衛星移動通信與衛星導航融合技術與應用

+ 劉解華 華力創通副總經理

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衛星移動通信與衛星導航融合技術與應用

+ 劉解華 華力創通副總經理

衛星移動通信和衛星導航融合已經成為不可逆轉的趨勢，下面從幾個方面來介紹有關問題。

一、衛星移動通信和衛星導航發展趨勢

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

國外先進國家大多建立起了大容量、系列化和小型化終端的衛星移動通信網絡為其國家經濟發展提供通信保障。終端具備衛星通信、地面通信、衛星導航等一體化功能（即天地一體、通導一體），可同時提供通信服務和位置服務。

表1 典型衛星移動通信終端

國內現有衛星通信系統的傳輸速率低、系統容量小，天線尺寸大，終端難以做到小型化。規劃中的 新一代S頻段衛星移動通信系統運行在同步軌道，可以實現全球波束覆蓋，支持語音、傳真、短消息、數據及圖像業務，與以往系統相比，具有更高的數據速率及更大的系統容量，具有常規、集群、應急救生、抗干擾等多種模式，滿足更多應用場景需求。終端可以具有手持、固定站、車載及機載等多種形態

世界上現有美國GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐洲的伽利略、中國北斗四大全球導航衛星系統，具體性能這里不再贅述。

國外的衛星移動通信與導航在兩類系統中的融合發展最好。

首先是移動通信衛星用于廣播廣域差分信號。海事衛星Inmarsat-3衛星參與構成SBAS（廣域差分增強系統）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。

瑟拉亞系統移動終端可以獲取GPS提供的本地位置信息，并以短信息的形式告知接收端。從而實現定點救援、位置查詢與跟蹤等相關相關應用功能。

二、衛星移動通信和衛星導航融合技術

兩類技術和系統的融合包括三個方面的問題。

1.快速準確的波束選擇和切換

移動通信終端需要選擇合適的波束接入網絡。基于功率測量的波束選擇采用爬坡算法完成所有候選波束的功率測量，耗時較長。而基于位置信息的波束選擇法中，衛星波束位置都由波束中心和6個頂點的經緯度坐標定義，利用導航系統提供的位置信息，可實現快速準確的波束選擇。通信終端的移動將導致波束的切換，基于導航系統的位置信息，可實現快速準確的波束切換。

2.高動態條件下的載波和定時跟蹤

機載通信終端具有較高的移動速度和加速度，導致較高的多普勒頻偏和定時漂移。利用導航系統提供的PVT信息，對多普勒頻偏和定時漂移進行預補償，實現高動態條件下的載波和定時精確跟蹤。

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

圖1 通信導航一體化基帶芯片系統應用

表2 移動通信系統預留的導航廣播信道內容

為了克服時鐘誤差、星歷誤差、對流層和電離層誤差，提高定位精度，可采用差分定位的方式。基準站根據已知的精密坐標，估算出誤差修正值，通過移動通信系統的波束廣播信道（CBCH）將誤差修正值實時廣播出去。終端接收誤差修正值并對原始觀測量進行修正解算，可實現高精度的定位。

三、衛星移動通信和衛星導航融合芯片設計

融合芯片系統包含DSP子系統、ARM核子系統、衛通子系統和導航子系統。衛通與導航子系統共用某些加速器，如Turbo編譯碼、卷積、FFT等，且共用加速器都掛載在系統總線上。

一體化的射頻設計，保證了系統性能，并可以降低系統功耗和復雜度。系統頂層包含豐富的通用接口，衛通子系統和導航子系統可以共用。用一個PMU控制衛通子系統、導航子系統及全新片其他共用模塊，從而達到降低功耗的目的。

圖2 衛星通信與導航軟件共享架構

衛星移動通信和衛星導航融合應用

應用移動通信和導航定位功能可以用于建立基于廣域陸地、海洋的信息傳輸、分析及位置服務平臺 服務于“一帶一路“國家戰略，保證信息安全；構建衛星導航通信、衛星移動通信、移動互聯網三網一體的信息服務平臺；面向戶外人員，提供應急通信、導航及其他基于位置的服務；針對國防、民防等應急力量，實現對態勢信息的實時掌控、有效指揮和平戰管理，應用于部隊、公安、武警、民政等行業。綜合集成衛星通信和導航利用差分定位等技術，實現高精度定位專業應用，在線實時監測（精穩工程），應用于住建、橋梁、水庫大壩、公路邊坡、隧道、尾礦、地陷、鐵塔等市場。

四、華力創通的相關研究成果

華力創通經過十余年的努力，如今已經研制出了多型衛星移動通信與導航一體化基帶芯片。其中，國內首款衛星移動通信和導航一體化芯片HTD1001的語音速率為1.2、2.4、4.0kbps，數據速率1.2kbps～384kbps，支持數字對講功能，內嵌音頻編解碼器和音頻處理器，采用40nm LL工藝；HTD2001支持衛星移動通信系統常規、集群、應急救生、抗干擾等通信模式，支持北斗二代BDS B1和GPS L1頻點，內嵌音頻編解碼器和音頻處理器，采用40nm LL工藝。并研制了相關模塊。