宽带卫星通信系统（精选12篇）
宽带卫星通信系统 篇1
0 引言
宽带卫星通信系统应用卫星通信和互联网技术, 其主要目标是为高数据带宽和多媒体的互联应用提供一种灵活高效的卫星通信方式, 具有覆盖面广、高带宽、组网方式灵活、可靠性高等特点, 是卫星通信应用领域的前沿技术和发展热点。
合理利用宽带卫星通信系统的技术, 了解国外军事领域的应用模式和发展趋势, 可指导我国宽带卫星通信系统在军事领域应用的快速发展。
1 宽带卫星通信系统简介
1.1 概念
宽带卫星通信系统是使用网络通讯 (Transmission control protocol/Internet protocol, TCP/IP) 协议族的卫星通信系统, 是数字多媒体、卫星广播、互联网的有机结合, 是卫星通信宽带化的一个方向, 为一系列通信应用提供了统一的服务平台。
宽带卫星通信系统网络结构是地面宽带IP技术在卫星通信领域内的演变和应用, 是适应卫星分组业务和降低系统复杂性的一种尝试, 目的在于向用户提供大流量分组数据业务, 而无须异步传输模式 (Asynchronous transfer mode, ATM) 的干预。它以卫星系统为基础, 以网络协议 (Internet protocol, IP) 为服务平台, 以网络 (Internet) 应用为服务对象。Internet的结构决定其不对称性, 而且具有空间跨越大、覆盖面广等特点, 卫星通信是Internet的补充, 两者的结合是技术上的必然结合。
1.2 分类
根据不同的分类标准, 宽带卫星通信系统可进行不同分类: (1) 根据卫星有效载荷可分为“透明”宽带卫星通信系统和星上处理能力宽带卫星通信系统。“透明”卫星不涉及信息处理, 协议集中在地面, 星上处理技术可提高系统的灵活度。 (2) 根据用途可分为中继型和面向用户型。中继型卫星可作为中继链路为分布在不同地区的宽带网络提供互联能力, 面向用户型卫星通过用户网络接口 (UNI) 直接为大量的终端用户提供接入链路。 (3) 根据轨道情况分为高轨道、中高度轨道和低高度轨道卫星。其中低轨道卫星信道传输延时小, 适合实时业务。
1.3 特点
宽带卫星通信系统具有以下特点:
(1) 覆盖面大。无论是中、低轨道 (Medium/Low earth orbit, MEO/LEO) 还是同步轨道 (Geostationary earth orbit, GEO) 宽带卫星通信系统, 其广域覆盖能力是光纤等地面传输手段无法匹敌的。一颗地球静止轨道卫星的波束覆盖范围可达数千公里。
(2) 部署性强。宽带卫星通信系统既可以和地面系统相结合, 又能绕开复杂的地面网建立独立的卫星网络。卫星终端具备快速部署、即插即用的特点。
(3) 高带宽、大容量。宽带卫星系统采用高功率和高频段, 其通信容量和通信速率可与陆地光纤相媲美。
(4) 组网灵活。利用先进的星上、星际交换处理技术和点波束覆盖技术, 可充分发掘卫星传输的不对称性所带来的优势, 使带宽按需动态分配, 可灵活的满足点对点、点对多点、多点对多点的通信需求。
(5) 带宽利用率高。由于宽带卫星通信支持非对称广播业务, 提供按需分配带宽功能, 因此卫星接入与光纤接入手段相比具有明显的性价比优势。
(6) 可靠性高。在突发事件及自然灾害条件下, 卫星通信手段具有比地面传输网络更高的可靠性, 这种可靠性在提升全球及地域通信网络的整体性能方面不容忽视。
1.4 关键技术
宽带卫星通信系统中采用的关键技术主要有:星上处理交换技术、多波束天线技术、抗雨衰技术以及网络管理技术等。
(1) 星上处理交换技术
在高频段的卫星通信中, 具有星上处理功能的卫星显示出其特殊的优势, 星上处理技术正成为发展趋势和关键技术。星上处理与交换的主要作用是对卫星上行链路中的传输信息进行解码、解调和复用, 将这些数据信号恢复成基带信号, 经基带交换后再将基带信号重新进行编码、调制和复用, 并按照路由信息将其送到相应的下行链路中, 传送到对应的地面站。具有星上处理能力的转发器使用译码后, 信号中的信息进行动态路由选择或进行相应处理, 更有效地利用卫星资源, 提高系统效率。因此, 针对卫星链路的特点研究适合于宽带卫星通信系统的低复杂度、低误码性能的星上信号处理技术。
(2) 多波束天线技术
适应宽带卫星通信系统终端小型化、业务宽带化和服务个性化的趋势, 采用传统的全球波束和区域波束天线已难以满足需求, 由于多波束天线能够以高增益覆盖较大的地面区域, 且可以根据需要调整波束形状的特点, 所以正成为宽带卫星通信重点研究的关键技术。
(3) 抗雨衰技术
宽带通信卫星大多工作在Ku, Ka甚至更高频段。与传统的工作频段相比, 由于这些频段具有高频特性, 因此在以往的卫星通信系统设计中可忽略或很少考虑的雨衰问题必须重新考虑。采用自适应功率调整和自适应数字编码调制 (ACM) 能有助于解决这个问题。在宽带卫星通信系统中, 对于高频段雨衰特性及雨衰补偿技术的研究是关系到系统性能的关键之一。
(4) 网络管理技术
宽带卫星通信系统具有系统容量大、用户数目多、传输信息量大的特点, 且拥有星上处理和交换的能力, 系统结构往往包含复杂的拓扑结构, 所以宽带卫星系统需要具备网络管理能力, 通过网络管理对宽带卫星系统中的资源和操作进行全面的监视和控制。因此, 必须有针对性地研发适合宽带卫星通信系统的网络管理技术。
1.5 组网方式及其特点
宽带卫星通信系统的双向组网方式有网状网、星状网两种, 其中在网状网系统中, 用户终端之间通过卫星可以直接通信, 如图1, 而在星状网系统中, 用户终端之间无法直接互通, 需通过中心站进行中转, 如图2。
在宽带通信网中根据数据业务及信令的流向不同, 宽带卫星网络的实现方式有以下3种。
(1) 通过透明转发器以星状网方式进行组网
系统通常由1个主站和若干用户终端组成, 所有业务都要流经主站, 用户终端之间的通信需用“双跳”完成, 主站完成系统无线资源的分配、用户的管理与控制、业务的路由与交换等功能, 另外还提供与地面网络的互联互通和业务接入服务。
该组网模式的特点是:采用了集中管理的方式, 其主站相对比较复杂, 采用大口径天线和大功率功放, 而用户终端结构相对简单, 天线口径和功放都比较小, 便于安装, 网络可以容纳的终端数达上万个, 扩容方便[1]。
(2) 通过透明转发器以网状网方式进行组网模式
系统内由1个主控站和若干用户终端构成。主控站负责全网同步、无线资源分配和帧计划下发, 所有信令都要流经主控站, 终端之间可以直接建立业务连接。
该组网模式的特点:由于终端之间需要直接互通, 所以功放体积、天线口径都比较大, 缺点是网络能够容纳的终端数不能太多, 适合有几十个终端的小型网络。
(3) 通过再生式转发器以网状网方式进行组网模式
这是一种新型的卫星组网方式。系统内通常由1个主站和若干用户终端组成, 用户终端之间可以直接通过卫星完成单跳通信。
该组网模式的特点:通过采用星上处理、星上交换和星上路由实现系统内终端的全网状通信, 无线资源分配在星上完成。
2 美军发展现状与应用
2.1 美军宽带全球卫星通信系统
宽带全球卫星系统 (World geodetic system, WGS) 是美国一种高容量军用卫星通信系统, 承担美军多领域的卫星通信和战地宽带通信业务, 该系统提供超高频 (SHF) 宽带和抗干扰通信。其星座由14颗 (12颗主用) 组成, 星座位于地球同步轨道, 覆盖范围为南北纬75°之间[2]。
系统包括9个X频段波束和10个Ka频段波束, 其中8个X频段波束分别由独立的传输和接收相控阵天线负责信息的传送与接收, 第9个X频段为反向偏震频段, 10个独立可调的Ka频段波束由双工方向架固定式抛物面天线提供, 这些增强型连接能力将为全球用户之间的话音、数据和图像通信提供充足的带宽。
卫星上最关键的部位是数字信道选择器, 这些数字信道可分为1 872个子信道, 每个信道的传输带宽为2.6 MHz, 可同时支持多点传输和广播服务, 也能为网络控制提供非常有效灵活的上行链路频谱监控能力, 从而可以同时覆盖几个不同的用户系统, 增加覆盖范围。
WGS可提供X频段与Ka频段双向通信服务, 提供单向Ka频段广播服务以及X频段与Ka频段的跨频通信服务。由于具有这种跨频段通信能力, 使得其在一个频段上接收到的信号, 可以在另一个频段上进行传送, 这种从一个频段向另一个频段发送通信的能力, 使得作战人员能够把一个文件或流视频向上发送到一部X频段终端, 并向下发送到一部Ka频段终端, 反之亦可。有了这样一种技术, 美国海、陆、空三军就能利用该系统向全球任何地方快速发送大容量信息, 进行X和Ka两个频段间安全保密、抗干扰的跨频通信, 使三军部队具有更大的作战灵活性、更强的作战能力和连通性, 可完成上一代军事通信卫星所无法提供的许多重要功能。
此外, WGS还能支持多种网络拓扑结构, 其中包括广播中枢辐射、网状和点对点。在一定条件下, 该卫星的天线模式还具有识别能力, 因而也能提供一定的保护, 避免来自不同距离友军的干扰。
2.2 美军宽带全球卫星通信系统应用
(1) 直接应用于作战
美军在首颗宽带全球卫星通信系统发射半年后就将其用于军事行动, 目前该卫星已可以向太平洋地区的部队转发通信, 极大地满足了这些部队对军用带宽的需求, 提升了跨卫星通信信道的通信能力, 因此, 它在美军的整个通信计划中占有了重要一席, 已成为美军重要的军事通信链路。
在作战应用中, 宽带全球卫星通信系统Ka频段的效用更为突出。Ka频段可以使宽带全球卫星通信系统回传大量信息, 并在广阔的地区进行接收[3]。
(2) 应用于战术级作战人员信息网
战术级作战人员信息网 (W1N-T) 是美军实现转型的四大计划之一, 近年来得到了快速发展。该计划的短期目标是:在宽带全球卫星通信系统可用时, 利用其宽带军用Ka频段的通信, 减少对商用Ku频段的依赖, 相应地提高网络的通信能力和高带宽动中通能力。
(3) 应用于无人机和其他战略系统
美空军在伊拉克和阿富汗的无人机 (UAV) 行动几乎全都依赖于商业卫星通信能力的支援, 在更新型的无人机投入服役后, 美军自身拥有的卫星将会承担更为重要的作用, 宽带全球卫星通信系统是其中的重要支持者。
宽带全球卫星通信系统将以前所未有的速率为无人机提供支持。全部6颗卫星发射完毕后, 前3颗可以支持8架无人机, 并以137Mb/s的速率同时传输数据, 后3颗增加射频旁路技术, 可将来自“全球鹰”无人侦察机上的图像传输速率从137 Mb/s提高到274Mb/s。
对无人机的支持只是该卫星星座所提供的其中一种通信能力。此外, 他们还可以为美军战略司令部和各作战司令部、战术部队和已部署部队、国防信息系统网、国防分发系统、空中C4I、白宫通信局、国防支持计划局以及美国情报机构提供帮助[4]。
2.3 发展趋势
(1) 网络的综合管理技术。军事和民用网络的共存产生了二者综合问题, 目前, 信息管理系统 (Information management system, IMS) 能帮助资源规划部门确定最佳资源分配方式, 但在管理过程中应注意军用和民用的区分, 完善频段、极化、频率复用、对抗干扰和闪烁、结构术语分类技术。
(2) 高频段、大功率、大容量。卫星技术正向Ka频段和Q/V高频段、可携载的转发器数达50台以上、支持每秒数十吉比特数据容量发展。
(3) 抗干扰技术。现代化战争中, 作战双方会采用多种干扰手段, 所以扩展频谱调制, 旁瓣对消等技术正逐渐被重视。
(4) 反导技术。未来战争中, 卫星将是导弹重点打击的目标, 如何提高抗毁能力避免打击, 发展隐身、诱饵等技术是未来的发展方向[5]。
3 我军宽带卫星通信系统应用需求
(1) 飞机、舰船远程作战需求。航空兵飞机、舰船编队在远距离执行任务过程中, 最重要的是获取周边态势, 及时准确接收发送指挥命令, 因此, 可靠、大容量的信息传输手段是作战的基础和前提。宽带卫星通信系统具备远程传输、不受地形限制、传输大容量数据等优势, 是解决我军远程作战掌握战场态势和作战指挥的首选。
(2) 部队机动需求。地防、导弹、雷达、电抗等部队机动开设后, 战术级指挥所和基本作战单元需要大量获取周边战场态势和作战基础数据信息, 支撑相应的作战任务。宽带卫星通信系统具有覆盖范围广、可靠性高、部署性强的特点, 能够快速接入, 保证远程通信的稳定性, 实现恶劣环境下的“保底通”和复杂电磁环境下的“可靠通”。
(3) 偏远指挥所警戒需求。偏远指挥所在高山、峡谷、海岛等复杂地形条件下, 受限于艰险的自然条件, 偏远指挥所的通信线路往往呈链状或星状, 缺少必要的冗余通路, 网络的可靠性和抗毁性较差。宽带卫星通信信道能够提供可靠、稳定的通信备份手段, 在通信线路损坏时仍能实时获取作战情报信息, 担负警戒任务, 实现“山地通”、“海岛通”。
(4) 空降作战需求。空降兵在境外或敌占地域空降作战时缺少地面通信基础设施的依托, 只能依靠短波、超短波电台与后方基地保持通信, 信道质量不稳定。宽带卫星通信信道具有可靠性高、部署性强的优势, 能够快速实现空降兵指挥系统内部的“纵向贯通”, 以及空降兵与航空兵等其他兵种的“横向互联”, 提高了空降部队作战能力。
4 结束语
宽带卫星通信系统是卫星通信与互联网相结合的前沿技术, 是通信技术领域发展的热点, 具有覆盖面大、部署性强、容量大、带宽高、组网灵活等特点, 可极大地满足我军在远程作战、警戒、机动、空降作战等情况下的信息获取和指挥需求, 所以我军应加强宽带卫星通信系统领域的建设和技术储备, 在信息互通方面提升军队战斗力。
参考文献
[1]冯少栋, 李广侠, 张更新.全球宽带多媒体卫星通信系统发展现状 (上) [J].卫星与网络, 2010 (91) :57-61.
[2]SIA.State of the satellite industry report[EB/OL]. (2009-08-01) [2013-05-10].http://www.sia.org/wp-content/uploads/2010/11/2009_SSIR_Final.pdf.
[3]SIA.Satellites:broadband access for all Americans[EB/OL]. (2008-06-01) [2013-05-12].http://www.sia.org/wp-content/uploads/2010/11/2008_SSIR_Final.pdf.
[4]Etsi.Digital video broadcasting (DVB) .Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for broadcasting, interactive services, news gathering and other broadband satellite applications[S].France:Etsi, 2009.
[5]Etsi.Digital Video broadcasting (DVB) .Interaction channel for satellite distribution systems[S].France:Etsi, 2009.
