衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與3G融合的關(guān)鍵技術(shù)分析

馬海濤

【摘 要】3G是一個全球無縫覆蓋，包括衛(wèi)星移動通信、陸地移動通信和無繩電話等蜂窩移動通信的大系統(tǒng)。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)無通信盲區(qū)，全面覆蓋地域、空域，達(dá)到全球無縫覆蓋的關(guān)鍵手段。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是3G的有效補(bǔ)充，在下一代移動通信系統(tǒng)中，移動衛(wèi)星網(wǎng)作為一個分系統(tǒng)同樣是不可缺少的。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星通信；3G 算法

0.引言

3G是一個全球無縫覆蓋，包括衛(wèi)星移動通信、陸地移動通信和無繩電話等蜂窩移動通信的大系統(tǒng)。它可以向公眾提供前兩代產(chǎn)品所不能提供的各種寬帶信息業(yè)務(wù)，如高速數(shù)據(jù)、慢速圖與電視圖像等，傳輸速率高達(dá)2MBITS，帶寬在2MHZ以上，是一種真正的“寬頻多媒體全球數(shù)字移動電話技術(shù)”。

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)無通信盲區(qū)，全面覆蓋地域、空域，達(dá)到全球無縫覆蓋的關(guān)鍵手段。為了真正實(shí)現(xiàn)全球通信，衛(wèi)星通信系統(tǒng)是3G不可替代的重要組成部分。

在衛(wèi)星移動通信中主要采用CDMA多址接入方式，由于CDMA存在多址干擾（MAI）這成為決定系統(tǒng)容量的關(guān)鍵因素。為了使衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與3一有效地整合互聯(lián)，需要找到消除MAI的有效方法，這對有限的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻率資源相當(dāng)重要。

1.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是指提供衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)，其典型特征是利用衛(wèi)星作中繼站向用戶提供移動業(yè)務(wù)，因此衛(wèi)星移動通信實(shí)際上是傳統(tǒng)的固定衛(wèi)星通信與移動通信結(jié)合的產(chǎn)物。從表現(xiàn)形式來看，它既是一個提供移動業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，又是一個采用衛(wèi)星作中繼站的移動通信系統(tǒng)。

在一個綜合網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的特有優(yōu)勢在于：

*可以實(shí)現(xiàn)全球完整、連續(xù)的覆蓋。

*可能作為地面蜂窩網(wǎng)業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域的擴(kuò)展。

*因有的動態(tài)信道分配技術(shù)可以解決特殊場合到不可取代的應(yīng)急通信作用。

*系統(tǒng)的建立對于軍民結(jié)合、平戰(zhàn)結(jié)合、滿足軍事通信特殊需要等具有戰(zhàn)略意義。

*衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是3G的有效補(bǔ)充，在下一代移動通信系統(tǒng)中，移動衛(wèi)星網(wǎng)作為一個分系統(tǒng)同樣是不可缺少的。

1.1多址訪問方式

衛(wèi)星通過通信的一個基本特點(diǎn)是：處在一顆通信衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)內(nèi)的所有地球站都能從衛(wèi)星接收信號，也都能向恒星發(fā)射信號，即具有多址訪問能力或者多點(diǎn)對多點(diǎn)的通信能力。多址訪問能力是衛(wèi)星通信的一個獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但如果對地球站訪問衛(wèi)星的能力不加任何限制，則可能會使優(yōu)點(diǎn)變成缺點(diǎn)。多個地球站同時以相同方式訪問衛(wèi)星，會在衛(wèi)星上發(fā)生信號碰撞，造成這些信號都不能被 正確接收，因此必須控制地球站對衛(wèi)星的訪問，使不同地球站發(fā)射的信號不會在衛(wèi)星在完全重疊（包括時間、空間、頻率和編碼等方面），同時，又能讓接收地球站從衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的所有信號中識別出發(fā)給本站的信號。不同的控制策略構(gòu)成了不同的多址訪問方式。

衛(wèi)星通信中的多址方式類似于地面移動通信中的多址方式，主要有TDMA、FDMA CDMA以及SDMA。

1.2 CDMA在衛(wèi)星移動通信中的應(yīng)用

*在通信系統(tǒng)中，CDMA應(yīng)用主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

*寬帶傳輸，抗多徑衰落性能好。

*信號頻譜的擴(kuò)展和相關(guān)接收具有較好的信號隱蔽性和保護(hù)性，抗干擾能力強(qiáng)。

*允許共覆蓋的多系統(tǒng) 多衛(wèi)星同頻操作，無需系統(tǒng)間協(xié)調(diào)，抗地面同頻通信系統(tǒng)的干擾。

*有擴(kuò)頻增益，允許相鄰波束使用相同頻率，頻率復(fù)用能力強(qiáng)。

*容量沒有硬限制，增加用戶會影響性能，但不會遭到拒絕。

*能充分利用話音激活提高容量，具有軟切換功能。

由于CDMA的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在移動通信中得到了日前廣泛的應(yīng)用。

2.系統(tǒng)之間融合互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)

作為3G的接入方式，與FDMA和TDMA方式相比，CDMA更適合于通信容量小而又要求對多個地球站進(jìn)行通信的系統(tǒng)（如軍事應(yīng)用，飛機(jī)和艦艇通信等），且在抗干擾、保密性隱蔽性、靈活性以及抗頻率選擇性衰落等方面上人獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

