黨軍宏，晏堅，曹志剛

(1. 南京電訊技術研究所，江蘇 南京 210007；2. 清華大學 電子工程系，北京 100084)

1 引言

同步衛(wèi)星一般產(chǎn)生多個點波束覆蓋地面不同區(qū)域，在點波束之間或點波束之內(nèi)采用星載交換技術進行傳輸交換。目前OFDM技術已成為地面無線通信領域的核心技術，也將成為下一代衛(wèi)星通信的核心技術之一[1～3]，衛(wèi)星通信采用OFDM技術，不僅能提高衛(wèi)星通信自身性能，還將有利于 WiFi，WiMAX，B3G等地面無線通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)的融合，使得地面無線終端有可能接入衛(wèi)星網(wǎng)絡。OFDM 技術將整個傳輸頻帶劃分成多個子載波，各個子載波相互正交、頻譜利用率高，而且各個子載波可獨立使用，所以可在點波束星地鏈路的各個傳輸業(yè)務和傳輸頻帶的各個子載波之間建立起對應關系，通過星載子載波交換實現(xiàn)星載業(yè)務交換，根據(jù)這個基本設想，本文作者已提出了一種全新的星載交換技術—基于OFDM星載交換[4]。基于OFDM星載交換與現(xiàn)有的FDM子頻帶交換，TDM時隙交換相比，具有更小、更靈活的交換“粒度”,更高的頻譜利用率；與現(xiàn)有的星載ATM/IP交換相比，又對傳輸業(yè)務的幀結構，信道編解碼方式不敏感，具有更廣的適用范圍，并且基于OFDM的星載交換能夠支持不同類型業(yè)務的QoS要求，實現(xiàn)對點波束星地鏈路資源的統(tǒng)計復用。

要把基于 OFDM 的星載交換應用于多點波束同步衛(wèi)星，首先每個點波束必須建立起該點波束各個星地上行鏈路傳輸業(yè)務與該點波束星地上行鏈路子載波的對應關系，所以本文對基于OFDM星載交換的點波束星地上行鏈路相關問題進行了研究。

2 基于OFDM星載交換的星地上行鏈路需要解決的主要問題

設每個點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)有多個地面設備與衛(wèi)星同時進行星地上下行鏈路業(yè)務傳輸，如圖1所示。

圖1 基于OFDM星載交換應用示意圖

每個地面設備處于固定位置或采用“游牧式”工作方式，即每個地面設備在與衛(wèi)星通信過程中處于靜止狀態(tài)，此時關于各個地面設備的點波束星地上下行鏈路信道可認為是慢變平坦衰落信道（高斯信道）或慢變頻率選擇性衰落信道（萊斯信道）。為了提高星地鏈路的頻譜利用率，點波束星地上下行鏈路均采用OFDMA實現(xiàn)多址接入，基于OFDM星載交換的點波束星地上行鏈路面臨2個主要問題。

1) 采用 OFDMA實現(xiàn)點波束星地上行鏈路多址接入的相關問題和相應解決方法。

因為點波束星地上行鏈路采用OFDMA實現(xiàn)多址接入，所以點波束星地上行鏈路面臨著時間同步和頻率同步問題。

①時間同步問題：設某個點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的每個地面設備鎖定衛(wèi)星傳送的點波束星地上行鏈路發(fā)送同步信號，由于不同地面設備與衛(wèi)星之間的距離差異，可能導致各個地面設備的星地上行鏈路OFDM信號到達衛(wèi)星的時間不一致。

對于時間同步問題，本文提出的解決方法如下：在第 u(1 ≤ u≤U)個點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)設置一個參考位置，此位置是第u個點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)星地下行鏈路信號最早到達的地球表面位置，其經(jīng)度、緯度、高度 ( l o nu,b, l a tu,b, altu,b)固定，此位置與衛(wèi)星距離 du,b固定，此位置的星地上下行鏈路傳輸延時λu,b固定，如果某個地面設備處于此位置，當其鎖定衛(wèi)星傳送的點波束星地上行鏈路信號發(fā)送同步信息時，延遲 τu,b=2(du,max/du,b- 1 )λu,b時刻后，再發(fā)射星地上行鏈路信號。du,max為第u個點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)星地下行鏈路信號最晚到達的地球表面位置與衛(wèi)星的距離。

