美軍MUOS系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)分析

倪 娟,佟 陽(yáng),黃國(guó)策,葉向陽(yáng)

(1.空軍工程大學(xué) 信息與導(dǎo)航學(xué)院,西安 710077;2.空軍裝備研究院,北京 100085)

1 引 言

美軍衛(wèi)星通信分為3類,即窄帶衛(wèi)星通信、受保護(hù)帶衛(wèi)星通信和寬帶衛(wèi)星通信[1],對(duì)應(yīng)的頻段分別為UHF、EHF和SHF。UHF頻段作為窄帶衛(wèi)星通信使用頻段,憑借信號(hào)穿透力強(qiáng)、終端實(shí)用性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)全球波束覆蓋和廣播聯(lián)網(wǎng)、接入得到保證[2]等優(yōu)點(diǎn),大量應(yīng)用于美軍無(wú)人機(jī)通信、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈、巡航導(dǎo)彈指揮控制、廣播以及后勤保障等軍事行動(dòng)中。

窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要提供低數(shù)據(jù)速率的戰(zhàn)術(shù)級(jí)衛(wèi)星通信,美軍現(xiàn)役的窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)為UFO(UHF Follow-On)。隨著美軍無(wú)人機(jī)數(shù)量激增,UHF頻段通信需求不斷增長(zhǎng),而UFO使用壽命即將結(jié)束,能提供的通信容量已不足峰值容量的70%,目前UFO用戶數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了定額的150%,并且由于干擾和誤操作,信道利用率通常低于50%[3],且UFO終端龐大,攜帶使用不方便。因此,美軍自1999年開(kāi)始研制移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)(Mobile User Objective System,MUOS),用于接替UFO,成為美軍下一代窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)?；诖?本文對(duì)MUOS系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行全面介紹,著重分析和研究了MUOS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),以期引起廣大研究者的關(guān)注,促進(jìn)我國(guó)衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展。

2 系統(tǒng)介紹

MUOS借鑒陸地蜂窩第三代寬帶碼分多址(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)技術(shù)體制[4],采用新的波形和算法,并與GEO衛(wèi)星相結(jié)合,運(yùn)用星地一體化設(shè)計(jì),為用戶提供全球覆蓋、具有聯(lián)合互操作性的超視距通信,支持話音、數(shù)據(jù)、多媒體等業(yè)務(wù)的傳輸,不僅能滿足容量需求,也可保證通信的有效性和可靠性。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

MUOS系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段組成。空間段包括4顆GEO衛(wèi)星和一顆在軌備份衛(wèi)星,每顆衛(wèi)星除搭載一個(gè)MUOS系統(tǒng)有效載荷之外,還搭載一個(gè)UFO衛(wèi)星有效載荷。

地面段包括無(wú)線電接入設(shè)備(Radio Access Facility,RAF)、交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備和衛(wèi)星控制設(shè)備,主要用于衛(wèi)星的控制、用戶語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的管理與傳輸以及通信資源的管理與控制,各設(shè)備間通過(guò)高速光纖互聯(lián)構(gòu)成地面網(wǎng)絡(luò),地面網(wǎng)絡(luò)是基于通用移動(dòng)通信系統(tǒng)包交換域的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)[5],用戶可通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程接口與國(guó)防信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(Defense Information System Network,DISN)、公共電話交換網(wǎng)、全球信息柵格以及其他衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)相連。

用戶段包括各種機(jī)載、艦載、人工背負(fù)式、手持式移動(dòng)和固定終端。MUOS兼容原有的UHF終端[6],新開(kāi)發(fā)的MUOS終端與聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)(the Joint Tactical Radio System,JTRS)體系結(jié)構(gòu)保持一致[7],通常只需在原終端中嵌入MUOS波形即可作為MUOS終端通信。