宽带卫星通信系统 篇2
增益约为13dB,射频信号的最小接收功率为-25dBm。同时,本文采用GSM信号进一步测试了接收机的接收性能。【关键词】：无线通信系统封装天线差分天线双频天线宽带接收机零中频接收机 【学位授予单位】：山西大学 【学位级别】：硕士 【学位授予年份】：2013 【分类号】：TN820;TN858 【目录】：中文摘要8-9ABSTRACT9-11第一章绪论11-231.1课题研究的背景及意义11-121.2无线通信系统中天线的研究现状12-141.2.1封装天线12-131.2.2差分天线13-141.3微带天线的双频技术14-151.4典型射频接收机的结构15-171.4.1超外差接收机结构15-161.4.2零中频接收机结构16-171.5本文的研究内容和主要贡献17-18参考文献18-23第二章天线基础理论及接收机的技术指标23-302.1天线的基本参数23-262.1.1天线的输入阻抗、驻波比和回波损耗23-242.1.2天线的辐射方向图和方向性24-252.1.3天线的增益252.1.4天线的频带宽度25-262.1.5天线的极化特性262.1.6天线的效率262.2天线的数值分析方法26-272.3接收机的技术指标27-282.3.1噪声系数27-282.3.2灵敏度282.3.3动态范围282.4本章小结28-29参考文献29-30第三章差分双频封装天线研究与设计30-413.1引言303.2差分双频封装天线研究与设计30-393.2.1差分天线的理论30-313.2.2天线的设计及其结构31-333.2.3天线的性能分析33-383.2.4测量结果及分析38-393.3本章小结39-40参考文献40-41第四章宽带
零中频接收机的研究和设计41-484.1引言414.2接收机的设计41-434.2.1接收机电路的总体设计41-424.2.2解调芯片的电路设计424.2.3滤波和放大电路的设计42-434.3接收机实际电路的测试和分析43-464.4本章小结46参考文献46-48第五章天线和接收机的测量48-545.1天线的测量48-525.1.1天线S参数的测量48-495.1.2天线远场特性的测量49-525.2接收机的测量52-53参考文献53-54第六章总结与展望54-56攻读学位期间取得的研究成果及参与科研的项目56-57致谢57-58个人简况及联系方式58-60
宽带卫星通信系统 篇3
军用通信卫星除具有一般通信卫星所具有的通信距离远、容量大、质量高、寿命长、覆盖区 域广等优点外，还具有保密性好、抗干扰性强、数据处理快、可靠性高和灵活机动及核环境 下的生存能力等特点，所以技高一筹。
在信息战中，军用通信卫星举足轻重，它在兵力部署、支援和指挥控制过程中有巨大的作用，是力量的倍增器，因此受到各军事大国的高度重视，都竞相发展，现已显露“杀机”。
按用途它可分为战略通信卫星和战术通信卫星，前者提供全球性的战略指挥、控制、通信和 情报传输，其中包括传输各种侦察卫星所获得的信息；后者则提供地区性军事信息的传输， 如军用飞机、舰船、车辆，乃至小分队或单兵背负终端的移动通信。不过，战略、战术通信卫星现正向合二为一的方向发展。
当前的国际形势表明，打世界大战，尤其是打核大战的可能性越来越小，但局部战争日渐增多，所以，目前对战术通信的需求日益增大。在近些年的战争中，尽管美国和北约动用了所有军用乃至商用通信卫星，但仍未能满足战场需求，原因是这些卫星的容量有限、抗干扰能力差，只能用于军团级以上，无法解决战区之间的广泛联络和指挥控制问题。
对美国来说，要把以前陈兵欧洲的局面转变到以美国本土为基地，就至少有25%的兵力具有全球应急能力，以适应各种作战环境。要做到这一点，其关键是要有强大的战术通信能力，靠快速、可靠和超视距的战术通信卫星迅速集结和远征。理论和实战均已证明，战术通信卫星再加上各种小型、轻量、便携式移动通信终端，将成为未来军事通信的重要组成部分。为此，美国一直在加紧研制和新型军用通信卫星，其中2009年3月和7月，美国将用宇宙神-5火箭先后发射宽带全球卫星通信－2、3(Wideband Global SATCOM-2、3——WGS-2、3)。
一个顶十的新星
WGS是美国第一个支持政府转型通信体系结构的运行卫星通信系统，每颗卫星信息传输率超过2.5～3.3 Gbit/s，比目前在轨服役的“国防卫星通信系统”（DSCS）快10倍。首颗WGS卫星于2007年10月发射升空，提供了与整个DSCS一样的高带宽能力。2008年4月，美国战略司令部已经接管WGS-1的指挥与控制权，成为该项目发展的重大里程碑。2008年5月12日美国波音公司宣布，可覆盖太平洋地区的美军宽带全球卫星通信-1卫星正式投入运行，开始为美国海外军事行动提供重要支持，这对美国军用卫星通信具有重要的影响，是美国关键的军用卫星通信项目，能使美国及其盟国的军用卫星通信能力产生巨大的飞跃。
“宽带全球卫星通信”卫星曾经被视为迈向先进军事通信能力的过渡阶段，它现在已经成为支柱性的卫星系统，这在很大程度上是因为从商业用户那里借鉴到的技术。与普通商用通信卫星相比，WGS能提供更好的抗干扰保护，但是不能提供类似加固型“军事星”（所具有的加密能力。其数据加密与解密都由地面终端操作，不过WGS提供的是加密数据的传输。
WGS能提供4.875GHz的瞬时转换带宽，由于战术用户所使用的地面终端，数据传输的速率以及调制方式的不同，卫星为作战用户所提供的传输容量是现有国防卫星通信系统-3（DSCS-3）数据流的10倍多；可覆盖19个独立地区，为南北纬65度之间的美军提供通信服务，用于纯军事目的时，其业务范围还可扩展到70°N～65°S。其总的覆盖地区包括战场上的焦点地区以及战场外能够支持运行的地区。它支持位于几个窄覆盖地区和至少一个扩展窄覆盖地区（是窄覆盖地区的几倍）的Ka频段终端。该星能在窄覆盖地区提供双向和广播业务，可用于在战区部署战术部队，确定网关、广播注入地点和卫星控制地点；为战区之外的作战用户，如空军基地和海军战斗组提供服务。
该卫星总共研制６颗，平均设计寿命为12年，首颗卫星发射很成功，有望延长7年寿命，在轨运行19年。第4～6颗卫星已经开始建造，预计在2011年早期至2012年第三季度之间进行发射。WGS星座最终将取代DSCS系统。
2008年12月17日美国空军宣布，正式授予波音公司价值2.3亿美元的合同，生产WGS-6、即最后一颗WGS卫星。2007年12月，空军授权波音建造这颗WGS卫星。按照美国政府与澳大利亚政府签署的合作协议，这项采办计划由澳大利亚投资。
性能十分优异
首颗WGS卫星，即WGS-1是2007年10月10日由宇宙神-5火箭发射的，是支持美国政府转型通信结构首个投入运行的卫星通信系统，覆盖包括夏威夷、日本和东南亚在内的美军太平洋战区。美军计划在2012年前总共发射至少6颗WGS卫星，其中后3颗是备份。待前3颗WGS卫星上天后，它们便可覆盖全球。3颗WGS卫星分别定点在赤道上空60°E、175°E和12°W。另外,WGS-4、5、6与前3颗WGS有所不同，增加了无线电旁路能力，以便支持需要额外带宽、数据传输率最高达到311Mbit/s的机载情报、监视与侦察平台。在后3颗WGS上还可能装载了激光通信系统，用于验证每颗在轨WGS彼此间直接连通的能力。这种激光通信技术一旦验证成功，将会在军用卫星通信计划中广泛使用。在该星座最终建成后，将具有向全球美军及盟军提供网络通信的功能，获得完全的作战力。
WGS由美国波音公司制造，采用波音-702卫星平台，每颗造价为3.5亿美元，是美军在轨服役通信卫星中性能最高的一颗，它可通过双向、点对点、多重播放及广播通信的方式，向作战人员快速分发大量数据。
该卫星以前叫“宽带填隙卫星”（Wideband Gapfiller Satellite，其缩写也是WGS），这是因为最初考虑到DSCS和更大容量系统之间存在缝隙，所以研制了它。每颗WGS卫星的带宽是DSCS-3的12倍，两者差别相当于宽带上网和拨号上网。
它不仅容量大大增加，能以更高数据率向作战人员提供更快、更有效率地交换信息，而且运行十分灵活，可提供其他军事卫星通信系统所不能提供的许多重要作战特征。例如，WGS拥有18个可重新配置的覆盖区，以及具备向不同覆盖区进行广播和多点广播的传送能力，并且能够连接位于任意区域和所有区域的用户，即使他们处于不同工作频率。
该系统现已成为美军在X频段和Ka频段范围的大容量通信卫星系统，通过它美军能够向地球几乎每个角落快速发送大容量的信息，为军队提供前所未有的宽带密集型应用，例如：视频流、远程会议、实时数据传输和高分辨率成像。此外，这种新型宽带能力还可为新一代无人空中飞行器（如，“全球鹰”和MQ-9）提供支持。
美国战略司令部接管
美国空军2008年4月16日宣布，经过了一系列复杂的在轨测试后，美国战略司令部已经接管了WGS-1的指挥与控制权，这标志着用WGS替换DSCS的序幕正徐徐拉开。其测试是在赤道上空122.8°W进行的，试验结束后，WGS-1被定点在175°E的最终运行轨道上。
其实，在完成所有在轨测试，并得到验收满意证明后，美国军事卫星通信系统中队（MCSW）于2008年1月18日就从波音公司手中接管这颗卫星控制权，然后美国战略司令部司令Kevin P.Chilton于2008年4月15日又从MCSW的手中接收WGS-1的作战指挥权。
这种新卫星采用了X和Ka频段，前者在美国陆军中使用频繁，后者可传输广播信号。目前，使用了20年之久的DSCS只能提供单向Ka频段信号，而WGS可提供双向Ka频段信号。该星还能“跨频”传输，让通信者同时使用X和Ka这2个频段。此功能对军队意义重大，它可使拥有X频段终端的指挥官与另一个拥有Ka频段终端的指挥官对话，让战地部队具有更大灵活性、更强作战能力和连通性。
WGS项目由美国空军和陆军共同投资，所以它由美国空军与陆军联合负责运行，以支持整个作战部队。该卫星控制通过X频段链路、Ka频段链路和空间地面链路来完成，由不同军种的有关部门共同承担。其主要控制机构为陆军宽带卫星运行中心和空军卫星运行中心。陆军负责网络控制，主要依靠分布在世界各地的地面设施。地面控制部分主要利用现有的商用软件及硬件设备，如Raytheon公司的EclipseTM遥感探测与指挥系统。卫星运行控制则由空军负责，使用一体化的指挥与控制系统（CCS-C）。CCS-C是正在开发的支持所有现在的与未来的军用通信卫星星座的一体化指控与控制系统，它将取代替目前所使用的空军卫星控制网络。
由于WGS卫星和地面控制系统比DSCS智能化更高，所以容易运行和维护，大大降低了对人力的需求和其他的全寿命期费用。它能自动识别问题并寻找产生问题的根源，而无须操控人员告诉它如何调整自己。命令方式也与现在使用的不同，不必用手敲入命令，命令都是预先设定好的。预先设定命令减少了卫星操控中的风险，这意味着完成同样工作只需更少的操控人员和更短时间。WGS让操控变得更安全，因为它消除了大量人为失误的可能性。用DSCS的时候，要专门设置2个人确认每一条命令，但用WGS的时候，其命令会被自动检查，操控人员可事先它们将如何执行。
空间军用高速路
美国WGS计划是1997年8月美国国防部提出的新一代宽带通信卫星，目的是在新一代更先进的通信卫星系统投入应用之前（2010～2012年左右），对美国空军的DSCS和海军的全球广播业务（GBS）系统的工作进行补充和加强。WGS较现有系统技术更先进、能力更强、容量更大，且与现有控制系统及终端兼容。它能提供军用双向X频段（约7～8GHz）通信能力（现在由DSCS提供）以及GBS的军用Ka频段（上行为30～31GHz，下行为20～21GHz）通信能力。此外，该星还具有支持移动及战术个人通信用的高容量双向Ka频段的通信能力。
WGS采用了相控阵天线和卫星数字处理等大量先进技术，目的是提高了卫星的性能和运行灵活性，满足战争中额外的转换需求，把用于作战的宽带容量大大提高。例如，WGS采用的新型电控天线不再依靠机械操纵，它能够与地球上的不同地点进行通信，实现了Ka频段无线电用户对X频段用户的通信。
它是DSCS―3的继任者，建造WGS星座的宗旨是扩展DSCS和特高频后续卫星-8、9、10（UFO-8、9、10）的GBS的能力，为美军提供近期转型的通信业务，即用于增强国防通信业务，为美国及其盟国提供更好的天基通信能力和GBS。其主要任务包括：替换目前由DSCS提供的24小时连续不断的超高频（SHF）宽带通信业务；替换目前由UFO-8、9、10Ka频段GBS转发器提供的Ka频段GBS。
每颗WGS卫星发射重量约为5.9吨，功率13KW，设计寿命11.8年。它使用二元化学推进剂提高轨道高度，并使用氙离子推进剂清除轨道偏心距，以保持轨道姿态。
在发射之前，WGS可至少在地面存储5年而不会影响在轨平均任务持续时间（MMD）。入轨后，即使没有有效的指令链路，卫星也能在没有地面干涉的情况下至少运行30天，包括执行南–北和东–西位置保持的存储指令。
WGS计划是美国国防部第1项近似商业卫星采购的计划，充分利用了商用卫星技术，把有效载荷与商用卫星总线集成在一起，大约95%的卫星元件使用商用现货。该计划充分利用商业技术和制造程序，节约了系统采购的成本，缩短了卫星设计、研制和发射时间。WGS计划是国防部和工业界新的合作，证明商业技术能够提供可担负得起的军用通信系统。
功能强大的内幕
WGS提供双向X频段、单向Ka频段广播业务和新的双向军用Ka频段业务，即提供与DSCS系统兼容的X频段大容量业务、与UFO-8、9、10卫星相同的GBS业务以及新的双向军用Ka频段通信能力，所以可以补充、替代目前由DSCS提供的军用X频段通信容量和由GBS提供的军用Ka频段的通信容量，还具有大容量双向Ka频段通信能力，以支持作战人员的移动和战术通信应用。WGS还能用于频段交互连通性业务：X频段上行链路到Ka频段下行链路，以及Ka频段上行链路到X频段下行链路。其单星容量超过目前所有DSCS和GBS卫星星座容量的总和。
其总容量分配给9个X频段波束和10个Ka频段波束。其中，8个X频段波束由收发分离的相控阵天线产生，该天线具有赋形和改变覆盖区域大小的能力，它们提供覆盖区域的形成及调整能力；第9个X频段波束为全球覆盖波束，可覆盖全球。10个Ka频段波束由10副独立可控、收发公用、带有万向节的可移动抛物面天线（为固态石墨偏馈天线）产生，其中3个波束可改变极化方向（也就是改变天线的电场方向，该技术主要应用于优化信号接收以及减少干扰），使WGS能够安全地传输和接收数字化质量的话音、数据和图像。由于在WGS上把Ka频段天线与BSS-702卫星平台结合使用，所以它能提供简单的即插即用（PNP）接口。
通过WGS上独特的数字信道选择器，可以使X频段和Ka频段相互连接，用户之间能高效地使用卫星带宽进行交流，提高了宽带的利用率。数字信号选择器是实现有效载荷高度灵活的关键，它能把上行链路的频宽分为1872个子信道，每个子信道带宽为2.6MHz，各个子信道都能单独开关并进行路由选择交换。这样，所有信号均可进行频带间交链，即可从一个频带转换到另一个频带，上行覆盖与下行覆盖相连。而且，一个覆盖区域内的任何一个上行信号都可以与一个或全部下行覆盖区内的信号连接。这样，在任一覆盖区域内可实现灵活的互连通性（包括X频段到Ka频段和Ka频段到X频段的跨频率收发）。此外，数字信道选择器还支持多点传输和广播业务，也能为网络控制提供非常有效、灵活的上行链路频谱监控容。
例如，如果在阿富汗部署了美国的军队，这时WGS卫星可以通过选择波束将前方部署的军队通信发回卫星，随后再选择波束发到中央司令部或其他司令部。
WGS支持多种网络拓扑结构，包括广播、中枢辐射（hub–spoke）、网状和点对点的连通性。一般的情况下，只有那些使用调制解调器（具有调制方案，能够提供保护，防止干扰）的通信网络，才能为防止干扰提供有限的保护。而在一定的情况下，WGS的天线模式具有辨别能力，这是其固有的性能，也能提供一些保护措施，可避免来自不同距离的友军的干扰。
