提高衛(wèi)星通信容量的探討

李吉

摘 要：近年來，我國衛(wèi)星通信技術取得了長足進展，地面信息通信對衛(wèi)星通信行業(yè)提出了更高的要求。因此如何在有限的衛(wèi)星通信設備中實現(xiàn)最大化的通信容量具有十分重要的意義。該文以對稱載波復用、時分多址接入及載波疊加技術作為突破點，探討如何通過上述技術擴大衛(wèi)星通信容量，從而降低企業(yè)服務運行的成本。

關鍵詞：衛(wèi)星通信;對稱載波復用技術;通信容量

中圖分類號：TN927? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著我國信息化程度的不斷加深，我國地面信息通信取得了飛速發(fā)展。地面通信設施的大規(guī)模建設和通信技術的廣泛應用，降低了用戶的使用成本，同時在與衛(wèi)星通信的競爭中的優(yōu)勢越來越多突出。衛(wèi)星的租賃費用在衛(wèi)星通信的成本構成中是占比較高的一項，同時也是難以降低的一項。因此，如何在有限的衛(wèi)星通信設備中實現(xiàn)最大化的通信容量，是當前衛(wèi)星通信信息科技公司探索的主要問題。

1 對稱載波復用技術原理及實現(xiàn)

1.1 對稱載波復用技術原理

對稱載波復用技術是在多個用戶信號傳輸技術的基礎上，通過重用存在相互通信關系的2個終端頻率，實現(xiàn)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的100 %通信容量擴容。通過采用對稱載波復用技術能夠實現(xiàn)同頻率、同間隙周期的不同地面站通信，在提高衛(wèi)星通信容量1倍左右的同時，對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的誤碼率影響極低。

1.2 對稱載波復用技術實現(xiàn)

從當前的全球衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的運行情況來看，對稱載波復用技術可以保證在不增加硬件設施和地面基站的基礎上，有效地提高衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的通信容量（約100 %）。目前通過使用對稱載波復用技術獲取衛(wèi)星通信容量提升的優(yōu)點。

（1）在維持衛(wèi)星通信鏈路帶寬不變的前提下，利用對稱載波復用技術使得每個鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸率更高。

（2）在保證衛(wèi)星通信鏈路數(shù)據(jù)率不變的前提下，利用對稱載波復用技術使每個衛(wèi)星通信鏈路占用的鏈路帶寬更低。

（3）在保證衛(wèi)星通信鏈路數(shù)據(jù)率和帶寬不變的前提下，利用對稱載波復用技術可以將帶寬增損轉化為數(shù)據(jù)編碼增損，一方面通過提高衛(wèi)星通信鏈路的抗干擾區(qū)間，另一方面通過降低同一通信質量下的功率需求，達到提高相對衛(wèi)星通信容量的目的。

2 多址鏈接技術原理及實現(xiàn)

2.1 多址鏈接技術原理

衛(wèi)星通信是將信號通過“地面基站→通信衛(wèi)星→地面站a→地面站b→……”的信號傳遞方式實現(xiàn)不同區(qū)域的通信。為了提高通信效率，提高通信設施的利用率，同一路徑可能同時傳輸多種信號，因此在衛(wèi)星通信過程中對不同信號進行區(qū)分和識別，避免干擾和混淆十分重要。目前的衛(wèi)星通信鏈路接入包括TDMA接入、FDMA接入和CDMA接入3種方式，都是通過更換鏈路接入地址的方式分離上行信號，從而實現(xiàn)不同地面站信號輸入輸出的互不干涉。

2.2 多址鏈接技術實現(xiàn)

多址鏈接技術的工作過程是首先將2個存在通信交互關系的終端劃分為一組，每組終端采用同一個通信鏈路，然后按照通信衛(wèi)星可以對信號自發(fā)自收的特性，對同一組內不同終端傳遞的同頻率、同間隙、同擴頻碼的不同混合信號進行分離，從而達到信號傳遞路徑不變，而通行容量增加一倍的目的。TDMA接入與FDMA接入前的區(qū)別在于，TDMA的2路上行信號分離方式是根據(jù)不同信號傳遞間隙的不同，劃分各自信號的獨立信道，進而實現(xiàn)信號分離;FDMA的2路上行信號分離方式則是通過調配不同載波頻率實現(xiàn)對信號的分離;而CDMA則通過特定的擴頻碼，實現(xiàn)對相同傳遞間隙或者處于同一頻帶的信號的區(qū)分。

