卫星通信扩容PCMA技术

1、CompanyLOGO卫星通信扩容卫星通信扩容PCMAPCMA技术技术Company name研究目的与意义研究目的与意义卫星通信系统简介卫星通信系统简介传统容量扩增技术传统容量扩增技术PCMA技术基本原理技术基本原理国内外研究现状国内外研究现状主主要要内内容容Company name研究目的与意义研究目的与意义 卫星通信是现代无线通信的重要组成部分，自诞生以来便以其覆盖范围广、通信容量大、组网灵活、机动性好、不受地理环境限制等诸多优点，受到人们的广泛关注。 现代化信息交换的需求促使卫星通信系统向着更高的系统容量，更安全，更稳定的方向发展。受限于有限的频带宽度，如何提高卫星信道的利用率关系到卫

2、星系统的容量，直接影响着对日益增长的需求的满足。成对载波多址系统(Paired Carrier MultipleAccess, PCMA)通过使两个终端的通信信道占用相同的频带，使得频带利用率理论上提高了一倍，从而大大提升了系统容量。Company name卫星通信系统简介卫星通信系统简介 利用地球静止轨道卫星进行通信的概念最早是由科学家利用地球静止轨道卫星进行通信的概念最早是由科学家 A. C. A. C. Clarke Clarke 于于1945 1945 年提出的。他在文章中指出，圆形的赤道轨道上空、高度为年提出的。他在文章中指出，圆形的赤道轨道上空、高度为 35786 km35786

3、km处的一颗卫星，每处的一颗卫星，每 24 24 小时绕地球旋转一次，即它与地球以同样的小时绕地球旋转一次，即它与地球以同样的角速度绕太阳旋转。在地球上的观察者，将见到这颗卫星固定悬挂在天空上角速度绕太阳旋转。在地球上的观察者，将见到这颗卫星固定悬挂在天空上某一点。某一点。Clarke Clarke 在文章中还谈到，用太阳能作动力、配置在适当空间位置上在文章中还谈到，用太阳能作动力、配置在适当空间位置上的三颗静止卫星，能够进行全球通信，如下图所示。的三颗静止卫星，能够进行全球通信，如下图所示。Company name Clarke Clarke 的预言，在的预言，在 20 20 年后成为现实。

4、到目前为止，全世界已经有八个国年后成为现实。到目前为止，全世界已经有八个国家向太空发射了超过家向太空发射了超过 800 800 颗人造卫星，一般来说，卫星通信系统由处在地球上颗人造卫星，一般来说，卫星通信系统由处在地球上空一定高度的通信卫星、地球站和地面终端组成，如图空一定高度的通信卫星、地球站和地面终端组成，如图 1-21-2所示。用户发出的基所示。用户发出的基带信号，经过地面通信网络传送到地球站，转为射频信号后发送到卫星上。通信带信号，经过地面通信网络传送到地球站，转为射频信号后发送到卫星上。通信卫星作为空间的一个中继站，将接收到的信号进行放大、交换、再生等处理后，卫星作为空间的一个中继站

5、，将接收到的信号进行放大、交换、再生等处理后，再传回地面或转送至其他卫星系统。再传回地面或转送至其他卫星系统。卫星通信系统简介卫星通信系统简介Company name 在当前的卫星通信体制中，系统容量（用户容量）主要受到来自在当前的卫星通信体制中，系统容量（用户容量）主要受到来自两方面物理条件的制约，一是带宽限制，二是功率限制。两方面物理条件的制约，一是带宽限制，二是功率限制。 为克服带宽受限，可采用各种多址接入技术，如频分多址为克服带宽受限，可采用各种多址接入技术，如频分多址(FDMA)(FDMA)、时分多址、时分多址(TDMA)(TDMA)、码分多、码分多(CDMA)(CDMA)等。这些多

6、址技术利用在频率、时等。这些多址技术利用在频率、时间、码序列空间上的多重分割，大大扩展了可用的信道数目。基于这间、码序列空间上的多重分割，大大扩展了可用的信道数目。基于这些多址方式，多频时分多址些多址方式，多频时分多址(MF-TDMA)(MF-TDMA)、多频码分多址、多频码分多址(MF-CDMA)(MF-CDMA)等更等更复杂的混合多址方式也被运用到卫星通信系统中，这在有限带宽内进复杂的混合多址方式也被运用到卫星通信系统中，这在有限带宽内进一步提高了频带利用率，同时增加了系统容量。一步提高了频带利用率，同时增加了系统容量。 为了克服功率受限，更高的传输功率、高增益天线和更有效的调为了克服功率

