+　周珊 沈永言　中國衛(wèi)通集團有限公司

話說衛(wèi)星通信多址技術(shù)

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多址技術(shù)又稱為多址接入技術(shù)，是無線通信的核心技術(shù)之一，主要用于實現(xiàn)多個不同地址的用戶終端共享有限的射頻信道。衛(wèi)星通信是一種重要的無線通信方式，衛(wèi)星通信多址技術(shù)就是用于實現(xiàn)多個地球站共享指定的、有限的轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬資源。

多址技術(shù)的本質(zhì)是通信信道復(fù)用，其理論基礎(chǔ)是信號的正交分割原理。常見的多址技術(shù)有頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA），它們是不同維度的信道復(fù)用方式，如圖1所示。其中，F(xiàn)DMA、TDMA、SDMA已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信之中。

圖1：不同維度的多址方式

FDMA

FDMA是無線和衛(wèi)星通信中最早使用一種多址技術(shù)。FDMA系統(tǒng)中不同的終端用戶占用不同的頻率，它們在時間和空間維度上是重合的。這與在同一場合中男中音和女高音可以同時唱歌，聽眾可以同時分辨有點類似，如圖2所示。

圖2：FDMA基本原理

在衛(wèi)星通信中，F(xiàn)DMA可以分為單路單載波（SCPC）和多路單載波（MCPC）兩種類型。SCPC是每一路話音或數(shù)據(jù)占用一個載波，MCPC是多路語音或數(shù)據(jù)占用一個載波。MCPC按所采用的基帶信號類型又可分為FDM-FM-FDMA和TDM-PSK-FDMA方式。FDM-FM-FDMA中的基帶模擬信號首先以頻分方式復(fù)用在一起，然后調(diào)制到一個載波上，最后再以FDMA方式發(fā)射和接收。TDM-PSK-FDMA首先將多路數(shù)字基帶信號用時分方式復(fù)用在一起，然后以PSK方式調(diào)制到一個載波上，最后再以FDMA方式發(fā)射和接收。相對來講，MCPC信道利用率更高，而SCPC可靠性更好，因而常用于應(yīng)急于通信。

TDMA

TDMA系統(tǒng)中不同的終端用戶在不同的時隙發(fā)射和接收信號，但在頻率、空間等維度上是重合的。這好比在同一個會場中，大家交替說話，以到達互不干擾之目的，如圖3所示。

圖3：TDMA基本原理

在TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，每個地球站需要在在TDMA特定的子幀時隙內(nèi)發(fā)送和接收突發(fā)信號。不同地球站在時間上是嚴格依次排列、互不重疊的。為此，系統(tǒng)對定時和信號格式有嚴格的要求。

在實際應(yīng)用中，TDMA還可以與其它多址方式結(jié)合使用，以擴大帶寬容量，提高應(yīng)用靈活性和抗雨衰等能力。如MF-TDMA（多頻時分多址）就是FDMA與TDMA的結(jié)合，這已廣泛應(yīng)用于寬帶接入等業(yè)務(wù)之中。

CDMA

CDMA系統(tǒng)利用自相關(guān)性非常強而互相關(guān)性比較弱的一組地址碼對不同用戶的基帶信號進行擴頻，然后再用擴頻后的信號對載波進行調(diào)制。CDMA系統(tǒng)中不同的終端用戶使用不同的正交碼，它們在頻率、時間和空間上是重合的。這如同說不同語言的人可以在一起同時說話，如圖4所示。

圖4：CDMA基本原理

CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)適用于用戶終端眾多，而鏈路傳輸速率又較低的場合，比如衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)或稀路由的VSAT系統(tǒng)。

SDMA

SDMA系統(tǒng)中不同用戶可以同時在不同的空間中使用相同的頻率或碼子。地面移動通信系統(tǒng)之中蜂窩小區(qū)就是典型的SDMA，后來逐步被應(yīng)用到衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)之中。近年來，為了滿足日益增長的帶寬需要，SDMA又被應(yīng)用到Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)之中。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，SDMA主要是以多點波束的形式出現(xiàn)的，它利用衛(wèi)星天線的方向性和用戶的地區(qū)隔離性實現(xiàn)信道的復(fù)用。

SDMA應(yīng)該算是最原始的信道復(fù)用方式，它與人們在不同的會場可以同時開會道理是一樣的，如圖5所示。

圖5：SDMA基本原理

實際案例

在實際通信衛(wèi)星系統(tǒng)中，SDMA是以多點波束形式出現(xiàn)的，它常常與FDMA、TDMA、CDMA組合使用的，這樣頻率資源利用率才能達到最大化。例如，多點波束已廣泛應(yīng)用于以前的Iridium、InmarsatⅢ-Ⅳ、Globalstar、ACeS、Thuraya等衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，以及現(xiàn)今的Ka-Sat、Viasat 1、Jupiter 1、InmarsatⅤ、O3b等衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)之中。至于FDMA、TDMA和CDMA，它們則是以不同的組合形式應(yīng)用相關(guān)衛(wèi)星通信系統(tǒng)之中。如FDMA/TDMA應(yīng)用于Iridium、ACeS和Thuraya，F(xiàn)DMA/CDMA應(yīng)用于Inmarsat Ⅳ和Globalstar。

未來方向

由于用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)量的不斷增長以及現(xiàn)有可用頻率的有限性，無線通信系統(tǒng)的容量很大程度上要通過SDMA來解決，如微蜂窩和多輸入多輸出（MIMO）等。由于衛(wèi)星通信軌位和頻率資源的有限性，多點波束必將越來越多地應(yīng)用于C和Ku頻段等常規(guī)衛(wèi)星通信系統(tǒng)之中，其擴容的潛力和應(yīng)用的意義是顯而易見的。實際上，Ipstar和Intelsat EPIC等衛(wèi)星系統(tǒng)已率先在一般C、Ku通信衛(wèi)星上應(yīng)用了多點波束技術(shù)。