+ 劉解華 華力創(chuàng)通副總經(jīng)理

?

衛(wèi)星移動(dòng)通信與衛(wèi)星導(dǎo)航融合技術(shù)與應(yīng)用

+ 劉解華 華力創(chuàng)通副總經(jīng)理

衛(wèi)星移動(dòng)通信和衛(wèi)星導(dǎo)航融合已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，下面從幾個(gè)方面來(lái)介紹有關(guān)問(wèn)題。

一、衛(wèi)星移動(dòng)通信和衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展趨勢(shì)

衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)分為靜止軌道、中軌道和低軌道三類。其中靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)包括：國(guó)際海事衛(wèi)星（Inmarsat）系統(tǒng)、瑟拉亞衛(wèi)星（Thuraya）系統(tǒng)、亞洲蜂窩衛(wèi)星（ACeS）系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)包括Odyssey系統(tǒng)、中等高度圓軌道（ICO）系統(tǒng)、MAGSS-14系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)包括銥星（Iridum）系統(tǒng)、全球星（Globalstar）系統(tǒng)、軌道通信（Orbcomm）系統(tǒng)。

國(guó)外先進(jìn)國(guó)家大多建立起了大容量、系列化和小型化終端的衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為其國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供通信保障。終端具備衛(wèi)星通信、地面通信、衛(wèi)星導(dǎo)航等一體化功能（即天地一體、通導(dǎo)一體），可同時(shí)提供通信服務(wù)和位置服務(wù)。

表1 典型衛(wèi)星移動(dòng)通信終端

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳輸速率低、系統(tǒng)容量小，天線尺寸大，終端難以做到小型化。規(guī)劃中的 新一代S頻段衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行在同步軌道，可以實(shí)現(xiàn)全球波束覆蓋，支持語(yǔ)音、傳真、短消息、數(shù)據(jù)及圖像業(yè)務(wù)，與以往系統(tǒng)相比，具有更高的數(shù)據(jù)速率及更大的系統(tǒng)容量，具有常規(guī)、集群、應(yīng)急救生、抗干擾等多種模式，滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景需求。終端可以具有手持、固定站、車載及機(jī)載等多種形態(tài)

世界上現(xiàn)有美國(guó)GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐洲的伽利略、中國(guó)北斗四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，具體性能這里不再贅述。

國(guó)外的衛(wèi)星移動(dòng)通信與導(dǎo)航在兩類系統(tǒng)中的融合發(fā)展最好。

首先是移動(dòng)通信衛(wèi)星用于廣播廣域差分信號(hào)。海事衛(wèi)星Inmarsat-3衛(wèi)星參與構(gòu)成SBAS（廣域差分增強(qiáng)系統(tǒng)）的地球靜止星座，提供GPS廣域差分定位信息，從而為用戶提供更加精確的地理位置信息服務(wù)。

瑟拉亞系統(tǒng)移動(dòng)終端可以獲取GPS提供的本地位置信息，并以短信息的形式告知接收端。從而實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)救援、位置查詢與跟蹤等相關(guān)相關(guān)應(yīng)用功能。

二、衛(wèi)星移動(dòng)通信和衛(wèi)星導(dǎo)航融合技術(shù)

兩類技術(shù)和系統(tǒng)的融合包括三個(gè)方面的問(wèn)題。

1.快速準(zhǔn)確的波束選擇和切換

移動(dòng)通信終端需要選擇合適的波束接入網(wǎng)絡(luò)?；诠β蕼y(cè)量的波束選擇采用爬坡算法完成所有候選波束的功率測(cè)量，耗時(shí)較長(zhǎng)。而基于位置信息的波束選擇法中，衛(wèi)星波束位置都由波束中心和6個(gè)頂點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)定義，利用導(dǎo)航系統(tǒng)提供的位置信息，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的波束選擇。通信終端的移動(dòng)將導(dǎo)致波束的切換，基于導(dǎo)航系統(tǒng)的位置信息，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的波束切換。

2.高動(dòng)態(tài)條件下的載波和定時(shí)跟蹤

機(jī)載通信終端具有較高的移動(dòng)速度和加速度，導(dǎo)致較高的多普勒頻偏和定時(shí)漂移。利用導(dǎo)航系統(tǒng)提供的PVT信息，對(duì)多普勒頻偏和定時(shí)漂移進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)條件下的載波和定時(shí)精確跟蹤。