7、受限，更高的传输功率、高增益天线和更有效的调制与编码方式都开始投入到实际应用当中，各种功率控制方法也都针制与编码方式都开始投入到实际应用当中，各种功率控制方法也都针对这一问题给出了改进方案。对这一问题给出了改进方案。传统扩容增量技术传统扩容增量技术Company name 在在 PCMA PCMA 系统中，进行通信的两个卫星终端可以采用完全相同的时隙、频率和码字，在接收端进行一定系统中，进行通信的两个卫星终端可以采用完全相同的时隙、频率和码字，在接收端进行一定的处理之后将两路信号分离开来，实现了信道的倍增。这就是的处理之后将两路信号分离开来，实现了信道的倍增。这就是PCMA PCMA 的创新之

8、处。的创新之处。PCMA PCMA 系统的具体工作原理如系统的具体工作原理如图图 2-1 2-1所示。所示。 通信时，双方分别向星上发送上行信号，经过透明的卫星转发器后，两个地面站均可接收到由本地信号成通信时，双方分别向星上发送上行信号，经过透明的卫星转发器后，两个地面站均可接收到由本地信号成分与对方信号成分（即有用信号）组成的下行混合信号。由于每个终端都确切知道自身发送的信息及地球站收分与对方信号成分（即有用信号）组成的下行混合信号。由于每个终端都确切知道自身发送的信息及地球站收发信号的处理过程，因此能够对混合信号中的本地信号成分作出比较有效的估计。发信号的处理过程，因此能够对混合信号中的本

9、地信号成分作出比较有效的估计。本地信号本地信号作为自干扰信号成作为自干扰信号成分从混合下行信号中抵消后，即可对有用信号实现可靠解调。由于双方信号在时域、频域和码空间上可做到完分从混合下行信号中抵消后，即可对有用信号实现可靠解调。由于双方信号在时域、频域和码空间上可做到完全重叠，当链路对称时，信道资源利用率可提高一倍。全重叠，当链路对称时，信道资源利用率可提高一倍。PCMA技术基本原理技术基本原理Company name1 卫星以回路方式工卫星以回路方式工作，即网内各个终端均作，即网内各个终端均能接收到经卫星转发后能接收到经卫星转发后的、来自网内任一终端的、来自网内任一终端的信号。这里所指的并的

10、信号。这里所指的并不一定是采用全球波束不一定是采用全球波束的卫星通信系统，多波的卫星通信系统，多波束卫星通信系统中单个束卫星通信系统中单个波束覆盖范围内可以互波束覆盖范围内可以互相通信的各个终端也可相通信的各个终端也可以看作满足回路工作条以看作满足回路工作条件，因此也可以应用件，因此也可以应用 PCMA 技术。技术。2 星上使用弯管式转星上使用弯管式转发器，即透明式转发器。发器，即透明式转发器。卫星不对接收到的上行卫星不对接收到的上行信号进行解调及重新调信号进行解调及重新调制等星上处理，信号仅制等星上处理，信号仅经历带通滤波、变频和经历带通滤波、变频和放大过程。放大过程。3 单跳双向通信链路，

11、单跳双向通信链路，即每次通信只经过一次即每次通信只经过一次卫星转发卫星转发。PCMA技术基本原理技术基本原理PCMA 技术要求卫星系统满足以下要求技术要求卫星系统满足以下要求Company namev 随着随着 PCMA PCMA 技术逐渐走向成熟，基于技术逐渐走向成熟，基于 PCMA PCMA 技术的卫星通信产品已于技术的卫星通信产品已于近年在市场上投放，且收效显著。目前，近年在市场上投放，且收效显著。目前，ViaSat ViaSat 公司已有多款采用公司已有多款采用 PCMA PCMA 技术的产品，主要包括技术的产品，主要包括 StarWare VSat StarWare VSat 系统的

12、系统的 CalypsoIII CalypsoIII 和和 CalypsoIV CalypsoIV 子载波终端。在子载波终端。在 PCMA PCMA 工作模式下，它们可大大改善工作模式下，它们可大大改善 VSat VSat 网络的频谱复用率，同时支持网络的频谱复用率，同时支持 IP IP 数据、话音以及传真等业务数据、话音以及传真等业务类型。两个终端都支持对称和非对称类型。两个终端都支持对称和非对称PCMA PCMA 工作模式。采用工作模式。采用 PCMA PCMA 技技术的术的 StarWare VSat StarWare VSat 系统在国外已有一些应用，如美国的系统在国外已有一些应用，如美

13、国的 New York New York State Insurance Fund, Florida Power and Light State Insurance Fund, Florida Power and Light 等。我国的等。我国的BAIIT(Beijing Application Institute of Information BAIIT(Beijing Application Institute of Information Technology)Technology)管理的私有卫星通信网络、中国海洋石油集团的管理的私有卫星通信网络、中国海洋石油集团的 VSat VSat 终端也采用了终端也采用了 ViaSat ViaSat 公司的相关产品。公司的相关产品。v 在我国，对于在我国，对于 PCMA PCMA 通信系统关键技术的研究还处在起步阶段。相