CDMA在衛星移動通信系統中的應用
2019-11-03 09:41:19
供稿：網友
CDMA在衛星移動通信系統中的應用(溫日紅) 摘要 首先簡單介紹了移動通信系統和衛星移動通信的發展，重點說明了CDMA適合于衛星移動通信的系統特性，最后對應用于衛星移動通信系統的幾種多址技術進行了比較，并簡單介紹了CDMA在衛星移動遷信系統中的應用情況。 關鍵詞 CDMA TDMA FDMA 移動通信 衛星通信1移動通信系統的發展與衛星移動通信 移動通信系統誕生于本世紀70年代末期，當時出現了以美國的AMPS系統和英國的TACS系統為代表的第一代移動通信系統。第一代移動通信系統屬于窄帶模擬系統，在容量和功能上都很受限制。 第二代移動通信系統以歐洲的GSM系統和美國的IS－95系統為代表。目前第二種數字蜂窩系統已經發展成熟，在多址方式上主要采用TDMA和CDMA。九十年代初，美國提出了CDMA數字蜂窩移動通信系統。1993年3月美國TLA通過了CDMA空中接目標準IS－95，成為與TDMA并駕齊驅的數字蜂窩系統，并在香港、韓國、美國正式投入商用，取得了巨大的成功。我國的CDMA ＃窩系統已在北京、廣州、上海、西安相繼開通實驗網，正準備向沿海城市推廣。與第一代系統相比，第二代移動通信系統在容量、功能和傳輸速度上有了很大提高，但它們仍是窄帶系統，由于受到傳輸頻帶的限制，不能真正發揮CDMA的特性，還遠遠不能滿足移動用戶數量的迅猛增長和用戶對多媒體等定帶業務的需求。 目前，以國際電聯（ITU）為主導的若干國際化組織正著手第三代移動通信系統（IMT－2000）的標準化工作，IMT-2000是一個全球無縫覆蓋，全球漫游，包括無繩電話、蜂窩移動通信、移動通信的大系統。第三代移動通信的特點是多媒體化和智能化，可提供多元傳輸速率、高性能、高質量的服務。 根據國際電聯對第三代移動通信系統的要求，目前各大電信公司聯盟均已提出了自己的第三代移動通信系統方案，主要有以日本NTT DoCoMo公司為首的W-CDMA、美國朗訊、摩托羅拉等公司提出的寬帶cdmaone、歐洲西門子、阿爾卡特等公司提出的TD－CDMA。總的來說，在第三代移動通信系統中采用CDMA技術已經達成共識。 第三代移動通信系統由陸地系統和衛星系統組成，從而真正實現任何人在任何時間和地點以任何方式與任何人的通信，衛星移動通信系統將成為未來個人通信網的一個重要組成部分。衛星通信具有全球范圍的任蓋區域、信道穩定、可靠性高、系統容量大等優點，從誕生至今，得到了迅猛的發展。通過衛星為移動臺和手機提供通信眼務而構成移動衛星通信（MSS）。MSS是以VAST（Very Small ApetureTerminal）和地面蜂窩移動通信為基礎，結合空間衛星多波束技術及星上技術、計算機等高新技術構成的超越時空的全球個人通信網。 由于同步衛星軌道上已相當“擁擠”，為了滿足全球通信發展的需要，非靜止衛星（N-GSO）系統，包括低軌道衛星系統（LEOS）和中軌道衛星系統（MEOS）應運而生。近年來，世界上不同的國家和組織紛紛推出了采用中、低軌道（MEO／LEO）的全球衛星移動通信系統或導航系統，改變了以往傳統上用地球同步軌道（GEO）衛星實現對地服務的局面，并將極大地擴展人類相互交往和溝通的空間范圍。移動衛星通信向全球個人通信的發展主要是以低軌道通信衛星（LEO）為主。在已提出的一系列的N－GSO系統中，影響最大的有同托羅拉公司的欽（Iridium）系統，Loral－Qualcomm公司的全球星（Glotalstar）系統，TRW公司的奧迪塞（odyssey）系統和國際海事衛星組織的ICO系統等。其中前兩個系統為低軌道系統，銥系統采用TDMA、FDMA體制，全球星系統采用CDMA、FDMA體制；后兩個系統屬中軌道系統，奧迪塞系統采用TDMA、FDMA體制，ICO系統采用TDMA、FDMA體制。這些系統正在建設中，有望在 2000年左右成為商用的全球性衛星移動通信系統。2 CDMA系統特性 CDMA接人技術的基礎是使用一組正交（或準正交）的偽隨機噪聲序列通過相關處理實現多用戶共享頻率資源和同時人網的接入功能。CDMA以擴頻技術為基礎，因此它具有擴頻通信所固有的抗干擾能力強、抗多徑衰落、安全保密性好等優點，而且CDMA通信還具有隱蔽性好、多址訪問靈活、對非正交系統不需要系統的同步、與同額通信系統之間的相互干擾小、對多普勒頻移不敏感等優點，與其他的多址方式（TEMA、FDMA）相比，CDMA系統的以下特性更適合于移動衛星通信系統： ①語音激活持續時間的利用。人類講話的特征對CDMA方式有利。人類話音激活持續期即話音激活概率為35％。在CDMA中，所有用戶共用一個無線信道，當用戶分配的信道不在講話時，在單一CDMA無線信道內的所有其他用戶信道會由于干擾減少而得益。因此利用話音作用周期性的特點可降低相互干擾65％，增大系統容量近3倍。這種現象的利用是CDMA技術所獨有的。 ②用扇形天線來提高容量。在FDMA與TDMA中，每一小區可采用扇形化來降低干擾，提高通信質量。但由于每一扇形區要平分原小區的信道，所以扇形化對系統容量增加所起的作用很小。在CDMA中，采用扇形化降低干擾來提高系統容量，理論上無線容量的增長于扇區數增長呈線性關系。那么通過在3個扇形區引入3個無線系統，與一個小區一個無線系統相比就可以獲得3倍的系統容量。 ③柔性容量。在CDMA中，當系統容量達到飽和時，還可以適當地增加少量用戶，不過這是以通信質量稍有變壞作為代價而獲取的，在這種情況下增加的用戶容量稱為軟容量。如設一個小區的容量為40信道，那么當一個小區增加一個用戶（信道）時．載干比只下降10lg41/40=0.24dB通信質星劣化很少。而FDMA和TDMA系統卻沒有這種能力?？偟膩碚f，采用CDMA方式的系統容量比采用FDMA和TDMA方式的系統容量要大得多。 ④無需頻率管理或分配，擴容方便。在FDMA和TDMA中損率管理往往是一項關鍵性的工作，甚至為了減少實時干擾，還需實行動態頻率管理。在CDMA中，由于只有一個公共無線信道，不需要頻率管理，也無需動態頻率分配。 由于CDMA各小區使用相同頻率，不必象FDMA那樣進行頻率配置，當系統擴展時，不用為適應新的頻率安排而對現有系統進行改造，很大程度上方便了系統的擴容。 ⑤軟越區切換。FDMA和TDMA的過區切換都是在中斷后切換。CDMA則是在中斷前切換，由于每一小區采用同一CDMA無線系統，僅有的差別是代碼序列，因此當移動用戶從一個小區到另一小區時不需要從一個頻率切換到另一個頻率，這被稱為軟越區切換。 ⑥CDMA中沒有保護時間。在TDMA中，時隙間需要保護時間，保護時間占有一定比特的時間周期，而在CDMA中不存在保護時間。因此在相同的速率下，CDMA傳送的信息量比TDMA高。 ⑦更適合于衰落信道。多徑效應引起的快衰落嚴重地影響著移動通信無線信號傳輸的可靠性。在CDMA系統中，由于應用了擴頻技術，就有了抗多徑效應的固有特性，當多徑延時大于偽隨機噪聲序列的一個碼元竟應時，多徑信號間相關系數很小，從而多徑信號對系統性能的影響就很小。因此CDMA系統具有抑制多徑干擾的能力。 ⑧不需要均衡器。在FDMA和TDMA中，傳輸速率遠高于10kb/S時，需要一個均衡器以減少由于時延擴展引起的碼間干擾。而在CDMA中只需要一個相關器代替接收機中的均衡器，以對擴頻信號解擴，而相關器比均衡器簡單且可靠。 ⑨與窄帶用戶共享用戶頻帶。寬帶CDMA信號的功率譜密度低，對同一頻帶內的其他窄帶系統干擾很小。同樣，這些窄帶信號被CDMA系統中的用戶接收后，由于擴頻處理增益的作用被抑制，也不會對CDMA用戶形成明顯干擾。當然，要真正實現共存，協調和周密的設計是必需的，甚至需要采用干擾抑制技術。 ⑩適合于微小區和建筑物內部的通信。由于CDMA蜂窩系統能有效地降低人為干擾、窄帶干擾、多徑干擾的影響，能克服由時延擴展造成的碼元間干擾，可采用軟切換的越區切換及無需頻率管理和分配等優點，所以是一種極其適合于微小區和建筑物內部通信的技術體制。 ⑾設備簡單。在CDMA 蜂窩系統中，所有用戶共享一個無線信道，每個基站或扇區只需要一個無線電臺，因而既可降低成本又節省了設備空間，并且便于安裝。 ⑿頻譜利用率高。3基于 CDMA的衛星移動通信 衛星移動通信的多址技術有FDMA、TDMA和CDMA等幾種方式。使用FDMA技術，衛星轉發器的非線性將會形成交調干擾，因此就要避開一部分頻帶不用，還要用衛星功率進行“補償”以進一步降低交調干擾，這樣就沒費了衛星功率和頻帶等寶貴資源。TDMA可以克服交調現象，但又面臨同步問題，由于衛星地面通信站安裝在運動物體上，運動物體迅速移動，要實現移動地面站往衛星同步地發射信號就很困難。CDMA使用不同的擴頻序列，相互間影響小，頻帶重復利用率高。與傳統的點對點定向傳輸的衛星通信不同，衛星移動通信是一點對多點的全向性傳輸，必須采用擴額技術提高抗多任干擾能力。在CDMA中還可以采用諸如語音激活、頻率復用、扇區劃分等技術來增加系統容量，而在FDMA和TDMA中擴容技術實現起來難度較大。在全球衛星移動通信系統中若采用CDMA技術，則具有組網簡單、靈活、抗干擾能力強、系統容量潛力大、成本低等一系列優點。所以，在衛星移動通信系統采用CDMA技術是適宜的。 由于CDMA系統所具有的經濟上和技術上的優勢，在1993年要求美國FCC批準的6個移動衛星系統中只有Iridium系統一家采用TDMA體制，其余5家都選擇了CDMA。最近美國首批寬帶PCS頻譜拍賣，結果中標的18家公司中有7家決定采用CDMA，他們的頻率投資額占總額的56％，3家采用TDMA技術，還有8家尚未最后決定?？梢娫诿绹鴤€人通信市場上，CDMA已占了上風。 在近年來提出的一系列移動衛星通信系統中，采用CDMA技術的也已占了多數，而且還有繼續增加的趨勢。毫無疑問，CDMA將在衛星移動通信系統中發揮重要作用。摘自《無線電通信技術》