設地面設備具備定位功能，可得到所處位置的(l o nu,latu,altu) ，根據(jù)(l o nu,latu,altu) 、( lo nu,b,latu,b,altu,b)和 du,b計算出自身與衛(wèi)星距離 du，當其鎖定上行鏈路發(fā)送同步信號時，延遲τu=τu,b+2(1 - du/du,b)λu,b時刻后，再發(fā)射星地上行鏈路信號，可確保各個地面設備發(fā)送的星地上行鏈路OFDM信號到達衛(wèi)星的時間基本一致。對于因GEO衛(wèi)星相對地球進行運動造成的針對不同地面設備的星地上行鏈路和星地下行鏈路距離的微小變化，可由每個OFDM符號的循環(huán)前綴進行彌補。

②頻率同步問題：每個地面設備與衛(wèi)星的頻偏相互不一樣。

OFDMA系統(tǒng)對載波頻偏（CFO）很敏感，CFO不僅會導致本地面設備信號幅度的衰減，而且還會引起本地面設備的子載波間的自干擾，同時還存在由其他地面設備的頻率偏移所引起的地面設備之間干擾。為了獲得理想的性能，各個地面設備與衛(wèi)星之間的載波必須保持同步，例如：在WiMAX系統(tǒng)的IEEE 802.16d/e協(xié)議就要求載波頻率的偏差應小于子載波間隔的2%。

因為星地之間采用 FDD（頻分雙工），可以認為某個點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的各個地面設備與衛(wèi)星之間的 CFO在星地上下行鏈路的特性表現(xiàn)一致，各個地面設備可利用點波束星地下行鏈路信號估計出自身與衛(wèi)星之間的星地下行鏈路頻偏信息，進而可估計出自身與衛(wèi)星之間的星地上行鏈路頻偏信息，由各個地面設備在本地對各自的星地上行鏈路信號進行頻偏補償。

2) 如何建立來自同一點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的不同地面設備的各個星地上行鏈路傳輸業(yè)務與該點波束星地上行鏈路各個子載波的對應關系，并且支持不同類型傳輸業(yè)務的QoS要求，實現(xiàn)對功率、頻譜資源的統(tǒng)計復用。

對于此類問題，現(xiàn)有文獻[5～9]都采用了跨層設計思想，但都是針對地面無線通信系統(tǒng)，在地面無線通信系統(tǒng)中，因為通過無線信道傳輸?shù)南滦墟溌窐I(yè)務量遠大于上行鏈路業(yè)務量，所以一般把跨層設計只應用于下行鏈路，對上行鏈路的跨層設計幾乎沒有涉及。而衛(wèi)星通信的所有星地上下行鏈路業(yè)務都是通過無線信道傳輸，而且衛(wèi)星通信中的地面設備一般具有更大的規(guī)模和處理能力，一個地面設備可能要同時傳輸多個各種類型業(yè)務，具體可分為CBR（恒定速率）業(yè)務、rtVBR（實時可變速率）業(yè)務、nrtVBR（非實時可變速率）業(yè)務、UBR（未指定速率）業(yè)務等。本文以傳輸時延作為不同類型業(yè)務QoS要求的主要指標，其中CBR業(yè)務的傳輸時延要求最嚴格、傳輸優(yōu)先級也最高，rtVBR業(yè)務的傳輸時延要求和傳輸優(yōu)先級次之，依次類推，同一類型業(yè)務的傳輸優(yōu)先級相同。

本文中某個點波束星地上行鏈路跨層設計的基本思想為：根據(jù)該點波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的每個地面設備的星地上行鏈路發(fā)射功率上限、關于每個地面設備的星地上行鏈路信道狀態(tài)、星上子載波分離檢測后的誤比特率要求（物理層信息）；每個上行鏈路傳輸業(yè)務的業(yè)務類型（應用層信息）；每個上行鏈路傳輸業(yè)務的實時傳輸速率要求（MAC層信息），自適應配置子載波的調(diào)制制式以及給各個上行鏈路傳輸業(yè)務自適應分配子載波，建立各個星地上行鏈路傳輸業(yè)務與該點波束星地上行鏈路各個子載波的對應關系，實現(xiàn)對功率、頻譜資源的統(tǒng)計復用。

