基于MF-TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)體制的具體剖析

余 躍

（中國(guó)交通通信信息中心，北京 100011）

MF-TDMA實(shí)為一種采用的時(shí)分結(jié)合頻分的二維多址方式，借助于變速率、頻率跳變的收發(fā)及虛電路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)業(yè)務(wù)種類、站型號(hào)的大小終端間的靈活組網(wǎng)。要想實(shí)現(xiàn)MF-TDMA衛(wèi)星通信技術(shù)體制，需要解決諸多關(guān)鍵技術(shù)，比如綜合業(yè)務(wù)接入、突發(fā)發(fā)送與接收及初始捕獲與同步保持等。本文就以MF-TDMA為基礎(chǔ)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)體制作一研究。

1 透明轉(zhuǎn)發(fā)MF-TDMA體制分析

針對(duì)透明轉(zhuǎn)發(fā)而言，其主要可劃分為2種類型，其一為多波束間透明轉(zhuǎn)發(fā)，其二是單波束內(nèi)透明轉(zhuǎn)發(fā)。

（1）單波束內(nèi)透明轉(zhuǎn)發(fā)。針對(duì)此種轉(zhuǎn)發(fā)類型而言，其有著較為簡(jiǎn)單的體制，通常由1個(gè)主站與多個(gè)一般業(yè)務(wù)站構(gòu)成。對(duì)于主站來講，其主要對(duì)外發(fā)送參考信號(hào)，這些信號(hào)被當(dāng)作全網(wǎng)各個(gè)站的時(shí)間基準(zhǔn)，而針對(duì)一般業(yè)務(wù)站，則將此信號(hào)作為基準(zhǔn)，在向本站的時(shí)隙進(jìn)行分配時(shí)，發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)。針對(duì)單波束透明轉(zhuǎn)發(fā)MF-TDMA系統(tǒng)，從根本上來講，無論是其組網(wǎng)，還是在功能實(shí)現(xiàn)上，均通過設(shè)置于地面的終端來實(shí)現(xiàn)。所以，其參數(shù)、同步與捕獲以及幀結(jié)構(gòu)等，可依據(jù)實(shí)際情況展開靈活化設(shè)計(jì)。對(duì)于跳載波設(shè)計(jì)來講，同樣能依據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，設(shè)計(jì)成收發(fā)全可跳，或者是發(fā)不跳收跳、發(fā)跳收不跳等方式。

（2）星上微波交換矩陣多波束體制。基于微波矩陣交換方式作用下，針對(duì)那些需與其它波束內(nèi)地球站展開通信的某地球站而言，其上行鏈路的突發(fā)發(fā)射時(shí)間，需處于某個(gè)特定化的時(shí)隙上，方便轉(zhuǎn)發(fā)器依據(jù)其時(shí)隙位置進(jìn)行選路。在此體制作用下，針對(duì)上行鏈路地球站來講，需在各交換時(shí)隙內(nèi)發(fā)射，并非傳統(tǒng)TDMA那樣發(fā)生于各數(shù)據(jù)時(shí)隙中。星上交換是其所帶來的新問題，如果上行鏈路地球站發(fā)射的信號(hào)處在某個(gè)波束內(nèi)，那么其便有可能被選路至其它波束，受此影響，自身便很難收到自己的信號(hào)。在系統(tǒng)定時(shí)方面，解決方法主要有2種，其一，全部站同步到參考突發(fā)；其二，將1個(gè)同步時(shí)隙設(shè)置在每幀中，且基于此時(shí)隙內(nèi)，星上交換矩陣均將各上行鏈路波束信號(hào)，向同一波束所對(duì)應(yīng)的下行鏈路進(jìn)行傳送。

