提高卫星通信容量的探讨
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摘 要：近年来，我国卫星通信技术取得了长足进展，地面信息通信对卫星通信行业提出了更高的要求。因此如何在有限的卫星通信设备中实现最大化的通信容量具有十分重要的意义。该文以对称载波复用、时分多址接入及载波叠加技术作为突破点，探讨如何通过上述技术扩大卫星通信容量，从而降低企业服务运行的成本。
关键词：卫星通信;对称载波复用技术;通信容量
中图分类号：TN927 文献标志码：A
0 引言
随着我国信息化程度的不断加深，我国地面信息通信取得了飞速发展。地面通信设施的大规模建设和通信技术的广泛应用，降低了用户的使用成本，同时在与卫星通信的竞争中的优势越来越多突出。卫星的租赁费用在卫星通信的成本构成中是占比较高的一项，同时也是难以降低的一项。因此，如何在有限的卫星通信设备中实现最大化的通信容量，是当前卫星通信信息科技公司探索的主要问题。
1 对称载波复用技术原理及实现
1.1 对称载波复用技术原理
对称载波复用技术是在多个用户信号传输技术的基础上，通过重用存在相互通信关系的2个终端频率，实现对卫星通信系统的100 %通信容量扩容。通过采用对称载波复用技术能够实现同频率、同间隙周期的不同地面站通信，在提高卫星通信容量1倍左右的同时，对卫星通信系统的误码率影响极低。
1.2 对称载波复用技术实现
从当前的全球卫星通信网络的运行情况来看，对称载波复用技术可以保证在不增加硬件设施和地面基站的基础上，有效地提高卫星通信网络的通信容量（约100 %）。目前通过使用对称载波复用技术获取卫星通信容量提升的优点。
（1）在维持卫星通信链路带宽不变的前提下，利用对称载波复用技术使得每个链路上的数据传输率更高。
（2）在保证卫星通信链路数据率不变的前提下，利用对称载波复用技术使每个卫星通信链路占用的链路带宽更低。
（3）在保证卫星通信链路数据率和带宽不变的前提下，利用对称载波复用技术可以将带宽增损转化为数据编码增损，一方面通过提高卫星通信链路的抗干扰区间，另一方面通过降低同一通信质量下的功率需求，达到提高相对卫星通信容量的目的。
2 多址链接技术原理及实现
2.1 多址链接技术原理
卫星通信是将信号通过“地面基站→通信卫星→地面站a→地面站b→……”的信号传递方式实现不同区域的通信。为了提高通信效率，提高通信设施的利用率，同一路径可能同时传输多种信号，因此在卫星通信过程中对不同信号进行区分和识别，避免干扰和混淆十分重要。目前的卫星通信链路接入包括TDMA接入、FDMA接入和CDMA接入3种方式，都是通过更换链路接入地址的方式分离上行信号，从而实现不同地面站信号输入输出的互不干涉。
2.2 多址链接技术实现
多址链接技术的工作过程是首先将2个存在通信交互关系的终端划分为一组，每组终端采用同一个通信链路，然后按照通信卫星可以对信号自发自收的特性，对同一组内不同终端传递的同频率、同间隙、同扩频码的不同混合信号进行分离，从而达到信号传递路径不变，而通行容量增加一倍的目的。TDMA接入与FDMA接入前的区别在于，TDMA的2路上行信号分离方式是根据不同信号传递间隙的不同，划分各自信号的独立信道，进而实现信号分离;FDMA的2路上行信号分离方式则是通过调配不同载波频率实现对信号的分离;而CDMA则通过特定的扩频码，实现对相同传递间隙或者处于同一频带的信号的区分。
3 载波叠加技术原理及实现
3.1 载波叠加技术原理
在传统的卫星通信过程中，站点a和站点b之间的信息交互所产生的载波频段需要分别租用对应的卫星带宽，这种通信方式的载波路径相对单一，使得企业在开展卫星通信业务的过程中，每产生一个频段的载波通信就必须要租用对应的卫星带宽，这就使得企业在拓展卫星通信市场业务的同时卫星带宽租赁费用不断增加，严重的降低了企业卫星通信业务的市场竞争力。载波叠加技术是通过标定站点a和站点b的载波功率，进而通过同功率转发载波的叠加和抵消，实现对所需带宽的控制。通过采用载波叠加技术能够在2个信息交互的站点之间只选取其中的一个带宽即可实现优质通信。
3.2 载波叠加技术实现
首先站点a的Modem将所要发射的信号数字化，通过卫星转发器后将数字信号转发到站点b，同时站点b的Modem数字化的信号经过同样的路径传递到站点a;其次，分别在站点a和站点b将所传递信号中的“本地时延”信号抵消;再次，为了保证信号的质量，在站点a和站点b抵消信号的同时，需要进一步增加解调器频率，以保证信号的频率和相位的准确性;最后，将恢复后的数字信号转化为模拟信号后传递给终端解调器。
4 卫星通信容量提升技术评价
4.1 提升方式
在应用方式方面，对称载波复用技术能够分别通过“带宽不变，提高数据率”，“数据率不变，降低带宽占用”，“带宽和数据率不变，降低功率需求”3种不同的方式提高卫星通信容量;多址链接技术是通过分解公用信道的方式，为具备信息交互关系的每2个用户提供对应的2个子信道专门用来传递信息，从而提高用户的信息传递效率，提高带宽利用率;载波叠加技术则是通过对具备SCPC通信方式的2个站点，先进行输出端信号数字化→通道信号叠加→输入端信号模拟化的相互转化，同时抵消输出端同质多余信号的方式提高带宽的利用率。
4.2 应用效能
在应用效能方面，对称载波复用技术与传统的FDMA接入方式相比，所需的带宽只是后者的1/2，这就为企业进一步提高卫星通信容量，降低通信运维成本提供了可靠的技术支持;多址链接方式虽然提高了单一用户组的通信效率，但是被分割后的公用信道是网状的，因此存在着大量的信道间隙，有一定的浪费情况。
4.3 信号质量
在充分提高卫星带宽利用率的同时，称载波复用技术、多址链接技术和载波叠加技术都不可避免地会削弱通信信号质量。象对称载波复用技术在实际应用中难以达到对同一组别通信通道内的复合信号进行完全分离的效果;多址链接技术则是同一终端小组内的2个终端的信号传递方式可能存在差异，单一终端在接收到相应的有效信号时，也会接收到另一个终端传递的无用信号，而这一部分信号实际上会在一定程度上对有效信号造成干扰;载波叠加技术在信号叠加的过程中相应地降低了卫星端功率，通过完整路径传递这种削弱传递到了2个地面站点，从而造成信号存在一定的失真情况。因此为了保证有效信号的准确性，就需要通过一定的方式对有效信号进行提纯。
随着卫星通信服务在现代社会的应用深化，高效率的通信途径已经成为社会的首选，而卫星通信系统的信息吞吐量是一个十分重要的指标。通过对不断尝试利用称载波复用技术、载波叠加技术等先进的通信技术，使得企业已经不再是仅依赖通信卫星调制解调器设备的僵化技术，而是可以通过灵活的功能化软件实现达成同样的效果，为未来卫星通信系统的持续化提升提供了更加有效地解决方案，因此具备非常好的应用前景。
参考文献
[1]易克初，李怡，孙晨华，等.卫星通信的近期发展与前景展望[J].通信学报，2015，36（6）：161-176.
[2]顾陈洁.基于网络编码的多波束衛星系统容量优化方法研究[D].黑龙江：哈尔滨工业大学，2015.
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