點波束星地上行鏈路跨層設計與地面無線通信系統(tǒng)的下行鏈路跨層設計相比，是多個發(fā)送方對應一個接收方，且各個發(fā)送方的信道狀態(tài)、發(fā)射功率上限可能不同，每個發(fā)送方同時傳輸多個各種類型業(yè)務。所以點波束星地上行鏈路跨層設計應該在星上執(zhí)行，但星上很難得到每個上行鏈路傳輸業(yè)務的實時傳輸速率要求信息，只能通過星載業(yè)務呼叫接納控制子系統(tǒng)得到每個上行鏈路傳輸業(yè)務的平均傳輸速率信息，所以只在星上進行跨層設計并不完備，還需要各個地面設備的參與。

3 點波束星地上行鏈路跨層設計算法

3.1 點波束星地上行鏈路跨層設計工作流程

基于點波束星地上下行鏈路信道的慢變性，本文設計的某個點波束星地上行鏈路的工作流程如圖2所示。點波束星地上行鏈路的跨層設計分為2個步驟，步驟1)由星上完成，步驟2)由各個地面設備完成，具體過程如下。

圖2 某個點波束星地上行鏈路跨層設計工作流程

1) 星上根據(jù)點波束星地上行鏈路接收信號對關于各個地面設備的星地上行鏈路信道狀態(tài)進行估計，星上根據(jù)關于各個地面設備星地上行鏈路信道狀態(tài)、每個地面設備的星地上行鏈路發(fā)射功率上限和同一類型業(yè)務的總傳輸速率要求信息（由星載業(yè)務接納控制系統(tǒng)提供）給各個地面設備分配子載波塊并確定每個子載波的調(diào)制制式，形成點波束星地下行鏈路控制信道傳輸幀，通過點波束星地下行鏈路控制信道采用廣播方式發(fā)送給各個地面設備。

2) 各個地面設備根據(jù)分配給自己的子載波子集以及子載波子集中每個子載波的調(diào)制制式、屬于自己的各個星地上行鏈路業(yè)務的業(yè)務類型、實時傳輸速率要求給各個業(yè)務分配子載波。按照子載波分配信息和每個子載波的調(diào)制制式對各個業(yè)務比特流進行排隊、調(diào)制，形成點波束星地上行鏈路業(yè)務傳輸幀，對星地上行鏈路頻偏進行本地補償后，通過點波束星地上行鏈路業(yè)務信道傳輸給衛(wèi)星。

3.2 點波束星地下行鏈路控制信道傳輸幀的具體構成和跨層設計步驟1)算法

基于點波束星地上行鏈路信道特點，為了減小星地下行鏈路控制信道的數(shù)據(jù)傳輸量，本文對各個地面設備采用塊交織方式分配子載波，如圖3所示。

圖3 某個點波束給各個地面設備分配子載波示意圖

塊交織分配方式與完全交織分配方式和連續(xù)塊分配方式相比，能夠兼顧不同地面設備的頻率分集特性和便于分離屬于不同地面設備的子載波2個方面的要求。同一子載波塊中的子載波采用相同的調(diào)制制式。把子載波塊分配方式和子載波調(diào)制制式構成點波束星地下行鏈路控制信道傳輸幀，具體如圖4所示。

圖4 點波束星地下行鏈路控制信道傳輸幀構成

圖4中幀頭為PN序列，作為點波束的標識符，可用于每個傳輸幀的時間同步估計、頻偏估計和信道估計，圖4中OFDM符號包含的子載波個數(shù)與業(yè)務信道OFDM符號包含的子載波個數(shù)相同，每個傳輸幀容納2個OFDM符號，為了保證各個地面設備對此傳輸幀的接收準確性，此傳輸幀OFDM符號的子載波都采用BPSK調(diào)制。每個OFDM符號承載的內(nèi)容如圖5所示。

