卫星移动通信系统与3G融合的关键技术分析

马海涛

【摘 要】3G是一个全球无缝覆盖，包括卫星移动通信、陆地移动通信和无绳电话等蜂窝移动通信的大系统。卫星移动通信系统是实现无通信盲区，全面覆盖地域、空域，达到全球无缝覆盖的关键手段。卫星移动通信系统是3G的有效补充，在下一代移动通信系统中，移动卫星网作为一个分系统同样是不可缺少的。

【关键词】卫星通信；3G 算法

0.引言

3G是一个全球无缝覆盖，包括卫星移动通信、陆地移动通信和无绳电话等蜂窝移动通信的大系统。它可以向公众提供前两代产品所不能提供的各种宽带信息业务，如高速数据、慢速图与电视图像等，传输速率高达2MBITS，带宽在2MHZ以上，是一种真正的“宽频多媒体全球数字移动电话技术”。

卫星移动通信系统是实现无通信盲区，全面覆盖地域、空域，达到全球无缝覆盖的关键手段。为了真正实现全球通信，卫星通信系统是3G不可替代的重要组成部分。

在卫星移动通信中主要采用CDMA多址接入方式，由于CDMA存在多址干扰（MAI）这成为决定系统容量的关键因素。为了使卫星移动通信系统与3一有效地整合互联，需要找到消除MAI的有效方法，这对有限的卫星转发器频率资源相当重要。

1.卫星移动通信系统

卫星移动通信系统是指提供卫星移动业务的通信系统，其典型特征是利用卫星作中继站向用户提供移动业务，因此卫星移动通信实际上是传统的固定卫星通信与移动通信结合的产物。从表现形式来看，它既是一个提供移动业务的卫星通信系统，又是一个采用卫星作中继站的移动通信系统。

在一个综合网络中，卫星移动通信系统的特有优势在于：

*可以实现全球完整、连续的覆盖。

*可能作为地面蜂窝网业务覆盖区域的扩展。

*因有的动态信道分配技术可以解决特殊场合到不可取代的应急通信作用。

*系统的建立对于军民结合、平战结合、满足军事通信特殊需要等具有战略意义。

*卫星移动通信系统是3G的有效补充，在下一代移动通信系统中，移动卫星网作为一个分系统同样是不可缺少的。

1.1多址访问方式

卫星通过通信的一个基本特点是：处在一颗通信卫星波束覆盖区内的所有地球站都能从卫星接收信号，也都能向恒星发射信号，即具有多址访问能力或者多点对多点的通信能力。多址访问能力是卫星通信的一个独特的优点，但如果对地球站访问卫星的能力不加任何限制，则可能会使优点变成缺点。多个地球站同时以相同方式访问卫星，会在卫星上发生信号碰撞，造成这些信号都不能被 正确接收，因此必须控制地球站对卫星的访问，使不同地球站发射的信号不会在卫星在完全重叠（包括时间、空间、频率和编码等方面），同时，又能让接收地球站从卫星转发来的所有信号中识别出发给本站的信号。不同的控制策略构成了不同的多址访问方式。

卫星通信中的多址方式类似于地面移动通信中的多址方式，主要有TDMA、FDMA CDMA以及SDMA。

1.2 CDMA在卫星移动通信中的应用

*在通信系统中，CDMA应用主要有如下优点：

*宽带传输，抗多径衰落性能好。

*信号频谱的扩展和相关接收具有较好的信号隐蔽性和保护性，抗干扰能力强。

*允许共覆盖的多系统 多卫星同频操作，无需系统间协调，抗地面同频通信系统的干扰。

*有扩频增益，允许相邻波束使用相同频率，频率复用能力强。

*容量没有硬限制，增加用户会影响性能，但不会遭到拒绝。

*能充分利用话音激活提高容量，具有软切换功能。

由于CDMA的独特优点，在移动通信中得到了日前广泛的应用。

2.系统之间融合互联的关键技术

作为3G的接入方式，与FDMA和TDMA方式相比，CDMA更适合于通信容量小而又要求对多个地球站进行通信的系统（如军事应用，飞机和舰艇通信等），且在抗干扰、保密性隐蔽性、灵活性以及抗频率选择性衰落等方面上人独特的优点。

