同步轨道卫星移动通信系统信关站关键技术研究

摘要

同步地球轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星移动通信系统利用同步轨道通信卫星作为中继，采用空分复用、类蜂窝结构的网络管理控制等先进技术，具有容量大、支持小型终端、网络控制简单、无缝覆盖等特点，可以广泛应用于林业、渔业、水利、气象以及军事通信等行业。近年来随着水灾、地震、台风、海啸等突发事件，以及国事访问、奥运安保等重大活动的增多，卫星移动终端在应急通信保障领域的作用越来突出，卫星移动通信系统的应用前景也随着用户需求的不断增加变得更加广阔。 GEO卫星移动通信系统主要由信关站、通信卫星和各型移动终端组成。作为其中的重中之重，信关站是系统管理、交换和控制的中心，负责系统的信号接入、用户鉴权管理、业务接纳控制和数据交换等处理。 论文首先调研了卫星移动通信的国内外发展现状，并借鉴地面移动通信系统的设计思路，对信关站架构进行了深入的研究；然后讨论了信关站的总体设计和关键设备实现方案，对其中几项关键技术进行了分析研究，并提出了相应的解决方案；最后通过项目组的共同努力，设计并实现了我国第一个自主可控、支持百万用户的GEO卫星移动通信系统信关站。 在信关站的设计和实现过程中，作者参与了信关站总体架构的设计，负责接入网的组网设计和硬件选型，提出并突破了多载波解调、系统同步、系统测试三项关键技术。主要工作如下： 1.通过多载波解调技术研究，采用高效的数字信号处理结构，将信号采样、处理单元间数据传送、低通滤波、载波解调等统一排列组合，达到处理资源利用率高、扩展灵活的目的。在单个处理板卡内，实现近百个载波的解调处理，大大简化了多载波系统硬件结构，从而节省了信关站实现成本。 2.通过无中心的系统同步技术研究，解决了基于TDMA体制卫星移动通信系统的定时同步问题：包括卫星相对位置变化引起的定时偏移问题、卫星运动引起的多普勒频偏问题、多个信关站之间的同步问题以及多台基带和射频处理设备间的定时及频率同步问题等。 3.针对如此庞大复杂系统，提出了一种基于软件模拟和实装设备相结合的测试方案，用于信关站的研制和验收测试。论文对测试方案、方法及结果，进行了整理分析，验证了信关站的主要功能和性能指标。 论文最后结合地面移动通信中软件定义网络（Software-defined network,SDN）和网络功能虚拟化（Network function virtualization,NFV）与“云”基站融合的发展，从如何实现网络虚拟化、如何提高频谱利用效率、如何提供更开放的平台等方面对新一代信关站架构提出了展望。

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