下一代卫星移动通信(下)
时间：01-25
来源：中国联通网站
点击：
移动性管理机制一一当在运营商之间进行呼叫切换时，由于在NGEO星座中卫星动态的移动，采用GSM中的方式进行移动性管理会导致很大的信令开销，可以通过计算用户呼叫时需要FES切换的概率来克服这一点。在这种移动性管理机制中，移动终端离开FES一定距离时，就进行位置更新。用户的移动性由基于卫星的定位系统检测。FES区域的终端可以进行位置更新，在一定范围内可能不需要进行FES切换。业务提供商的QoS(包括FES切换概率，呼叫丢失率等)决定该FES服务区域的大小。
S ATM----许多移动性问题都与无线ATM网络相关，比如虚拟连接树，可以用于动态卫星FES网络，根据最初的虚拟连接树算法，移动终端可以在一个很大的区域内自由地漫游。该区域由几个无线接入点覆盖，并且使用预定义的虚电路执行切换。在呼叫建立时，一个移动用户接入到虚拟连接树，在连接树的中间交换点建立查询表。
在S-ATM网络中，连接树的根可以是一个GTW站，或者是一个ATM交换机。叶子节点为输入部分，即一个或者一组波束。虚拟树将根据卫星地移动动态地建立和释放。当一个移动用户接入到一个卫星站时，发起一次呼叫后，它的位置就能够准确地计算出来，它的下一个切换时间也能够很准确地预测。在呼叫建立阶段，根据移动的多波束状态可以预测用户切换的次数和方向。从这一点看，它比地面移动系统更有优势，因为所访问的波束列表可以预先定义。
8.协议
S-ATM----主要有两种协议用于宽带卫星网络：
ATM协议封装和快速分组交换，在卫星部分使用，用于用户建立和管理。根据卫星的接口和网关，卫星协议支持不同的协议标准。现有的协议无需修改，但是会使分组的开销增大，导致协议的效率下降。
一个与ATM协议栈高度综合的方案是，用S-ATM层取代标准的ATM层，只需对信元头和功能进行相应的修改，MAC使用多频时分多址(MF-TDMA)或者CDMA。
这两种协议有很多相似性，都存在一个大小固定的信息单元，通过不同的网络接口，可以运载控制数据和用户数据。在网络连通时，在不同的高层协议建立、保持、释放和传输用户数据。在未来的2？5年内，多数在Ka频段的标准将采用新版的ATM协议层。S-ATM信元头中包括必要的路由和控制信息，不同的技术如部分分组丢弃(PPD)技术，可以用来检测卫星交换中的错误信元。
PRMA----典型的分组预约多址协议(PRMA)用于地面蜂窝系统。它基于时隙ALOHA接入技术和TDMA传输模式，与时隙预约机制的随机接入相结合。通过利用通话中的平静期，可以在一个信道上复用多个通话。因此，给终端分配的时隙并不固定，而是根据当前的活动终端动态地进行处理。PRMA在管理语音和数据流，容量改进方面都优于TDMA。
在语音业务中的实时可变比特率VBR业务和数据业务中的可用的比特率ABR业务中，可以使用一种改进的PRMA机制，PRMA-HS。当终端等待接收预约结果时，终端并不停止竞争。这种机制可以提供更高的效率，它对LEO系统中的时延并不敏感。因此，对未来移动通信系统来说，PRMA-HS可以作为一个统一的MAC协议解决方案。
9.空中接口
卫星中的传播和卫星分集是两个主要的问题，因为将来的移动和卫星业务可能采用NGEO卫星星座。对LEO、MEO、HEO和GEO系统在L频段上的测试已经进行了。在EHF，一些相关的测试表明在直接路径上传播的信号有阴影效应，在郊区的道路上很少出现回声。与L频段相比，EHF频段的回声更少，衰减更高。在市区，信号的阴影效应更明显。
在EHF频段，Lntz提出了一个信道模型，它有两种：好的信道服从Ricean分布，差的信道服从瑞利分布，分别对应于无阴影效应和有阴影效应两种情况。考虑到上行链路上的功率限制，减少阴影效应的措施有：路径分集，卫星分集。
使用主动天线阵列，可以通过配置卫星天线来覆盖固定波束，或者形状和大小，动态地改变波束业务区。在这两种情况下，最重要的要求是不断的覆盖业务区。
动态覆盖允许系统的容量有很大的提高，也有很高的卫星分集概率(>90%)，因此，这对未来系统的设计很有吸引力。
三、CDMA系统
3G中的S UMTS采用WCDMA，它适合可变速率业务，CDMA技术是S-UMTS的基础。
