郝學坤

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081)

0 引言

MF-TDMA是一種基于頻分和時分相結合的二維多址方式，利用逐時隙載波跳變發(fā)送和接收、速率捷變和虛路由尋址等相結合技術，可實現地球站間靈活組網以及面向話音、數據、視頻等綜合業(yè)務的點對多點通信，因而成為國內外研究的熱點并得到了廣泛應用。

MF-TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)通過在多個載波中設置不同載波速率的方式，可支持多種類型地球站間的混合組網通信。MF-TDMA體制的實現主要有3種方法:發(fā)送載波時隙跳變，接收載波固定;發(fā)送載波不變，接收載波時隙跳變;發(fā)送載波和接收載波都時隙跳變。對不同MF-TDMA實現體制支持多類型站型混合組網能力進行了分析比較，并提出和設計了一種更加有效支持多站型組網的MF-TDMA改進體制。

1 MF-TDMA體制組網技術

1.1 發(fā)跳收不跳MF-TDMA組網

系統(tǒng)設計時將所有地球站按分組進行劃分，一組由多個站構成，并為每個組分配一個固定的接收載波，通常稱為職守載波。地球站間進行通信時，發(fā)送站將突發(fā)信號發(fā)送到對端站職守載波上，發(fā)送站根據對端站所處的職守載波不同而在不同載波上逐時隙跳變發(fā)送信號。發(fā)跳收不跳MF-TDMA組網工作示意如圖1所示。

圖1 發(fā)跳收不跳工作示意

系統(tǒng)中存在多種天線口徑的地球站時，如0.6 m站、1.2 m站和1.8 m站等，一般在分組劃分時將能力相近的站分在一組內。為每個組配置載波速率時，不僅考慮本組內站收發(fā)通信能力，也要考慮其他組的站發(fā)送本組內站接收的通信能力。例如1.8 m站收發(fā)通信能力可達4 Mbps，但考慮到0.6 m站發(fā)送1.8 m站接收的2 Mbps通信能力，則1.8 m站職守載波速率最高設置為2 Mbps。因此在由大口徑地球站、小口徑地球站構成的多類站型混合組網時，大口徑站配置的職守載波最高速率取決于小口徑站發(fā)送大口徑站接收能力，而小口徑站配置的職守載波最高速率取決于小口徑站本身的自發(fā)自收能力。

1.2 收跳發(fā)不跳MF-TDMA組網

組網設計時同樣將所有地球站進行分組，并為每組站分配一個固定的發(fā)送載波。與對端站通信時，發(fā)送方在自己固定載波的指定時隙位置發(fā)送，接收方根據發(fā)送方的載波不同而逐時隙跳變接收。

多類站型混合組網通信時，大口徑站配置的固定發(fā)送載波最高速率取決于大口徑站發(fā)送小口徑站接收的能力，而小口徑站配置的職守載波最高速率取決于小口徑站本身的自發(fā)自收能力。與發(fā)跳收不跳組網方式相比，收跳發(fā)不跳系統(tǒng)大口徑站的最高發(fā)送載波速率高于發(fā)跳收不跳系統(tǒng)的大口徑站最高接收載波速率，而小口徑站的發(fā)送和接收載波最高速率相同。因此從多類站型混合組網的系統(tǒng)容量方面比較，收跳發(fā)不跳MF-TDMA優(yōu)于發(fā)跳收不跳系統(tǒng)。

1.3 收發(fā)都跳MF-TDMA組網

地球站發(fā)送和接收突發(fā)信號都可根據所處載波的不同而跳變。不同于發(fā)跳收不跳和收不跳發(fā)跳系統(tǒng)，地球站間不再進行分組。為2個通信站間分配載波和時隙基于雙方收發(fā)能力進行分配，可以根據其不對稱傳輸能力而分配不同載波上的時隙。因此，多類站型混合組網時，載波速率的配置取決于大口徑站本身收發(fā)能力和小口徑站本身收發(fā)能力。收發(fā)都跳MF-TDMA的多類站型組網能力優(yōu)于收跳發(fā)不跳和發(fā)跳收不跳系統(tǒng)。