2.2 信息流

MUOS上行UHF鏈路頻率為300～320 MHz,下行UHF鏈路頻率為360～380 MHz。每顆衛(wèi)星在地面形成16個(gè)蜂窩,系統(tǒng)將20MHz帶寬劃分成4個(gè)5 MHz的衛(wèi)星波束載波(Satellite Beam Carrier,SBC)分配到每個(gè)蜂窩,不同的蜂窩間可進(jìn)行頻率復(fù)用,同一SBC的所有用戶在同一時(shí)刻使用相同頻率通信。WCDMA采用正交可變擴(kuò)頻因子(Orthogonal Variable Spreading Factor,OVSF)碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制,不同的擴(kuò)頻碼代表不同的波形,不同的波形區(qū)分不同的信道;采用PN碼進(jìn)行擾碼調(diào)制,每個(gè)終端被分配一個(gè)獨(dú)有的擾碼,RAF根據(jù)該擾碼區(qū)別不同的終端[8]。

MUOS信息流程如圖1所示,包括6個(gè)階段:

(1)MUOS終端通過(guò)UHF上行鏈路向衛(wèi)星發(fā)送信號(hào);

(2)衛(wèi)星接收信號(hào)并將其數(shù)字化后,通過(guò)Ka頻段下行饋電鏈路傳送到RAF;

(3)RAF將信號(hào)解調(diào)、譯碼后,傳送到最近的交換設(shè)備;

(4)交換設(shè)備將信號(hào)路由到DISN(與其他網(wǎng)絡(luò)通信時(shí))或者與目標(biāo)用戶處于同一衛(wèi)星覆蓋區(qū)的RAF;

(5)RAF通過(guò)Ka頻段上行饋電鏈路將該信號(hào)發(fā)送到覆蓋此RAF的衛(wèi)星;

(6)衛(wèi)星將接收到的信號(hào)放大,下變頻到UHF頻段,通過(guò)UHF下行鏈路將信號(hào)發(fā)送至目標(biāo)用戶[3,9]。

圖1 MUOS信息流Fig.1MUOS data flow

UHF上行鏈路、衛(wèi)星和Ka頻段下行鏈路共同構(gòu)成用戶到基站(User-to-Base,U2B)鏈路,Ka頻段上行鏈路、衛(wèi)星和UHF下行鏈路共同構(gòu)成基站到用戶(Base-to-User,B2U)鏈路。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)健性,MUOS設(shè)計(jì)時(shí),每顆衛(wèi)星覆蓋兩個(gè)RAF,且一個(gè)RAF被兩顆衛(wèi)星覆蓋。在系統(tǒng)工作量的約束下,為了提高容量,RAF應(yīng)盡量將工作量均勻分散到每個(gè)衛(wèi)星波束,同時(shí)衛(wèi)星也應(yīng)將工作量均勻分散到每個(gè)RAF[9]。

2.3 MUOS與地面蜂窩WCDMA系統(tǒng)區(qū)別比較

MUOS與地面蜂窩WCDMA系統(tǒng)的區(qū)別主要體現(xiàn)在信道特性和端對(duì)端傳輸時(shí)延上,將其總結(jié)如表1所示。

表1 MUOS與地面蜂窩WCDMA系統(tǒng)傳輸比較Table 1 Transmission comparison between MUOS and the terrestrial cellular WCDMA system

MUOS將3G WCDMA作為其波形定義的基礎(chǔ)[10,12],并大量運(yùn)用第三代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際操作過(guò)程中,需根據(jù)MUOS衛(wèi)星信道特點(diǎn)和實(shí)際需求,對(duì)3G WCDMA波形和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮蛣?chuàng)新。這些技術(shù)包括空中接口技術(shù)、RAKE接收技術(shù)、波束成形技術(shù)和功率控制技術(shù)等。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 空中接口技術(shù)

公共空中接口(Common Air Interface,CAI)是為了標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)星與終端之間通信波形而定義的[11]。信道的相干時(shí)間越大,對(duì)支持物理層信令傳輸和接收機(jī)跟蹤算法的專用物理控制信道(Dedicated Physical Control Channel,DPCCH)功率要求越低。MUOS UHF信道相干時(shí)間約為陸地蜂窩系統(tǒng)的6倍,因此可以降低控制信道的功率開(kāi)銷,提高數(shù)據(jù)信道的承載容量。與典型的陸地蜂窩WCDMA系統(tǒng)相比,MUOS波形設(shè)計(jì)時(shí),降低了DPCCH和公共導(dǎo)頻信道(Common Pilot Channel,CPICH)功率。在U2B方向,DPCCH功率降低了7 dB;B2U方向,CPICH功率降低了10 dB[12]。