1.TCH码
TCH码是一类二进制、非线性、非系统的循环分组码，其长度n=2m，它在FEC和最大似然判决解码中表现出了很好的性能，在译码器中使用DSP就可以实现。
TCH序列有很好的自相关和互相关特性，这一点很重要，因为CDMA系统不仅仅靠互相关特性来减少用户之间的干扰，也靠自相关特性来进行同步处理，因此，TCH码可以使用简单的相关接收机来检测CDMA中不同的用户。
2.CDMA接收机
CDMA使用有时变结构的节点，用多用户检测来减少多径衰落。由于多址干扰(MAI)，传统的CDMA通信系统中的单用户接收机性能不是很好。
尽管最佳多用户检测算法提供了很高的容量潜力和性能改善，但是它实施起来比较复杂。故提出了次优的方案，如去相关检测或者多阶段接收机。一个SW-CDMA中的多用户消除检测机制，接收机有一个分级结构，对所有干扰用户，根据用户需求，在进行最后的判决前，在一个选择的基础上(S-PIC)执行并行干扰消除多用户检测器(PIC)。接收机的基本假设是，将匹配滤波器的输出分为两个不同的组，根据接收信号的功率。可靠信号在整个接收的信号中直接检测和取消。在判定不可靠的信号或者复制之前，不需要进一步的处理时延。
因此，并行干扰消除方法比RAKE接收机有更好的性能，并且复杂度也比较低。
不同的盲自适应多用户检测，在使用BPSK的DS-CDMA卫星通信系统中，需要对LEO、MEO卫星移动通信系统进行分析和性能估计。接收机在基站的上行卫星链路端点使用，在使用有多径衰落的卫星信道用户中，通信系统缺乏同步。这些机制基于盲自适应多用户检测，由Verli，Honig，Madhow提出，在前一种机制中，一个盲接收机包括不同的检测器，后者垂直检测整个接收信号。它在复杂度和性能之间有一个很好的协调。与传统的单用户接收机相比，多用户检测系统对远近效应有很好的效果，它不需要训练序列，仅仅需要必要的用户信息(如活动的用户数、处理增益等)。
四、结束语
为了给将来的移动和个人通信系统提供全球的覆盖，卫星系统是必须的。本文描述COST252中的新一代卫星个人通信系统，COST252的工作包括：MF-TDMA MAC协议的程序实体；路由算法(DT-DVTR)和LEO系统中的星际链路度量；资源管理，GEO和LEO星座中的DCA技术；使用PRMA的协议等。下一代移动和固定卫星业务都将使用IP技术，这是将来的一个研究方向。
S ATM----许多移动性问题都与无线ATM网络相关，比如虚拟连接树，可以用于动态卫星FES网络，根据最初的虚拟连接树算法，移动终端可以在一个很大的区域内自由地漫游。该区域由几个无线接入点覆盖，并且使用预定义的虚电路执行切换。在呼叫建立时，一个移动用户接入到虚拟连接树，在连接树的中间交换点建立查询表。
在S-ATM网络中，连接树的根可以是一个GTW站，或者是一个ATM交换机。叶子节点为输入部分，即一个或者一组波束。虚拟树将根据卫星地移动动态地建立和释放。当一个移动用户接入到一个卫星站时，发起一次呼叫后，它的位置就能够准确地计算出来，它的下一个切换时间也能够很准确地预测。在呼叫建立阶段，根据移动的多波束状态可以预测用户切换的次数和方向。从这一点看，它比地面移动系统更有优势，因为所访问的波束列表可以预先定义。
8.协议
S-ATM----主要有两种协议用于宽带卫星网络：
ATM协议封装和快速分组交换，在卫星部分使用，用于用户建立和管理。根据卫星的接口和网关，卫星协议支持不同的协议标准。现有的协议无需修改，但是会使分组的开销增大，导致协议的效率下降。
一个与ATM协议栈高度综合的方案是，用S-ATM层取代标准的ATM层，只需对信元头和功能进行相应的修改，MAC使用多频时分多址(MF-TDMA)或者CDMA。
这两种协议有很多相似性，都存在一个大小固定的信息单元，通过不同的网络接口，可以运载控制数据和用户数据。在网络连通时，在不同的高层协议建立、保持、释放和传输用户数据。在未来的2？5年内，多数在Ka频段的标准将采用新版的ATM协议层。S-ATM信元头中包括必要的路由和控制信息，不同的技术如部分分组丢弃(PPD)技术，可以用来检测卫星交换中的错误信元。
