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基于频带共享的卫星通信关键技术研究

人气指数: 发布时间:2015-04-14 10:38  来源:http://www.zgqkk.com  作者: 杨明文
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  【摘 要】 笔者在文中就如何提高卫星通信系统对于频带信号的利用率进行了探讨,认为基于频带共享技术的通信系统是不二之选,笔者提出的具体方案是双向链路频谱重叠共享频带技术,具体来说,小站和各个中心站之间的接入方式采用的是FDMA,中心站与小站之间的前向链路采用的广播方式是TDM,这两种技术的使用对提高频率的利用率意义重大,然后对此项技术在卫星通信应用中的关键性技术进行了探讨。
  【关键词】 频带共享 卫星通信 关键技术
  从对目前国内外卫星通信系统研究现状分析来看,在业内被广泛应用的主要是DVB-S系统,他有一个非常明显的特点即系统中存在一个前向广播载波的同时还有很多相对较小的双向或反向的FDMA载波,这些载波在传统的应用模式中往往是彼此独立,互相没有交集的,意即每一个载波独自占用一段频率区间,相邻载波之间还需要留有安全间隙才能保证系统的正常工作,为了最大限度地提高系统频率的利用率,我们可以考虑基于频带共享技术来完成卫星通信传输。
  1 基于频带共享的卫星通信技术系统概况
  基于频带共享的卫星通信技术系统是一种通过频带重叠实现频带共享的技术,对于频率资源的利用率可以提高一倍以上,基本工作原理是将一对用户的双向链路信号的频谱区域加以重叠,然后公用一个转发器进行信号的传输,其主要模式是非对称模式和对称模式两种,在非对称状态下,主站和用户站之间形成一个星状的网络,反向链路和前向链路的信号会在频域内发生重叠,两者同用转发器中的同一频带,在对称状态下,主站和用户站之间信号发射频率基本相互符合,每个用户的独立的频带构成一个网状的网络形态。
  对于基于频带共享的卫星通信技术系统来说,最大限度的减小甚至消除主站和用户站之间的信号干扰是其中比较关键性的技术要求,为了达到此目的,信号接收端重新估计和重构经由转发器有反馈给自己的由接收端本身发出去的信号,并将这一部分信号从所有的接收信号中剔除出去,由此实现对接受的信号的优化,提高系统对信号的接收心性,通过这样的方法,不仅可以降低对链路传输系统性能的影响还能使通信系统对频带的利用率得到大幅度的提升。
  在双向链路频谱重叠共享频带系统中,由各个小站发送的FDMA载波信号以及有中心站发射的TDM载波信号共用一个频带完成信号的传输,地球上的信号接收端接到的TDM载波信号的波谱密度比FDMA信号的功率谱密度要高出很多,其组成结构如图1所示。
  与传统的通信系统相比较,频带共享的卫星通信系统具有很大的优势,比如由于FDMA和TDA载波通过共同的频带进行传输,可以实现对宽带的节约;在一定程度上对卫星通信信号的抗截获能力予以优化,在频带共享系统中,地球上的信号接收端接到的TDM载波信号的波谱密度比FDMA信号的功率谱密度要高出很多。这样的话,可以认为是TDM载波将FDMA载波进行了隐藏,使得FDMA信号受到干扰的可能性大大降低。不过不可否认的是,相较于传统通信系统,基于频带共享的卫星通信系统的传输性能有所下降,因为是频带共享的,小站在对来自中心站的TDM信号进行接收时,会受到来自小站自己发射的FDMA载波信号的干扰,而这种干扰对中心站和小站来说其实是互相的,因此,要想最大限度地提高基于频带共享的卫星通信系统对频带的利用率,实现信号的高质量传输,就需要尽量降低二者之间的相互干扰作用。
  2 中心站与小站之间信号干扰的分析
  在基于双向链路频带共享的卫星通信系统中,中心站与各个小站之间的TDM载波信号以及各个小站与中心站之间的FDMA载波信号是通过公用信号转发器通过同一个频带进行数据的传输的,从上图1中还可以看到地球上各个信号收发系统所处理的信号频谱图。从图中可以看到,与传统的通信系统相比较,基于双向链路频带共享的卫星通信系统具有高出其一倍以上的信号频率的利用率,但同时它也是一种具有自干扰的系统,因此它对信号的传输性能与传统系统会有一定的悬殊,甚至达到了恶化的程度。在整个通信系统中,前向链路和反向链路的频谱会发生相互重叠,然后公用一个频带。
  当各个小站在接收来自中心站发射的TDM载波信号时,其自身也在发射FDMA载波信号,这会对其信号接收产生一定的干扰,这对于小站来说,如果没有相关的先验性知识的指导,就很难实现这种干扰的控制与消除,因此,一般都基于相对来说系统设备比较完善,经过合理的仿真验证的设计中,以此来限制干扰,并预留一部分链路使小站信号接受质量的最优化,由此可见,需要保障系统中的TDM信号的载波功率谱的密度要比FDMA载波功率谱密度大才能使小站比较正常的接收TDM信号。

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