MUOS信道相干時(shí)間大于100 ms,而WCDMA物理層最大傳輸時(shí)間間隔(Transmission Time Interval,TTI)為80 ms,因此要在U2B鏈路利用時(shí)間分集技術(shù)必須增大傳輸時(shí)延。MUOS在WCDMA調(diào)制子層和編碼合成傳輸信道之間插入了楔形交織(Dovetail Interleaving,DTI),將8個(gè)TTI進(jìn)行幀交織[9,12],傳輸時(shí)間間隔增大到640 ms,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)相干時(shí)間UHF信道的時(shí)間分集技術(shù)。

MUOS作為軍事系統(tǒng),其嚴(yán)格的數(shù)據(jù)速率要求決定了B2U鏈路速率匹配算法與陸地WCDMA系統(tǒng)中使用的算法存在差異。MUOS B2U速率匹配算法要考慮誤塊率、信息重傳和周期性的優(yōu)先控制等因素,因此要求傳輸格式組合(Transport Format Combination,TFC)中的數(shù)據(jù)速率高于額定速率。MUOS修改了3G WCDMA B2U鏈路速率匹配算法,將TFC分為額定值和擴(kuò)展值。額定TFC發(fā)送額定數(shù)據(jù)速率,在未滿載的TFC中插入不連續(xù)發(fā)射比特,類似于陸地蜂窩WCDMA下行鏈路速率匹配算法;擴(kuò)展TFC則完全利用所有可用的專用物理數(shù)據(jù)信道(Dedicated Physical Data Channel,DPDCH)比特進(jìn)行速率設(shè)定。仿真實(shí)驗(yàn)證明運(yùn)用該改進(jìn)的速率匹配算法,能有效地克服性能下降[12]。

3.2 RAKE接收技術(shù)

RAKE接收機(jī)通過(guò)相干合并每個(gè)信道接收到的能量來(lái)對(duì)抗多徑衰落。MUOS系統(tǒng)中,RAF和用戶終端都使用了RAKE接收技術(shù),仿真實(shí)驗(yàn)和硬件測(cè)試均表明RAKE接收技術(shù)在大量可變的UHF衛(wèi)星通信信道中能發(fā)揮很好的性能。

由空中接口技術(shù)可知,為最大限度地提高容量,將DPCCH功率電平設(shè)置比地面WCDMA系統(tǒng)中的典型值低7 dB。專用導(dǎo)頻符號(hào)是DPCCH的一部分,主要用于信道估計(jì),相當(dāng)于“訓(xùn)練序列”,RAKE信號(hào)處理也是針對(duì)專用導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行的,處理后一方面對(duì)信道進(jìn)行估計(jì),控制查找器時(shí)延,另一方面計(jì)算出組合權(quán)向量,將不同DPDCH數(shù)據(jù)流組合成單一數(shù)據(jù)流[13-14],如圖2所示。專用導(dǎo)頻符號(hào)功率過(guò)低,通過(guò)信道后信干比過(guò)低將影響RAKE信號(hào)處理的性能。為解決這一問(wèn)題,需要增大信道跟蹤時(shí)間常數(shù),由此增加的信道跟蹤處理增益能減輕專用導(dǎo)頻符號(hào)信干比的降低。實(shí)際中,信道跟蹤時(shí)間常數(shù)受到信道相干時(shí)間和頻率跟蹤性能的限制,MUOS信道相干時(shí)間長(zhǎng),因此MUOS RAKE接收機(jī)的信道跟蹤時(shí)間常數(shù)只受到頻率跟蹤性能的限制。為了提高頻率跟蹤性能,MUOS RAKE接收機(jī)使用了最大似然算法的頻率估計(jì)技術(shù)、在頻率估計(jì)前增加預(yù)檢測(cè)數(shù)據(jù)積分以及延長(zhǎng)頻率跟蹤環(huán)時(shí)間常數(shù)等方法[14]。

