衛星移動通信系統與3G融合的關鍵技術分析

馬海濤

【摘 要】3G是一個全球無縫覆蓋，包括衛星移動通信、陸地移動通信和無繩電話等蜂窩移動通信的大系統。衛星移動通信系統是實現無通信盲區，全面覆蓋地域、空域，達到全球無縫覆蓋的關鍵手段。衛星移動通信系統是3G的有效補充，在下一代移動通信系統中，移動衛星網作為一個分系統同樣是不可缺少的。

【關鍵詞】衛星通信；3G 算法

0.引言

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

衛星移動通信系統是實現無通信盲區，全面覆蓋地域、空域，達到全球無縫覆蓋的關鍵手段。為了真正實現全球通信，衛星通信系統是3G不可替代的重要組成部分。

在衛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）這成為決定系統容量的關鍵因素。為了使衛星移動通信系統與3一有效地整合互聯，需要找到消除MAI的有效方法，這對有限的衛星轉發器頻率資源相當重要。

1.衛星移動通信系統

衛星移動通信系統是指提供衛星移動業務的通信系統，其典型特征是利用衛星作中繼站向用戶提供移動業務，因此衛星移動通信實際上是傳統的固定衛星通信與移動通信結合的產物。從表現形式來看，它既是一個提供移動業務的衛星通信系統，又是一個采用衛星作中繼站的移動通信系統。

在一個綜合網絡中，衛星移動通信系統的特有優勢在于：

*可以實現全球完整、連續的覆蓋。

*可能作為地面蜂窩網業務覆蓋區域的擴展。

*因有的動態信道分配技術可以解決特殊場合到不可取代的應急通信作用。

*系統的建立對于軍民結合、平戰結合、滿足軍事通信特殊需要等具有戰略意義。

*衛星移動通信系統是3G的有效補充，在下一代移動通信系統中，移動衛星網作為一個分系統同樣是不可缺少的。

1.1多址訪問方式

衛星通過通信的一個基本特點是：處在一顆通信衛星波束覆蓋區內的所有地球站都能從衛星接收信號，也都能向恒星發射信號，即具有多址訪問能力或者多點對多點的通信能力。多址訪問能力是衛星通信的一個獨特的優點，但如果對地球站訪問衛星的能力不加任何限制，則可能會使優點變成缺點。多個地球站同時以相同方式訪問衛星，會在衛星上發生信號碰撞，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星的訪問，使不同地球站發射的信號不會在衛星在完全重疊（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星轉發來的所有信號中識別出發給本站的信號。不同的控制策略構成了不同的多址訪問方式。

衛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在衛星移動通信中的應用

*在通信系統中，CDMA應用主要有如下優點：

*寬帶傳輸，抗多徑衰落性能好。

*信號頻譜的擴展和相關接收具有較好的信號隱蔽性和保護性，抗干擾能力強。

*允許共覆蓋的多系統 多衛星同頻操作，無需系統間協調，抗地面同頻通信系統的干擾。

*有擴頻增益，允許相鄰波束使用相同頻率，頻率復用能力強。

*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的獨特優點，在移動通信中得到了日前廣泛的應用。

2.系統之間融合互聯的關鍵技術

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行通信的系統（如軍事應用，飛機和艦艇通信等），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特的優點。

衛星移動通信中可以使用CDMA的接入方式，在實際系統中，碼間干擾（ISI）、同頻道干擾（CCI）以及系統中強信號對弱信號的抵制（遠近效應）成為CDMA系統必然存在的敗類主要干擾。CCI制約著系統的容量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，而抑制CCI需采用多用戶檢測技術。

2.1 MAI的抑制

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

傳統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，大大降低了系統容量。傳統的匹配濾波接收機或相關接收機存在的主要問題現在以下方面。

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，即使接收機熱噪聲電平趨于零，由于MAIR 存在，匹配濾波接收機的錯誤概率也會表現出非零的下界，使得相關接收機很難達到低誤碼率。

遠近問題：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，擴頻序列與干擾之間的相關就可能比與期望用戶信號之間的相關大，于是傳統的相關接收機的輸出中MAI分量就可能很嚴重，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量。

2.2 MUD技術

可以看出，更好的接收算法應該是對多個用戶的聯合檢測。MUD的基本思想就是充分利用擴頻碼的已知結構信息，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，實際上不論多徑干擾還是MAI，本質上并不是純粹無用的白噪聲，而是有著很強規律性的偽隨機序列信號。如果用戶與各條路徑間的相關函數都是已知的，從理論上看，完全有可能利用這些偽隨機的已知結構信息和統計信息來進一步消除它所帶來的負面影響，同時消除、削弱多址、多徑干擾以及遠近效應，從而實現提高系統容量性能的目的。MUD技術的應用使CDMA系統的優越性更加明顯，成為3G 提高系統容量性能的目的關鍵技術之一。

單純的MUD技術的研究應用已經不能更好地提高系統的性能，將MUD技也其他技術相結合成為目前更為廣泛的研究方向。

與智能天線的結合

結合智能天線得到的空域信息，將MUD技術推廣到窠進領域。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可以應用到過載系統，即小區實際用戶數可以多于用于區分用戶的擴頻序列數，這樣進一步提高了系統容量。

多載波技術的結合

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

編譯碼相結合

由于MUD輸出信號將進入譯碼單元，如果將譯碼與MUD結合考慮，相互作用，會大大改善檢測性能，提高系統容量。

3.結束語

衛星移動通信系統作為3G的重要組成部分，其地位和作用已勿用庸置疑，二者共同協作滿足全球范圍內不同用戶密度地域的廣泛業務需求，在所提供的業務上也相互補充，并且實現起來更經濟。CDMA通信系統具有抗干擾、容量大以及保密性好等性能，但由于實際系統中各用戶之間的碼字不可能達到完全正交和同步，其非零互相關系數會引起各用之間的相互干擾。MUD技術是消除MAI的有效方法，這對能限的衛星轉發器頻率資源相當重要，衛星移動通信中采用MUD技術將大提高系統的性能。