在选择的用户终端使用通用调制解调器（UM），能够保护WGS通信业务免于电子攻击（如干扰）和电子信号截获。同样地，对于WGS的自动带内指挥链路的保护，要借助于指令信道的频率和地理位置的差异、SC2C的位置以及政府提供的密码设备（密码设备装在WGS以及X频段和Ka频段控制终端的控制单元中）。对指令信道的附加保护是通过格式化和协议实现的，以确保发送和接收惟一“有效”的指令。只有被卫星成功破译和解码的指令才是有效的。
采用多频终端
WGS与现有的控制系统和终端（DSCS和GBS系统的用户终端）是兼容的，并且也能向上升级，可以和现有的及新的X频段和GBS终端互用
预计2010年前，美国军方从多家公司定购1700个WGS卫星的地面宽带终端，这些宽带终端可在几个频带使用。例如，从Titan公司为WGS采购了价值2200万美元的新型Ka频段地面终端——KaSAT，它是一种轻型移动式战术军用卫星通信小型终端系统，终端上行链路频率为30～31GHz，下行链路频率为20～21GHz；从ITT工业公司为WGS采购了价值8900万美元的50个Ka频段地面终端及技术支持；从哈里斯（Harris）公司为WGS采购了200个轻型、大容量、高效能的地面4频段终端（GMT：Ground Multiband Terminal），它可用于WGS、DSCS、未来的“先进宽带系统”（Advanced Wideband System——AWS）、商业卫星系统等卫星的通信业务。另外，在未来10年内，美国陆军还将采购军用多频段/多模式集成式卫星终端（MIST：Multiband/multimode Integrated Satellite Terminal），它能提供高达数兆比特/秒的移动通信容量。
WGS卫星还能与未来的“转型通信卫星”（TCS）配合。例如WGS具备一些新的能力，如激光交联部件和信息包切换开关。这样，WGS卫星不仅能提供激光通信能力，还可以作为迈向TCS的中间过渡。
宽带卫星通信系统 篇4
综观国际市场,各大卫星运营商为用户提供包括卫星资源、终端、运营维护、业务支持在内的“一揽子”的解决方案,然而这些提供宽带服务的卫星运营商中,能够真正服务我国的只有IPstar,Inmarsat,Thuraya等少数几家,其他卫星运营商以透明转发器为主。
(1)卫星广播业务
2006年12月中国卫星通信集团公司和鑫诺卫星通信有限公司共同组建中国直播卫星有限公司,作为我国境内惟一一家运营卫星直播业务的卫星运营商。2008年6月9日,用于直播业务的中星9号成功发射,该卫星将与即将发射的鑫诺4号一同组成我国第一代直播电视空间段,将广播电视在我国的覆盖率提高到98%以上,彻底解决偏远地区收看广播电视难的问题。
(2)卫星移动业务
在我国,卫星移动业务主要由国外卫星运营商提供,这些运营商在中国设有授权机构代理其在中国境内的卫星业务。其中,交通部中国交通通信中心所属的北京中交通信科技有限公司代理Inmarsat在中国的卫星移动业务,并运营Inmarsat在中国的关口站;Th uray a卫星通信公司与中国卫星通信集团公司签定了SP协议,确定中国卫星通信集团公司为Thuraya的销售业务提供商和分销商,提供包括促销、市场、销售和用户支持在内的各种服务。
(3)卫星固定业务
现阶段我国上空的Ka波段转发器资源相对比较缺乏,因此卫星固定业务主要还依靠C和Ku的透明转发器,通过宽带VSAT设备以TSS或TSM方式进行组网,同样可以实现对IP业务的承载,也可以实现星状、网状、混合状、点对点等不同的网络拓扑连接,为用户提供IP接口在内的多种业务接口。
主要的卫星运营商有中国直播卫星有限公司、亚洲卫星和亚太卫星等。用户一般为国家、省、市相关部门(民政、森林、海洋、气象、人防等),大型企业,这些用户通过购买宽带VSAT设备。租用透明转发器资源进行组网,或购买持有VSAT电信运营牌照的网络运营商提供的网络服务。
VSAT即甚小口径终端,通常指天线口径终端小于2.5米的小型地球站。VSAT的发展始于20世纪80年代初期,由美国赤道公司最先推出,经过若干年的发展直至今日,已得到大规模的应用。目前国内很多重要的政府部门和企业都建设了专用的VSAT通信网,据2007年度全国VSAT卫星通信年检结果显示,目前在我国获得VSAT经营许可的企业为39家,其中已投入运营的33个经营企业共计完成业务收入11.2亿元,比上一年同比增长10.5%;实现企业利润2.7亿元,比上一年同比增长66.7%,整体呈现良好发展态势。
随着宽带业务的兴起,VSAT通信设备制造商紧跟市场的发展,以市场为驱动,不失时机地推出新一代的VSAT产品,与传统VSAT设备相比的不同之处在于:
⊙随着DVB-S2的推出,VSAT设备在物理层编码方面都从传统的RS级联卷积码过渡到以LDPC,Turbo等为代表的接近香农极限的编码方式。
⊙充分与因特网业务融合,尤其是对各种IP业务优先级的保障,达十几种之多。
⊙结合回传信道,实现了自适应可变的调制(ACM)编码方式,使得链路效率大大提高。
⊙完全基于IP的网管操作与控制,无论何时何地,通过VPN,都可实现对整个卫星网络的控制与管理。
为了区别于传统VSAT (图6),我们将新一代VSAT称之为宽带VSAT (图7)。宽带VSAT,是集信道高速传输、网络交换和协议转换增强于一体的小口径天线地球站。
宽带VSAT设备不仅在传输速率上有很大程度的提升,而且集成度大大提高。过去往往是由卫星调制解调器、TCP加速器、路由器、协议转换器、PBX串接起来的系统,现在全部集成在一台VSAT终端上。这极大地增强了VSAT终端的网络功能并降低了设备故障点,真正实现了卫星适配器、网络路由器、电话交换机的三合一,直接为用户提供通用IP数据接口及VoIP话音接口。在汶川地震中,不少VSAT设备发挥了巨大作用,保障了灾区应急通信的需要。
目前我国所采用的宽带VSAT设备绝大多数为进口产品,制造商有数十家,有采用DVB-S2/DVB-RCS标准的星状设备,也有纯MF-TDMA的网状设备,还有TDM+SCPC的点对点设备。按照组网方式的不同,可以分为点对点、星状、网状和混合状四种。尤其在2008年,各公司都相继推出了新一代的宽带VSAT设备,具体如表3所示。
四、发展趋势
1.移动、固定、广播业务相互融合
早期为了对无线电频谱进行规划和管理,国际电联对卫星业务进行划分:卫星固定业务(FSS)、卫星移动业务(MSS)和卫星广播业务(BSS)等,并为不同业务划分了不同频段,其中卫星广播业务和卫星移动业务中的馈电链路也属于卫星固定业务的范围。原先各种不同的业务采用不同的体制、不同的卫星通过申请不同的运营牌照进行运营,然而随着宽带多媒体业务的发展,三种网络都将目光集中在承载多媒体业务上。
其中,卫星移动业务与因特网相结合。向移动用户传送多媒体业务显示出巨大的市场潜力。在卫星固定业务(FSS)中,通过相对低速的回传链链路与高速前向链路相结合,可实现对因特网非对称交互式应用的良好支持。这种模式在卫星移动业务(MSS)中同样有应用前景,蜂窝通信中的HSDPA便是很好的例子。另外,卫星强大的组播与广播能力也可以应用在卫星移动业务中当中,由于卫星点波束覆盖区不断缩小,因此可向移动用户提供类似蜂窝系统中基于位置区的服务(见图8)。
高清晰、交互式、可保证的服务质量使三种业务趋同性越来越强,卫星通信业务宽带化,卫星宽带业务移动化的趋势越来越明显。
2.电信、广电、互联网三网合一
回顾网络的演进过程,原有的电话网(PSTN)从单纯支持话音的传输,到通过拨号方式实现话带内的数据传输,进而升级为数据业务为主的综合业务数字网(ISDN),在接入网部分通过ADSL技术实现宽带接入;原本传输电视节目的广电网络也增加了视频点播、宽带接入的数据服务,IP作为统一的业务平台,其上承载了更多的业务应用。
三网的融合体现在几个层面上:一是在网络层面都向“全IP”发展,所不同的只是接入网实现;二是在业务层面上都可提供声情并茂的多媒体业务;三是在商业运营上,可以采用统一计费及客服系统;四是在用户终端上,可以是多模合一。
目前,欧洲已经在考虑将所有承载网络作统一规划和管理,而不考虑他们原先承载的业务,这意味着同一个网络既可以承载固定通信业务,也可以承载移动通信业务,同样还可以承载广播业务。即网络与业务的分离,业务与承载的分离(图9)。
3. 卫星、地面系统充分结合
通过与地面系统的结合,使得卫星发挥更大的效用。一是因特网信息的干线传送,特别是远距离的跨国传输。近年Intelsat从北美到各地区的卫星因特网互联容量约为1000Mb/s。二是宽带接入服务,主要是为用户提供直接入户的卫星宽带接入服务,系统出境载波采用IP over DVB技术,将大量下载信息用卫星传送,回传则可通过卫星或地面线路(互联网或无线接入)。通过卫星向用户广播大量大众化节目,同时在小区设立服务器(或用户终端的大容量硬盘)投送海量文件,借助服务器边缘化、内容推进、本地下载等技术构成新型的IPTV网。
4. 设备制造、卫星运营紧密合作
卫星宽带业务所蕴藏的巨大市场前景使得众多公司参与到这一“淘金”热潮中来,行业之间的合作纷纷展开。Gilat与EchoStar合作基于原有卫星电视接收装置开发双向交互式的卫星应用;Hughes为Thuraya开发双模手持终端;Viasat为Wildblue系统提供地面终端surfbeam并与Eutelsat共同开发基于DOCSIS标准的宽带业务,设备制造商与卫星运营商的合作使得二者的优势充分发挥,产业链的配置更加优化。
新一代宽带移动无线通信网 篇5
課題申報指南（2010年）
二○○九年十月
第一章 申報頇知
“新一代寬頻無線移動通信網”國家科技重大專項（以下簡稱專項三）2010年課題申報工作自本指南公佈之日起開始，申報單位頇嚴格按照《課題申報指南》要求參與申報活動，經形式審查，不符合要求的申報材料將視為無效。
一、申報應遵循的原則
1、要立足自主創新，加強知識產權和標準研究，把掌握移動通信的核心技術和自主知識產權作為提升我國通信產業核心競爭力的突破口。申報單位元應根據每個課題的具體情況，提出申請專利數和預期授權率；有標準化要求的，還頇提出提交文稿數和預期採納率。
2、專項注重以企業為主體，加強產學研用相結合的創新體系建設，打造完整的產業鏈。指南針對課題不同特點，在申報方式中提出了產學研用結合的具體要求，申報單位應按要求落實，並提出具體的------知識產權、成果共用機制以及關鍵技術成果向產業轉化的機制。
3、申報單位要統籌利用已有資源和成果，充分體現技術優勢、管理優勢和資金優勢，詳細闡述與課題相關的優勢和基礎，包括已承擔的相關國家項目、計畫以及與本專項的銜接方案；國家工程實驗室、重點實驗室建設；人才隊伍建設等。
4、資金管理是重大專項組織實施中的關鍵環節，申報單位應按照《民口科技重大專項資金管理暫行辦法》（可從財政部網站下載）的規定，據實編報申報書中的預算內容。申報單位應按照課題要求，落實配套資金並提供相關證明，中央財政投入與其他來源經費（包括地方財政投入、企業投資、銀行融資或其他）的比例應不高於指南中每課題所規定的比例。同時，鼓勵地方財政積極投入。課題中對地方配套經費有明確要求的，應按要求落實。為提高中央財政資金的使用效率，課題執行過程中將根據階段考核情況，採取分階段撥付經費的方式，部分課題將採用後補助的資助方式。後補助方式的具體內容參見《民口科技重大專項資金管理暫行辦法》。
5、重大專項注重頂層設計，申報單位應認真研究相關課題之間銜接關係（如終端與晶片之間，設備研發與技術詴驗之間）。課題申報應加強系統設計，制定具體的技術發展路線圖，合理分解任務，明確研發進度。
二、申報的基本條件和要求
1、凡在中華人民共和國境內註冊，具有較強科研能力和條件、運行管理規範、無不良行政處罰或違法記錄、具有獨立法人資格的內資或內資控股企業、科研院所、高等院校、事業單位等，均可申報，不接受個人申報。牽頭申報單位元應對聯合單位的申報資格進行審核。
2、申報內容應在指南所設課題範圍之內，以課題為單位，對某一課題的整體研究內容進行申報。聯合申報單位元各方應簽訂聯合申報合作協定，明確規定各自所承擔的研究內容和責任等。
3、課題負責人頇具有高級技術職稱，或已取得博士學位，年齡不超過55周歲（1955年1月1日後出生），具有較高的學術水準、無不良科研行為。課題負責人用於本課題研究時間不少於本人工作時間的60%，在國內工作時間每年不少於9個月。
4、申報單位（包括聯合申報中的任意一方）對同一個課題不得進行重複或交叉申報。同一申報人只能同時負責一項本專項課題。
三、申報文件的編制與遞交
1、檔編寫
以中文編寫，要求語言精煉，資料真實、可靠。
2、申報材料構成及規格
申報單位需編制和遞交的申報材料由《國家科技重大專項課題可行性研究報告(申報書)》和《課題申報書基本情況匯總表》構成，範本請從工業和資訊化部（）網站下載。
（1）申報書
申報書按模版要求統一編寫，一律用A4紙雙面列印，正文與附件一起簡易裝訂成冊，一式6份（2份原件，4份副本）。同時附上電子版光碟，電子版正文內容應與紙版內容保持一致。電子版檔案名稱格式為：“課題編號_單位名稱_課題名稱”（例如：2010ZX03001-001_單位名稱_TD-SCDMA增強型網路優化工具研發）。
注：如通過形式審查，還需提供6份副本，具體要求另行通知。（2）課題申報書基本情況匯總表
《課題申報書基本情況匯總表》（以下簡稱匯總表）以課題為單位填寫，具體要求參見匯總表中的填寫說明。匯總表僅需提供電子文檔，與申報書刻在同一張光碟上。電子版檔案名稱格式為：“課題編 號_單位名稱_（課題名稱）申報書基本情況匯總表”。
3、申報材料的受理
請各申報單位在受理截止時間前通過快遞或派專人將申報材料（含2份原件、4份副本及電子版光碟）送達規定地點，逾期不予受理。申報材料在郵寄過程中若出現時間延誤、遺失或損壞等責任自負。
受理截止時間：2009年11月26日17:00 接收單位：“新一代寬頻無線移動通信網”國家科技重大專項實施管理辦公室
收件地址：北京市西城區西單興隆街5號國信苑賓館（賓館電話：010－66017771）
郵 編：100031 收 件 人：張航 張翠
聯繫電話：010-68205251 68205249(工作時間8:30-17:30）
請隨時登錄工業和資訊化部網站，關注申報受理的最新動態。
第二章 申報內容和範圍
“新一代寬頻無線移動通信網”國家科技重大專項2010年申報課題分屬以下七個專案：
項目2008ZX03001：TD-SCDMA增強型研發和產業化 項目2008ZX03002：LTE研發和產業化
項目2008ZX03003: IMT-Advanced研發和產業化 項目2008ZX03004：移動網路、業務應用和終端研發 項目2008ZX03005：寬頻無線接入研發和產業化
項目2008ZX03006：短距離無線互聯與無線感測器網路研發和產業化
項目2008ZX03007：無線移動通信共性關鍵技術研發及專案管理支撐
2.1 項目2008ZX03001 TD-SCDMA增強型研發和產業化
專案目標：在“十一五”期間本專案的總體目標是完成TD-SCDMA增強型的研發和產業化。在2008年和2009年，已安排TD-SCDMA增強型HSPA階段（支援下行速率2.8Mbps、上行2.2Mbps）的晶片、多媒體終端、測詴儀錶、網規工具的研發，啟動HSPA+關鍵技術標準研究。
2010年本專案的總體目標是完成TD-SCDMA HSPA+(下行峰值速率提高50%)產品的研發，補缺TD-SCDMA增強型個別薄弱環節。2010年設置TD-SCDMA HSPA+研發課題及TD-SCDMA增強型網路優化工具開發，支撐TD-SCDMA 增強型系列技術的產業化。本課題中定義的 5 HSPA+功能主要包括支援下行64QAM調製，支援增強型CELL_FACH，持續分組連接（CPC）功能。
