衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)終端多載波干擾分析

摘要：在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)終端體系架構(gòu)中，每一個(gè)終端都能夠同時(shí)接收多個(gè)不同頻段的載波信息，衛(wèi)星和終端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等因素而引起的頻率偏移將會(huì)導(dǎo)致多載波間相互干擾。本文分析終端載干比、信噪比損失等性能因素與頻率偏移的關(guān)系，仿真結(jié)果表明，這種干擾會(huì)導(dǎo)致終端的載干比下降、信噪比損失增加、誤碼率升高。分析與仿真結(jié)果將為下一步消除載波間干擾提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星終端；頻率偏移；多載波干擾；載干比

中圖分類號(hào)：TP275 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)可以在任何地方為終端提供接入服務(wù)，其靈活方便性是地面通信網(wǎng)不可替代的。隨著低軌衛(wèi)星通信技術(shù)的迅速發(fā)展，每顆低軌衛(wèi)星可以支持多個(gè)頻段載波的終端進(jìn)行相互通信，由于衛(wèi)星相對(duì)于終端的高速運(yùn)動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致載波間的頻率發(fā)生偏移，相鄰載波的頻率信息將落入其他載波的頻段范圍內(nèi)而產(chǎn)生相互間的干擾，這種干擾會(huì)導(dǎo)致終端接收到的有效信號(hào)的功率產(chǎn)生衰減，帶來了信噪比的下降，誤碼率也會(huì)進(jìn)一步的增加[1-2]，就目前情況而言，針對(duì)衛(wèi)星通信終端多載波干擾的研究相對(duì)較少。因此，本文以終端同時(shí)接收不同頻段的載波信息為背景，對(duì)載波頻偏引起的載波間的相互干擾進(jìn)行分析。

2衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)多載波終端系統(tǒng)

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)多載波終端系統(tǒng)具有全球覆蓋性和鏈接性。第一代衛(wèi)星終端可支持商用衛(wèi)星的C、Ku頻段。由于衛(wèi)星星座的出現(xiàn)，第二代衛(wèi)星終端也應(yīng)運(yùn)而生，該終端可以提供更優(yōu)的性能保障、互操作性、鏈接性，容量性能也得到了提升。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的迅速發(fā)展，衛(wèi)星在一個(gè)波段內(nèi)所支持的終端數(shù)目將不斷增加，這些終端通過發(fā)送不同頻率的載波信息進(jìn)行相互間的通信。美國國防部目前要求，對(duì)于未來的終端架構(gòu)體系，上行鏈路最少可以支持48種不同頻率的載波信息，最多可達(dá)到96種，而下行鏈路則至少可以接收56種不同頻率的載波信息，最多可達(dá)112種，每一個(gè)終端只需發(fā)送一個(gè)載波（這些載波的頻率各異）即可，因此載波的數(shù)目將大大減少[3]。比如終端的數(shù)目為5個(gè)，則這5個(gè)終端能提供的總的載波的數(shù)目為20個(gè)，而在未來的終端體系中，每個(gè)終端只需要發(fā)送一個(gè)載波，因此所提供的總的載波的數(shù)目為5。由此看來發(fā)送的載波的數(shù)目將大大減少，這樣可以防止帶寬的進(jìn)一步損耗，準(zhǔn)確來說可以節(jié)省整個(gè)網(wǎng)絡(luò)70%的帶寬資源，帶寬利用率大大增強(qiáng)。圖1為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)多載波終端系統(tǒng)圖。

在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)多載波終端系統(tǒng)的接收端可以同時(shí)接收來自不同終端不同頻段的載波信息。為了使得接收機(jī)能用濾波器方法將其分離、提取，這些頻帶之間必須有足夠的間隔，從而避免頻譜之間發(fā)生混疊，載波之間也不會(huì)發(fā)生偏移，而間隔的選取取決于頻譜效率和抗頻偏能力上。如果載波之間的間隔越小，系統(tǒng)的頻譜效率就會(huì)越高。但同時(shí)，過小的載波間隔對(duì)多普勒頻移會(huì)非常敏感，由于衛(wèi)星和終端之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)很容易造成載波間的頻率偏移，引起相互干擾。因此，載波間隔的選擇原則應(yīng)該是在保持足夠大的抗頻偏能力的條件下采用盡可能小的載波間隔[4]。

4仿真實(shí)現(xiàn)和結(jié)果分析

根據(jù)上文的分析，在系統(tǒng)發(fā)射功率一定得情況下，本文主要仿真了終端系統(tǒng)載干比、干擾信號(hào)的功率、有用信號(hào)的功率以及系統(tǒng)信噪比損失隨歸一化載波頻偏的變化情況。圖2表明了當(dāng)歸一化載波頻率偏移為0.05時(shí)，載波干擾比大約為20dB，當(dāng)歸一化載波頻偏增至0.1時(shí)，載波干擾比約為15 dB，此時(shí)載波干擾比減少5dB，隨著歸一化載波頻率偏移的不斷增加，載波干擾比將不斷減少。從圖3，圖4可以看出，當(dāng)歸一化載波頻率偏移從0增加到1時(shí)，有效信號(hào)的功率將不斷減少，干擾信號(hào)的功率將不斷增大，這說明載波頻偏引起的載波間的相互干擾使得系統(tǒng)的性能不斷惡化。

圖5分別給出了信噪比在10dB，20dB，30dB的情況下，解調(diào)端損失的信噪比隨歸一化載波頻偏的變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，信噪比損失隨著歸一化載波頻偏的增加而增大，并且在相同載波頻偏的條件下，信噪比越大，系統(tǒng)損失的信噪比也就越多。這就意味著如果僅僅采用提高發(fā)射功率來提高信噪比的話，并不一定實(shí)現(xiàn)，也并不一定改善系統(tǒng)的性能。同時(shí)本文采用BPSK調(diào)制方式，仿真分析了信噪比和誤碼率與歸一化載波頻偏的關(guān)系，如圖6所示。

圖6顯示了在BPSK調(diào)制方式下，載波偏移量為0.05，0.1，0.15的情況下，信噪比和誤碼率的變化關(guān)系曲線。從圖中可以看出，隨著信噪比的增加，誤碼率將不斷減小，當(dāng)載波間出現(xiàn)相互干擾時(shí)，在信噪比一定得情況下，如果載波的偏移量越大，則誤碼率就越高，系統(tǒng)性能惡化的程度就越大。

5結(jié)束語

衛(wèi)星終端在同時(shí)接收多個(gè)頻率載波的時(shí)候，由于衛(wèi)星和終端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，載波會(huì)發(fā)生偏移，引起載波間的相互干擾。本文對(duì)載波頻偏對(duì)載干比、信噪比等性能進(jìn)行了分析，仿真結(jié)果表明，載波頻偏會(huì)使載干比下降，誤碼率升高，接收信號(hào)的有效成分將減小，干擾信號(hào)的功率將不斷增加，系統(tǒng)性能下降，多載波間的相互干擾會(huì)給接收端造成不必要的影響，因此，研究干擾的消除方法將是下一步工作需要考慮的。

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