2 多站型組網MF-TDMA體制改進

MF-TDMA組網的3種實現方式在支持多類站型混合組網能力方面，收發(fā)都跳系統(tǒng)最強，發(fā)跳收不跳系統(tǒng)最弱。但發(fā)跳收不跳系統(tǒng)能夠構建基于分組交換的網絡，而收發(fā)都跳和收跳發(fā)不跳系統(tǒng)構建的是基于時隙的電路交換網絡。另外在技術和工程實現復雜度方面，發(fā)跳收不跳系統(tǒng)最為簡單。因此基于其綜合優(yōu)勢，發(fā)跳收不跳MF-TDMA系統(tǒng)得到了廣泛應用并成為發(fā)展主流，但是如何彌補其支持多站型混合組網能力的不足是一個值得研究的問題。

發(fā)跳收不跳MF-TDMA系統(tǒng)中，考慮到大口徑站職守載波最高速率取決于小口徑站發(fā)送大口徑站接收能力，而小口徑站職守載波最高速率取決于小口徑站本身收發(fā)能力的限制，提出了一種雙職守載波MF-TDMA解決方案以提高多站型混合組網能力。

2.1 雙職守載波MF-TDMA組網原理

系統(tǒng)中各站信道終端內需要配置2個解調器，每個解調器接收一個職守載波。雙職守載波MF-TDMA系統(tǒng)組網工作示意如圖2所示，每個站配置2個職守載波，一個職守載波用于接收大口徑站發(fā)送的高速率突發(fā)信號，另一個職守載波用于接收小口徑站發(fā)送的低速率信號。采用雙職守載波方式使地球站接收載波速率不再單一受最小口徑站的限制，大口徑站、小口徑站以及它們之間的收發(fā)通信能力得到更充分的利用，因此可有效提升系統(tǒng)多類站型混合組網能力。

圖2 雙職守載波組網工作示意

系統(tǒng)組網設計時仍然按照發(fā)跳收不跳體制下地球站的分組方法進行劃分，在此基礎上將所有分組站進一步分為2類，A類為較大口徑站，B類為較小口徑站。為每組站配置職守載波時，對于A類站高速率職守載波可配置的最高速率取決于該組內站收發(fā)能力，低速率職守載波可配置的最高速率取決于B類站發(fā)送該組內站接收能力;對于B類站高速率職守載波可配置的最高速率取決于A類站發(fā)送該組內站接收能力，低速率職守載波可配置的最高速率取決于該組內站收發(fā)能力。

2.2 幀結構設計與信道資源管理

幀結構設計如圖3所示，與傳統(tǒng)MF-TDMA系統(tǒng)相比，增加了一個信令與業(yè)務共用載波。2個信令與業(yè)務共用載波都作為主站的職守載波。A類站和B類站各自使用一個載波，并用于發(fā)送信令突發(fā)和數據突發(fā)。

圖3 雙職守載波系統(tǒng)幀結構示意

每個站分配了2個職守載波，需要解決信道資源如何使用問題?？紤]到所有地球站劃分為A、B2類，因此信道資源的使用同樣基于該種分類進行設定規(guī)則。A類站申請信道資源時，使用所有其他站的第1個職守載波，B類站申請信道資源時，使用所有其他站的第2個職守載波。

3 結束語

分析了MF-TDMA衛(wèi)星通信體制3種組網實現方式的特點和各自支持多類站型組網的能力，收發(fā)都跳系統(tǒng)雖然在支持多類站型混合組網通信方面能力最強，但由于其實現復雜和基于電路交換組網的特點并沒有得到廣泛應用。結合收發(fā)都跳系統(tǒng)支持多類站型混合組網能力強的實現思想，基于得到廣泛應用的發(fā)跳收不跳MF-TDMA系統(tǒng)提出并設計了雙職守載波優(yōu)化體制?？蓱糜诘厍蛘绢愋投唷⒛芰Σ町惔蟮腗F-TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，在保持MFTDMA靈活組網、支持綜合業(yè)務點對多點傳輸等優(yōu)勢的基礎上可有效提升多類站型混合組網的系統(tǒng)容量。

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