衛(wèi)星移動通信與衛(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)星移動通信和衛(wèi)星導(dǎo)航融合已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，下面從幾個方面來介紹有關(guān)問題。

一、衛(wèi)星移動通信和衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展趨勢

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)分為靜止軌道、中軌道和低軌道三類。其中靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)包括：國際海事衛(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)。

國外先進(jìn)國家大多建立起了大容量、系列化和小型化終端的衛(wèi)星移動通信網(wǎng)絡(luò)為其國家經(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），可同時提供通信服務(wù)和位置服務(wù)。

表1 典型衛(wèi)星移動通信終端

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

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

首先是移動通信衛(wèi)星用于廣播廣域差分信號。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)的融合包括三個方面的問題。

1.快速準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)。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(wèi)星波束位置都由波束中心和6個頂點(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.高動態(tài)條件下的載波和定時跟蹤

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

移動通信系統(tǒng)留有導(dǎo)航廣播信道（LSBCH），廣播導(dǎo)航系統(tǒng)參考時間和衛(wèi)星星歷信息。利用移動通信系統(tǒng)廣播信道獲取參考時間和衛(wèi)星星歷等信息，可將導(dǎo)航系統(tǒng)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(dǎo)航一體化基帶芯片系統(tǒng)應(yīng)用

表2 移動通信系統(tǒng)預(yù)留的導(dǎo)航廣播信道內(nèi)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(zhǔn)站根據(jù)已知的精密坐標(biāo)，估算出誤差修正值，通過移動通信系統(tǒng)的波束廣播信道（CBCH）將誤差修正值實(shí)時廣播出去。終端接收誤差修正值并對原始觀測量進(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)星移動通信和衛(wèi)星導(dǎo)航融合應(yīng)用

應(yīng)用移動通信和導(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 服務(wù)于“一帶一路“國家戰(zhàn)略，保證信息安全；構(gòu)建衛(wèi)星導(dǎo)航通信、衛(wèi)星移動通信、移動互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)一體的信息服務(wù)平臺；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)；針對國防、民防等應(yīng)急力量，實(shí)現(xiàn)對態(tài)勢信息的實(shí)時掌控、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)時監(jiān)測（精穩(wěn)工程），應(yīng)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(chuàng)通的相關(guān)研究成果

華力創(chuàng)通經(jīng)過十余年的努力，如今已經(jīng)研制出了多型衛(wèi)星移動通信與導(dǎo)航一體化基帶芯片。其中，國內(nèi)首款衛(wèi)星移動通信和導(dǎo)航一體化芯片HTD1001的語音速率為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。