目前，由于频率资源紧缺，国际上部分已发射通信卫星的转发器不能正常工作，从而造成了大量的系统资源浪费。我国在国际电联组织ITU(International Telecommunications Union)申请的频率使用资源非常有限[1]，因此高效的频率使用规划方案和同频组网技术将极大地提高基于LTE技术体制的卫星移动通信系统性能和频率使用效率，以此为基础的下行信道联合编码技术更是当前的研究热点。
    本文以基于TDD制式的LTE技术体制GEO卫星移动通信系统为研究背景，首先对地面LTE通信系统频率规划和传统星内频率复用技术进行分析，建立卫星蜂窝覆盖网络研究模型；在北京大学李斌等人提出的多波束卫星通信下行链路联合编码技术[2]的研究基础上，结合卫星信道模型研究成果[3-5]，分别对卫星波束边缘重叠区域进行链路级系统仿真分析。考量LTE技术体制的卫星移动通信系统在同频组网时,下行信道采用不同联合编码技术的抗干扰性能。
1 LTE通信系统同频组网技术分析
    在LTE技术体制下,系统采用OFDMA多址技术实现小区内正交传输。尽管系统的小区带宽可以达到20 MHz，但单个用户的数据通常只需要在数个资源块上进行窄带发送，其小区的下行发送信号对相邻小区形成的干扰是离散的窄带干扰。在小区边缘只有随机发生碰撞的资源块受到同频干扰的影响。针对LTE信道特点，在地面移动通信网络中业内通常将其同频组网分为控制信道同频组网和业务信道同频组网两个大类。LTE上行采用峰均比较低的DFT-SC-FDMA技术，下行采用频谱效率较高的OFDMA技术。为此本文针对系统上下行链路的不同进行分类研究。鉴于LTE系统本身通过天线技术、资源分配、加扰与交织等技术对控制信道的邻小区干扰控制有较好效果，并能利用特殊时隙配比有效消除远距离同频干扰[6]，这些基于地面系统中的研究成果在卫星系统中通过少量修改可以得到较好的兼容使用。而在地面系统中，下行物理共享信道则需要使用干扰随机化、干扰消除和干扰避免等技术手段来消除同频组网带来邻小区干扰。这些技术的实现在卫星信道条件下存在较大影响，需要重新设计。结合卫星系统中下行业务数据必须通过卫星信关站发送的特点，信关站通过对临近波束的物理共享信道进行联合编码，可以在卫星移动通信系统中实现干扰抑制合并IRC(Interference Rejection Combining)技术。本文主要研究对象是LTE卫星移动通信系统在同频组网时下行物理共享信道的邻小区联合编码抗干扰问题。


    至此可以构建GEO卫星移动通信系统的波束到用
 
3 联合编码
    以上文中完成的系统模型和信道建模为基础，采用地面网络中抗干扰BD编码算法和基于卫星规则同频组网三波束联合编码算法做比较，下面就仿真算法和思想做简要介绍。
    传统的BD(Block-Diagonalization)预编码算法[7]通过信道块对角化完成用户间干扰迫零，能有效地消除用户间干扰。其算法主要思想是将多用户信道解耦成独立无干扰的单用户问题,算法最终目的在于求取迫零矩阵Wk，其求解过程如式(7)：

    本文的仿真在Lutz卫星信道模型下使用传统BD预编码算法和基于三波束联合预编码算法两种编码方式进行系统性能的仿真比对。
4 仿真与结果
    仿真中系统模型下行传输体制采用OFDM，调制方式为QPSK，每个波束中用户采用相同子载波，子载波频谱带宽30 kHz，载波频率2 GHz，系统带宽20 MHz。仿真程序考量系统模型阴影区域用户在净空状态和阴影遮蔽状态的卫星信道条件下，使用不同联合编码方式的系统通信性能。
    场景条件1：边缘区域接收用户处于净空状态，信道模型符合Lutz模型中好状态信道条件,且Lutz因子A=0,如图3所示。

    场景条件2：边缘区域接收用户处于遮蔽状态，信号模型符合Lutz模型中坏状态信道条件,且Lutz因子A=1，遮蔽条件转移概率B=0.5,如图4所示。

    通过上面的仿真结果可以发现,无论是在好信道状态还是在坏信道状态下，三波束联合编码方式在低信干噪比的位置都能取得良好的系统吞吐量。但随着信干噪比的提高,当信干噪比分别高于11.85 dB和15.07 dB时,传统的BD算法预编码方式能提供更优的系统性能。
    本文通过构建Lutz卫星信道，在同频组网的卫星系统模型下对两种信道预编码方式进行了抗同信道干扰能力的比较。通过对仿真数据的分析，得出以下结论：
    (１)在卫星蜂窝小区边缘区域，接收机信干噪比较低时，传统的BD预编码方式并不能提供高质量的同信道抗干扰能力；
    (２)随着接收机向小区中心区域接近，三波束联合编码方式的系统接收到来自于邻小区波束的信号减弱，系统整体性能归于平缓，但伴随本波束信道质量的提高，系统通信能力仍然远高于不进行信道预编码的系统；
    (３)在高信干噪比条件下，基于传统BD预编码方式的卫星移动通信系统能获得较好的下行物理共享信道抗干扰能力；
    (４)信道联合编码技术配合信道检测技术能为基于LTE技术体制的卫星移动通信系统提供自适应选择的手段，可以用于提高整系统的吞吐量。
    本文的研究是在对地面系统信道联合编码的相关研究成果之上，添加了LTE技术体制下的GEO卫星同频组网系统模型，对Lutz信道模型在不同预编码方式下的性能进行了链路级的系统仿真，结果显示尽管接收机位置接近小区中心区域，采用三波束联合编码方式也不会使得系统下行链路信道质量出现大幅度的性能下降，因此可以适用于卫星移动通信系统。本文为建立我国基于LTE技术体制的卫星移动通信系统在同信道干扰问题上的研究提供了理论基础。
    本文未就系统移动接收端受多普勒频偏等影响做相关分析，因此尚不能彻底地反映GEO卫星系统的实际运行状态，在后续的工作中将结合实测数据通过组建经验公式模型的方式展开进一步研究。
参考文献
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