CDMA在卫星移动通信中的应用(doc11).doc
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1、CDMA在卫星移动通信中的应用摘 要:该文分析了CDMA技术优势,介绍了卫星移动通信系统发展, 简单描述了我国卫星移动通信系统模型和信道模型,重点探讨了CDMA在卫星移动通信系统多址方式、功率控制和分集接收中的应用 关键词:CDMA 卫星移动通信 一、前言 当今的信息时代对通信的容量、方便程度、业务种类等方面的要求日益迫切。因此,美国提出了意义深远的个人通信业务(PCS)的概念,它指的是可在任何时间、任何地点、任何个人之间实现任何业务的通信。要实现这个理想目标,要耗费的最重要资源之一是无线频谱。众所周知,可利用的无线频谱带宽是有限的,如何利用有限的带宽高效地实现PCS,出路只有两条:一是改造原
2、系统,采用频谱效率高的数字方式;二是对已被占用的频带进行重复利用。在CDMA系统中,通过采用话音激活技术、前向纠错技术、功率控制技术、频率复用技术、扇区技术等,其系统容量可扩到FDMA的20倍左右、TDMA的3倍以上及GSM的4倍以上。同时,它还具有抗多径干扰能力、更好的话音质量和更低的功耗以及软区切换等特点。CDMA以其本身所具有的特点及优越性而广泛应用于数字移动通信和个人通信系统中。特别是近年来,小卫星技术的发展为实现全球移动通信和个人通信提供了条件,利用分布在中、低轨道的许多小卫星实现全球个人通信,已在国际上形成热潮。所以,对CDMA在卫星移动通信中的应用探讨,对我国中心卫星通信和移动通
3、信的发展具有十分重要的现实意义。 二、CDMA技术优势 CDMA是基于扩频通信中的一种多址方式。很多CDMA信号共用一个频谱,每个信号由不同的PN序列组成,它对载波进行调制扩展其频谱。信号在接收机中进行相关处理。只对所选的PN序列的信号进行解扩,并将其能量重新集中起来,其他用户的信号,因其所用的PN序列不匹配,其频谱都被扩展,相当于噪声。CDMA具有许多优点: (1)系统容量大。为采用不同多址方式的蜂窝移动通信系统的容量比较。从比较中可以看出CDMA方式容量最高,NCDMA=4NTDMA=20NFDMA(N为系统容量)。CDMA系统之所以大,并不是由于其技术本身,而是由于在CDMA系统中可更有
4、效地采用许多新技术来增加系统容量,如:话音激活或可变速率话音编码、纠错编码、分集接收、功率控制、高效频率复用、扇区划分等技术。 (2)频率利用率高。 (3)具有软容量。在FDMA 和TDMA系统中,当全部频道或时隙被占满后,再也不能增加一个用户。而CDMA系统是干扰受限系统,在指定的干扰电平下,即使用户已达到限定数目,也允许增加个别用户,系统性能并无明显下降,因为在CDMA系统中用户数和容量之间存在一种“软”的关系,在业务高峰期,允许误码率增加一个小的数值,以增加忙时的可用信道数,这是话音质量只是略为下降,而不会出现阻塞现象。 (4)具有软切换特点。FDMA和TDMA的过区切换都是在中断后切换
5、,CDMA则是在中断前切换,并且这种切换不易被用户觉察,大大降低了呼叫中断的可能性。软切换只改变扩频码,不改变频率,也便于管理和控制。 (5)扩容方便。CDMA各小区使用相同频率,不必向FDMA那样进行频率配置,当系统扩展时,不用为适应新的频率安排而对现有系统进行改造,很大程度上方便了系统的扩容。 (6)CDMA以扩频技术为基础,因此它具有扩频通信所固有的优点: 抗干扰能力强。CDMA采用宽带传输,将有用信号和干扰信号频谱能量都加以扩散,在接收端利用PN序列的相关特性进行相关处理,对有用信号频谱能量压缩集中,干扰和噪声因与PN序列不匹配而被抑制,因此大大提高了信噪比,具有很强的抗干扰能力。 抗
6、多径衰落。CDMA可提供多种形式的分集接收时间分集、频率分集、空间(路径)分集等,大大降低了多径衰落。CDMA将信号能量扩展到很宽的频带中,从而得到频率分集;时间分集可通过使用交织和纠错编码来达到最大效果;空间(路径)分集可通过软切换、rake接收机等来实现。 安全保密性。CDMA采用了扩频解调后,在信道中传输所需要的载波与(噪声+干扰)的功率比很低(约-20dB左右),即在低功率谱密度下传输,有用信号功率比干扰信号功率低得多,信号仿佛淹没在噪声之中,不易被对方发现,有较强的防截获能力。另外,CDMA采用PN码调制,不掌握发射信号的规律,要进行解扩是很困难的。这些都体现了CDMA安全、保密的特
7、点。 三、移动卫星通信系统 移动卫星通信系统主要分为两大类,第一类是同步轨道移动卫星系统,主要系统有:Inmarsat-M、Inmarsat-B、MOBILESAT(澳大利亚)、MSAT(USA)等。其它一些面向个人通信的实验系统和正在开发的卫星系统有:Jet Propulsion Laboratory建议的PASS(Personal Access Satellite System)实验系统,欧洲空间局发射的Olympus卫星系统,NASA的ACTS(Advanced Communication Technology Satellite)卫星系统,日本空间开发局的ETSVI卫星系统,欧洲的PR
8、ODAT和MSBN移动卫星系统。 第二类是中低轨道的移动卫星系统,美国的主要系统有:ORBCOMM(Orbital)、STARNET(Starsys)、LOESAT(Marcor)、VITASAT(VITA)和即将投入使用的“铱”系统等。前苏联COSCON公司提出了一个全球空间通信系统-Kochon系统,该系统采用四个极地轨道,共32颗卫星覆盖全球,提出双向电话、数据传输、定位业务、采用L频段和UHF频段。欧洲提出了采用高椭圆轨道(HEO)的ARCHIMEDES系统,为欧洲提供移动话音通信和高质量的数字音频广播业务(Digital Audio Broadcast)。德国MBB航空公司1990年
9、提出一个叫Loopus的系统,用工作在三个椭圆轨道上的9颗卫星覆盖北半球,为欧、美、亚洲所共用,使用Ku频段。此外还有墨西哥提出了发射低轨道的卫星计划,共计12颗卫星,用于拉丁美洲,初期仅提供数据业务,最终支持话音的传输。法国也提出了发射低轨道的卫星计划,共发射56颗卫星,仅用于数据业务。 四、我国移动卫星通信系统模型和信道模型 4.1 系统模型 卫星移动通信可以通过各种各样的星座来实现。按轨道高度可以分为同步轨道(GSO)、中轨道(MEO)、低轨道(LEO)以及高椭圆轨道(HEO)。目前我国采用的移动卫星通信系统模型就是全球移动卫星通信系统(Global Mobile Satellite I
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