衛(wèi)星移動通信中可以使用CDMA的接入方式，在實(shí)際系統(tǒng)中，碼間干擾（ISI）、同頻道干擾（CCI）以及系統(tǒng)中強(qiáng)信號對弱信號的抵制（遠(yuǎn)近效應(yīng)）成為CDMA系統(tǒng)必然存在的敗類主要干擾。CCI制約著系統(tǒng)的容量ISI制約著通信的速率。對ISI的抵制可以采用均衡或分集技術(shù)，而抑制CCI需采用多用戶檢測技術(shù)。

2.1 MAI的抑制

CCI人產(chǎn)生是由一用戶之間的相互干擾，也稱為MAI。MAI來源包括同小區(qū)外的移動臺、其他無線電通信系統(tǒng)等 ，其中主要的兩種干擾是采用同一組頻率的小區(qū)內(nèi)信號之間的同頻干擾和來自相鄰小區(qū)信號的鄰頻干擾。CDMA系統(tǒng)的主要缺陷就是由MAI帶來的容量限制。

傳統(tǒng)的檢測方式如匹配濾波器采用單入單出檢測方式，不能充分地利用用戶信息，而將MAI看作是高斯白噪聲，大大降低了系統(tǒng)容量。傳統(tǒng)的匹配濾波接收機(jī)或相關(guān)接收機(jī)存在的主要問題現(xiàn)在以下方面。

干擾底限：由于干擾信號與期望信號不完全正交，所以期望用戶的匹配濾波器輸出中含有MAI，即使接收機(jī)熱噪聲電平趨于零，由于MAIR 存在，匹配濾波接收機(jī)的錯誤概率也會表現(xiàn)出非零的下界，使得相關(guān)接收機(jī)很難達(dá)到低誤碼率。

遠(yuǎn)近問題：由于MAI的存在，如果干擾用戶比期望用戶距基站更近，干擾用戶在基站的接收功率就會比期望用戶大的多，擴(kuò)頻序列與干擾之間的相關(guān)就可能比與期望用戶信號之間的相關(guān)大，于是傳統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)的輸出中MAI分量就可能很嚴(yán)重，期望用戶信號甚至可能淹沒在干擾信號中。

由此可見，抑制MAI可以有效地提高通信質(zhì)量。

2.2 MUD技術(shù)

可以看出，更好的接收算法應(yīng)該是對多個用戶的聯(lián)合檢測。MUD的基本思想就是充分利用擴(kuò)頻碼的已知結(jié)構(gòu)信息，在通常的CDMA中將多徑干擾與MAI看作等效于白噪聲的無用信息來處理。這是一種消極的處理方法，實(shí)際上不論多徑干擾還是MAI，本質(zhì)上并不是純粹無用的白噪聲，而是有著很強(qiáng)規(guī)律性的偽隨機(jī)序列信號。如果用戶與各條路徑間的相關(guān)函數(shù)都是已知的，從理論上看，完全有可能利用這些偽隨機(jī)的已知結(jié)構(gòu)信息和統(tǒng)計信息來進(jìn)一步消除它所帶來的負(fù)面影響，同時消除、削弱多址、多徑干擾以及遠(yuǎn)近效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)容量性能的目的。MUD技術(shù)的應(yīng)用使CDMA系統(tǒng)的優(yōu)越性更加明顯，成為3G 提高系統(tǒng)容量性能的目的關(guān)鍵技術(shù)之一。

單純的MUD技術(shù)的研究應(yīng)用已經(jīng)不能更好地提高系統(tǒng)的性能，將MUD技也其他技術(shù)相結(jié)合成為目前更為廣泛的研究方向。

與智能天線的結(jié)合

結(jié)合智能天線得到的空域信息，將MUD技術(shù)推廣到窠進(jìn)領(lǐng)域。由于空間信息的引入大大增加了檢測器的輸入信噪比，并且使得MUD可以應(yīng)用到過載系統(tǒng)，即小區(qū)實(shí)際用戶數(shù)可以多于用于區(qū)分用戶的擴(kuò)頻序列數(shù)，這樣進(jìn)一步提高了系統(tǒng)容量。

多載波技術(shù)的結(jié)合

多載波技術(shù)能有效地克服衰落信道引起的符號間串?dāng)_，因此將MUD引入到多載波CDMA系統(tǒng)，研究頻域與碼二維信號處理技術(shù)，能夠大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

編譯碼相結(jié)合

由于MUD輸出信號將進(jìn)入譯碼單元，如果將譯碼與MUD結(jié)合考慮，相互作用，會大大改善檢測性能，提高系統(tǒng)容量。

3.結(jié)束語

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)作為3G的重要組成部分，其地位和作用已勿用庸置疑，二者共同協(xié)作滿足全球范圍內(nèi)不同用戶密度地域的廣泛業(yè)務(wù)需求，在所提供的業(yè)務(wù)上也相互補(bǔ)充，并且實(shí)現(xiàn)起來更經(jīng)濟(jì)。CDMA通信系統(tǒng)具有抗干擾、容量大以及保密性好等性能，但由于實(shí)際系統(tǒng)中各用戶之間的碼字不可能達(dá)到完全正交和同步，其非零互相關(guān)系數(shù)會引起各用之間的相互干擾。MUD技術(shù)是消除MAI的有效方法，這對能限的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻率資源相當(dāng)重要，衛(wèi)星移動通信中采用MUD技術(shù)將大提高系統(tǒng)的性能。