圖5 圖4中OFDM符號承載內(nèi)容

設 Nu為第u個點波束星地上行鏈路業(yè)務信道的子載波總數(shù)，把 Nu個子載波分成2 Mu個子載波塊，每個子載波塊包含的子載波個數(shù)第m個子載波塊用數(shù)組{m, yu( m), bu( m)} 表示，m為子載波塊編號， yu(m)為占有該子載波塊的地面設備編號， bu( m)為每個子載波承載比特個數(shù)，確定{m , yu( m), bu( m)} 模型如圖6所示。

圖6 點波束星地上行鏈路星上跨層設計模型

假設第u個點波束星地上行鏈路有uT個地面設備，點波束星地上行鏈路星上跨層設計模塊的輸入信息包括：

Tu個地面設備發(fā)射功率上限 Pu,t( 1 ≤ t≤Tu)；

CBRu( t)、 r tVBRu( t)、 n rtVBRu( t)、 U BRu( t)(1 ≤ t≤ Tu)分別表示屬于第u個點波束的第t個地面設備的當前所有上行CBR業(yè)務傳輸速率總和、所有上行 rtVBR業(yè)務平均傳輸速率總和、所有上行nrtVBR業(yè)務平均傳輸速率總和、所有上行UBR業(yè)務平均傳輸速率總和；關于 Tu個地面設備的點波束星地上行鏈路信道狀態(tài)（ hu,t( n ) (0 ≤ n ≤ Nu-1且1≤t≤ Tu)為關于第t個地面設備的第n個子載波信道增益系數(shù)）和第u個點波束星地上行鏈路接收噪聲功率。

確定{m, tu(m), bu( m )} (1 ≤m≤2Mu)算法如下。

1) 確定每個子載波塊的所有可能調(diào)制制式。

首先確定出當每個子載波塊分配給不同的地面設備時，可能采用的所有調(diào)制制式。設給每個子載波分配相同的發(fā)射功率 pu，則第t個地面設備最多可以占有個子載波塊。設把第m個子載波塊分配給第t個地面設備時每個子載波能夠承載 bu,t(m) 個信息比特（備選調(diào)制制式為M-QAM），確定 bu,t(m) 算法如下：

式(1)、式(2)中 B ERreq為星上對星地上行鏈路子載波信號分離檢測后的誤比特率要求。

如果滿足： max(bu,t,m) =min(bu,t,m)，

則 bu,t(m)=max(bu,t,m)，

否則設 bu,t(m)=m ax(bu,t,m)，

如果滿足： BERu,t,m≥BERreq，

則 bu,t(m)=bu,t(m)-1，

返回式(3)繼續(xù)執(zhí)行；

否則執(zhí)行完畢。

2) 對所有子載波塊進行初始分配。

以使第u個點波束星地上行鏈路的總傳輸容量最大為原則，對所有子載波塊進行初始分配。設Au,t( 1 ≤ t≤Tu)表示已分配給第t個地面設備的子載波塊集合，Nu,t為已分配給第t個地面設備的子載波塊個數(shù)， bu(m) ( 1 ≤m≤2Mu)為已分配子載波塊的調(diào)制制式，分配算法如下：

初始化：

執(zhí)行過程：

m= m+1 ,返 回式(4) ,直到m= 2Mu。

3) 依據(jù) Cu,t對初始子載波塊分配進行調(diào)整。

根據(jù) Cu,t( 1 ≤ t≤Tu)對初始子載波塊分配方案進行調(diào)整，保證 Nu,t≤ Cu,t( 1 ≤t≤ Tu)，同時保證因調(diào)整子載波塊分配而導致的星地上行鏈路的總傳輸容量的減少量最小。設 Wu為需要重新分配的子載波塊集合，t的初始值為1。具體算法如下。

① 如果 Nu,t＞Cu,t成立，進入②；否則t=t+1且滿足 t ＜Tu，繼續(xù)執(zhí)行①。

② Wu=Au,t，任取 m ∈Au,t

通過式(5)、式(6)計算得到 Nu,t個 eu,t(m)，按eu,t(m)從小到大規(guī)則對 Au,t中子載波塊進行排序，把前 Nu,t- Cu,t個子載波塊從集合 Au,t中拿出，放入相應子載波塊集合 Au,t*中，如果第m個子載波塊被拿出，則 bu( m) =bu,t*(m)，Nu,t*= Nu,t*+1，直至拿出的子載波塊重新分配完畢，返回①。

