【文章內(nèi)容簡介】 Station），相當(dāng)于陸地蜂窩網(wǎng)中的移動(dòng)交換中心 MSC/VLR，負(fù)責(zé)交換和通信控制等功能，并且通過它實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面通信網(wǎng)絡(luò)互連。與陸地蜂窩網(wǎng)相似，低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)中存儲(chǔ)用戶所有簽約信息的數(shù)據(jù)庫也稱為 HLR，當(dāng)用戶漫游到某個(gè)關(guān)口站服務(wù)范圍時(shí)，通過位置更新過程，將用戶在 HLR 中的信息復(fù)制到該關(guān)口站的 VLR 中。 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其話務(wù)量特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 經(jīng)過五十多年的發(fā)展，GEO 衛(wèi)星在通信、電視轉(zhuǎn)播等方面的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，它的缺點(diǎn)也越來越顯著，如體積大、重量大，需要大型助推火箭，發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間長；只有一個(gè)軌道面，可容納衛(wèi)星數(shù)量有限；不能覆蓋極地地區(qū)；距離地球遙遠(yuǎn)，通信延時(shí)長，波束覆蓋區(qū)大，頻譜利用率低，容量有限；終端發(fā)射功率大，不易小型化等。相對(duì) GEO 衛(wèi)星通信系統(tǒng)，MEO/LEO 衛(wèi)星通信系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢(shì)，對(duì)用戶而言通信時(shí)延縮短，數(shù)據(jù)傳輸速率更高，終端重量、體積與普通陸地移動(dòng)通信終端相差無幾，還可以與陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)兼容，真正做到全球無縫接入。對(duì)運(yùn)營商而言，衛(wèi)星體積小、重量輕，利用現(xiàn)代發(fā)射技術(shù)可以一箭兩星同時(shí)發(fā)射入軌，系統(tǒng)頻譜利用率高，容量增大。因此，隨著衛(wèi)星制造技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的逐漸旺盛，MEO/LEO 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展方興未艾。 缺點(diǎn) 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)也存在著固有的缺點(diǎn)，如需要衛(wèi)星數(shù)量較多，這樣它的地面控制、維護(hù)系統(tǒng)就比較復(fù)雜。對(duì)通信來講，影響較大的問題是波束切換和星間切換。低軌衛(wèi)星相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng)，使得終端在通信過程中需要頻繁的切換到其他波束或衛(wèi)星上才能繼續(xù)通話，以銥星系統(tǒng)為例，其最小切換時(shí)間間隔 。實(shí)現(xiàn)切換需要一系列信令操作過程，頻繁的切換加重了系統(tǒng)的信令負(fù)荷。切換越頻繁，切換失敗的概率也越大，銥星在系統(tǒng)運(yùn)行初期切換成功率只有 85％，后來經(jīng)過改進(jìn)達(dá)到 92％～98％，與陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換掉話率不高于 5104的指標(biāo)相比相差甚遠(yuǎn)。切換產(chǎn)生掉話的主要原因是切換發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)帶寬資源不能滿足切換呼叫最低的帶寬需求。 業(yè)務(wù)量分布的特點(diǎn)昂貴的衛(wèi)星信道成本是影響衛(wèi)星通信市場(chǎng)發(fā)展的主要瓶頸之一，如何在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下提高信道利用率是有效降低通話成本的關(guān)鍵。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中，衛(wèi)星軌道高度為 500km～1500km，相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)速度 7km/s，衛(wèi)星點(diǎn)波束的覆蓋半徑為200~500km，繞地軌道運(yùn)行周期約為 2～4 小時(shí)。一般來說，由于地球自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星運(yùn)行第二個(gè)周期開始時(shí)，其星下點(diǎn)的位置相對(duì)第一個(gè)周期偏移 2000km～4000km。