MF-TDMA衛星通信多站型組網體制研究

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衛星通信系統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:發送載波時隙跳變，接收載波固定;發送載波不變，接收載波時隙跳變;發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 發跳收不跳MF-TDMA組網

系統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，發送站將突發信號發送到對端站職守載波上，發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送信號。發跳收不跳MF-TDMA組網工作示意如圖1所示。

圖1 發跳收不跳工作示意

系統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通信能力，也要考慮其他組的站發送本組內站接收的通信能力。例如1.8 m站收發通信能力可達4 Mbps，但考慮到0.6 m站發送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自收能力。

1.2 收跳發不跳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送載波。與對端站通信時，發送方在自己固定載波的指定時隙位置發送，接收方根據發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送載波最高速率取決于大口徑站發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自收能力。與發跳收不跳組網方式相比，收跳發不跳系統大口徑站的最高發送載波速率高于發跳收不跳系統的大口徑站最高接收載波速率，而小口徑站的發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容量方面比較，收跳發不跳MF-TDMA優于發跳收不跳系統。

1.3 收發都跳MF-TDMA組網

地球站發送和接收突發信號都可根據所處載波的不同而跳變。不同于發跳收不跳和收不跳發跳系統，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能力和小口徑站本身收發能力。收發都跳MF-TDMA的多類站型組網能力優于收跳發不跳和發跳收不跳系統。

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，收發都跳系統最強，發跳收不跳系統最弱。但發跳收不跳系統能夠構建基于分組交換的網絡，而收發都跳和收跳發不跳系統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，發跳收不跳系統最為簡單。因此基于其綜合優勢，發跳收不跳MF-TDMA系統得到了廣泛應用并成為發展主流，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。

發跳收不跳MF-TDMA系統中，考慮到大口徑站職守載波最高速率取決于小口徑站發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送的高速率突發信號，另一個職守載波用于接收小口徑站發送的低速率信號。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通信能力得到更充分的利用，因此可有效提升系統多類站型混合組網能力。

圖2 雙職守載波組網工作示意

系統組網設計時仍然按照發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能力，低速率職守載波可配置的最高速率取決于B類站發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MF-TDMA系統相比，增加了一個信令與業務共用載波。2個信令與業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，并用于發送信令突發和數據突發。

圖3 雙職守載波系統幀結構示意

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。考慮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，收發都跳系統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。結合收發都跳系統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跳收不跳MF-TDMA系統提出并設計了雙職守載波優化體制。可應用于地球站類型多、能力差異大的MF-TDMA衛星通信系統中，在保持MFTDMA靈活組網、支持綜合業務點對多點傳輸等優勢的基礎上可有效提升多類站型混合組網的系統容量。

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