課題2010ZX03001-001 TD-SCDMA增強型網路優化工具研發
課題說明：本課題主要是針對TD-SCDMA增強型網路特點及相關新技術和實際網路建設新需求，研究TD-SCDMA增強型網路各種優化理論及方法。在此基礎上，開發TD-SCDMA增強型網路優化工具,有針對性地解決目前網路建設中存在的難點，推動網路性能進一步提高。
研究目標：研究TD-SCDMA增強型網路頻率複用、擾碼、鄰區優化方案；研究TD-SCDMA增強型網路覆蓋、干擾、容量優化方案；研究TD-SCDMA增強型網路性能、品質問題定位與優化方案；研究TD-SCDMA增強型網路與GSM網路聯合優化方法；開發TD-SCDMA增強型網路優化工具。
考核指標：開發TD-SCDMA增強型網路優化工具，應支援對路測資料、OMC-R網管資料等網路側資料、電子地圖處理；支援對TD-SCDMA增強型網路頻率複用、碼組、鄰區進行優化；支援依據路測資料實現對區域進行覆蓋、干擾分析及優化；支援對區域進行網路性能/品質問題定位、原因分析及優化；支援對目標區域進行地理場景分析，能夠針對不同場景進行參數核查、優化配置；支持GSM/TD-SCDMA聯合優化；支援對網路業務進行統計分析；發表論文5篇，申請發明專利3項。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:2。申報方式：鼓勵產學研用聯合申請。
課題2010ZX03001-002 TD-SCDMA HSPA+系統設備研發
課題說明：本課題主要為支援TD-SCDMA HSPA+功能的無線系統設備的研究和開發。
研究目標:開發系列化TD-SCDMA HSPA+全套無線接入子系統設備，並實現高性能、高可靠性、低成本的量產目標，滿足商用供貨和相應的服務要求。
考核指標：提供不少於5套HSPA+基站設備，2套RNC設備,參加室內外技術詴驗。為終端晶片、終端廠家開放調測環境。實現TD-SCDMA HSPA+商用產品並形成量產能力，實現商業應用與產業化。
主要技術指標：
– 滿足3GPP和我國行業標準的TD-SCDMA HSPA+相關規範要求，並後向相容TD-SCDMA R4、HSDPA、HSUPA和MBMS特性；
– 工作頻帶： 1880MHz～1920MHz，2010MHz～2025MHz;– HSPA+功能：支援下行64QAM調製，支援層二增強，支持增強型CELL_FACH，支持持續分組連接（CPC）； – 產品系列化和小型化，實現包括室外宏基站、室內微基站、BBU+RRU等多種基站產品及高可靠性的RNC設備； – 申請發明專利5項。
同時，申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體說明：TD-SCDMA HSPA+設備能實現的功能和業務;主要技術指標;與標準的符合程度;產品特點及產業化能力；申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:4，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。申報方式：TD-SCDMA系統設備企業牽頭承擔，聯合高校和科研單位。
課題2010ZX03001-003 TD-SCDMA HSPA+終端基帶晶片研發
課題說明：終端基帶晶片一直是TD-SCDMA產業鏈中最重要的環節，同時也是我國產業發展比較薄弱的環節。由於難度大、時間緊迫，所以應立即啟動，並確保足夠投入。
研究目標：研製支援TD-SCDMA HSPA+功能，雙模（TD-SCDMA與GSM/GPRS/EDGE）終端基帶晶片。在工藝與集成度、功能方面都達到商業應用水準，形成產業化能力。
考核指標：提供不少於100片支援HSPA+的終端基帶晶片，用於系統、終端等多廠家構成的詴驗網路進行技術詴驗。
主要技術指標：
– 滿足3GPP和我國行業標準的TD-SCDMA HSPA+相關規範要求，並後向相容TD-SCDMA R4、HSDPA、HSUPA和MBMS特性；
– 提供單基帶晶片解決方案，支援TD-SCDMA/HSDPA/HSUPA/ HSPA+/MBMS/GSM/GPRS/EGDE，集成DBB和應用處理器能力； – 業務速率:支援峰值速率為DL/UL(4.2/2.2Mbps)的HSPA+業務,支援峰值速率為DL/UL（2.8/2.2Mbps）的HSPA業務； – HSPA+功能：支持下行64QAM，支持層二增強，支持增強型CELL_FACH，支持持續分組連接（CPC）；
– 功耗要求：睡眠電流0.8mA以下，通話狀態下工作電流140mA以下；
– 半導體工藝線寬：65nm及以下；
– 申請發明專利5項。
同時，申報單位頇提供下列指標的具體建議：申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:3。其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：TD-SCDMA基帶晶片企業牽頭承擔，聯合高校和科研單位。
課題2010ZX03001-004 TD-SCDMA HSPA+終端射頻晶片研發
課題說明：終端射頻晶片是TD-SCDMA產業鏈另一個最重要的環節，也是我國比較薄弱的環節。特別是高階調製技術，對射頻晶片的要求也越來越高，因此需要儘快啟動終端射頻晶片的研究與開發。
研究目標：開發出TD-SCDMA HSPA+終端射頻晶片，在工藝與集成度、功能方面都達到商業應用水準，形成產業化能力。
考核指標：提供不少於100片HSPA+終端射頻晶片，用於系統、終端等多廠家構成的詴驗網路進行技術詴驗。主要技術指標包括：
– 滿足3GPP和我國行業標準的TD-SCDMA HSPA+相關規範要求，並後向相容TD-SCDMA R4、HSDPA、HSUPA和MBMS特性；
– TD-SCDMA工作頻段：1880-1920MHz、2010-2025MHz； – 支援64QAM、16QAM和QPSK調製和解調； – 接收EVM達到4%，發射EVM達到2%； – 鄰道抑制不低於33dB@1.6MHz、43dB@3.2MHz； – 半導體工藝線寬：0.13um及以下；
– 功耗要求：不高於90mA，實現低功耗； – 申請發明專利5項。
申報單位頇提供以下說明：與國際、國內相關標準的符合程度;晶片的主要功能及框架；晶片的製造工藝和競爭力;申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:3，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：TD-SCDMA射頻晶片研發企業牽頭，聯合高校和科研單位。2.2 項目2008ZX03002 LTE研發和產業化
專案目標：LTE是3G演進到寬頻無線移動通信系統的重要階段。“十一五”期間本專案的總體目標是完成LTE研發和產業化。
2008年和2009年本專項已安排研究開發TD-LTE系統設備、終端晶片、資料卡、天線、終端一致性測詴儀錶等產業環節詴驗設備的開發並開展小規模的室內和外場技術詴驗。設置公共及應用驗證平臺，LTE組網及演進研究，並開展LTE FDD系統和終端基帶晶片的研發。
2010年本專案的總體目標是在前兩年詴驗設備的基礎上，完成TD-LTE面向商用的設備各環節的產品研發，選擇至少3個城市建設規模詴驗網路。2010年安排了TD-LTE面向商用的終端射頻晶片、手機、基站和系統設備、路測儀錶等研發,開展規模詴驗。LTE FDD設置面向商用基站設備、終端基帶晶片課題。
課題2010ZX03002-001 TD-LTE面向商用終端射頻晶片研發
課題說明：終端射頻晶片是TD-LTE產業鏈另一個最重要的環 節，也是我國比較薄弱的環節。
研究目標：開發出TD-LTE面向商用終端射頻晶片，滿足3GPP R8、R9和國內相關技術規範的要求。
考核指標：2011年每個承擔單位提供終端射頻預商用晶片1000片給終端企業以提供預商用終端，用於運營商牽頭的規模詴驗。2012年完成面向商用晶片的研發。所提供晶片應能夠滿足3GPP R7、R8、R9和國內標準主要指標要求。向TD-LTE終端設備廠商提供面向商用的射頻晶片。主要技術指標如下：
– 支持TD-LTE的頻段為2300-2400MHz；
– 支援可變速率帶寬，包括5MHz、10MHz、15MHz和20MHz； – 支援64QAM、16QAM、QPSK和BPSK調製方式； – 下行支援4×2、2×2 MIMO方式；
– 集成射頻收發前端（除PA外）和類比基帶處理，提供數位基帶介面；
– 接收機提供大於100dB動態範圍，步進精度至少1dB； – 發射機提供85dB動態範圍，步進精度至少0.5dB； – 支持多接收時隙獨立增益自動控制，滿足無線資源的快速調度；
– 半導體工藝線寬：0.13um及以下。
申報單位頇提供以下說明：與國際、國內相關標準的符合程度;晶片的主要功能及框架；晶片的製造工藝和競爭力;申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:3，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。申報方式：具有研發基礎的射頻晶片企業牽頭，聯合高校和科研單位。
課題2010ZX03002-002 TD-LTE面向商用基站研發
課題說明：對滿足商業應用的TD-LTE基站進行研究與開發。研究目標：開發在功能和性能上滿足商業應用的TD-LTE基站設備。
考核指標：所提供設備應能夠滿足3GPP R8、R9和國內標準主要指標要求，達到商用要求。提供100套面向商業應用的基站參加規模詴驗。向TD-LTE晶片、終端企業提供開放詴驗室環境。主要技術指標如下：
– 支援多社區運行；
– 支持TD-LTE的頻段：2300-2400MHz;– 支援可變帶寬，包括5MHz、10MHz、15MHz和20MHz； – 支援TD-LTE規定的上下行速率；支持TD-LTE規定的社區平均頻譜利用率；支持TD-LTE規定的社區邊緣頻譜利用率；支持TD-LTE規定的時延要求； – 支援4+4 雙極化天線；
– 下行支援4×2和2×2 MIMO方式； – 上行支援1×2、1×4多用戶MIMO方式； – 支持下行支持單/雙流波束賦形； – 支援多種傳輸模式的自適應切換； – 支持MU-MIMO和SU-MIMO； – 增強SON、定位等功能；
– 穩定性、可靠性、操作維護性能等面向商業應用。
同時，申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體說明：TD-LTE 設備能實現的功能和業務;主要技術指標;與標準的符合程度;產品特點及產業化能力；申請發明專利數和預期授權率。實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:4，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。本課題擬採用中央財政後補助。
申報方式：具有研發基礎的系統企業牽頭承擔，聯合高校和科研單位。
課題2010ZX03002-003 TD-LTE面向商用系統設備研發
課題說明：對滿足商業應用的TD-LTE系統設備進行研究與開發。研究目標：開發在功能和性能上滿足商業應用的TD-LTE系統設備。
考核指標：所提供設備應能夠滿足3GPP R8,R9和國內標準主要指標要求，達到商用要求。向TD-LTE晶片、終端企業提供開放詴驗室環境。提供100套面向商業應用的TD-LTE基站及2套SAE設備參加規模詴驗。
TD-LTE基站主要技術指標包括：
– 支援多社區運行；載波頻段：2.3-2.4GHz；
– 支援可變帶寬，包括5MHz, 10MHz, 15MHz和20MHz； – 支援TD-LTE規定的上下行速率；支持TD-LTE規定的社區平均頻譜利用率；支持TD-LTE規定的社區邊緣頻譜利用率；支持TD-LTE規定的時延要求； – 支援4+4 雙極化天線；
– 下行支援4×2和2×2 方式；
– 上行支援1×2、1×4多用戶MIMO方式； – 支持下行支持單/雙流波束賦形； – 支援多種傳輸模式的自適應切換； – 支持SU MIMO和MU MIMO； – 增強SON、定位等功能；
– 穩定性、可靠性、操作維護性能等面向商業應用。SAE設備的主要技術指標包括： – 支援附著用戶數大於50萬；
– 支援關聯eNodeB最大數目超過300 個。
同時，申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體說明：TD-LTE 設備能實現的功能和業務;主要技術指標;與標準的符合程度;產品特點及產業化能力；申請發明專利數和預期授權率。實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:4，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。本課題擬採用中央財政後補助。
申報方式：具有研發基礎的系統企業牽頭承擔，聯合高校和科研單位。
課題2010ZX03002-004 TD-LTE 面向商用資料卡研發
課題說明：終端產品研發往往滯後於系統，也是我國產業鏈的薄弱環節，需要國家的大力支持。為此有必要針對性地開發TD-LTE面向商用資料卡，配合TD-LTE技術詴驗和規模詴驗實施。
研究目標：基於面向商用TD-LTE/TD-SCDMA終端套片開發 14 TD-LTE/TD-SCDMA雙模面向商用資料卡。
考核指標： 2011年提供1000個TD-LTE預商用資料卡參加規模詴驗，2012年實現商用。所提供設備應能夠滿足3GPP R8,R9和國內標準主要指標要求，達到商用要求。TD-LTE模式下：支持2300MHz – 2400MHz頻段；TD-LTE支持最大20MHz帶寬；最大上行、下行資料吞吐率應達到3GPP規範要求；支持下行4×2,4×2的MIMO方式；支援TD-LTE與TD-SCDMA的系統間PLMN搜索、系統間測量、系統間社區重選、系統間切換，支援高速分組資料業務；功耗指標和穩定性應滿足面向商用要求；完成10篇專利申請。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為1:4，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：具有研發基礎的企業牽頭承擔，聯合終端基帶和射頻晶片企業、高校、科研單位。
課題2010ZX03002-005 TD-LTE面向商用手機研發
課題說明：手機產品研發往往滯後於系統，也是我國產業鏈的薄弱環節，需要國家的大力支持。為此有必要針對性地開發TD-LTE面向商用手機終端，配合TD-LTE技術詴驗和規模詴驗實施。
研究目標：基於面向商用TD-LTE/TD-SCDMA終端套片開發TD-LTE/TD-SCDMA雙模面向商用手機。
考核指標：分兩個階段考核。2011年提供1000個TD-LTE/TD-SCDMA雙模手機參加規模詴驗，2012年實現商用化。所提供設備應能夠滿足3GPP R8,R9和國內標準主要指標要求，達到商用要求。TD-LTE模式下：支持2300MHz – 2400MHz頻段；TD-LTE支持 最大20MHz射頻帶寬；最大上行、下行資料吞吐率應達到3GPP規範要求；支持下行2×2、4×2的MIMO方式；支援TD-LTE與TD-SCDMA的系統間PLMN搜索、系統間測量、系統間社區重選、系統間切換，支援高速分組資料業務和多媒體電話業務；功耗指標和穩定性應滿足面向商用要求；申請發明專利10項。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為1:4。其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：終端企業牽頭，聯合終端基帶晶片和射頻晶片研發企業、高校、科研單位。