4) 根據(jù) C BRu( t)對子載波塊分配進行再調(diào)整。

根據(jù) C BRu( t)(1 ≤ t≤Tu)對子載波塊分配進行再調(diào)整的目的是首先盡可能滿足每個地面設備的CBR業(yè)務的傳輸速率要求，具體過程如下。

設 Ru,d(t)為已分配給第t個地面設備的所有子載波塊能夠達到的傳輸速率，其初始值為

設 Ru,r(t)為屬于第t個地面設備的業(yè)務傳輸速率要求，其初始值為

調(diào)整規(guī)則如下。

① 假設第m個子載波塊已分配給第t個地面設備，bu( m )=bu,t(m)，如果因把第m個子載波塊分給其他地面設備而導致 Ru,d(t)- subu,t(m)＜Ru,r(t )，則第m個子載波塊不能重新分配給其他地面設備；否則有可能重新分配給其他地面設備。

② 每次子載波塊重新調(diào)整分配導致總傳輸速率的減少量最小，子載波塊重新分配的調(diào)整次數(shù)應越少越好。

規(guī)則①保證滿足業(yè)務傳輸速率要求的地面設備越來越多，規(guī)則②由代價函數(shù) eu,t(m) 表示：

Wu為可能重新分配子載波塊集合，其建立方法為Wu= { Au,t1∪ Au,t2…}且 (Ru,d(t1)＞ Ru,r(t1)… )，令t= 1 ：

① 如果 Ru,d(t)≥ Ru,r(t)，則t = t + 1且t≤Tu，繼續(xù)執(zhí)行①；否則，進入②。

② 建立當前的Wu，如果Wu≠φ，任取m∈Wu，計算 eu,t(m) ，進入③；否則步驟4)調(diào)整分配結束。

③ 如果Wu≠φ，則進入④；否則 t= t + 1且t≤ Tu，返回①。

否則子載波塊集合 Au,t不接受第 m*個子載波塊，Wu= Wu-{ m*}，返回③。

經(jīng)過以上處理后，對 Ru,r( t)(1 ≤ t≤Tu)進行更新，如果滿足 Ru,d(t)≥ Ru,r(t)，則Ru,r(t)=Ru,r(t)+rtVBRu(t)；否則 Ru,r( t)=Ru,d(t)+r tVBRu( t )。

5) 采用步驟 4)方法依次根據(jù) r tVBRu( t)、nrtVBRu( t)、 U BRu( t)對子載波塊分配進行調(diào)整。

6) 根據(jù) Au,t( 1 ≤ t≤Tu)和bu( m )( 1≤ m ≤ 2Mu)生成第u個點波束星地下行鏈路控制信道傳輸幀，發(fā)送給各個地面設備。

3.3 點波束星地上行鏈路業(yè)務傳輸幀的具體構成和跨層設計步驟2）算法

本文提出的點波束星地上行鏈路業(yè)務傳輸幀結構如圖7所示。

圖7 點波束星地上行鏈路業(yè)務傳輸幀構成

可認為在一個傳輸幀持續(xù)時間內(nèi)關于各個地面設備的點波束星地上行鏈路信道狀態(tài)和頻偏特性保持不變，幀頭采用PN序列構成，作為各個地面設備的標示符，用于每個傳輸幀的時間同步估計、信道估計。來自不同地面設備的星地上行鏈路業(yè)務傳輸幀根據(jù)點波束星地下行鏈路控制信道廣播信息占有相應子載波塊，OFDM_1_1和OFDM_1_2符號構成控制子幀，承載關于某個地面設備的各個業(yè)務的子載波分配方式信息，如圖8所示。