圖2 RAKE信號(hào)處理框圖Fig.2 Schematic diagram of RAKE signal processing

相對(duì)于理想的RAKE接收機(jī),MUOS系統(tǒng)RAKE接收機(jī)設(shè)置的性能余量非常小,在最佳信道上允許有0.75 dB的余量,而在惡劣的信道上允許有2.0 dB的余量。比較起來(lái),對(duì)高速移動(dòng)體而言,地面WCDMA系統(tǒng)理想RAKE接收機(jī)余量設(shè)置通常大于3.0 dB。

RAKE接收機(jī)中有多個(gè)查找器,如圖2,每個(gè)查找器都通過(guò)時(shí)延編碼或推進(jìn)數(shù)據(jù)調(diào)諧到一個(gè)多徑時(shí)延,并對(duì)I/Q多路傳輸?shù)腄PDCH和DPCCH進(jìn)行解擾、解擴(kuò),產(chǎn)生 DPDCH和 DPCCH數(shù)據(jù)流。A.J.Viterbi介紹了一種常規(guī)的RAKE接收機(jī),該接收機(jī)采用一種“放置后跟蹤”查找器管理范例。該查找器工作時(shí)時(shí)延跟蹤時(shí)間常數(shù)必須大于信道跟蹤時(shí)間常數(shù)[15],但MUOS系統(tǒng)即使在最壞的情況下,時(shí)延跟蹤時(shí)間常數(shù)也很難靠近信道跟蹤時(shí)間常數(shù),因此,MUOS RAKE接收機(jī)采用一種非常規(guī)的查找器管理方案——“靜態(tài)查找器范例”,這種查找器不會(huì)動(dòng)態(tài)跟蹤時(shí)延,并與多徑響應(yīng)峰值不存在直接關(guān)系,它消除了時(shí)間跟蹤和信道跟蹤之間的交互作用,不需要過(guò)多查找器覆蓋脈沖響應(yīng),滿足MUOS信道非常嚴(yán)格的時(shí)延擴(kuò)展要求。但“靜態(tài)查找器范例”不能使用簡(jiǎn)單的信道跟蹤來(lái)對(duì)信道進(jìn)行估計(jì),因?yàn)镸UOS導(dǎo)頻功率非常弱,查找器噪聲成為信號(hào)處理過(guò)程中噪聲產(chǎn)生的主要來(lái)源,為了抑制查找器噪聲,MUOS引入信道識(shí)別算法和交叉查找器濾波的概念。新算法的引入會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量增大,但MUOS信道長(zhǎng)相干時(shí)間可以接受系統(tǒng)信號(hào)處理速率的下降。

3.3 抗干擾技術(shù)

限制MUOS容量的兩個(gè)最重要因素是UHF帶寬和干擾。干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾,內(nèi)部干擾指WCDMA體制下的多路接入干擾(Multiple Access Interface,MAI),外部干擾指嚴(yán)重?fù)砣贛UOS使用的UHF頻段的一系列信號(hào),包括視距通信信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)、無(wú)線電導(dǎo)航信號(hào)和商用電視信號(hào)[9]。MUOS B2U鏈路干擾包括多徑干擾、B2U頻段內(nèi)的外部干擾和MAI[16]。信道中UHF信號(hào)多徑傳輸產(chǎn)生了頻率選擇性衰落,接收端對(duì)多徑信號(hào)的抗干擾處理會(huì)降低信號(hào)間的正交性,產(chǎn)生MAI。U2B鏈路干擾包括U2B頻段內(nèi)外部干擾和MAI[17]。為了降低MAI,系統(tǒng)采用功率控制和無(wú)線電資源管理[9,18]兩種技術(shù)。對(duì)于外部干擾,功率控制技術(shù)和WCDMA體制的運(yùn)用使得MUOS用戶能與許多其他用戶共享信道,且共享后對(duì)兩者都沒(méi)有嚴(yán)重的性能影響。

