MF-TDMA卫星通信多站型组网体制研究

郝学坤

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081)

0 引言

MF-TDMA是一种基于频分和时分相结合的二维多址方式，利用逐时隙载波跳变发送和接收、速率捷变和虚路由寻址等相结合技术，可实现地球站间灵活组网以及面向话音、数据、视频等综合业务的点对多点通信，因而成为国内外研究的热点并得到了广泛应用。

MF-TDMA卫星通信系统通过在多个载波中设置不同载波速率的方式，可支持多种类型地球站间的混合组网通信。MF-TDMA体制的实现主要有3种方法:发送载波时隙跳变，接收载波固定;发送载波不变，接收载波时隙跳变;发送载波和接收载波都时隙跳变。对不同MF-TDMA实现体制支持多类型站型混合组网能力进行了分析比较，并提出和设计了一种更加有效支持多站型组网的MF-TDMA改进体制。

1 MF-TDMA体制组网技术

1.1 发跳收不跳MF-TDMA组网

系统设计时将所有地球站按分组进行划分，一组由多个站构成，并为每个组分配一个固定的接收载波，通常称为职守载波。地球站间进行通信时，发送站将突发信号发送到对端站职守载波上，发送站根据对端站所处的职守载波不同而在不同载波上逐时隙跳变发送信号。发跳收不跳MF-TDMA组网工作示意如图1所示。

图1 发跳收不跳工作示意

系统中存在多种天线口径的地球站时，如0.6 m站、1.2 m站和1.8 m站等，一般在分组划分时将能力相近的站分在一组内。为每个组配置载波速率时，不仅考虑本组内站收发通信能力，也要考虑其他组的站发送本组内站接收的通信能力。例如1.8 m站收发通信能力可达4 Mbps，但考虑到0.6 m站发送1.8 m站接收的2 Mbps通信能力，则1.8 m站职守载波速率最高设置为2 Mbps。因此在由大口径地球站、小口径地球站构成的多类站型混合组网时，大口径站配置的职守载波最高速率取决于小口径站发送大口径站接收能力，而小口径站配置的职守载波最高速率取决于小口径站本身的自发自收能力。

1.2 收跳发不跳MF-TDMA组网

组网设计时同样将所有地球站进行分组，并为每组站分配一个固定的发送载波。与对端站通信时，发送方在自己固定载波的指定时隙位置发送，接收方根据发送方的载波不同而逐时隙跳变接收。

多类站型混合组网通信时，大口径站配置的固定发送载波最高速率取决于大口径站发送小口径站接收的能力，而小口径站配置的职守载波最高速率取决于小口径站本身的自发自收能力。与发跳收不跳组网方式相比，收跳发不跳系统大口径站的最高发送载波速率高于发跳收不跳系统的大口径站最高接收载波速率，而小口径站的发送和接收载波最高速率相同。因此从多类站型混合组网的系统容量方面比较，收跳发不跳MF-TDMA优于发跳收不跳系统。

1.3 收发都跳MF-TDMA组网

地球站发送和接收突发信号都可根据所处载波的不同而跳变。不同于发跳收不跳和收不跳发跳系统，地球站间不再进行分组。为2个通信站间分配载波和时隙基于双方收发能力进行分配，可以根据其不对称传输能力而分配不同载波上的时隙。因此，多类站型混合组网时，载波速率的配置取决于大口径站本身收发能力和小口径站本身收发能力。收发都跳MF-TDMA的多类站型组网能力优于收跳发不跳和发跳收不跳系统。

2 多站型组网MF-TDMA体制改进

MF-TDMA组网的3种实现方式在支持多类站型混合组网能力方面，收发都跳系统最强，发跳收不跳系统最弱。但发跳收不跳系统能够构建基于分组交换的网络，而收发都跳和收跳发不跳系统构建的是基于时隙的电路交换网络。另外在技术和工程实现复杂度方面，发跳收不跳系统最为简单。因此基于其综合优势，发跳收不跳MF-TDMA系统得到了广泛应用并成为发展主流，但是如何弥补其支持多站型混合组网能力的不足是一个值得研究的问题。

发跳收不跳MF-TDMA系统中，考虑到大口径站职守载波最高速率取决于小口径站发送大口径站接收能力，而小口径站职守载波最高速率取决于小口径站本身收发能力的限制，提出了一种双职守载波MF-TDMA解决方案以提高多站型混合组网能力。

2.1 双职守载波MF-TDMA组网原理

系统中各站信道终端内需要配置2个解调器，每个解调器接收一个职守载波。双职守载波MF-TDMA系统组网工作示意如图2所示，每个站配置2个职守载波，一个职守载波用于接收大口径站发送的高速率突发信号，另一个职守载波用于接收小口径站发送的低速率信号。采用双职守载波方式使地球站接收载波速率不再单一受最小口径站的限制，大口径站、小口径站以及它们之间的收发通信能力得到更充分的利用，因此可有效提升系统多类站型混合组网能力。

图2 双职守载波组网工作示意

系统组网设计时仍然按照发跳收不跳体制下地球站的分组方法进行划分，在此基础上将所有分组站进一步分为2类，A类为较大口径站，B类为较小口径站。为每组站配置职守载波时，对于A类站高速率职守载波可配置的最高速率取决于该组内站收发能力，低速率职守载波可配置的最高速率取决于B类站发送该组内站接收能力;对于B类站高速率职守载波可配置的最高速率取决于A类站发送该组内站接收能力，低速率职守载波可配置的最高速率取决于该组内站收发能力。

2.2 帧结构设计与信道资源管理

帧结构设计如图3所示，与传统MF-TDMA系统相比，增加了一个信令与业务共用载波。2个信令与业务共用载波都作为主站的职守载波。A类站和B类站各自使用一个载波，并用于发送信令突发和数据突发。

图3 双职守载波系统帧结构示意

每个站分配了2个职守载波，需要解决信道资源如何使用问题。考虑到所有地球站划分为A、B2类，因此信道资源的使用同样基于该种分类进行设定规则。A类站申请信道资源时，使用所有其他站的第1个职守载波，B类站申请信道资源时，使用所有其他站的第2个职守载波。

3 结束语

分析了MF-TDMA卫星通信体制3种组网实现方式的特点和各自支持多类站型组网的能力，收发都跳系统虽然在支持多类站型混合组网通信方面能力最强，但由于其实现复杂和基于电路交换组网的特点并没有得到广泛应用。结合收发都跳系统支持多类站型混合组网能力强的实现思想，基于得到广泛应用的发跳收不跳MF-TDMA系统提出并设计了双职守载波优化体制。可应用于地球站类型多、能力差异大的MF-TDMA卫星通信系统中，在保持MFTDMA灵活组网、支持综合业务点对多点传输等优势的基础上可有效提升多类站型混合组网的系统容量。

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