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卫星通信网络终端多载波干扰分析

时间:2015-09-01 17:16 来源:第一论文 作者:陈编 点击:
在卫星通信网络多载波终端系统的接收端可以同时接收来自不同终端不同频段的载波信息。为了使得接收机能用滤波器方法将其分离、提取
  卫星通信网络可以在任何地方为终端提供接入服务,其灵活方便性是地面通信网不可替代的。随着低轨卫星通信技术的迅速发展,每颗低轨卫星可以支持多个频段载波的终端进行相互通信,由于卫星相对于终端的高速运动,这将会导致载波间的频率发生偏移,相邻载波的频率信息将落入其他载波的频段范围内而产生相互间的干扰,这种干扰会导致终端接收到的有效信号的功率产生衰减,带来了信噪比的下降,误码率也会进一步的增加[1-2],就目前情况而言,针对卫星通信终端多载波干扰的研究相对较少。因此,本文以终端同时接收不同频段的载波信息为背景,对载波频偏引起的载波间的相互干扰进行分析。
 
  卫星通信网络多载波终端系统
 
  卫星通信网络多载波终端系统具有全球覆盖性和链接性。第一代卫星终端可支持商用卫星的C、Ku频段。由于卫星星座的出现,第二代卫星终端也应运而生,该终端可以提供更优的性能保障、互操作性、链接性,容量性能也得到了提升。随着卫星通信技术的迅速发展,卫星在一个波段内所支持的终端数目将不断增加,这些终端通过发送不同频率的载波信息进行相互间的通信。美国国防部目前要求,对于未来的终端架构体系,上行链路最少可以支持48种不同频率的载波信息,最多可达到96种,而下行链路则至少可以接收56种不同频率的载波信息,最多可达112种,每一个终端只需发送一个载波(这些载波的频率各异)即可,因此载波的数目将大大减少[3]。比如终端的数目为5个,则这5个终端能提供的总的载波的数目为20个,而在未来的终端体系中,每个终端只需要发送一个载波,因此所提供的总的载波的数目为5。由此看来发送的载波的数目将大大减少,这样可以防止带宽的进一步损耗,准确来说可以节省整个网络70%的带宽资源,带宽利用率大大增强。图1为卫星通信网络多载波终端系统图。
 
  在卫星通信网络多载波终端系统的接收端可以同时接收来自不同终端不同频段的载波信息。为了使得接收机能用滤波器方法将其分离、提取,这些频带之间必须有足够的间隔,从而避免频谱之间发生混叠,载波之间也不会发生偏移,而间隔的选取取决于频谱效率和抗频偏能力上。如果载波之间的间隔越小,系统的频谱效率就会越高。但同时,过小的载波间隔对多普勒频移会非常敏感,由于卫星和终端之间的相对运动,会很容易造成载波间的频率偏移,引起相互干扰。因此,载波间隔的选择原则应该是在保持足够大的抗频偏能力的条件下采用尽可能小的载波间隔[4]。
 
  仿真实现和结果分析
 
  根据上文的分析,在系统发射功率一定得情况下,本文主要仿真了终端系统载干比、干扰信号的功率、有用信号的功率以及系统信噪比损失随归一化载波频偏的变化情况。图2表明了当归一化载波频率偏移为0.05时,载波干扰比大约为20dB,当归一化载波频偏增至0.1时,载波干扰比约为15 dB,此时载波干扰比减少5dB,随着归一化载波频率偏移的不断增加,载波干扰比将不断减少。从图3,图4可以看出,当归一化载波频率偏移从0增加到1时,有效信号的功率将不断减少,干扰信号的功率将不断增大,这说明载波频偏引起的载波间的相互干扰使得系统的性能不断恶化。
 
  图5分别给出了信噪比在10dB,20dB,30dB的情况下,解调端损失的信噪比随归一化载波频偏的变化趋势。从图中可以看出,信噪比损失随着归一化载波频偏的增加而增大,并且在相同载波频偏的条件下,信噪比越大,系统损失的信噪比也就越多。这就意味着如果仅仅采用提高发射功率来提高信噪比的话,并不一定实现,也并不一定改善系统的性能。同时本文采用BPSK调制方式,仿真分析了信噪比和误码率与归一化载波频偏的关系,如图6所示。
 
  图6显示了在BPSK调制方式下,载波偏移量为0.05,0.1,0.15的情况下,信噪比和误码率的变化关系曲线。从图中可以看出,随着信噪比的增加,误码率将不断减小,当载波间出现相互干扰时,在信噪比一定得情况下,如果载波的偏移量越大,则误码率就越高,系统性能恶化的程度就越大。
 
  卫星通信网络终端结束语
 
  卫星终端在同时接收多个频率载波的时候,由于卫星和终端的相对运动,载波会发生偏移,引起载波间的相互干扰。本文对载波频偏对载干比、信噪比等性能进行了分析,仿真结果表明,载波频偏会使载干比下降,误码率升高,接收信号的有效成分将减小,干扰信号的功率将不断增加,系统性能下降,多载波间的相互干扰会给接收端造成不必要的影响,因此,研究干扰的消除方法将是下一步工作需要考虑的。
 

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