载波姿态影响下 LoRa 上行卫星通信中的正交性分析
信号处理
2025-07-16 v2 系统与控制
系统与控制
摘要
本文首次给出受卫星通信中多普切效应下，LoRa 调制波形及其在连续与离散时间域上的互相关的解析表达式。我们提出了「共享可见窗口」的概念与公式，用于描述卫星视角下两地面设备的可见性。我们的分析覆盖了在无多普切与有多普切情形下，不同扩散因子( SF )的互相关结果。我们发现，不同 SF 之间的最大互相关值以及平均互相关值均不受多普切效应的影响。然而，相同 SF 之间的最大互相关值仅在高多普切移位下免受影响，其数值在高多普切率下波动于0.6至1之间。我们通过引入传输开始时间与互相关之间的关系，解释了这种波动现象。我们对轨道高度、地面设备间距离以及倾斜角进行了参数分析。此外，我们分析了 LoRa 信号的位错误率( BER )，观察到在高多普切移位或与相同 SF 干扰时，性能表现变差。仅当多普切效应低于频率阈值时，提高信噪比( SNR )或信噪比( SIR )才会改善 BER 性能。在多普切效应下，BER 的性能行为不再与最大互相关值一致。最后， our结果 lead to two recommendations: 1) 为缓解多普切对互相关的影响，建议采用低 SF 、高轨道高度、短地面设备距离以及高多普切移位下的传输开始时间；2) 为缓解多普切对 BER 的影响，建议采用低 SF 、高带宽以及高多普切率下的传输开始时间。这些关于传输开始时间的相互冲突建议凸显了多普切补偿技术在正确操作卫星 LoRa 通信中必要性。
引用
@article{arxiv.2502.16179,
title = {Orthogonality Analysis in LoRa Uplink Satellite Communications Affected by Doppler Effect},
author = {Jikang Deng and Fatma Benkhelifa and Mohamed-Slim Alouini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.16179},
year = {2025}
}