3 載波疊加技術原理及實現(xiàn)

3.1 載波疊加技術原理

在傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信過程中，站點a和站點b之間的信息交互所產生的載波頻段需要分別租用對應的衛(wèi)星帶寬，這種通信方式的載波路徑相對單一，使得企業(yè)在開展衛(wèi)星通信業(yè)務的過程中，每產生一個頻段的載波通信就必須要租用對應的衛(wèi)星帶寬，這就使得企業(yè)在拓展衛(wèi)星通信市場業(yè)務的同時衛(wèi)星帶寬租賃費用不斷增加，嚴重的降低了企業(yè)衛(wèi)星通信業(yè)務的市場競爭力。載波疊加技術是通過標定站點a和站點b的載波功率，進而通過同功率轉發(fā)載波的疊加和抵消，實現(xiàn)對所需帶寬的控制。通過采用載波疊加技術能夠在2個信息交互的站點之間只選取其中的一個帶寬即可實現(xiàn)優(yōu)質通信。

3.2 載波疊加技術實現(xiàn)

首先站點a的Modem將所要發(fā)射的信號數(shù)字化，通過衛(wèi)星轉發(fā)器后將數(shù)字信號轉發(fā)到站點b，同時站點b的Modem數(shù)字化的信號經過同樣的路徑傳遞到站點a;其次，分別在站點a和站點b將所傳遞信號中的“本地時延”信號抵消;再次，為了保證信號的質量，在站點a和站點b抵消信號的同時，需要進一步增加解調器頻率，以保證信號的頻率和相位的準確性;最后，將恢復后的數(shù)字信號轉化為模擬信號后傳遞給終端解調器。

4 衛(wèi)星通信容量提升技術評價

4.1 提升方式

在應用方式方面，對稱載波復用技術能夠分別通過“帶寬不變，提高數(shù)據(jù)率”，“數(shù)據(jù)率不變，降低帶寬占用”，“帶寬和數(shù)據(jù)率不變，降低功率需求”3種不同的方式提高衛(wèi)星通信容量;多址鏈接技術是通過分解公用信道的方式，為具備信息交互關系的每2個用戶提供對應的2個子信道專門用來傳遞信息，從而提高用戶的信息傳遞效率，提高帶寬利用率;載波疊加技術則是通過對具備SCPC通信方式的2個站點，先進行輸出端信號數(shù)字化→通道信號疊加→輸入端信號模擬化的相互轉化，同時抵消輸出端同質多余信號的方式提高帶寬的利用率。

4.2 應用效能

在應用效能方面，對稱載波復用技術與傳統(tǒng)的FDMA接入方式相比，所需的帶寬只是后者的1/2，這就為企業(yè)進一步提高衛(wèi)星通信容量，降低通信運維成本提供了可靠的技術支持;多址鏈接方式雖然提高了單一用戶組的通信效率，但是被分割后的公用信道是網(wǎng)狀的，因此存在著大量的信道間隙，有一定的浪費情況。

4.3 信號質量

在充分提高衛(wèi)星帶寬利用率的同時，稱載波復用技術、多址鏈接技術和載波疊加技術都不可避免地會削弱通信信號質量。象對稱載波復用技術在實際應用中難以達到對同一組別通信通道內的復合信號進行完全分離的效果;多址鏈接技術則是同一終端小組內的2個終端的信號傳遞方式可能存在差異，單一終端在接收到相應的有效信號時，也會接收到另一個終端傳遞的無用信號，而這一部分信號實際上會在一定程度上對有效信號造成干擾;載波疊加技術在信號疊加的過程中相應地降低了衛(wèi)星端功率，通過完整路徑傳遞這種削弱傳遞到了2個地面站點，從而造成信號存在一定的失真情況。因此為了保證有效信號的準確性，就需要通過一定的方式對有效信號進行提純。

隨著衛(wèi)星通信服務在現(xiàn)代社會的應用深化，高效率的通信途徑已經成為社會的首選，而衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信息吞吐量是一個十分重要的指標。通過對不斷嘗試利用稱載波復用技術、載波疊加技術等先進的通信技術，使得企業(yè)已經不再是僅依賴通信衛(wèi)星調制解調器設備的僵化技術，而是可以通過靈活的功能化軟件實現(xiàn)達成同樣的效果，為未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)的持續(xù)化提升提供了更加有效地解決方案，因此具備非常好的應用前景。

參考文獻

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