低軌衛(wèi)星的這種運(yùn)行特點(diǎn)，導(dǎo)致了通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量不但受到當(dāng)?shù)貢r(shí)間、人口分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，還受到非均勻的地理分布的嚴(yán)重影響。在短暫的運(yùn)行周期中，衛(wèi)星不斷地越過大陸、海洋或極地，越過海洋或極地上空時(shí)，業(yè)務(wù)量幾乎為零，而越過大陸上空時(shí)，業(yè)務(wù)量陡然上升，形成沖激脈沖形態(tài)的業(yè)務(wù)量變化。第三章無線信道 無線信道特性信道是對(duì)無線通信中發(fā)送端和接收端之間的通路的一種形象比喻，對(duì)于無線電波而言，它從發(fā)送端傳送到接收端，其間并沒有一個(gè)有形的連接，它的傳播路徑也有可能不只一條，但是我們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋霭l(fā)送端與接收端之間的工作，我們想象兩者之間有一個(gè)看不見的道路銜接，把這條銜接通路稱為信道。 多徑傳播從發(fā)射機(jī)天線發(fā)射的無線電波（信號(hào)），沿兩個(gè)或多個(gè)路徑到達(dá)接收機(jī)天線的傳播現(xiàn)象。無線電波是一種電磁波，其傳播的主要方式是空間波，即直射波、反射波、折射波、繞射波以及它們的合成波。當(dāng)無線電波遇到物體時(shí)，產(chǎn)生反射、折射和散射，而在電波傳播的過程中會(huì)遇到不同的物體，因而會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)射、折射和散射，所以在任何一個(gè)接受點(diǎn)上均可能收到來自不同路徑的同源電磁波，這就是多徑傳播。接收端接收到的信號(hào)是直達(dá)波和多個(gè)反射波的合成。由于大氣折射是隨時(shí)間變化的，傳播路徑差也會(huì)隨時(shí)間和地形地物而變化。那么多徑信號(hào)如果同相，則相加；如果反相，則抵消。由此造成接收端信號(hào)的幅度變化，稱為衰落。由于這種衰落是由多徑引起的，因此稱之為多徑衰落。在FM（調(diào)頻）無線電廣播中，在發(fā)射臺(tái)和接收機(jī)之間，信號(hào)出現(xiàn)了二個(gè)或更多個(gè)的傳播途徑的情況。多徑傳播效應(yīng)是由于大型建筑物或山脈反射信號(hào)所引起的。接收天線將會(huì)收到直達(dá)信號(hào)和經(jīng)反射而有延遲的信號(hào)。多徑效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生失真，在收看電視節(jié)目時(shí)，多徑傳播效應(yīng)便會(huì)讓圖像出現(xiàn)“重影”。在通信系統(tǒng)中，由于通信地面站天線波束較寬，受地物、地貌和海況等諸多因素的影響，使接收機(jī)收到經(jīng)折射、反射和直射等幾條路徑到達(dá)的電磁波，這種現(xiàn)象就是多徑效應(yīng)。這些不同路徑到達(dá)的電磁波射線相位不一致且具有時(shí)變性，導(dǎo)致接收信號(hào)呈衰落狀態(tài)；這些電磁波射線到達(dá)的時(shí)延不同，又導(dǎo)致碼間干擾。若多射線強(qiáng)度較大，且時(shí)延差不能忽略，則會(huì)產(chǎn)生誤碼，這種誤碼靠增加發(fā)射功率是不能消除的，而由此多徑效應(yīng)產(chǎn)生的衰落叫多徑衰落，它也是產(chǎn)生碼間干擾的根源。對(duì)于數(shù)字通信、雷達(dá)最佳檢測(cè)等都會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。 多徑衰落是指在微波信號(hào)的傳播過程中，由于受地面或水面反射和大氣折射的影響，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)，通過矢量疊加后合成時(shí)變信號(hào)。多徑衰落可分為平衰落和頻率選擇性衰落。信道時(shí)變多徑特性造成接收信號(hào)電平的起伏現(xiàn)象被稱為多徑衰落，通常在移動(dòng)信道中信號(hào)電平的起伏呈瑞利分布時(shí)這種信道稱為瑞利衰落信道。由于這種衰落由多徑引起的所以稱為多徑衰落，在移動(dòng)通信中多徑衰落多徑環(huán)境。以瑞利(Rayleigh)衰落為主，他是移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)中受到不同路徑來的同一信號(hào)源的折射或反射等信號(hào)所產(chǎn)生，他的變化是隨機(jī)的,因此只能用統(tǒng)計(jì)或概率的觀點(diǎn)來定量描述。前者是由多徑引起的，因此又稱為多徑衰落,它服從瑞利(Rayleigh)分布。它可能包含一段Text文本或一幅圖片。