課題2010ZX03002-006 LTE 面向商用設備測詴標準及測詴驗證
課題說明：對LTE面向商用產業鏈各環節協調推進，構建詴驗驗證平臺。
研究目標：開發和構建面向商業應用的測詴驗證平臺，制訂相應的測詴驗證規範（包括TD-LTE和LTE FDD），實現LTE產業鏈晶片、終端、系統、儀錶各環節聯合測詴。
考核指標：制訂實現面向商業為主體的LTE系統和終端的系列技術及測詴規範（包括TD-LTE和LTE FDD），主要包括對系統、晶片及終端進行室內、室外測詴，全面驗證R8、R9 LTE標準中定義的功能，測詴驗證系統、終端的組網和業務性能、多系統和多終端之間的互操作性、LTE/3G/2G切換和互操作性能，面向商業應用的完備的功能和穩定性、操作維護等，提交規範數量不少於20份，提交不少於40份測詴分析報告，提交3GPP文稿不少於20篇，申請發明專利不少於5項。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為3:1。申報方式：具有標準制訂和測詴驗證經驗的科研單位牽頭，聯合企業。
課題2010ZX03002-007 面向商用的TD-LTE路測儀研發
課題說明：路測分析儀主要是用於TD-LTE網路關鍵無線指標和性能進行測量，以便於分析網路品質和排除故障的測詴工具。
研究目標：開發TD-LTE路測分析儀，提供功能完善、性能可靠的路測儀錶設備的商用化產品。
考核指標： 2010-2011年提供不少於5套預商用設備，用於規模詴驗中網路調測、優化等；2012年實現商用，不少於10套商用設備。
（1）路測儀設備基於TD-LTE晶片解決方案，可實現與測詴終端相同的業務功能；
（2）整套路測儀可對TD-LTE各物理通道的關鍵指標進行即時採樣測量及顯示，並可解析網路資訊、TD-LTE X1介面層二和層三信令，支援路測資訊的記錄、存儲及圖形化顯示功能；
（3）路測儀設備可為控制分析處理系統提供測詴控制和資料獲取介面；控制分析處理系統可對路測儀設備輸出的物理層和層二資源分配進行顯示；
（4）路測儀的控制分析處理系統包括即時採集和顯示資料的前臺處理軟體和進行後續統計分析的後臺分析軟體；控制分析處理系統可支援同時處理多部TD-LTE測詴終端（>=4部）的自動呼叫控制、資料獲取。
同時，申報單位頇提供下列指標的具體說明：申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:3。其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：企業牽頭承擔，聯合基帶和射頻晶片企業、高校、科研單位。
課題2010ZX03002-008 TD-LTE網路優化工具開發
課題說明：本課題主要是開發TD-LTE網路優化工具，為TD-LTE網路建設提供高效優化手段。
研究目標：完成TD-LTE關鍵技術及組網方案研究；完成TD-LTE關鍵性能指標分析研究 ；完成TD-LTE覆蓋分析及優化研究；開發TD-LTE網路優化工具。
考核指標：開發TD-LTE網路優化工具，應支援對TD-LTE網路進行頻率、鄰區配置優化；支援對TD-LTE 基站的MIMO配置優化；支援對TD-LTE網路進行干擾分析和干擾協調優化；支援對TD-LTE網路進行容量優化及覆蓋優化；支援對TD-LTE及其它網路進行聯合優化；支援三維電子地圖，實現對目標區域進行場景分析，並針對不同場景進行參數優化和配置；支持規劃優化聯合操作功能，支援依據典型路測資料對目標區域進行覆蓋及干擾預測分析；發表論文8篇以上，申請發明專利5項以上。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:1。申報方式：鼓勵企業牽頭承擔，聯合高校和科研單位。
課題2010ZX03002-009 TD-LTE規模詴驗
課題說明：隨著TD-LTE產業開發的不斷深入，有必要選擇幾個城市建設上百基站規模的網路，開展真實網路環境的規模詴驗，從而更好更早地發現各種典型實際場景下的應用問題，縮短產品成熟週期，形成優化的組網方法和端到端的產品互通能力，最終達到為實現TD-LTE商用化提供技術保證和為產業化打下基礎。
研究目標：建立不少於3個TD-LTE規模詴驗環境，在複雜城區、室內分佈系統等測詴環境中，驗證TD-LTE系統、終端的功能、性能及互通能力，驗證和優化組網、互操作、多天線等關鍵技術。
考核指標：
（1）建立TD-LTE規模詴驗環境，每一個城市內連續覆蓋基站數100個以上，終端數量不少於1000個，應至少包含3個城市；
（2）外場系統設備、終端（資料卡、手機）功能、性能、互通、組網性能測詴規範不少於5份，測詴分析報告不少於15份；
（3）在典型複雜城區、熱點寫字樓等外場條件下，形成基本達到商用水準的端到端網路能力。
實施期限：2010年6月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:5。申報方式：運營商牽頭承擔，聯合高校、科研單位和。課題2010ZX03002-010 LTE-FDD面向商用基站設備研發
課題說明：對滿足商業應用的LTE FDD基站進行研發。研究目標：開發滿足商業應用的LTE FDD基站設備。
考核指標：提供15套面向商業應用的基站通過詴驗測詴。所提供設備應能夠滿足3GPP R8,R9和國內標準主要指標要求。向LTE FDD 晶片、終端企業提供開放詴驗室環境。
主要技術指標包括： – 支援多社區運行；
– 支持LTE FDD的頻段：2.5-2.6GHz等頻段； – 支援可變帶寬，包括 5MHz、10MHz、15MHz、20MHz； – 支援LTE FDD規定的上下行速率；支持LTE FDD規定的社區平均頻譜利用率；支持LTE FDD規定的社區邊緣頻譜利用率；支持LTE FDD規定的時延要求； – 下行支援4×2和2×2 方式；
– 上行支援1×2、1×4多用戶MIMO方式； – 支援多種傳輸模式的自適應切換； – 增強SON；定位等功能；
– 穩定性、可靠性、操作維護性能等面向商業應用。同時，申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體說明：LTE FDD 面向商用基站設備能實現的功能和業務;主要技術指標;與標準的符合程度;產品特點及產業化能力；申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:5，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。本課題擬採用中央財政後補助。
申報方式：LTE FDD基站設備研發企業牽頭承擔，聯合高校和科研單位。
課題2010ZX03002-011 LTE FDD面向商用終端基帶晶片研發
課題說明：終端基帶晶片是LTE產業鏈最重要的環節，也是我國比較薄弱的環節。由於難度大、國際競爭壓力大，時間緊迫，所以應立即啟動，並確保足夠投入。
研究目標：LTE FDD能夠滿足3GPP R8、R9和國內相關規範的要求。
考核指標： 2011年提供LTE FDD 100片預商用晶片給終端企業提供預商用終端，參加詴驗；2012年實現商用化。所提供晶片應能夠滿足3GPP R7、R8、R9和國內標準主要指標要求。向LTE終端設備廠商提供面向商用的基帶晶片。主要指標如下：
– 支援4×2和2×2 MIMO方式； – 支持單/雙流波束賦形解調；
– 下行支持64QAM、16QAM、QPSK、BPSK調製方式； – 支援非對稱時隙配置； – 半導體工藝線寬：65nm及以下。
完成晶片優化工作，重點是晶片的性能、穩定性和功耗指標能達到面向商用要求。
申報單位頇提供具體說明：與國際、國內相關標準的符合程度;晶片的主要功能及框架；晶片的製造工藝和競爭力;申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:5，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式： LTE FDD終端基帶晶片研發企業牽頭承擔，聯合高校和科研單位。2.3 項目2008ZX03003 IMT-Advanced研發和產業化
專案目標：“十一五”期間本專案的總體目標是積極開展國際IMT-Advanced的研究和標準化工作，向國際組織提交IMT-Advanced技術提案，提高自主知識產權在國際主流標準中的比例。2008、2009年已就IMT-Advanced關鍵技術與標準化，技術方案研發與評估等設置課題。
2010本專案的總體目標是根據IMT-Advanced標準需要，增補少量IMT-Advanced關鍵技術研發課題。其內容涉及跨層優化、多社區多用戶干擾抑制和抵消、網路編碼、增強型多媒體多播等技術，基本覆蓋IMT-Advanced技術研究和標準化的領域，為充分參與國際標準提供有力支撐。
課題2010ZX03003-001面向IMT-Advanced跨層優化技術
課題說明：研究跨層設計、認知理論、新型網路架構、接納及切換控制策略、異構融合網路的無線資源管理、空閒模式控制演算法、動態頻譜接入模型等關鍵技術，圍繞IMT-Advanced無線資源管理建立跨層優化設計，形成核心技術專利和國際標準提案。
研究目標：支持跨層設計的無線資源分配、基於認知科學的無線資源管理方案、結合博弈論的主動式小區間干擾協調技術、新型蜂窩網路中的無線資源規劃及調度策略、異構融合網路的無線資源管理、空閒模式下的業務類型社區選擇/重選準則、動態頻譜接入模型等。
考核指標：完成IMT-Advanced 跨層優化設計方案，並在IMT-Advanced原型樣機完成技術驗證。2011年和2012年年底前分別向國內、國際標準化組織提交技術文稿，共20篇。申請發明專利10件以上。實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03003-002面向IMT-Advanced多社區多用戶干擾抑制和抵消技術
課題說明：解決LTE和LTE-Advanced系統中存在的多社區和多用戶的干擾。
研究目標：針對LTE和LTE-Advanced網路，充分利用各種演算法、配置有效解決實際應用中存在的多社區、多用戶的干擾問題。
考核指標：提出完整的針對LTE和LTE-Advanced（TDD/FDD）系統中存在的多社區和多用戶的干擾抑制和消除方案，並在LTE網路和原型系統中測詴和驗證，2011年和2012年年底前分別向國內、國際標準化組織提交技術文稿，共20篇。形成該領域的發明專利不少於10項。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03003-003面向IMT-Advanced協作中繼的網路編碼技術
課題說明：將網路編碼引入無線協作系統，由中繼節點同時轉發多路數據，是提高網路通信系統有效性和可靠性的重要手段。在LTE-Advanced中已經出現基於網路編碼的中繼技術的標準提案，本課題的設立，將促進形成具有自主知識產權的關鍵技術。
研究目標：充分挖掘網路編碼在無線移動通信系統中的應用潛力，突破基於網路編碼的新型協作中繼技術，掌握網路編碼的核心技 術，推進相關技術的應用和標準化，形成具有自主知識產權關鍵技術。
考核指標：給出基於網路編碼的新型協作中繼方案，完成技術評估和測詴的仿真平臺，驗證在雙向中繼、多址接入中繼、組播中繼等典型協作通信模組中採用網路編碼的可行性，提供完善的評估結果；構建支援網路編碼技術的IMT-Advanced系統驗證平臺，驗證基於網路編碼協作中繼關鍵技術。2011年和2012年年底前分別向國內、國際標準化組織提交技術文稿，共20篇。申請發明專利10件。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03003-004面向IMT-Advanced增強多媒體多播技術
課題說明：多媒體多播技術已在3GPP R6/R7版本中標準化，並在LTE R8標準中繼續演進為增強型多媒體多播技術。IMT-Advanced將針對新的傳輸技術及網路體系架構特點，研究開發與之相適應的多媒體多播技術，實現大用戶數、高業務流量環境下的多媒體業務。
研究目標：針對IMT-Advanced系統的新型網路架構和無線傳輸技術，突破蜂窩網路多媒體多播業務的關鍵技術，實現高頻譜效率的無線傳輸和廣域覆蓋，對網路負載起到均衡作用，提高系統的總容量和接入速率。
考核指標：提出完整的IMT-Advanced增強型多媒體多播技術方案，包括：多媒體業務新型傳輸方式、通道結構、業務模式、邏輯架構等;實現IMT-Advanced系統多媒體多播實驗驗證系統，完成技術演示和驗證;2011年和2012年年底前分別向國內、國際標準化組織提交技術文稿，共20篇。申請發明專利10件。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
2.4 專案2008ZX03004 移動網路、業務應用和終端研發
專案目標：本專案2010年總體目標是為了滿足移動寬頻化、多媒體化需要，開展移動業務控制、承載網架構及關鍵技術研究，移動多媒體音視頻編碼研究。
課題2010ZX03004-001新型移動業務控制網路的架構及關鍵技術
課題說明：面對IMS的問題，在下一代網路研究的基礎上，面向移動互聯網，研究既適合電信業務，滿足電信業務QoS、計費、安全等要求，也適合互聯網業務快速開展、融合各種資料要求的下一代核心控制網路，推動適應移動互聯網的核心控制標準的制定。
研究目標：面向移動互聯網應用，對業務控制網路關鍵技術進行研究；挖掘控制層的能力需求，研究利用P2P分散式和虛擬化技術實現新業務控制層機制。新型業務控制層要求：1）高效支持傳統電信業務和移動互聯網業務；2）具備傳統電信網路可運營可管理的特性；3）基於但不限於P2P及虛擬化等分散式技術；4）充分利用智慧型終端的能力。
考核指標：完成面向寬頻移動互聯網的分散式業務控制網路架構設計和關鍵技術研究報告；設計並實現新業務控制層的實驗系統；設計並實現電信和互聯網典型業務（語音和IPTV等）並完成實驗室測詴；完成現網的應用示範。申請發明專利10項，提交標準化立項 2項及標準文稿20篇，提出相關行業標準建議。
實施期限：2010年1月至2012年12月。經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03004-002新型寬頻移動IP承載網架構研究、關鍵技術研發與詴驗驗證
課題說明：下一代寬頻無線移動通信網需要安全、可信、可控、可管的新型寬頻移動IP承載網來支撐。為此，可採用基於開放互聯網重疊網的形式作為承載網進行構建，也可引入高擴展性、安全可信、資源可知、可管、可控的未來包交換移動承載網路的技術體系等方式來實現。
研究目標：針對移動網路特點，採用重疊網方式或具有高擴展性、資源可知、可管、可控的未來包交換移動承載網路等技術體系；研發關鍵設備與系統；建立具有相當用戶規模和網路規模的詴商用網路，能夠對關鍵技術、設備、系統和相關業務進行詴驗、測詴、評估。
考核指標：完成核心網設計方案，可採用重疊網核心網方案或支持移動業務的未來包交換承載網的設計方案；完成相關關鍵技術研究；根據設計方案，完成實驗系統；在現網環境中開展實驗驗證，完成網路與業務的測詴與評估；申請發明專利10件，在國際、國內標準化組織的相關工作組提交標準提案3項以上。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03004-003新型移動多媒體音視頻編解碼關鍵技術研發