MUOS U2B、B2U鏈路抗干擾均采用自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù),RAF信號(hào)處理降低UHF上行鏈路外部干擾,終端自適應(yīng)濾波器降低UHF下行鏈路外部干擾。為遵守主辦國(guó)家協(xié)議,避免與附近的其他通信系統(tǒng)干擾,MUOS終端能在發(fā)送信號(hào)中采用陷波(Spectral Notching)技術(shù),5 MHz信道中,大約幾百千赫的頻段能在預(yù)測(cè)到嚴(yán)重性能下降之前被陷波[19]。接收機(jī)使用頻譜白化(Spectral Whitening)技術(shù),在解調(diào)器中降低干擾功率,以很低的有用信號(hào)功率損失為代價(jià)實(shí)現(xiàn)抗干擾[17]。功率控制環(huán)路能自動(dòng)調(diào)整發(fā)送信號(hào)功率,以補(bǔ)償發(fā)生的任何信號(hào)衰落[9]。

3.4 功率控制技術(shù)

在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下,功率控制技術(shù)通過(guò)盡可能降低不斷變化信道中的上下行鏈路功率,達(dá)到降低MAI、提高系統(tǒng)容量的要求。WCDMA功率控制分為內(nèi)環(huán)和外環(huán),其中內(nèi)環(huán)主要跟蹤信道增益變化以獲得目標(biāo)信噪比,外環(huán)主要監(jiān)控通信性能并調(diào)整目標(biāo)信噪比。MUOS U2B和B2U鏈路均采用閉環(huán)功率控制,終端只需發(fā)送完成UHF上行鏈路所需功率,衛(wèi)星也只需發(fā)送完成UHF下行鏈路所需功率。MUOS與3G WCDMA陸地蜂窩系統(tǒng)應(yīng)用類似的功率控制環(huán),不同的是,MUOS端對(duì)端通信有約540 ms的環(huán)路傳輸時(shí)延,因此功率控制更加復(fù)雜,如圖3所示。為了解決延時(shí)的問(wèn)題,MUOS使用陸地蜂窩中沒(méi)有的兩個(gè)重要技術(shù):第一,基于目前和過(guò)去的衰落值,內(nèi)環(huán)使用簡(jiǎn)單自由度線性預(yù)測(cè)器預(yù)測(cè)未來(lái)540 ms的信道衰落狀態(tài),獲得預(yù)測(cè)的目標(biāo)信干比(Signal Interference Ratio,SIR);第二,MUOS外環(huán)在每個(gè)10 ms幀上獲得一系列SIR測(cè)量值估計(jì)瞬時(shí)誤塊率(Block Error Rate,BLER)[20],調(diào)整目標(biāo)SIR。

圖3 MUOS功率控制結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of MUOS power control

3.5 無(wú)線電資源管理技術(shù)

在任何CDMA系統(tǒng)中,有效的無(wú)線電資源管理(Radio Resource Management,RRM)技術(shù)都能為用戶分配信元、波束、載波和編碼,從而降低MAI,增加系統(tǒng)容量[18]。RRM是將用戶分配到具有最佳傳輸環(huán)境(更高的天線增益或者更低的MAI)的衛(wèi)星波束載波中,從而降低整個(gè)鏈路所需功率,達(dá)到降低MAI的目的。

MUOS系統(tǒng)中信元覆蓋區(qū)域廣、衛(wèi)星下行鏈路功率有限、上下行鏈路波形不同以及群通信的要求,RRM更加復(fù)雜。系統(tǒng)提供了兩種無(wú)線電資源管理算法,預(yù)先計(jì)劃無(wú)線電資源管理(Pre-Plan Radio Resource Management,PPRRM)和動(dòng)態(tài)無(wú)線電資源管理(Dynamic Radio Resource Management,DRRM)。其中,PPRRM用于群網(wǎng)絡(luò)通信,DRRM用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。

