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低轨卫星CDMA短数据移动通信系统设计与分析

陈寅健  
【摘要】: 卫星移动通信,是实现全球个人通信的一个重要组成部分,鉴于短数据通信 在国内军用、民用市场上的巨大需求,并结合CDMA技术特点,我们建议了一 个基于低轨道微小卫星技术、以短数据通信为主要应用方向的CDMA卫星移动 通信系统方案。 与以话音为主的卫星移动通信系统相比,卫星移动短数据通信系统具有不 同的性能要求和技术特点,针对低轨卫星CDMA短数据移动通信系统项目的设 计和性能分析要求,本文首先对卫星移动通信信道进行了分析和研究,建立了 低轨卫星CDMA短数据移动通信系统信道仿真模型。在该信道模型基础上,对 低轨卫星CDMA短数据移动通信系统的关键性能进行了分析,得到了各种情形 下前、反向链路的误码率性能,并提出了相应的分集接收技术方案。继而针对 反向链路中采用的CDMA-S-ALOHA随机信道分配方式,对系统的另一关键指 标——信道吞吐量进行了分析,结合低轨卫星CDMA短数据移动通信系统的具 体特点,推导了新的吞吐量计算公式;并计算分析了多种系统设计参数下的吞 吐量性能指标。 低轨卫星CDMA短数据移动通信系统具有传输时延长、通信突发时间短等 特点,并具有特殊应用环境,为保证系统性能和可靠运行,需要解决一些关键 技术问题,本文对其中功率控制技术和伪随机信号快速捕获技术进行了研究。 由于传输时延和突发时间之间的矛盾,低轨卫星CDMA短数据移动通信系 统难以采用常规闭环功率控制技术,为此,本文提出了一个以开环功率控制为 主的设计方案,对移动卫星信道下开环功率控制的性能进行了分析,并分析了 功率控制误差对误码率性能的影响,无阴影Rician信道下,开环功率控制具有 良好的误差性能,从而证明了低轨卫星CDMA短数据移动通信系统中采用开环 控制的合理性。阴影衰落下,开环功率控制性能下降,为减少对其它用户的多 址干扰,应考虑尽量降低重阴影区用户的发射概率,本文提出了相应的控制策 略。 伪随机信号捕获对低轨卫星CDMA短数据移动通信系统的通信效率影响 很大,针对系统中上下行链路对捕获系统性能的不同要求,本文提出了两种完 整的伪随机码捕获方案,即适用于前向链路的混合捕获系统和适用于反向链路 的并行捕获系统,本文对两种捕获系统均进行了详细分析,通过流程图法建立 一 了捕获过程的数学模型,分析并得到了移动卫星信道条件下,前向链路捕获系 统的关键技术指标——平均捕获时间,和反向链路捕获系统的关键指标——捕 获成功概率和失败概率。分析结果可以给CDMA卫星移动通信系统的具体设计 提供理论依据,其中混合捕获结构己应用在中科院“创新一号”存储转发小卫 星的地面站和终端接收机中。常规并行捕获结构设计难度较大,本文提出了新 的硬件实现方案,并将在上海市科委的预研项目“低轨道小卫星数据通信星座 关键技术”中得到应用。


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