移動(dòng)通信系統(tǒng)留有導(dǎo)航廣播信道（LSBCH），廣播導(dǎo)航系統(tǒng)參考時(shí)間和衛(wèi)星星歷信息。利用移動(dòng)通信系統(tǒng)廣播信道獲取參考時(shí)間和衛(wèi)星星歷等信息，可將導(dǎo)航系統(tǒng)的首次定位時(shí)間縮短至秒級(jí)，利用歷書電文輔助，還可提高捕獲靈敏度。

圖1 通信導(dǎo)航一體化基帶芯片系統(tǒng)應(yīng)用

表2 移動(dòng)通信系統(tǒng)預(yù)留的導(dǎo)航廣播信道內(nèi)容

為了克服時(shí)鐘誤差、星歷誤差、對(duì)流層和電離層誤差，提高定位精度，可采用差分定位的方式?；鶞?zhǔn)站根據(jù)已知的精密坐標(biāo)，估算出誤差修正值，通過(guò)移動(dòng)通信系統(tǒng)的波束廣播信道（CBCH）將誤差修正值實(shí)時(shí)廣播出去。終端接收誤差修正值并對(duì)原始觀測(cè)量進(jìn)行修正解算，可實(shí)現(xiàn)高精度的定位。

三、衛(wèi)星移動(dòng)通信和衛(wèi)星導(dǎo)航融合芯片設(shè)計(jì)

融合芯片系統(tǒng)包含DSP子系統(tǒng)、ARM核子系統(tǒng)、衛(wèi)通子系統(tǒng)和導(dǎo)航子系統(tǒng)。衛(wèi)通與導(dǎo)航子系統(tǒng)共用某些加速器，如Turbo編譯碼、卷積、FFT等，且共用加速器都掛載在系統(tǒng)總線上。

一體化的射頻設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)性能，并可以降低系統(tǒng)功耗和復(fù)雜度。系統(tǒng)頂層包含豐富的通用接口，衛(wèi)通子系統(tǒng)和導(dǎo)航子系統(tǒng)可以共用。用一個(gè)PMU控制衛(wèi)通子系統(tǒng)、導(dǎo)航子系統(tǒng)及全新片其他共用模塊，從而達(dá)到降低功耗的目的。

圖2 衛(wèi)星通信與導(dǎo)航軟件共享架構(gòu)

衛(wèi)星移動(dòng)通信和衛(wèi)星導(dǎo)航融合應(yīng)用

應(yīng)用移動(dòng)通信和導(dǎo)航定位功能可以用于建立基于廣域陸地、海洋的信息傳輸、分析及位置服務(wù)平臺(tái) 服務(wù)于“一帶一路“國(guó)家戰(zhàn)略，保證信息安全；構(gòu)建衛(wèi)星導(dǎo)航通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)一體的信息服務(wù)平臺(tái)；面向戶外人員，提供應(yīng)急通信、導(dǎo)航及其他基于位置的服務(wù)；針對(duì)國(guó)防、民防等應(yīng)急力量，實(shí)現(xiàn)對(duì)態(tài)勢(shì)信息的實(shí)時(shí)掌控、有效指揮和平戰(zhàn)管理，應(yīng)用于部隊(duì)、公安、武警、民政等行業(yè)。綜合集成衛(wèi)星通信和導(dǎo)航利用差分定位等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度定位專業(yè)應(yīng)用，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（精穩(wěn)工程），應(yīng)用于住建、橋梁、水庫(kù)大壩、公路邊坡、隧道、尾礦、地陷、鐵塔等市場(chǎng)。

四、華力創(chuàng)通的相關(guān)研究成果

華力創(chuàng)通經(jīng)過(guò)十余年的努力，如今已經(jīng)研制出了多型衛(wèi)星移動(dòng)通信與導(dǎo)航一體化基帶芯片。其中，國(guó)內(nèi)首款衛(wèi)星移動(dòng)通信和導(dǎo)航一體化芯片HTD1001的語(yǔ)音速率為1.2、2.4、4.0kbps，數(shù)據(jù)速率1.2kbps～384kbps，支持?jǐn)?shù)字對(duì)講功能，內(nèi)嵌音頻編解碼器和音頻處理器，采用40nm LL工藝；HTD2001支持衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)常規(guī)、集群、應(yīng)急救生、抗干擾等通信模式，支持北斗二代BDS B1和GPS L1頻點(diǎn)，內(nèi)嵌音頻編解碼器和音頻處理器，采用40nm LL工藝。并研制了相關(guān)模塊。