MUOS B2U和U2B鏈路設(shè)計(jì)不同,RRM優(yōu)化策略不同,兩個(gè)方向的優(yōu)化有時(shí)會(huì)引起沖突,因此,無(wú)線電資源優(yōu)化時(shí)應(yīng)當(dāng)兼顧兩條鏈路,并且留出適當(dāng)?shù)挠嗔?才能使系統(tǒng)整體容量達(dá)到最大。B2U下行鏈路采用OVSF編碼設(shè)計(jì),影響該鏈路容量的干擾有三部分:一個(gè)衛(wèi)星波束載波內(nèi)的干擾IOR、一顆衛(wèi)星相鄰波束使用同一載波頻率引起的干擾 IOB和覆蓋相同區(qū)域不同衛(wèi)星的波束使用相同載波頻率引起的干擾 IOS。IOR因多徑引起信號(hào)正交性減弱而產(chǎn)生,相對(duì)于另兩種干擾來(lái)說(shuō)通常很小;處于波束邊界的用戶受到的 IOB影響比較嚴(yán)重,波束中心周圍的用戶幾乎不受 IOB影響;IOS干擾比 IOB嚴(yán)重,采用定向天線可以降低IOS干擾。U2B上行鏈路使用非正交編碼,分配同一載波頻率的所有用戶之間相互干擾,即產(chǎn)生MAI。當(dāng)MAI比噪聲干擾高6 dB以上時(shí),終端將會(huì)因?yàn)闆](méi)有足夠功率克服MAI而關(guān)閉該鏈路。

PPRRM使用預(yù)報(bào)公式預(yù)測(cè)U2B MAI和B2U功率消耗,模擬MUOS通信計(jì)劃流程,并根據(jù)該流程預(yù)先為群用戶完成最終的衛(wèi)星波束載波分配。PPRRM使用“填充和溢出”與“循環(huán)復(fù)用”兩種方法分配衛(wèi)星波束載波[21],群通信時(shí)所有用戶必須被分配到一個(gè)波束的相同載波中,否則會(huì)造成功率浪費(fèi)。DRRM要求用戶采用最小的發(fā)射功率,將每個(gè)用戶分配到有足夠OVSF編碼的傳輸環(huán)境最佳的衛(wèi)星波束載波上。

4 結(jié)論與展望

4.1 發(fā)展現(xiàn)狀

從空間段來(lái)看,MUOS系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星于2012年2月成功發(fā)射升空,第二顆衛(wèi)星發(fā)射后,MUOS將形成初步通信能力。第二顆衛(wèi)星發(fā)射成功后,美軍方將按照每年發(fā)射一顆衛(wèi)星的進(jìn)度發(fā)射后續(xù)的3顆衛(wèi)星。目前,第一顆衛(wèi)星正在太平洋中部地區(qū)上空進(jìn)行在軌測(cè)試,第二顆衛(wèi)星正在空間模擬環(huán)境中測(cè)試性能,第三顆衛(wèi)星準(zhǔn)備進(jìn)行環(huán)境測(cè)試,剩余兩顆衛(wèi)星還在制造過(guò)程中。

從地面段來(lái)看,位于夏威夷的RAF已經(jīng)建成,目前在位于西西里的RAF進(jìn)行軟硬件安裝和測(cè)試,整個(gè)MUOS地面IP網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)將于2013年建成。

從用戶段來(lái)看,MUOS終端的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)由JTRS負(fù)責(zé)。JTRS為MUOS研發(fā)了兩種類型的終端,JTRS HMS和JTRS AMF。2012年 2月,美國(guó)通用動(dòng)力 C4系統(tǒng)使用首個(gè)嵌入MUOS衛(wèi)星通信波形的JTRS HMS型雙通道網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)AN/PRC-155,率先完成了話音和數(shù)據(jù)信息的安全發(fā)送。預(yù)計(jì)2012年底MUOS波形將裝備到該電臺(tái)中,屆時(shí)該電臺(tái)將成為首個(gè)開(kāi)發(fā)成功為士兵所用的MUOS終端。按計(jì)劃MUOS波形也將嵌入到JTRS AMF型終端中,以完成UHF窄帶衛(wèi)星通信,目前具體型號(hào)未定,該終端預(yù)計(jì)在2014年具備初始作戰(zhàn)能力。雖然MUOS支持手持終端,但是目前尚未研發(fā)相關(guān)的手持終端。另外,RT-1939(C)和AN/PRC-171G等電臺(tái)中也預(yù)備嵌入MUOS波形,實(shí)現(xiàn)UHF窄帶衛(wèi)星通信。

