衛(wèi)星通信擴(kuò)容PCMA技術(shù)

衛(wèi)星通信擴(kuò)容PCMA技術(shù)研究目的與意義衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介傳統(tǒng)容量擴(kuò)增技術(shù)PCMA技術(shù)基本原理國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀主要內(nèi)容研究目的與意義

衛(wèi)星通信是現(xiàn)代無(wú)線通信的重要組成部分，自誕生以來(lái)便以其覆蓋范圍廣、通信容量大、組網(wǎng)靈活、機(jī)動(dòng)性好、不受地理環(huán)境限制等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注。

現(xiàn)代化信息交換的需求促使衛(wèi)星通信系統(tǒng)向著更高的系統(tǒng)容量，更安全，更穩(wěn)定的方向發(fā)展。受限于有限的頻帶寬度，如何提高衛(wèi)星信道的利用率關(guān)系到衛(wèi)星系統(tǒng)的容量，直接影響著對(duì)日益增長(zhǎng)的需求的滿足。成對(duì)載波多址系統(tǒng)(PairedCarrierMultipleAccess,PCMA)通過(guò)使兩個(gè)終端的通信信道占用相同的頻帶，使得頻帶利用率理論上提高了一倍，從而大大提升了系統(tǒng)容量。衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

利用地球靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行通信的概念最早是由科學(xué)家A.C.Clarke于1945年提出的。他在文章中指出，圓形的赤道軌道上空、高度為35786km處的一顆衛(wèi)星，每24小時(shí)繞地球旋轉(zhuǎn)一次，即它與地球以同樣的角速度繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。在地球上的觀察者，將見到這顆衛(wèi)星固定懸掛在天空上某一點(diǎn)。Clarke在文章中還談到，用太陽(yáng)能作動(dòng)力、配置在適當(dāng)空間位置上的三顆靜止衛(wèi)星，能夠進(jìn)行全球通信，如下圖所示。

Clarke的預(yù)言，在20年后成為現(xiàn)實(shí)。到目前為止，全世界已經(jīng)有八個(gè)國(guó)家向太空發(fā)射了超過(guò)800顆人造衛(wèi)星，一般來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)由處在地球上空一定高度的通信衛(wèi)星、地球站和地面終端組成，如圖1-2所示。用戶發(fā)出的基帶信號(hào)，經(jīng)過(guò)地面通信網(wǎng)絡(luò)傳送到地球站，轉(zhuǎn)為射頻信號(hào)后發(fā)送到衛(wèi)星上。通信衛(wèi)星作為空間的一個(gè)中繼站，將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大、交換、再生等處理后，再傳回地面或轉(zhuǎn)送至其他衛(wèi)星系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在當(dāng)前的衛(wèi)星通信體制中，系統(tǒng)容量（用戶容量）主要受到來(lái)自兩方面物理?xiàng)l件的制約，一是帶寬限制，二是功率限制。

為克服帶寬受限，可采用各種多址接入技術(shù)，如頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多(CDMA)等。這些多址技術(shù)利用在頻率、時(shí)間、碼序列空間上的多重分割，大大擴(kuò)展了可用的信道數(shù)目?；谶@些多址方式，多頻時(shí)分多址(MF-TDMA)、多頻碼分多址(MF-CDMA)等更復(fù)雜的混合多址方式也被運(yùn)用到衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，這在有限帶寬內(nèi)進(jìn)一步提高了頻帶利用率，同時(shí)增加了系統(tǒng)容量。

為了克服功率受限，更高的傳輸功率、高增益天線和更有效的調(diào)制與編碼方式都開始投入到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，各種功率控制方法也都針對(duì)這一問(wèn)題給出了改進(jìn)方案。傳統(tǒng)擴(kuò)容增量技術(shù)

在PCMA系統(tǒng)中，進(jìn)行通信的兩個(gè)衛(wèi)星終端可以采用完全相同的時(shí)隙、頻率和碼字，在接收端進(jìn)行一定的處理之后將兩路信號(hào)分離開來(lái)，實(shí)現(xiàn)了信道的倍增。這就是PCMA的創(chuàng)新之處。PCMA系統(tǒng)的具體工作原理如圖2-1所示。

通信時(shí)，雙方分別向星上發(fā)送上行信號(hào)，經(jīng)過(guò)透明的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器后，兩個(gè)地面站均可接收到由本地信號(hào)成分與對(duì)方信號(hào)成分（即有用信號(hào)）組成的下行混合信號(hào)。由于每個(gè)終端都確切知道自身發(fā)送的信息及地球站收發(fā)信號(hào)的處理過(guò)程，因此能夠?qū)旌闲盘?hào)中的本地信號(hào)成分作出比較有效的估計(jì)。本地信號(hào)作為自干擾信號(hào)成分從混合下行信號(hào)中抵消后，即可對(duì)有用信號(hào)實(shí)現(xiàn)可靠解調(diào)。由于雙方信號(hào)在時(shí)域、頻域和碼空間上可做到完全重疊，當(dāng)鏈路對(duì)稱時(shí)，信道資源利用率可提高一倍。PCMA技術(shù)基本原理1

衛(wèi)星以回路方式工作，即網(wǎng)內(nèi)各個(gè)終端均能接收到經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后的、來(lái)自網(wǎng)內(nèi)任一終端的信號(hào)。這里所指的并不一定是采用全球波束的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，多波束衛(wèi)星通信系統(tǒng)中單個(gè)波束覆蓋范圍內(nèi)可以互相通信的各個(gè)終端也可以看作滿足回路工作條件，因此也可以應(yīng)用PCMA技術(shù)。2

星上使用彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器，即透明式轉(zhuǎn)發(fā)器。衛(wèi)星不對(duì)接收到的上行信號(hào)進(jìn)行解調(diào)及重新調(diào)制等星上處理，信號(hào)僅經(jīng)歷帶通濾波、變頻和放大過(guò)程。3

單跳雙向通信鏈路，即每次通信只經(jīng)過(guò)一次衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)。PCMA技術(shù)基本原理PCMA技術(shù)要求衛(wèi)星系統(tǒng)滿足以下要求隨著PCMA技術(shù)逐漸走向成熟，基于PCMA技術(shù)的衛(wèi)星通信產(chǎn)品已于近年在市場(chǎng)上投放，且收效顯著。目前，ViaSat公司已有多款采用PCMA技術(shù)的產(chǎn)品，主要包括StarWareVSat系統(tǒng)的CalypsoIII和CalypsoIV子載波終端。在PCMA工作模式下，它們可大大改善VSat網(wǎng)絡(luò)的頻譜復(fù)用率，同時(shí)支持IP數(shù)據(jù)、話音以及傳真等業(yè)務(wù)類型。兩個(gè)終端都支持對(duì)稱和非對(duì)稱PCMA工作模式。采用PCMA技術(shù)的StarWareVSat系統(tǒng)在國(guó)外已有一些應(yīng)用，如美國(guó)的NewYorkStateInsuranceFund,FloridaPowerandLight等。我國(guó)的BAIIT(BeijingApplicationInstituteofInformationTechnology)管理的私有衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、中國(guó)海洋石油集團(tuán)的VSat終端也采用了ViaSat公司的相關(guān)產(chǎn)品。在我國(guó)，對(duì)于PCMA