卫星移动通信中可以使用CDMA的接入方式，在实际系统中，码间干扰（ISI）、同频道干扰（CCI）以及系统中强信号对弱信号的抵制（远近效应）成为CDMA系统必然存在的败类主要干扰。CCI制约着系统的容量ISI制约着通信的速率。对ISI的抵制可以采用均衡或分集技术，而抑制CCI需采用多用户检测技术。

2.1 MAI的抑制

CCI人产生是由一用户之间的相互干扰，也称为MAI。MAI来源包括同小区外的移动台、其他无线电通信系统等 ，其中主要的两种干扰是采用同一组频率的小区内信号之间的同频干扰和来自相邻小区信号的邻频干扰。CDMA系统的主要缺陷就是由MAI带来的容量限制。

传统的检测方式如匹配滤波器采用单入单出检测方式，不能充分地利用用户信息，而将MAI看作是高斯白噪声，大大降低了系统容量。传统的匹配滤波接收机或相关接收机存在的主要问题现在以下方面。

干扰底限：由于干扰信号与期望信号不完全正交，所以期望用户的匹配滤波器输出中含有MAI，即使接收机热噪声电平趋于零，由于MAIR 存在，匹配滤波接收机的错误概率也会表现出非零的下界，使得相关接收机很难达到低误码率。

远近问题：由于MAI的存在，如果干扰用户比期望用户距基站更近，干扰用户在基站的接收功率就会比期望用户大的多，扩频序列与干扰之间的相关就可能比与期望用户信号之间的相关大，于是传统的相关接收机的输出中MAI分量就可能很严重，期望用户信号甚至可能淹没在干扰信号中。

由此可见，抑制MAI可以有效地提高通信质量。

2.2 MUD技术

可以看出，更好的接收算法应该是对多个用户的联合检测。MUD的基本思想就是充分利用扩频码的已知结构信息，在通常的CDMA中将多径干扰与MAI看作等效于白噪声的无用信息来处理。这是一种消极的处理方法，实际上不论多径干扰还是MAI，本质上并不是纯粹无用的白噪声，而是有着很强规律性的伪随机序列信号。如果用户与各条路径间的相关函数都是已知的，从理论上看，完全有可能利用这些伪随机的已知结构信息和统计信息来进一步消除它所带来的负面影响，同时消除、削弱多址、多径干扰以及远近效应，从而实现提高系统容量性能的目的。MUD技术的应用使CDMA系统的优越性更加明显，成为3G 提高系统容量性能的目的关键技术之一。

单纯的MUD技术的研究应用已经不能更好地提高系统的性能，将MUD技也其他技术相结合成为目前更为广泛的研究方向。

与智能天线的结合

结合智能天线得到的空域信息，将MUD技术推广到窠进领域。由于空间信息的引入大大增加了检测器的输入信噪比，并且使得MUD可以应用到过载系统，即小区实际用户数可以多于用于区分用户的扩频序列数，这样进一步提高了系统容量。

多载波技术的结合

多载波技术能有效地克服衰落信道引起的符号间串扰，因此将MUD引入到多载波CDMA系统，研究频域与码二维信号处理技术，能够大大提高系统的抗干扰能力。

编译码相结合

由于MUD输出信号将进入译码单元，如果将译码与MUD结合考虑，相互作用，会大大改善检测性能，提高系统容量。

3.结束语

卫星移动通信系统作为3G的重要组成部分，其地位和作用已勿用庸置疑，二者共同协作满足全球范围内不同用户密度地域的广泛业务需求，在所提供的业务上也相互补充，并且实现起来更经济。CDMA通信系统具有抗干扰、容量大以及保密性好等性能，但由于实际系统中各用户之间的码字不可能达到完全正交和同步，其非零互相关系数会引起各用之间的相互干扰。MUD技术是消除MAI的有效方法，这对能限的卫星转发器频率资源相当重要，卫星移动通信中采用MUD技术将大提高系统的性能。