)星頻率和軌道資源的國際爭奪[J]. 衛(wèi)星與網(wǎng)絡, 2006(10): 28-35.
[2] 李斌，鄭煒，鄭雅丹，等.多波束衛(wèi)星通信下行鏈路聯(lián)合發(fā)送技術(shù)[C].第九屆衛(wèi)星通信學術(shù)年會，北京，2013.3.
[3] LUTZ E, CYGAN D, DIPPOLD M, et al. The land mobile satellite communication channel-recording, statistics, and channel model[J]. Vehicular Technology, IEEE Transactions on, 1991,40(2):375-386.
[4] LOO C. A statistical model for a land mobile satellite link[J]. IEEE  Transactions on VT (S0018-9545), 1985,34(3):122-127.
[5] CORAZZA G E, VATALARO F. A statistical model for  land mobile satellite channels and its application to nongeostationary orbit systems[J].IEEE Transactions on VT(S0018-9545),1994,43(3):738-742.
[6] 曲嘉杰, 李新, 鄧偉,等. TD-LTE 遠距離同頻干擾問題研究[J]. 電信科學, 2010(010):152-158.
[7] SHEN Z, CHEN R, ANDREWS J G, et al. Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems  with block diagonalization[J]. Signal Processing,IEEE Transactions on, 2006,54(9):3658-3663.
[8] BAIER P W, MEURER M, WEBER T, et al. Joint transmission(JT), an alternative rationale for the downlink of time division CDMA using multi-element transmit antennas[C]. Spread Spectrum Techniques and Applications, 2000 IEEE Sixth International Symposium on. IEEE, 2000,1:1-5.
[9] 陳發(fā)堂, 吳增順, 唐元元. LTE 系統(tǒng) eNodeB 端 PHICH信道的研究與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應用, 2012,38(8):112-115.