2 星上處理轉(zhuǎn)發(fā)MF-TDMA體制分析

2.1 多波束MF-TDMA/TDM體制

以多波束應(yīng)用為基礎(chǔ)的MF-TDMA/TDM系統(tǒng)架構(gòu)中，當(dāng)星上實(shí)現(xiàn)信號(hào)再生支護(hù)，便會(huì)被即刻送至分組交換機(jī)，后將分組選路至合適的下行波束信道，并開展調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)操作。以多波束應(yīng)用為基礎(chǔ)的MF-TDMA/TDM系統(tǒng)，從基礎(chǔ)層面來分析，其主要有如下優(yōu)點(diǎn)：通過衛(wèi)星多波束覆蓋，可使衛(wèi)星的有效全向輻射功率（EIRP）增大，此外，還能實(shí)現(xiàn)終端用戶對(duì)EIRP相關(guān)要求的降低，用戶終端可以根據(jù)實(shí)際需要選用小口徑天線；在上行多址接入方面，選用MFTDMA方式，能夠比較靈活的實(shí)現(xiàn)大小用戶終端同網(wǎng)工作，并為綜合業(yè)務(wù)傳輸提供有效支持，而對(duì)于下行而言，通過TDM體制的選用，能夠更加充分的利用衛(wèi)星EIRP資源。在設(shè)計(jì)MF-TDMA/TDM衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí)，如果想要實(shí)現(xiàn)多波束應(yīng)用，則需要將如下關(guān)鍵技術(shù)解決掉：

（1）星地一體化設(shè)計(jì)，如交換機(jī)星地功能劃分、功率與頻率控制及初始捕獲與同步保持等。

（2）幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（3）星載高速調(diào)制。

（4）星載多載波突發(fā)整體解調(diào)等。

2.2 MF-TDMA/TDMA衛(wèi)星通信體制分析

基于MF-TDMA/TDMA技術(shù)機(jī)制下，星上完成數(shù)字采樣與信號(hào)下變頻之后，不進(jìn)行譯碼、解調(diào)等處理，而是直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。此類系統(tǒng)無需譯碼與星上解調(diào)，因而使設(shè)備復(fù)雜性得到簡(jiǎn)化。星上可根據(jù)實(shí)際需要選用干擾抑制技術(shù)，以此來最大程度避免免轉(zhuǎn)發(fā)器功率被掠奪等情況出現(xiàn)，還能對(duì)下行單載波發(fā)送的基本優(yōu)勢(shì)最大化發(fā)揮出來。針對(duì)此系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，其能夠?qū)⑿巧螹F-TDMA至TDMA方式轉(zhuǎn)換及星地一體化等問題解決掉。

3 MF-TDMA抗衰落技術(shù)體制

針對(duì)Ka頻段衛(wèi)星通信來講，其擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，如抗干擾能力強(qiáng)、波束窄、通信容量大及終端尺寸小等，但其也有一定不足，即容易受大氣因素的影響，對(duì)此，為了切實(shí)保證鏈路的可用度，可根據(jù)實(shí)際需要，選擇抗雨衰對(duì)策。自適應(yīng)時(shí)分多址（A-TDMA）實(shí)為一種典型的Ka頻段衛(wèi)星通信抗雨衰對(duì)策，地球站結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、幀結(jié)構(gòu)安排及鏈路質(zhì)量估計(jì)等，均為其解決方案。針對(duì)自適應(yīng)TDMA來講，其突出優(yōu)勢(shì)在于其能夠根據(jù)實(shí)際情況，與抗衰減技術(shù)相結(jié)合，比如自適應(yīng)編碼、符號(hào)率等，因而可以較好的應(yīng)用于下行鏈路衰減。

實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)TDMA技術(shù)體制，需將如下關(guān)鍵技術(shù)解決掉：

（1）設(shè)計(jì)突發(fā)調(diào)制解調(diào)器，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)編碼碼率與內(nèi)變傳輸速率的收、發(fā)。

（2）鏈路衰減快速估計(jì)與跟蹤，區(qū)分上、下行鏈路衰減；自適應(yīng)功率控制與碼率、速率結(jié)合的調(diào)整技術(shù)。

（3）對(duì)鏈路狀況的快速信道分配技術(shù)快速適應(yīng)等。

4 結(jié)束語

綜上，在實(shí)際開發(fā)MF-TDMA衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，可依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況及需要，酌情選擇有益的體制或技術(shù)來設(shè)計(jì)，或把一些體制當(dāng)作其一種工作模式來應(yīng)用。本文基于星上處理轉(zhuǎn)發(fā)與透明轉(zhuǎn)發(fā)兩層面，對(duì)一些MF-TDMA技術(shù)體制展開了深入分析，且與MFTDMA技術(shù)體制特點(diǎn)相結(jié)合，探討了集中安全機(jī)制與抗衰落技術(shù)，望能推動(dòng)此技術(shù)的發(fā)展與完善。