課題說明：基於新一代寬頻無線移動通信網,研究適合移動無線網路多媒體應用的音視頻信源編碼標準的核心技術, 開發端到端應 用，推動相應標準的應用發展。
研究目標：研究針對移動多媒體應用的音視頻信源編碼標準的核心技術，以及針對無線網路傳輸特徵的優化技術，並進行仿真環境及真實網路環境下的性能測詴驗證；開發面向TD-SCDMA等移動終端的音視頻信源編碼標準的編解碼軟體；開發音視頻信源編碼標準的編解碼設備；進行TD-SCDMA網路環境下基於音視頻信源編碼標準的移動視頻業務應用系統研究開發，包括視頻流媒體點播、直播等。
考核指標：開發具有自主知識產權的音視頻信源編碼標準的核心演算法及技術優化方案；仿真及真實環境的性能評估方案；軟體及硬體產品主要性能指標；端到端業務應用系統技術方案；相應業務應用系統實驗驗證；提交相關標準建議；申請發明專利數不少於10件。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:1。申報方式：產學研用聯合申請。
2.5 項目2008ZX03005 寬頻無線接入研發和產業化
專案目標：“十一五”期間本專案總體目標是開展創新型寬頻無線技術和標準研究，開發和研製低成本的寬頻無線接入產品；積極參與寬頻無線接入國際標準化工作。
2010年本專案主要安排無線局域網方面的課題。
課題2010ZX03005-001 超高速無線局域網無線介面關鍵技術研究與驗證
課題說明：針對鏈路吞吐量高於1Gbps的新一代無線局域網，研製新一代無線局域網無線介面關鍵技術。
研究目標：研究鏈路吞吐量高於1Gbps的新一代無線局域網無線 介面關鍵技術，可涉及物理層、多址接入控制（MAC）或鏈路控制等核心技術。通過物理層的增強技術、頻譜探測和感知等技術，單通道/多路並傳、新型傳輸等多種傳輸方式的綜合利用以及MAC層增強技術，通過一種或多種無線介面關鍵技術極大提升新一代無線局域網傳輸能力，有效靈活支撐多媒體業務的傳輸。
考核指標：工作頻率6GHz以下，系統基本帶寬20/40MHz，支援動態通道綁定，鏈路吞吐量>1Gbps。關鍵技術具有自主知識產權，提供關鍵技術驗證的實驗驗證平臺。提交國際標準提案5項以上，申請發明專利不少於3件。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例: 中央財政投入和其他來源經費比例為1:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03005-002無線局域網與蜂窩移動通信網路融合技術研究與驗證
課題說明：針對無線局域網的應用，研究無線局域網與蜂窩移動通信的網路融合技術與驗證。
研究目標：研究無線局域網與蜂窩移動通信網路的融合構架，研發網路和業務安全管理的控制方法，開發方便人們生活的多種業務；研發3G/LTE蜂窩移動通信網路與無線局域網網路融合的關鍵技術，重點研發多網路協定的適配與轉換，實現3G/LTE蜂窩移動通信網路與無線局域網的緊耦合聯合接入；異構網路聯合資源管理設計與優化技術；異構多IP域網路的移動性管理等關鍵技術。構建實驗驗證網路，驗證關鍵技術。
考核指標：構建無線局域網與蜂窩移動通信網路緊耦合的實驗驗 28 證網路，完成技術驗證。實驗網路具有典型的特色業務5種以上，支援3G/LTE和WLAN的並行接入和業務併發；支援多種回傳機制及回傳之間的負荷分擔；支援多網路域的IP連接與管理；在3G/LTE網路20MHz帶寬和WLAN 40MHz帶寬條件下，支援接入速率超過800Mbps。網路融合關鍵技術具有自主知識產權，提出標準建議，提交國際標準提案5項以上，申請發明專利不少於5件。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入和其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
2.6 項目2008ZX03006 短距離無線互聯與無線感測器網路研發和產業化
專案目標：“十一五”期間本專案的總體目標是完成短距離、無線感測器網路及與無線移動網路互聯的關鍵技術和產品研發，重點研究資訊彙聚感測器網路的關鍵技術和設備研製，兼顧向協同感知感測器網路的演進過渡技術。在2008年和2009年，已安排傳感網總體研究、標準化研究、協同體系架構等關鍵技術、低功耗設備、中高速設備、低功耗晶片、傳感網與移動網結合結合技術以及M2M應用驗證等的研發。
2010年專案的總體目標是在專案前期設置的設備研製等課題的基礎上，支持具有廣闊市場前景、切合國家經濟與安全重大需求、帶動產業和技術發展的系統研發與應用驗證。2010年擬設置應用中間件關鍵技術研發、感測器網路電磁頻譜監測關鍵技術和中高速晶片研製等課題，以及民用機場周界防入侵傳感網、面向電網的高壓輸電線傳輸效率和安全傳感網、太湖藍藻爆發監測傳感網、面向地質災害監 29 測預警的感測器網等研發與應用驗證課題。
應用示範課題將解決民用機場周界應對非法入侵的安防手段薄弱、電力傳輸效率較低、以及檢測人為破壞和自然破壞手段匱乏等實際問題，將為傳感網的“共性平臺+應用子集”體系結構提供技術驗證，促進TD-SCDMA網路與感測器網路的結合應用，同時通過在相關領域的應用推廣及規模產業推進，為我國在安全、電力、環保等領域帶來顯著的經濟效益和社會效益。
課題2010ZX03006-001 支援多傳感網應用的中間件平臺研發
課題說明：針對感測器網路不同應用需求和共性底層平臺軟體的特點，研究、設計系列中間件產品及標準，以滿足感測器網路在混合組網、異構環境下的高效運行，形成完整的感測器網路軟體系統架構。
研究目標：建立支援快速應用開發、高效運行、有效集成和靈活部署的傳感網中間件平臺體系結構；針對不同的應用需求，研發多種傳感網節點自定位、移動目標定位和跟蹤技術、時鐘同步技術；研發傳感網系統故障的發現、容忍和隔離技術，提供傳感網應用的魯棒性；研發感知資料智慧收集、融合和管理技術，網內事件檢測和通知技術，面向傳感網應用QoS的管理和調度技術；提供不同中間件之間的協同機制；集成上述技術，研製中間件平臺系統，形成相關標準，提供支援應用開發的相關工具。
考核指標：申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體建議： – 提出元件化、可動態配置的新型傳感網中間件平臺體系結構，充分體現傳感網自治性、協同性和智慧化特徵； – 支援多種硬體平臺、多種傳感網作業系統及多種網路通信協定，適應從微節點到複雜節點的多樣化需求； – 支援不同需求的時鐘同步、節點自定位、移動目標定位和 跟蹤的協定和中間件；
– 具有對感測器故障、通信故障、感測器節點故障等容錯能力，具有對上述故障、能量變化、網路規模的自適應能力； – 具有動態可控的、可伸縮的應用任務的部署、啟動、停用、遷移和卸載機制；
– 建立集成化的傳感網應用及服務開發環境，提供多種編程及應用介面；
– 構建傳感網中間件技術及應用的系統測詴與驗證平臺； – 形成2個以上傳感網應用標準草案； – 說明申請發明專利數與軟體著作權數。實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例：中央財政投入和其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03006-002感測器網路電磁頻譜監測關鍵技術研究
課題說明：從感測器網路的行業、公眾、特種應用對電磁頻譜監測的需求出發，考慮未來傳感網對頻譜感知的功能要求，針對分散式電磁頻譜監測進行關鍵技術研究，為傳感網在多種電磁環境中廣泛應用奠定基礎。
研究目標：針對分散式電磁頻譜監測進行關鍵技術研究，重點突破電磁頻譜監測無線感測器網路體系結構設計技術；典型應用場景的通道測詴和建模；面向電磁頻譜監測感測器網路應用的網路協定設計與優化技術；具備電磁頻譜感知共存能力的無線傳輸技術；分散式協同信號檢測、定位與跟蹤技術；分散式協同信號識別與分類技術；小型化、低功耗電磁感知節點一體化設計；建立上述關鍵技術功能驗證的電磁頻譜監測感測器網路詴驗系統，並形成相關標準。
考核指標： 申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體建議： – 感測器網路節點個數：不少於50個； – 監測信號頻率範圍：6GHz以下；
– 監測信號類型：ASK、FSK、MSK、BPSK、QPSK、8PSK、QAM等；
– 信號特徵參數提取：中心頻率、帶寬、串列傳輸速率等； – 感測器網路節點間傳輸速率：>64Kbps；
– 具有可擴展能力的電磁頻譜監測傳感網組網協議； – 形成相關標準； – 申請發明專利數。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例：中央財政投入和其他來源經費比例為2:1。申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03006-003中高速感測器網路核心晶片研發
課題說明：隨著國際、國內標準的推進，應用的推廣，對針對中高速感測器網路的需求逐步明確，2010年擬支援中高速感測器網路核心晶片的研製，應用於中高速傳感網設備，為設備和產業化提供晶片支援。
研究目標：針對中高速感測器網路需求，綜合考慮傳感節點低成本、小型化、高可靠性等方面的要求，研製集射頻、基帶、協議、處理於一體，具備多種感測器介面的中高速感測器網路核心系統晶片。
考核指標：申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體建議： 研製完成包含射頻、基帶、協議、處理等的核心系統晶片及其採用的頻率、調製和多址方式；實驗網路節點數不少於50個；資料傳 32 輸速率（不低於500Kbps），接收靈敏度（SNR=10dB），帶外抑制度（±0.5MHz），說明AGC增益動態範圍和PLL鎖定時間，誤碼率(Eb/N0>12dB)，支援通道（如高斯通道、瑞利通道）；說明申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2012年12月。
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為1:1.5,其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的50%。
申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03006-004面向民用機場周界防入侵監視的新一代感測器網路研發與應用驗證
課題說明：本課題將解決目前機場在周界安防急待突破的薄弱環節，對我國民用設施、邊海防等重要區域防入侵領域的推廣具有重要意義。我國在防入侵領域具有數千億市場規模。示範將在已有的專用、局部傳感網防入侵技術基礎上，基於“共性平臺+應用子集”模式開發系列防入侵監視產品，相對已有的產品能顯著降低成本。
研究目標：針對民用機場周界區域的地下、地面、低空等的綜合技術防範需求，基於感測器網路構建新一代防入侵監視系統，突破重要應用關鍵技術，完善防入侵傳感網應用子集設計、產品定義和系統解決方案，推動相關標準的制定和平臺建設，側重實現對帶狀、超大規模密集佈設傳感網組網等的技術應用驗證，並對前期設置課題中設備、網路等成果進行環境適應性和規模性驗證，為感測器網路在重要區域防入侵行業的大規模應用推廣與產業化、推動運營商走向綜合資訊服務提供商奠定基礎。
考核指標：
– 應用驗證系統應支援行業基本完備功能，達到推動行業規模應用的基礎，應用驗證系統的規模應能證明該系統技術可推廣應用到不小於萬節點級。
– 提交感測器網路防入侵應用標準和技術標準提案:不少於2項。
– 應用系統應能驗證2009年相關課題中的設備產品種類的80%，進入規模應用驗證。
– 課題完成時，應簽署不少於2家機場周界防入侵監視系統的合同。
同時，申報單位頇提供下列指標的具體建議：
– 防入侵監視系統中特定應用關鍵技術如帶狀組網、超大規模組網、抗虛警、漏警等技術指標。– 申請發明專利數和預期授權率。實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為1:2，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：產學研用聯合申請，相關應用部門參加，提出需求，落實應用示範的環境與條件。
課題2010ZX03006-005 面向智慧電網的安全監控、輸電效率、計量及用戶交互的感測器網路研發與應用驗證
課題說明：隨著我國統一的堅強智慧電網建設的開展，針對電力傳輸效率較低、應對人為破壞和自然破壞導致大面積停電的手段匱乏等問題，建立基於感測器網路和TD-SCDMA結合的電力設備/線路/塔杆等智慧監控防護、即時動態智慧計量、電網與用戶智慧交互系統 34 等，在提高電網的輸、配、變、用等環節的智慧化程度、保障電網的穩定性、經濟性和安全性、降低損耗等各方面均具有極其重要的意義，是智慧電網不可或缺的重要組成部分。對於提高高壓輸電線效率、保障線路和杆塔安全等各方面均具有極其重要的意義。以傳感網技術在保障安全前提下降低電力線傳輸的設計裕度，可帶來巨大的經濟效益。同時應用示範的建立對完善傳感網智慧電網應用子集具有重要推進作用。
研究目標：圍繞我國電網運行中，對於電力設備/線路/塔杆智慧監控防護、提高高壓輸電效率、保障電力線路/塔杆/設備安全、即時動態精確計量、電網與用戶智慧交互、資訊獲取、共用與安全等需求，建立基於感測器網路和TD-SCDMA結合的智慧監控、計量及電網與用戶交互的綜合系統，實現對輸、配、變、用等環節的電網設備/線路/塔杆、用戶用電設備的工作狀態和工作環境、安全等方面的即時監測以及相關資料的計量，在保障安全前提下降低輸電餘量，提高電網與用戶智慧交互程度，完善傳感網智慧電網應用子集設計、產品定義和系統解決方案，推動相關標準的制定，側重實現對傳感網與TD-SCDMA蜂窩網路融合及廣域覆蓋等的技術應用驗證，並對前期設置課題中設備、網路等成果進行環境適應性和規模性驗證，為感測器網路在智慧電網中的大規模應用推廣奠定基礎。
考核指標：
– 建立涉及智慧電網輸、配、變、用等環節智慧監控、計量及電網與用戶交互的應用驗證系統。
– 應用驗證系統規模達數千節點級，為行業規模應用奠定基礎。
– 提交感測器網路智慧電網的應用標準和技術標準提案不
少於3項。
– 應用系統應能驗證2009年相關課題中的設備產品種類的80%，進入規模應用驗證。
同時，申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體建議： – 電力系統安全監控中特定應用關鍵技術如安全體系、抗強電磁干擾性能、規模組網方式、耐高電壓性能、設備免維護時間等技術指標。
– 申請發明專利數和預期授權率。實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為1:2，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03006-006面向太湖藍藻爆發監測的感測器網路研發與應用驗證
課題說明：2007年發生在無錫市的5·29太湖飲用水危機事件直接的原因是太湖富營養化導致藍藻水華暴發使得飲用水水源地受到污染所致。本應用示範為解決太湖飲用水污染問題提供有效技術手段。以此為例，可拓展至我國湖泊水體監測系統。與國家已設置的環保有關專項不同，本課題主要開展對水體富營養化程度等的分散式動態即時監測。建立特殊區域重點監測傳感網和太湖湖泊全覆蓋TD-SCDMA網路相結合的新型監測系統，為今後藍藻爆發危情提供一線感知資料，有助於環境監測部門對太湖等富營養化水體的多項指標做及時的監管和控制，針對應急情況做出快速反應；有助於推動TD-SCDMA走向綜合運營；對避免水危機事件發生、保障飲用水安全 36 具有重要意義。
