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提高卫星通信系统容量的一种新技术PCMA 通信与信息系统 关键词：卫星通信，对称载波复用，系统容量 [摘要]本文介绍了在双向卫星通信领域的一种崭新的技术即对称载波复用（PCMA Paired Carrier MultiPle Acces）技术。对称载波复用是一种全新的卫星系统的频率复用方式，利用它可将现有的卫星通信系统的容量提高1倍。文章分析了 PCMA的基本原理，实现方案，最后给出了性能分析以及应用前景。 1.研究目的与意义 卫星通信系统经历了半个世纪的发展，在人民生活及国防上扮演着愈加重要的角色。当今由数百颗卫星及数千个转发器构成的卫星星座提供了 90%以上的国际通信业务和几乎全部的电视转播业务。卫星通信系统对于国防和民生具有重大意义。现代化的国防以及民用领域日益增长的多媒体信息交换的需求促使卫星通信系统向着更高的系统容量，更安全，更稳定的方向发展。受限于有限的频带宽度，如何提高卫星信道的利用率关系到卫星系统的容量，直接影响着对日益增长的需求的满足。成对载波多址系统(Paired Carrier MultipleAccess, PCMA)通过使两个终端的通信信道占用相同的频带，使得频带利用率理论上提高了一倍，从而大大提升了系统容量。 2.卫星通信网概述 卫星通信最早由美国国防部进行开发研究的，最初主要用于国防领域的宽带通信。首颗静止国际通信卫星由国际通信卫星组织(INTELSAT)于 1965 年发射升空，开始开展卫星通信业务。我国的卫星通信布局始于 70 年代的 331 卫星通信工程。1984 年 4 月我国发射升空第一颗同步通信卫星，标志着我国的卫星通信发展步入实用阶段。卫星通信网是信息高速公路的重要组成部分，具有大覆盖范围，无缝覆盖的能力，广播和多播的优势，不受地理环境限制等特点，承载着导航定位、气象服务、资源探测、军事侦察、远程教育、远程医疗、灾害防护、应急通信、电视广播、环境监测等广泛的应用模式。卫星可分为静止地球轨道卫星和非静止地球轨道卫星。 对于静止地球轨道卫星，轨道高度约为 35 786km，卫星绕地球一周的时间正好和地球自转一周的时间相等。从地球上看，静止地球轨道卫星就像始终固定于天空中的某一位置。合理配置的三颗静止地球轨道卫星组成的星座即可达到对全球的覆盖。 卫星系统依据轨道高度不同，可分为低轨道(LEO)系统，中轨道(MEO)系统和椭圆轨道(HEO)系统。低轨道系统轨道高度为 700-2000km，中轨道系统轨道高度10000-20000km。依据覆盖的范围不同，可分为全球覆盖通信系统和区域覆盖通信系统。依据系统容量不同，可分为小容量系统，大容量系统和超大容量系统。根据传输速率的不同，又可分为窄带系统和宽带系统。 3.传统容量扩增技术与PCMA容量扩增技术比较 卫星通信系统一般是带宽受限或者功率受限的。对于功率受限系统，可采用多种方式提高链路功率，比如采用更有效的功率放大器，使用更高增益的天线，设计更有效的编码方式等。有效功率得到提升后，带宽成为了限制系统容量提升的瓶颈。对于带宽受限系统，传统的容量扩增技术一般采用多址接入技术，如频分多址(FDMA)，时分多址(TDMA)，码分多址(CDMA)以及基于以上多址方式的混合多址方式，如多频时分多址(MF-TDMA)，多频码分多址等(MF-CDMA)，有效提高了频谱的利用率，从而增大系统容量。 成对载波多址技术(Paired Carrier Multiple Access, PCMA)是提升卫星带宽使用效率的一种全新的方法，由 ViaSat 公司的 Mark Dankberg 于 1998 年提出。它允许两个不同的卫星通信地球站使用相同的频率，时隙或扩频码字，可将带宽的需求减少 50%，也就是说在现有的带宽基础上将通信系统的容量提升 1 倍。PCMA 系统适用于采用透明转发器的双向卫星通信系统，典型应用包括应用单路载波(SCPC)和多路单载波(MCPC)模式的系统、TDMA 网络、VSAT 网络和提供话音和数据传输业务的 DAMA 系统等。PCMA 技术与现有的卫星通信系统设备兼容，可以与各种类型的多址技术(FDMA、TDMA、CDMA)结合使用，而且 PCMA技术的使用独立于调制方式和纠错方式，可适用于不同的链路调制与纠错编码方案。因为 PCMA 技术本身不能代替任何一种编码、调制技术，因此必须结合各种调制、纠错编码方案共同使用。 4.PCMA技术的基本原理 迄今为止，所有的卫星链路都是通过通常的多址接入技术（如TDMA、FDMA或CDMA）实现2路上行信号的分离。例如，FDMA技术是通过不同的载波频率实现上行信号的分离；而在TDMA接入方式中，2路上行信号利用不同的时隙来划分信道；对于CDMA接入方式，信号占用相同的频带和时隙，但可以通过其特定的CDMA