4.2 未來(lái)展望與發(fā)展建議

由于MUOS系統(tǒng)中所有的信號(hào)處理過(guò)程都在地面完成,因此在不改變目前衛(wèi)星星座的前提下,通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)提高系統(tǒng)的性能和容量的方法可行性很高,這也是未來(lái)幾年美軍優(yōu)化MUOS系統(tǒng)的主要研究方向。相關(guān)新技術(shù)包括:時(shí)間同步WCDMA系統(tǒng);通過(guò)多波束和多衛(wèi)星處理消除強(qiáng)干擾;多用戶檢測(cè);改進(jìn)的編譯碼技術(shù);使用4G商業(yè)蜂窩技術(shù)。MUOS U2B仿真工具能有效評(píng)估上述技術(shù)對(duì)MUOS性能的影響,政府可對(duì)每種方案進(jìn)行效費(fèi)比分析。另外,MUOS項(xiàng)目辦公室還計(jì)劃在MUOS現(xiàn)有頻段基礎(chǔ)上增加20 MHz的上下行鏈路帶寬,用來(lái)支持第二個(gè)MUOS衛(wèi)星星座[9]。

我國(guó)應(yīng)重視衛(wèi)星移動(dòng)通信的建設(shè)研究。技術(shù)上,應(yīng)重視將民用技術(shù)和體制應(yīng)用到軍事系統(tǒng)建設(shè)中,并加強(qiáng)基礎(chǔ)性新技術(shù)的研究。應(yīng)用上,應(yīng)學(xué)習(xí)借鑒美軍的建網(wǎng)模式和資源優(yōu)化管理方式。

目前,商用通信系統(tǒng)逐步趨于完善,技術(shù)體制日益成熟,通信容量大大增加,性能更加優(yōu)越,將民用技術(shù)應(yīng)用到軍事通信系統(tǒng)中,可降低研究成本,加快開(kāi)發(fā)速度,也會(huì)大大提高效能。MUOS是美軍首個(gè)借鑒3G WCDMA技術(shù)體制的軍事衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng),對(duì)于我國(guó)衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展而言,應(yīng)注重時(shí)分同步碼分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,TD-SCDMA)及其演進(jìn)系統(tǒng)在戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信中的應(yīng)用研究。TD-SCDMA是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通信技術(shù)體制,其關(guān)鍵技術(shù)和核心專利為我國(guó)所有,將TD-SCDMA應(yīng)用到衛(wèi)星移動(dòng)通信中將為我國(guó)開(kāi)展未來(lái)衛(wèi)星移動(dòng)通信的自主研發(fā)創(chuàng)造很好的平臺(tái)。同時(shí),從衛(wèi)星通信長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看,星上信號(hào)處理、天線抗干擾、空間IP互聯(lián)網(wǎng)和星間激光鏈路等新技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信的性能帶來(lái)巨大的改善。因此,應(yīng)不斷地加強(qiáng)基礎(chǔ)性新技術(shù)的研究工作。

美軍將天基網(wǎng)絡(luò)與陸基網(wǎng)絡(luò)融合,形成天地一體化發(fā)展。同時(shí),資源分配方式上使用動(dòng)態(tài)資源管理,增加了系統(tǒng)容量。在信息化迅速發(fā)展的今天,我國(guó)在建設(shè)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí),也應(yīng)加強(qiáng)各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的融合和資源的動(dòng)態(tài)分配,更好地發(fā)揮聯(lián)合作戰(zhàn)的效果。深刻理解美軍的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的建設(shè)和相關(guān)技術(shù),能為我國(guó)未來(lái)的衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展提供重要的借鑒意義,同時(shí)也為對(duì)其實(shí)施干擾、打擊和摧毀發(fā)揮重要作用。

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