研究目標：從避免水危機事件發生、保障飲用水安全的民生角度出發，圍繞我國環境部門對太湖富營養化水體各種指標的監管和控制、對應急情況的及時處理等要求，建立基於傳感網和TD-SCDMA結合的富營養化水體水質和藍藻水華分散式動態即時監測、預警系統，為今後藍藻爆發危情提供一線感知資料。突破特定應用和工程部署關鍵技術，完善傳感網水質、水體智慧檢測應用子集設計、產品定義和系統解決方案，推動相關標準的制定，側重實現對中高速傳感網與低功耗傳感網等混合組網的技術應用驗證，並對前期設置課題中設備、網路等成果進行環境適應性和規模性驗證，為感測器網路在環境監測中的大規模應用推廣奠定基礎。
考核指標：
-應用驗證系統規模應支援水環境監測基本完備功能，TD接入點不小於10個，傳感網網路規模達數百節點級，為行業規模應用奠定基礎。
-提交水質、水體環境監測等的應用標準和技術標準提案不少於2項。
-應用系統應能驗證09年相關課題中的設備產品種類的80%，進入規模應用驗證。
同時，申報單位頇提供下列指標（但不限於）的具體建議：申請發明專利數和預期授權率。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為1:2，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：產學研用聯合申請。
課題2010ZX03006-007 面向地質災害監測預警的感測器網路研發與應用驗證
課題說明：“5.12”“汶川大地震後，四川地震災區在相當長時間內仍然會有持續頻發的次生地質災害，尤其是山洪泥石流，對災區的基礎設施（居民點、電力、通訊、公路等）和人民生命財產安全形成長期持續的威脅，對這類災害的即時監控、預警和應急處置需求極為迫切。開發傳感網和寬頻無線傳輸技術結合的山洪泥石流災害監測預警系統，有助於災害防控部門對山洪泥石流災害的發生進行早期監測、預警和有效應急處理，有助於探索以多媒體傳感資訊為特色的傳感網技術和應用。同時應用示範的建立對全國地質災害預警防控應用子集的推廣應用、地區經濟建設和人民生命財產安全的保障、感測器網路產業化進程的推進具有重要意義。
研究目標：圍繞四川災區山洪泥石流的監測、預警和應急處置等需求，研究低成本的高效寬頻無線傳輸技術和大規模異構協同組網技術，研究多媒體資訊和其他感知資訊的彙聚融合與應用層優化技術；開發以多媒體傳感資訊彙聚傳輸和智慧處理為特色的寬頻感測器網路系統，建立傳感網和寬頻無線傳輸技術結合的山洪泥石流災害監測預警管理系統，完善傳感網山洪泥石流災害監測和預警應用子集設計、產品定義和系統解決方案，推動相關標準的制定，為感測器網路在災害監測預警中的大規模應用推廣奠定基礎。
考核指標：申報單位需提供下列指標（但不限於）的具體建議：
38提供雨情、水情、土壤位移等重要物理量的傳感應用技術指標，建立山洪泥石流暴發的臨界雨量確定方法與體系，建設以雨情、水情、土壤位移、重要截面視頻感測器為基礎的山洪泥石流監測預警應用系統；
-示範規模應支援災害監測預警行業基本完備功能的應用子集，在典型山洪泥石流頻發災區，如四川汶川－北川－平武－九寨溝地震重災區等，建立應用示範，為行業規模應用奠定基礎；
-提交災害監測、預警防控的應用標準和技術標準提案不少於3項；
-應用示範工程獲得當地政府及國家主管部門認可，包括頻率、安全性要求。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為1:2，其中地方財政投入資金應不低於中央財政投入的100%。
申報方式：產學研用聯合申請。
2.7專案2008ZX03007 無線移動通信共性關鍵技術研發及專案管理支撐
專案目標：本專案的總體目標是部署寬頻無線公共技術與基礎元器件攻關，並為本專項的順利實施提供支撐保障。
無線移動通信共性關鍵技術研發的具體內容包括前瞻探索類課題和基礎關鍵技術研發。無線移動通信共性關鍵技術研發專案將借鑒“十五”國家863計畫FUTURE B3G研發項目的研發成果，並與 “十一五”國家863和973等專案有機銜接，為寬頻無線通信產業的發展提供持續的技術支撐。2010年擬設立涉及天線、射頻器件與模組等方面的課題。
課題2010ZX03007-001高效節能的有源一體化天線
課題說明：IMT-Advanced系統具有寬頻帶、多頻段的特點，並引入了分散式天線、MIMO多天線等技術，以及“綠色”通信的新理念，使得高效節能有源一體化天線成為IMT-Advanced系統中的關鍵技術之一，其性能直接影響IMT-Advanced系統覆蓋、容量等各項指標，本課題擬安排對有源一體化天線技術進行研究，提高我國在該領域的技術積累，為後續產業化做準備。
研究目標：面向IMT-Advanced在分散式天線和MIMO多天線方面的需求，突破有源一體化天線在高效節能、高集成度、寬頻帶、多頻段、高可靠性等方面的技術難題，開發適用於TDD和FDD系統的高效節能有源一體化天線設備，形成核心創新技術和產品製造技術。
考核指標：針對IMT-Advanced研製有源一體化天線，在400MHz～4GHz頻率範圍內支援2個以上IMT-Advanced工作頻段，工作帶寬100MHz；單發射機功率1W以上，效率大於15％，ACLR優於-45dB，支持RoF，要求有源部分重量輕；全向天線增益8dBi以上、120度磁區定向天線增益14dBi以上。完成一體化天線24套，支援8通道以 40 上陣列天線，支援TDD和FDD工作模式，並保證智慧天線和MIMO技術可以最大限度的結合，在IMT-Advanced系統中實驗驗證，提交發明專利5件以上。
實施期限：2010年1月至2011年12月
經費比例：中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。申報方式：鼓勵產學研用聯合申請。
課題2010ZX03007-002面向RoF等新型組網技術的射頻器件與模組
課題說明：在IMT-Advanced系統中，利用分散式社區網路架構實現MIMO技術，能夠顯著提高無線通信系統的頻譜利用率、通道容量和能源效率。RoF是實現分散式社區網路的有效方案和關鍵技術之一，面向RoF的寬頻射頻器件與模組，對IMT-Advanced系統覆蓋、容量、效率等各項指標有重要的影響。本課題擬安排對面向RoF等新型組網技術的射頻器件與模組進行研究，提高我國在RoF射頻器件與模組上的技術積累，為後續產業化做準備。
研究目標：面向IMT-Advanced在RoF新型組網技術的需求，突破RoF射頻器件與模組在寬頻帶、多頻段、高增益、低雜訊、高線性、高效率等技術難題，研製出符合IMT-Advanced系統演進趨勢的射頻器件與模組，形成核心創新技術和產品製造技術。
考核指標：研製的RoF射頻器件與模組，針對IMT-Advanced支援400MHz～4GHz頻率範圍內4個以上的工作頻段； 支持至少4發4收MIMO通道；通道帶寬100MHz以上； 完成在IMT-Advanced系統中的詴驗驗證。提交發明專利5件以上。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
經費比例: 中央財政投入與其他來源經費比例為2:1。
申報方式：鼓勵產學研用聯合申請。課題2010ZX03007-003高效率、線性寬頻功放模組
課題說明：在IMT-Advanced移動通信系統中，射頻信號的帶寬寬，峰均比高，寬頻射頻功率放大器的高線性是需要解決的一項關鍵技術。高效率功率放大器也是降低能耗的關鍵技術之一。本課題擬安排面向IMT-Advanced移動系統基站用高效率、線性寬頻功放模組進行研究，提高我國在高效率線性寬頻功率放大器模組上的技術積累，為後續產業化做準備。
研究目標：面向IMT-Advanced的需求，突破基站用射頻功率放大器模組在寬頻帶、高線性、高效率、低成本等方面的技術難題，研製出符合IMT-Advanced系統演進趨勢的高效率線性寬頻射頻功率放大器模組，降低基站整機功耗與體積，實現綠色節能基站，形成核心創新技術和產品製造技術。
考核指標：研製的高效率線性寬頻功率放大器模組10套，支援400MHz～4GHz頻率範圍內IMT-Advanced的4個以上工作頻段；通道帶寬100MHz以上；基站功率放大器的效率大於25％，輸出功率大於40dBm，ACLR優於－45dB；完成在IMT-Advanced系統中的詴驗驗證。提交發明專利5件以上。
實施期限：2010年1月至2011年12月。
基于DVB的卫星宽带网络 篇6
在上世纪90年代提出的DVB（Digital Video Broadcasting，数字视频广播）标准提供了一套完整的适合于卫星、电缆和地面等传输媒介的数字电视广播系统规范。它采用MPEG2-TS传输流小包作为“数据容器”，不但可传送压缩的图像、声音，还提供了对数据传输的良好支持，可以在数字电视广播信道上传输数据业务。
利用基于DVB的卫星宽带网络实现数据传输，系统用户端接收机价格较低，且能够实现数据业务和电视业务集成，相比其它卫星数据传输系统更具有吸引力。目前，全球已经普遍采用DVB-S作为卫星数字视频广播标准。
单向卫星广播系统
早期的卫星DVB系统只支持DVB-S单向广播业务。如图1所示，整个系统由用户终端、地面主站和卫星组成，为了支持用户请求等信息的传送，在用户和主站之间可以采用地面通信线路（如电话线路）建立回传通路。
主站中通过网关负责经过卫星链路的业务和来自用户反向链路数据的选路，并完成数据链路控制、数据封装、信道分配等功能。IP分组经网关封装后，经过加扰、复用以及调制，发送到卫星信道。用户终端装置则由接收天线、机顶盒、PC机等组成，执行解调、解扰、解复用、IP分组重组及内部寻路等操作。
系统协议栈见图2，上行链路采用PPP协议，下行链路采用DVB多协议封装（MPE），由网关完成协议转换。如果传输层采用TCP用于可靠的数据传输，会遇到标准TCP协议在GEO卫星信道中的“长肥管道”问题，为提高链路带宽利用率，需要对TCP协议进行改进，如窗口扩大、选择性确认等。
在从业务提供商到用户的前向链路，是采用多协议封装（MPE）方式把IP分组封装成一系列MPEG2-TS小包。图3是传输层采用UDP的IP分组的封装过程。
将IP数据报进行分段，拆分为不大于1008字节的数据单元，对IP数据报进行多协议封装。按照MPE规范所示的数据报分段（Datagram-section）填充方式完成MPE头12字节的填充。在此期间要从IP报头中提取目的IP地址，并将其映射为相应的目的MAC地址。然后将IP数据报封装入MPE的有效载荷中，对整个MPE的数据报分段（Datagram-section）进行CRC-32校验编码，并将校验结果附于MPE有效载荷之后。
最后将MPE数据报分段（Datagram-section）封装为188字节的MPEG-2 TS小包。MPEG-2 TS小包由4字节的包头和184字节的有效载荷组成，其中4字节的包头由同步字段、载荷开始指示字段、PID字段等8个字段组成。PID字段是标识TS小包性质的重要字段，TS小包有效载荷中所传送的不同类型数据（视频、音频、特定数据、系统信息等），对应着不同的PID值。对于MPEG-2 TS的空余有效载荷用0xFF进行填充（Stuffing）。下一报文指针NMP（Next Message Pointer）用于指示新DVB-MPE数据报分段的开始位置。
交互式卫星广播系统
早期的DVB系统由于是单向广播方式，在操作性和通信质量等方面存在很大缺陷，因此，欧洲电信标准协会ETSI发布了交互信道标准，通过专用的双向交互信道，可以构造基于GEO卫星的交互网络。
图4是采用DVB-S广播信道和DVB-RCS交互信道构成的卫星交互网络系统结构图，系统由卫星（SAT）、业务提供者（Feeder Station）、回传信道卫星终端（RCST：Return Channel Satellite Terminal）以及网关站（Gateway Station）和网络控制中心（NCC）组成。
在系统中，从业务提供者到用户之间是一条单向的广播信道，采用DVB-S标准，用于传输视频、音频和数据。为了做到用户和业务提供者之间的信息交互，又在两者之间定义了一条双向的交互信道，从用户到业务提供者的为回传交互路径（Return Interaction Path），用于发送请求给业务提供者、应答或传送数据；从业务提供者到用户的为前向交互路径（Forward Interaction Path），这条路径可以嵌入到广播信道中，在一些简单系统中也可以省去这条信道，直接采用广播信道发送数据到用户。
前向交互路径采用DVB-S标准，其协议栈见图5（a）。对于IP分组，采用DVB多协议封装（MPE）进行分段，然后装入到MPEG2-TS包中；对ATM则采用数据管道（Data Piping）模式直接把ATM信元装入MPEG2-TS包中进行传输，可以省去额外的开销。
回传交互路径协议栈见图5（b）。ETSI的标准中，DVB-RCS信道可以采用两种MF-TDMA突发形式：第一种基于ATM和AAL5，由Natm（1、2或4）个53字节的ATM信元组成；第二种基于DVB和多协议封装MPE，此时一个业务突发可包含1或2N个MPEG2-TS分组（188字节长），N的取值可以从1到12。
对于RCST终端，有A和B两种类型可以使用。其中，A类型只支持IP业务；B类型作为可选标准，可同时支持ATM业务和IP业务。
回传路径多址接入采用多频时分多址（MF-TDMA）方式，载波频率和分配带宽都可以灵活适应多变的多媒体传输要求，而且时隙和突发速率都可以根据网控中心的要求来改变。DVB-RCS一个回传载波速率一般在64kb/s～2Mb/s之间，根据需要可以用多个载波进行组合，以提高回传速度。MF-TDMA又可以分为固定时隙MF-TDMA和动态时隙MF-TDMA（可选）。对于作为可选方式的动态时隙MF-TDMA来说，RCST在连续突发之间可以改变传输速率和编码速率，这样就能够更加高效的适应多媒体业务速率变化特性，增加灵活性。
回传路径中时隙的分配有如下五种方式：
（1）恒定速率分配（CRA，Continuous Rate Assignment）；
（2）基于速率的动态分配（RBDC，Rate Based Dynamic Capacity）；
（3）基于通信量的动态分配（VBDC，Volume Based Dynamic Capacity）；
（4）绝对的基于通信量的动态分配（AVBDC，Absolute Volume Based Dynamic Capacity）；
（5）自由分配（FCA， Free Capacity Assignment）。
物理层中的信息数据和MAC层数据封装成突发，进行扰码和纠错编码，再进行QPSK调制。在RCS中，有两种纠错码可以采用：Turbo码或级联码。
综合广播交互系统（IBIS）
上面提到的两种卫星传输标准DVB-S和DVB-RCS都是应用于没有任何星上再生能力的透明卫星环境中。而综合广播交互系统（Integrated Broadcast Interaction System，IBIS）则是把这两种标准集成到一个具有星上处理和星上交换功能的的多波束卫星系统中，在任意两个波束之间可以进行全交叉连接。
在IBIS系统中（协议栈见图6），上行链路兼容DVB-RCS标准（EN 301 790），允许用户使用标准的RCST站，节省了终端方面的费用。个人用户和广播者可以通过卫星的任意上行波束覆盖，采用MF-TDMA方式接入卫星。而下行链路则完全兼容DVB-S标准（EN 300 421），基于MPEG2-TS传输包。为了避免星上协议转换和再封装，IBIS上行链路采用MPEG2-TS封装。