PRMA----典型的分组预约多址协议(PRMA)用于地面蜂窝系统。它基于时隙ALOHA接入技术和TDMA传输模式，与时隙预约机制的随机接入相结合。通过利用通话中的平静期，可以在一个信道上复用多个通话。因此，给终端分配的时隙并不固定，而是根据当前的活动终端动态地进行处理。PRMA在管理语音和数据流，容量改进方面都优于TDMA。
在语音业务中的实时可变比特率VBR业务和数据业务中的可用的比特率ABR业务中，可以使用一种改进的PRMA机制，PRMA-HS。当终端等待接收预约结果时，终端并不停止竞争。这种机制可以提供更高的效率，它对LEO系统中的时延并不敏感。因此，对未来移动通信系统来说，PRMA-HS可以作为一个统一的MAC协议解决方案。
9.空中接口
卫星中的传播和卫星分集是两个主要的问题，因为将来的移动和卫星业务可能采用NGEO卫星星座。对LEO、MEO、HEO和GEO系统在L频段上的测试已经进行了。在EHF，一些相关的测试表明在直接路径上传播的信号有阴影效应，在郊区的道路上很少出现回声。与L频段相比，EHF频段的回声更少，衰减更高。在市区，信号的阴影效应更明显。
在EHF频段，Lntz提出了一个信道模型，它有两种：好的信道服从Ricean分布，差的信道服从瑞利分布，分别对应于无阴影效应和有阴影效应两种情况。考虑到上行链路上的功率限制，减少阴影效应的措施有：路径分集，卫星分集。
使用主动天线阵列，可以通过配置卫星天线来覆盖固定波束，或者形状和大小，动态地改变波束业务区。在这两种情况下，最重要的要求是不断的覆盖业务区。
动态覆盖允许系统的容量有很大的提高，也有很高的卫星分集概率(>90%)，因此，这对未来系统的设计很有吸引力。
三、CDMA系统
3G中的S UMTS采用WCDMA，它适合可变速率业务，CDMA技术是S-UMTS的基础。
1.TCH码
TCH码是一类二进制、非线性、非系统的循环分组码，其长度n=2m，它在FEC和最大似然判决解码中表现出了很好的性能，在译码器中使用DSP就可以实现。
TCH序列有很好的自相关和互相关特性，这一点很重要，因为CDMA系统不仅仅靠互相关特性来减少用户之间的干扰，也靠自相关特性来进行同步处理，因此，TCH码可以使用简单的相关接收机来检测CDMA中不同的用户。
2.CDMA接收机
CDMA使用有时变结构的节点，用多用户检测来减少多径衰落。由于多址干扰(MAI)，传统的CDMA通信系统中的单用户接收机性能不是很好。
尽管最佳多用户检测算法提供了很高的容量潜力和性能改善，但是它实施起来比较复杂。故提出了次优的方案，如去相关检测或者多阶段接收机。一个SW-CDMA中的多用户消除检测机制，接收机有一个分级结构，对所有干扰用户，根据用户需求，在进行最后的判决前，在一个选择的基础上(S-PIC)执行并行干扰消除多用户检测器(PIC)。接收机的基本假设是，将匹配滤波器的输出分为两个不同的组，根据接收信号的功率。可靠信号在整个接收的信号中直接检测和取消。在判定不可靠的信号或者复制之前，不需要进一步的处理时延。
因此，并行干扰消除方法比RAKE接收机有更好的性能，并且复杂度也比较低。
不同的盲自适应多用户检测，在使用BPSK的DS-CDMA卫星通信系统中，需要对LEO、MEO卫星移动通信系统进行分析和性能估计。接收机在基站的上行卫星链路端点使用，在使用有多径衰落的卫星信道用户中，通信系统缺乏同步。这些机制基于盲自适应多用户检测，由Verli，Honig，Madhow提出，在前一种机制中，一个盲接收机包括不同的检测器，后者垂直检测整个接收信号。它在复杂度和性能之间有一个很好的协调。与传统的单用户接收机相比，多用户检测系统对远近效应有很好的效果，它不需要训练序列，仅仅需要必要的用户信息(如活动的用户数、处理增益等)。
四、结束语
为了给将来的移动和个人通信系统提供全球的覆盖，卫星系统是必须的。本文描述COST252中的新一代卫星个人通信系统，COST252的工作包括：MF-TDMA MAC协议的程序实体；路由算法(DT-DVTR)和LEO系统中的星际链路度量；资源管理，GEO和LEO星座中的DCA技术；使用PRMA的协议等。下一代移动和固定卫星业务都将使用IP技术，这是将来的一个研究方向。