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第七届卫星通信新技术新业务年会2011.3

兼容TD-SCDMA的GEO卫星移动通信系统上行容量分析

郭健，任术波，徐晓燕，吴建军

（北京大学信息科学技术学院卫星与无线通信实验室100871）

摘要：本文对兼容TD-SCDMA帧结构的同步卫星移动通信系统的干扰情况及系统容量，采用理论

推导与仿真结合的方法，进行了分析研究。为波束小区的频率复用和波束隔离等影响整个系统容量

的因素提供容量分析上的理论基础。为兼容TD-SCDMA的卫星移动通信系统的规划设计提供参考。

关键词：GEO，TD-SCDMA，上行干扰，系统容量

1.引言

卫星通信是重要的现代通信技术，采用GEO轨道方式建立的卫星移动通信系统，具有技术成熟、

覆盖范围大、组网简便、成本相对较低的特点，特别适合卫星移动通信领域。采用3G通信体制的卫

星移动通信系统是卫星通信领域当前研究的热点之一。很多文献考虑到GEO卫星系统的大延迟，更

适合FDD的双工模式，采用的3G通信体制多为WCDMA体制，如文献[1]；TD-SCDMA是有着中国自主

知识产权的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准，TD-SCDMA使用上行同步、联合检

测等技术，使得其在频谱利用率、对业务支持的灵活性、频率灵活性及成本等方面有独特优势，

将TD-SCDMA技术应用在卫星移动系统中对于发挥这些优势有着重要意义。

对卫星移动通信系统的容量研究大都是对FDD双工方式进行的分析，并且多是针对FDMA

体制的研究，针对TDD双工方式或HFDD双工方式的CDMA体制的容量研究较少。本文介绍了一

种基于TD-SCDMA帧结构的GEO卫星移动通信系统的容量分析思路和结果，该系统为了使TD-SCDMA

系统的上行同步技术适应卫星信道的长时延情况，使用一种基于HFDD模式的双工方式，在这种双工

方式下的同波束小区干扰及不同波束小区干扰情况均与WCDMA体制下不同，相应的影响了小区容量

及系统容量。

本文首先介绍了兼容TD-SCDMA帧结构的同步卫星移动通信系统的通信体制；其次，介绍了系统

的双工方式及其影响下的同波束小区干扰及不同波束小区干扰的特点；接着，根据干扰特点及分析，

对多波束系统中单个波束小区的容量进行了分析和仿真，得到了本系统的链路性能和容量间的关系。

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2.系统描述

根据卫星通信系统的通用典型组成结构，GEO卫星移动通信系统组成架构设计可以划分为空间

段、地面段和用户段三个段。本文重点考虑用户段与空间段通信时采用TD-SCDMA帧结构的系统容量

问题。

基于TD-SCDMA帧结构的GEO卫星移动通信系统，使用TD-SCDMA标准，进行适当的空中接口的

修改，具体表现为，保持原来TD-SCDMA帧结构不变，下行和上行同步等物理层过程不变，但是上下

行时隙分别采用不同的频率，即采用了HFDD的双工方式，这样，既结合了TD-SCDMA的同步解调及

联合检测等优点，又克服了使用上下行同频时由于不同波束小区的上下行链路均由卫星调度导致的

上下行时隙间的干扰问题。

考虑到路径损耗大、传输时延长，在当前的GEO卫星通信中普遍采用多波束天线，改变了以往

使用单个波束大面积覆盖地球的方法，用几个窄波束实现小区域覆盖，从而增加了卫星向地球的辐

射功率通量密度。对于卫星移动通信系统，要求卫星向地面提供较高的等效全向辐射功率（EIRP），

以使地面终端简化，为此必须在星上使用多波束天线。对于GEO系统，需要采用高增益的点波束天

线。采用多个点波束，每一波束覆盖的面积变小，使得EIRP增大；采用多波束实现频率复用还可提

高频率的利用率。如同地面蜂窝网一样，每个点波束仅覆盖一个小的区域，采用频率复用技术以提

高频谱的使用效率，并减少用户终端天线和发射机的尺寸。同频组网是研究其他组网方式的基础，

本文的容量分析基于同频组网方式，即各波束小区间的频率复用因子为1。

3.上行干扰及容量分析

EWSP