太空-空中-地面一体化网络：误比特率（BER）与残余延迟及多普勒效应的分析

《IEEE Open Journal of Vehicular Technology》：Space-Air-Ground-Integrated Networks: The BER vs. Residual Delay and Doppler Analysis

　　

摘要：

在空-地-星一体化网络（SAGINs）中，由于多径多普勒效应和爱因斯坦相对论的存在，实现完美的多普勒补偿和同步并非易事。因此，本文考虑了残余多普勒效应和同步延迟，研究了在时变相关阴影瑞利SAGIN信道下的比特误码率（BER）性能。首先，建立了一个实用的SAGIN模型，该模型涵盖了相关阴影瑞利信道、基于斯涅尔定律的路径损耗、大气吸收、视距多普勒补偿、椭圆卫星轨道以及爱因斯坦相对论。接着，在相关阴影瑞利信道的背景下推导出了导频符号和数据符号之间的相关系数。利用这一相关系数，信道分布可以用双变量伽马分布来近似表示。随后，在采用最小二乘信道估计和均衡技术的情况下，为16-QAM信号推导出了一个封闭形式的BER公式。我们的分析结果表明：对于高度为300公里的近地轨道（LEO）卫星，1）实际椭圆轨道的周期比理想化的圆形轨道长约0.8秒；2）相对论延迟小于1μ秒在整个LEO卫星轨道周期内（从升空到落空）。我们对L波段的数值实验量化了以下因素的影响：1）残余多普勒效应；2）大气阴影效应；3）同步误差；4）导频开销。