圖8 圖7中OFDM_1_1和OFDM_1_2符號內(nèi)容

對屬于第t個地面設備的各個業(yè)務采用連續(xù)分配方式分配子載波，如圖9所示。

針對第k個業(yè)務的子載波分配信息用集合{Gu,t( k),Nu,t(k ) }表示， Gu,t(k)為該業(yè)務編號，Nu,t(k)為該業(yè)務終止子載波位置，該業(yè)務起始子載波位置為屬于同一個地面設備的前一個業(yè)務的終止子載波位置+1。第t個地面設備的傳輸幀可容納個業(yè)務，控制子幀OFDM符號的每個子載波采用BPSK調(diào)制。圖8中后續(xù)L個OFDM符號構成傳輸幀的業(yè)務子幀，根據(jù)子載波調(diào)制制式和子載波分配方式承載各個傳輸業(yè)務。

圖9 給第t個地面設備的各個業(yè)務分配子載波示意圖

第u個點波束的第t個地面設備確定參數(shù){Gu,t( k),Nu,t( k)}(0 ≤ k≤Ku,t)和生成星地上行鏈路業(yè)務傳輸幀模型如圖10所示，圖10中跨層設計模塊的輸入信息有3種，具體如下。

第t個地面設備的每個星地上行鏈路傳輸業(yè)務的業(yè)務類型。

當前時刻存儲第 j (1 ≤ j≤Ju,t)個業(yè)務比特流的緩存占用長度信息（用 fu,t(j)表示，體現(xiàn)了業(yè)務的實時傳輸速率要求），為便于子載波分配，當滿足時，才認為該業(yè)務當前時刻有數(shù)據(jù)要傳輸，否則認為某業(yè)務當前時刻無傳輸數(shù)據(jù)，假設當前時刻滿足此條件的業(yè)務個數(shù)為，個業(yè)務形成的業(yè)務集合用表示。

來自點波束星地下行鏈路控制信道的關于第t個地面設備的最新子載波塊分配信息和子載波調(diào)制制式信息。

圖10 第t個地面設備的星地上行鏈路跨層設計模型

第t個地面設備給業(yè)務分配子載波算法如下。

則

則

需要說明的是：如果 e ( j/) ( j/∈χ)中有多個相同最小值，則 j/*為其中最小的 j/值。

3) 根據(jù)子載波分配信息生成圖 7的OFDM_1_1和OFDM_1_2符號。

4) 根據(jù)子載波分配信息和子載波調(diào)制制式信息對傳輸業(yè)務比特流進行排隊、符號映射、生成各個子載波信號，用IFFT把所有子載波信號調(diào)制成L個完整OFDM符號，插入相應CP，插入幀頭，對星地上行鏈路頻偏進行本地補償后，通過點波束星地上行鏈路業(yè)務信道傳輸給衛(wèi)星。

4 仿真

對3.2節(jié)算法的仿真分2部分，具體如下。

1) 執(zhí)行完3.2節(jié)算法的步驟1)、2)、3)得到點波束星地上行鏈路能夠達到的總傳輸速率 Br以及此時每個地面設備星地上行鏈路的總傳輸速率Br,t，把 Br、 Br,t與該點波束星地上行鏈路的最大可能總傳輸速率（即子載波塊包含的子載波個數(shù)為 1時，該點波束星地上行鏈路能夠達到的總傳輸速率）Bd以及此時每個地面設備星地上行鏈路的總傳輸速率 Bd,t進行比較，仿真參數(shù)如表1所示。

表1 3.2節(jié)算法仿真參數(shù)—1

顯然，當針對該點波束的各個地面設備的星地上行鏈路信道模型都是高斯信道時，Br與Bd基本一致，所以在仿真中只考慮萊斯信道時的情況，仿真結果如表2所示。

從表2的仿真結果可以看出，在不同的接收信噪比條件下，Br與Bd基本保持一致，兩者的傳輸速率差別幾乎可忽略不記，這也就驗證了對各個地面設備采用塊狀方式分配子載波，且同一子載波塊中的子載波調(diào)制制式相同這一設想的可行性。

表2 3.2節(jié)算法仿真結果—1

2) 把執(zhí)行完3.2節(jié)算法的步驟4)、步驟5)后的某個點波束星地上行鏈路能夠達到的總傳輸速率以及與 Br以及 Br,t進行比較，仿真參數(shù)如表3所示。

