- 文献综述（或调研报告）：
高吞吐量卫星通信的最新技术依赖于多波束架构，该架构利用了天线阵列提供的空间自由度，极大地实现了频谱复用，从而实现空分多址（SDMA）。然而实际上，由于卫星波束旁瓣的存在，会对地面用户产生很大干扰，尤其是在波束覆盖重叠的区域，要想实现高效的频率复用方案，必须引进先进的信号处理技术，从而降低多波束系统中产生的多用户干扰（MUI）。这种信号处理技术通常称为多用户多输入多输出（MU-MIMO），在卫星环境中也称为多波束联合处理[1]。在这种情况下，近年来预编码（或波束成形）技术已成为MIMO无线通信的研究热点。通常，预编码矩阵是在卫星网关处计算的。之后，波束信号被预编码（通过将数据流与预编码器矩阵相乘），并使用频分复用方案通过馈线链路进行传输。
文献[2]最早提出了将预编码（也叫波束成形）技术应用于多波束卫星，分别提出了迫零(Zero Forceing,ZF)和最小均方误差(MMSE)预编码来提高前向链路的系统容量。文献[3]研究了研究了固定多波束卫星系统前向链路中的联合多用户线性预编码设计，为线性预编码设计提供了一个通用的优化框架，以处理具有一般线性和非线性功率约束的数据速率的任何目标函数。为此，提出了一种交替优化预编码向量和功率分配的迭代算法，并证明了该算法始终收敛。
上述的预编码方案主要针对是多用户单播通信系统，将独立的数据发送给每个用户。近年来，DVB-S2X SatCom标准[4]的物理层设计已经不断优化，可以应对噪声受限的卫星信道（其特点是极大的传播延迟和强烈的衰落现象）。因此，长前向纠错码（FEC）和依赖于自适应链路层设计的衰落减轻技术（比如自适应编码调制，ACM）已经被采用。这意味着每个帧可容纳多个用户，因此卫星通信可以面对组播场景。然而，组播成帧结构阻碍了基于逐个用户的预编码矩阵的计算，需要提出用于物理层组播的预编码方案。 文献[5]提出了一种两阶段的低复杂度预编码设计，第一阶段减小波束间干扰，第二阶段提高波束内的SINR，并且根据一阶扰动模型设计了鲁棒性算法。文献[6]提出了一新颖的优化问题，旨在在各个天线功率约束下最大化系统总速率，并且该问题可进一步扩展到其他可应用的约束条件。
常规的预编码方法大多利用了信道状态信息（CSI），以设计要应用于多个数据流的预编码器。最近在文献中已经考虑了一种不同的预编码策略，称为符号级预编码[7]。在这种方法中，基于CSI和数据信息(DI)的知识来设计发送信号，该信息由要传递给用户的符号构成。由于该设计还利用DI，因此符号级预编码的目的不是消除干扰，而是对其进行控制，以对每个用户产生建设性的干扰效果。在用户终端上给定的SINR约束下，已证明该方法优于常规的预编码方案，在网关侧功耗明显降低。
由于频率复用，导致的馈线链路带宽需求不断增长，因此多网关模式被提出，这样，馈线链路的可用频谱可以通过定向的天线在空间上分离的网关之间重用。在该系统中，流量是在不同的网关处生成的，多个馈送链路会同时传输来自隔离区域的预编码数据。因此，相应的预编码技术也需要被重新考虑。文献[8]基于MMSE准则，提出了分布式多网关预编码系统设计，每个网关对发给其各自用户的符号进行预编码。
以上都是面向频谱效率的预编码设计方案，文献[9]针对单播传输场景提出了两种面向能量效率（EE）的预编码设计方案，一种是借鉴了ZF的思想和Dinkelbach方法的迭代算法，另一种利用连续凸逼近（SCA）将非凸问题转化为二阶锥规划问题求解。文献[10]为了最大化组播多波束卫星通信的能量效率，提出了在总功率和服务质量（QoS）约束下的预编码设计，通过引入辅助变量并使用一阶泰勒下界逼近将其转换为凹凸分数规划问题，基于Charnes-Cooper变换，将其进一步转换为凸问题，然后提出了一种迭代算法来设计EE最大化的预编码。
总体而言，近年来多波束卫星预编码的研究发展非常迅速，已经解决了许多实际挑战。当多波束卫星系统的尺寸很大时，实现多波束卫星预编码技术所需的计算复杂性可能会很大。因为许多当前的系统都具有几百个波束，由于计算的预编码矩阵非常大，这使预编码的实现变得复杂。在这方面，低复杂度的线性预编码技术引起了极大的兴趣，这是一个值得进一步关注和研究的问题。
参考文献：
[1] A. I. Perez-Neira, M. A. Vazquez, M. R. B. Shankar, S. Maleki, and S. Chatzinotas, “Signal processing for high-throughput satellites: Challenges in new interference-limited scenarios,” IEEE Signal Processing Magazine, vol. 36, no. 4, pp. 112–131, July 2019.
[2] L. Cottatellucci et al., “Interference mitigation techniques for broadband satellite system,” in Proc. 24th AIAA Int. Commun. Satellite Syst. Conf. (ICSSC), San Diego, CA, USA, Jun. 2006, pp. 1–13. [Online].Available:http://www.eurecom.fr/publication/1886.
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