g為真實(shí)重力值因此合成信號(hào)起伏很大，多徑效應(yīng)主要是用瑞利分布描述衰落，簡單的說是指接收點(diǎn)信號(hào)電平因受各種因素影響而隨時(shí)間變化叫衰落。多徑傳播是由于無線傳播環(huán)境的影響，在電波的傳播路徑上電波產(chǎn)生了反射、繞射和散射，這樣當(dāng)電波傳輸?shù)浇邮仗炀€時(shí)，信號(hào)不是單一路徑來的，而是許多路徑來的多個(gè)信號(hào)的疊加。因?yàn)殡姴ㄍㄟ^各個(gè)路徑的距離不同，所以各個(gè)路徑電波到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間不同，相位也就不同。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端疊加，有時(shí)是同相疊加而加強(qiáng)，有時(shí)是反相疊加而減弱。這樣接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了所謂的多徑衰落。對(duì)于不同波段，不同傳播方式，形成多徑傳播的機(jī)理不盡相同。三張附圖說明了短波電離層反射信道與超短波、微波對(duì)流層散射信道和移動(dòng)通信的多徑衰落產(chǎn)生的原理。圖31對(duì)流層散射傳播路徑圖32短波信號(hào)從電離層反射的傳播路徑圖33移動(dòng)通信傳播路徑一、瑞利衰落如果各條路徑傳輸時(shí)延差別不大，而傳輸波形的頻譜較窄（數(shù)字信號(hào)傳輸速率較低），則信道對(duì)信號(hào)傳輸頻帶內(nèi)各頻率分量強(qiáng)度和相位的影響基本相同。此時(shí)，接收點(diǎn)的合成信號(hào)只有強(qiáng)度的隨機(jī)變化，而波形失真很小。這種衰落稱為一致性衰落，或稱平坦型衰落。如果發(fā)送端發(fā)射一個(gè)余弦波Acosωt，接收端接收到的一致性衰落信號(hào)是一個(gè)具有隨機(jī)振幅和隨機(jī)相位的調(diào)幅調(diào)相波，從頻域來看，由單一頻率變成了一個(gè)窄帶頻譜，這叫頻率彌散。可見衰落信號(hào)實(shí)際上成為一個(gè)窄帶隨機(jī)過程，它的包絡(luò)的一維統(tǒng)計(jì)特性服從瑞利分布，所以通常又稱為瑞利衰落。二、頻率選擇性衰落如果各條路徑傳輸時(shí)延差別較大，傳輸波形的頻譜較寬（或數(shù)字信號(hào)傳輸速率較高），則信道對(duì)傳輸信號(hào)中不同頻率分量強(qiáng)度和相位的影響各不相同。此時(shí)，接收點(diǎn)合成信號(hào)不僅強(qiáng)度不穩(wěn)定而且產(chǎn)生波形失真，數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上有所展寬，這就可能千萬前后碼元的波形重疊，出現(xiàn)碼間（符號(hào)間）干擾。這種衰落稱為頻率選擇性衰落，有時(shí)也簡稱選擇性衰落。一、基本特性多徑衰落的基本特性表現(xiàn)在信號(hào)幅度的衰落和時(shí)延擴(kuò)展。從空間角度考慮多徑衰落時(shí)，接收信號(hào)的幅度將隨著移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)距離的變動(dòng)而衰落，其中本地反射物所引起的多徑效應(yīng)表現(xiàn)為較快的幅度變化（快衰落），而其局部均值是隨距離增加而起伏的，反映了地形變化所引起的衰落以及空間擴(kuò)散損耗（慢衰落）；從時(shí)間角度考慮，由于信號(hào)的傳播路徑不同，所以到達(dá)接收端的時(shí)間也就不同，當(dāng)基站發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)不僅包含該脈沖，還將包括此脈沖的各個(gè)延時(shí)信號(hào)，這種由于多徑效應(yīng)引起的接收信號(hào)中脈沖的寬度擴(kuò)展現(xiàn)象稱為時(shí)延擴(kuò)展。二、防范措施衰落作為一種乘性干擾，嚴(yán)重影響著通信系統(tǒng)的性能，因此必須采取相應(yīng)的措施加以克服。比較有效的抗衰落措施有：分集接收就是將在接收端分散接收到的幾個(gè)衰落情況不同（相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立）的合成信號(hào)，再以一定的方式將它們合并集中，使總接收信號(hào)的信噪比得到改善，衰落的影響減小。這是一種歷史較久、應(yīng)用較廣的克服衰落影響的有效方法?？捎玫姆旨绞接校嚎臻g分集、頻率分集，角度分集、極化分集、時(shí)間分集等。所謂信號(hào)設(shè)計(jì)就是針對(duì)信道的情況，設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)抗衰落能力的信號(hào)，并在發(fā)端收端采用相應(yīng)的調(diào)制和檢測(cè)技術(shù)。如采用多進(jìn)制信號(hào)、時(shí)頻相調(diào)制技術(shù)以及時(shí)頻調(diào)制信號(hào)、偽噪聲編碼（偽隨機(jī)編碼）等擴(kuò)頻通信技術(shù)。 多普勒頻移 概述圖34多普勒效應(yīng)示意圖多普