表3 3.2節(jié)算法仿真參數(shù)—2（S/N=15dB）

仿真結果如表4所示。

表4 3.2節(jié)算法仿真結果—2

從表4的仿真結果可以看出，3.2節(jié)算法的步驟4)、步驟5)能夠在一定程度上滿足各個地面設備的業(yè)務傳輸速率要求，并且使因重新調(diào)整子載波塊分配而導致總傳輸速率的減少量最小。

在3.2節(jié)算法仿真基礎上，對3.3節(jié)算法性能進行仿真，對4個地面設備分別注入5個傳輸業(yè)務，第1個業(yè)務為CBR業(yè)務，第2個業(yè)務為rtVBR業(yè)務、第3個業(yè)務為nrtVBR業(yè)務、第4、5個業(yè)務為UBR業(yè)務。對這20個傳輸業(yè)務從源地面設備傳輸?shù)叫l(wèi)星過程進行仿真，仿真中不考慮差錯重傳，仿真時間設為10s，檢驗每個業(yè)務的平均星地上行鏈路傳輸延時。每個業(yè)務的傳輸延時不包括星地上行鏈路的傳輸延時（130ms）。具體仿真結果如表5所示。

表5 各個業(yè)務的平均傳輸延時

仿真表明：子載波分配算法有效地支持了各種業(yè)務類型，CBR業(yè)務的傳輸延時小于其他業(yè)務，依次類推。

5 結束語

本文以基于 OFDM 的星載交換方案為研究背景，提出了此星載交換方案的星地上行鏈路工作流程和相關跨層設計算法，實時生成每個傳輸業(yè)務與子載波的對應關系，充分利用鏈路資源并盡可能滿足傳輸業(yè)務的QoS要求，此上行鏈路工作流程和相關跨層設計算法也可應用于無線通信系統(tǒng)。

[1] DE GAUDENZI R. R&D directions for next generation broadband multimedia systems∶ an Esa perspective[A]. 9th Ka and Broadband Communications Conference[C]. Lacco Ameno, Italy, 2003. 764-769.

[2] FALCONIO P, CATANIA F, AMATOL M. High quality qudio qervices over a L-band satellite link using COFDM with soft-decision[A].Proceedings of the IEEE 16th International Symposium on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications[C]. Berlin, Germany, 2005.2252-2256.

[3] 張琛, 付耀文, 張爾揚. QAM-OFDM衛(wèi)星通信系統(tǒng)PAPR抑制方法研究[J]. 通信學報, 2006,27(8)∶67-72.ZHANG C, FU Y W, ZHANG E Y. Research on PAPR reduction scheme in QAM-OFDM satellite communication system[J]. Journal on Communications, 2006,27(8)∶67-72.

[4] 黨軍宏, 晏堅, 曹志剛. 一種基于OFDM和跨層設計的星載交換系統(tǒng)[J]. 宇航學報, 2009, 30(3)∶1086-1094.DANG J H, YAN J, CAO Z G. An on-board switch scheme based on OFDM and cross-layer design[J]. Journal of Astronautics, 2009,30(3)∶1086-1094.

[5] ZHANG G.. Subcarrier and bit allocation for real-time services in multiuser OFDM systems[A]. IEEE ICC'04[C]. Paris, France, 2004.2895-2989.

[6] YU G., ZHANG Z, CHEN Y, et al. A novel resource allocation algorithm for for real-time services in multiuser OFDM systems[A]. IEEE VTC’06[C]. Spring, Melbourne Australia, 2006.1057-1062.

[7] SHEN Z, ANDREWS J G, EVANS B L. Optimal power allocation in multiuser OFDM systems[A]. IEEE GLOBECOM'03[C]. San Francisco, CA, 2003. 337-341.

[8] CHEN W, FAN P, CAO Z. Water filling in cellar∶ the optimal power allocation policy with channel and buffer state information[A]. IEEE ICC'05[C]. Seoul, Korea, 2005. 537-541.

[9] WONG I C, EVANS B L. Optimal downlink OFDMA resource allocation with linear complexity to maximize ergodic rates[J]. IEEE Transactions on Wireless Communication, 2008, 7(3)∶ 962-971.