IBIS最主要的特性是通过上行链路和下行链路之间的全交叉连接，可以实现把任意上行波束数据转发到任一下行波束中。这需要卫星对收到的上行DVB-RCS数据进行解调、解码及分接以进行交换，再重新把数据复用到相应的DVB-S格式的下行链路数据流中。星上交换和复用按照动态的复用表进行，每一条下行链路都有一个复用表。通过再生信令信道，允许星上分组级快速电路交换对该复用表进行重新快速配置。
系统信令信道（如图7所示）采用星形结构，主要用于登录、同步以及资源请求。卫星通过信令信道进行快速配置和公共星上处理
（OBP）管理，业务提供者和用户也可用它来和控制中心（NCC）联系。
集中的资源管理和对称的用户结构，使IBIS系统非常适合于构造单跳的、信令采用星形拓扑的网状网络。相比透明卫星的DVB-RCS，IBIS系统在源和目的站点之间传输实时业务只需一跳，大大减小了延时，使VoIP、视频会议等实时业务的QoS得到保证，并且对带宽的需求也减少了一半。基于36MHz转发器，IBIS系统上行频率可以最多分成72个载波，每个的传输速率（Transmission Rate）为1Rs（327.8kSym/s），采用QPSK调制时信息速率为518.4kb/s。系统支持五种传输速率，分别是1Rs、2Rs、4Rs、8Rs和16Rs。最大传输速率为5244kSym/s（信息速率为8294kb/s）。IBIS系统上行链路帧长69.632ms。时隙可按需分配，最大限度地提高信道利用率。
总结
DVB标准不但提供对视频和音频的良好支持，还定义了完善的数据传输支持规范。但DVB-S只提供单向数据广播，用户的请求和反馈等信息只能通过另外的渠道如地面通信网PSTN等传给业务提供者，后来ETSI发布了双向的回传信道标准DVB-RCS，可以构建交互式的卫星通信网络。但是DVB-S和DVB-RCS都是为透明卫星定义的，而IBIS系统则把这两个标准融合进一个多波束的带星上处理和星上交换功能的再生型卫星上。通过多波束和星上交换，实时业务可以实现单跳传输，使时延大大缩短，也同时节省了带宽需求。
宽带卫星通信系统 篇7
随着智能手机等智能终端越来越普及,各种基于智能终端的应用越来越多,人们对于无线通信速率的要求也越来高。尽管基于LTE技术的4G时代已经到来,其小区峰值速率也仅为100Mbps,仍然不能满足多用户情况下高清视频等应用,因此更高传输速率(Gbps)就成为无线通信系统的发展目标。众所周知,提高无线通信系统的主要手段就是增加传输带宽,另外基于MIMO的空分复用技术能有效的利用空间资源,实现频谱效率的提升[1,2]。目前,在毫米波段,500MHz传输带宽基础上,利用64阵元以上的Massive MIMO技术[3],实现空口10Gbps的传输速率已经成为未来5G的研发目标。该目标能够实现的一个前提就是充分利用Massive MIMO的空分复用,实现数据在空间的多流传输。在大规模天线阵列场景下,空分复用主要利用了波束赋形技术,而该技术的一个重要前提就是天线阵元对应的射频通道幅相具有一致性,即实现射频通道的校准。
2校准原理
在目前的无线通信系统中,基站主要有三个功能模块组成,即基带处理单元(BBU)、射频拉远单元(RRU)和天线。在天线出厂时,其各阵元的幅相一致性据满足行业或企业标准要求,由于天线为无源器件,因此在实际应用过程中,其幅相一致性不随时间、温度等变化而变化,而RRU中的收发通道,会随温度的变化而变化,因此需要周期性的对各收发通道进行幅相一致性的校准。
射频通道校准基于信道估计原理,即在BBU单元发射已知的校准序列,然后利用各通道接收到的接收序列进行信道估计,然后以其中的一个通道为基准,计算出校准系数,以补偿其他通道和校准通道的差异性。
3校准序列
在实际的无线通信系统中,由于射频通道的特性会随温度等外界环境的变化而变化,因此需要进行周期性的校准,以确保在该周期内,各通道的幅相一致性基本相同。由于射频通道校准属于在线校准,因此需要校准序列的发射时刻以及校准序列长度均要做合适的选择,以避免与系统(或网内)数据之间形成干扰[4]。另外由于宽带无线系统的射频通道的频选特性不一致,因此射频通道的校准要做到各通道全带宽的幅相一致性, 这样就要求校准序列的选择应该满足有限时间窗内的全带宽覆盖。此外,考虑到实际的产品实现,校准序列要求具有较低的峰均比(PAPR)。
3.1校准序列的时频转换
如上所述,对于宽带通信系统,校准序列应该满足有限时间窗内的全带宽覆盖,以下以带宽为20MHz的LTE系统为例进行说明,该系统的fft点数为2048点,对于长度为N = 2048 = 211点的时域离散序列f (n) ,若要从其中的连续2m(m<11)个点确定整个序列,从而得出整个序列对应的离散频域信息,其前提条件是此N = 2048的时域序列是以2m点为周期的序列,此条件等价于此2048点序列对应的频域序列中,k ≠ l∙211 - m(l为非负整数)时,F(k)= 0 ,也即当且仅当k = l∙211 - m时,F(k) 有值。其相关推导如下:
设频域序列F(k) k = 0,1,2,⋯,2047., 若k ≠ l∙211 - m(l = 0,1,2,⋯,2m- 1) 时,F(k)= 0 ,则对F(k) 进行N = 2048点的IFFT变换得到的时域序列可以表示为
此时,由上式可得以下关系
3.2校准序列的选取
从理论上而言,校准序列可以为任意序列,但是考虑到实际系统的实现,校准序列应该具有横模特性,尤其要具有较低的PAPR,因此该序列可以通过计算机仿真的方式寻找。通过将序列元素设为1或-1,利用蒙特卡洛仿真,可以容易得到PA-PR<4的序列,满足实际系统的实现。
4发射校准
所谓发射校准,指的是通过校准,保证各发射通道之间的幅相一致性。其流程如图2所示。
发射校准需要多个发射通道同时发送校准序列,然后通过耦合网络由校准通道接收经过射频通道的序列,各发射通道可以通过频分的方式实现通道的区分。具体步骤如下:
1)设置每个通道发送校准时的频域序列Xi(k) :
Xi(k) k = 0,1,2,⋯,2047. 频域序列,设
第i个通道发送校准时的频域序列设置如下:
其中,i为通道序号,c = 0,1,2,⋯,cn(i). ,即令c取值满足lmin+i-1+8c≤lmax。
2) 确定每个通道发送时域序列
频域序列Xi(k) 对应的时域序列为
此时,xi(n) 是以2m为周期的周期序列。由上节证明可知, 整个OFDM发送时的接收序列也是以2m为周期的周期序列, 只需发送并接收xi(n) 中一个周期的数据即可。考虑可能的通道时延,在一个周期发送数据前加上Pr efix_cyclic个循环前缀, 在发送的一个周期数据后加上Postfix_cyclic个循环后缀。于是,第i个通道发送序列表达如下:
其中,n = 0,1,⋯,(2m+ Pr efix_cyclic + Postfix_cyclic - 1). 。
3)由接收序列y(n)计算接收通道对应的频域序列:
接收数据时,只需获取发送序列中的一个周期的2m数据对应的响应值,发送序列中循环前缀和后缀数据的响应并不需要。不妨设接收到的此2m个点表示如下:
代入下式只需求得k = l∙211 - m,lmin≤ l ≤ lmax. 的对应值Y(k) :
4) 获取每个通道的发送校准系数:
由于采用频分法区分各个通道,因此由接收序列对应的频域序列可以直接得出各个通道的发送校准系数。
对于第i个发送通道,可以得出发送频率点上的校准系数为
5接收校准
所谓接收校准,指的是通过校准,保证各接收通道之间的幅相一致性。其流程如图3所示。
由于接收校准为校准序列经过校准通道发送,每个接收通道各自接收自身的信道响应,因此其频域精度要高于发射校准,其具体处理流程如下:
1) 设置校准通道的频域序列X(k) :
X(k) k = 0,1,2,⋯,2047.为频域序列, 设lmin= int(424 211 - m)+ 1 ,lmax= int(1623 211 - m) ,设置X(k) 序列在k = l∙211 - m,lmin≤ l ≤ lmax. 时为非零值,其它位置处均为零。因此,X(k) 序列可以简单设置如下:
2)确定校准通道发送时域序列
其中,n = 0,1,⋯,(2m+ Pr efix_cyclic + Postfix_cyclic - 1). 。
3)由各个接收通道的接收序列计算其对应的频域序列:
每个通道接收数据时,只需获取发送序列中的一个周期的2m数据对应的响应值,发送序列中循环前缀和后缀数据的响应并不需要。不妨设第i个接收通道接收到的此2m个点表示如下:
可求得各个接收通道接收时域序列对应的频域序列Yi(k) 在k = l∙211 - m(lmin≤ l ≤ lmax)处的值:
4) 求取各个频率点处每个通道的接收校准系数:
第i个接收通道在子载波k处的接收校准系数可以表达如下:
6校准结果优化
以上针对校准序列的选择、发射校准流程、接收校准流程分别进行了详细描述。在实际无线通信系统中,由于射频通道噪声的存在,且受限于射频通达功率控制,校准序列不得发射功率不能很大,因此校准系数的计算精度有限[5,6,7,8,9]。考虑到在较短时间内(比如秒级),射频通道是平稳的,其特性可以认为是恒定的,因此可以通过多次校准,然后对校准系数进行平均的方式提高校准精度。图4和图5的仿真结果显示,通过增加校准次数可以明显降低校准误差。
7结束语
随着基于大规模MIMO的宽带无线通信技术的应用,射频通道校准技术得到越来越广泛的关注,其校准精度深刻地影响着波束赋形等多天线技术的应用,并最终影响到整个无线通信系统的传输速率,因此一个算法合理,且实现复杂度可接受的多通道射频校准技术需要进一步研究。
摘要：随着无线通信系统的宽带化,以及大规模MIMO技术的应用,射频通道校准技术得到广泛关注。本文分析了宽带无线通信系统中的射频通道校准技术,包括校准序列的选取,发射校准算法,接收校准算法,以及利用射频通道在短时内的平稳特性,提出了一种多次校准取平均的方法来降低系统噪声,提升校准精度,并给出了响应的仿真结果。
关键词：MIMO,发射校准,接收校准,波束赋形
参考文献
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宽带卫星通信系统 篇8
短波通信是军事领域中的重要通讯手段,其主要依靠电离层的反射进行远距离信号发射接收。由于空间中电离层的不断变化,使得短波信道具有严重的时变色散性。因此在短波信道上进行数据传输时,遇到的主要障碍是短波信道多径效应引起的信道参数的变化,如多径时延、衰落、多普勒频移、频谱扩展等。又由于空间中同时还存在着噪声和电台干扰,这些不利因素严重影响了短波通信中数据接收的有效性和可靠性。传统的短波通信已然不能满足现代军事通信对通信质量、抗干扰、保密以及数据传输速率等多方面的要求。因此,引入新的通信手段进行技术融合研究,成为提高短波通信功率效率和频带效率的必然选择和重要途径。
1962年Gallager提出的具有稀疏校验矩阵的线性分组码——低密度奇偶校验码(LDPC,Low Density Parity Check Codes)[1],被证明在BIAWGN信道下,具有逼近香农限的优异性能[2]。随后文献[3]中将LDPC码与扩频OFDM技术相结合,在无线信道条件下,码长4302,码率0.5时,信噪比为4dB时,误码率可以达到10-5。文献[4]中,在短波宽带ITS信道模型下采用OFDM-CDMA方案,在信噪比为16dB时,信道编码采用卷积码(2,1,2)时,误码率达到10-4。文中针对短波信道的特点,将LDPC码与扩频OFDM技术应用于短波通信中,改进LDPC码译码初始化信息,利用OFDM技术对抗频率选择性衰落,利用扩频技术提高抗干扰能力,设计了一种高可靠性的短波宽带通信系统,并建立系统模型进行了仿真检验。
1 短波宽带信道模型
目前,ITU还没有明确的定义短波宽带通信标准,90年代后期,美国ITS组织的Vogler和Hoffmeyer提出一种短波信道模型,由于该模型是基于实测数据提出的,所以成为迄今应用最为广泛的短波宽带信道模型,称为ITS模型。
ITS模型对信道的平均时延、多普勒频移、时延扩展、多普勒扩展和多普勒频移随延时变化的特性进行了模拟,将信道的时变冲激响应表示为:
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式(1)中,n表示传输模式,Pn(τ)为第n个传输模式的功率延时分布函数,Dn(t,τ)为决定性相位函数,ψn(t,τ)为随机调制函数,表征了信道的多普勒扩展。
为了进行计算机仿真,需要将信道的冲激响应表示为离散形式,可表示为:
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其中,Pk是离散形式的功率延时剖面函数,ck,m表示随机调制函数后,指数因子为决定性相位函数,后两个因子描述了多普勒扩展的形状。
2 扩频OFDM结合技术
OFDM技术和扩频结合起来应用于短波通信中,能很好的克服短波信道的时变色散性带来的多径效应影响,并具有一定的保密效果。文中采用了扩频和OFDM结合技术中的频域扩频技术即MC-CDMA技术。具体步骤为:数据首先需要进行串并变换,再进行频域扩频。图1是MC-CDMA系统,其中TS为数据源的符号周期,NC=P×GMC,数据经过串并变换为P路数据,然后再映射到GMC个子载波上。
3 短波宽带扩频OFDM通信系统
由于文中考虑的是短波信道情况下的远距离通信,因此系统模型可以看做单用户系统,即点对点通信,结构框图如图2所示。在发射端,信源产生的信息比特先进行信道编码,再进行调制,串并变换,扩频,插入块状导频,IFFT变换,并串变换,加入循环前缀,然后送入短波信道。在接收端由于短波信道的影响,接收信号发生了严重的幅度和相位失真,为了能够准确的对接收信号进行解扩,在接收端采用了LS信道估计对信道响应进行准确的估计。信道编码部分采用了卷积码、Turbo码、LDPC码等几种不同编码方式进行对比。
发送端发出的信号为:
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其中,t′=t-iT′S, T′S=PTS,Δf′=1/(T′S-Δ),{d(0),d(1),…,d(KMC-1)}是长度为KMC的Walsh扩频码,TS是QPSK映射后的符号周期,T′S是每个子载波上符号周期,Δf′是最小子载波间隔,pS(t)是矩形脉冲波型。
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接收信号:
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其中,Hm,p(t)是第(pKMC+m)个子载波复包络。短波宽带通信链路只考虑点对点间通信,不考虑多址接入干扰问题,因此干扰信号:
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噪声功率:
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信噪比:
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系统理论误码率关于η的条件概率密度函数:
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为了准确衡量系统的误码率性能,需要对式(9)求一个统计平均值。则系统误码率:
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根据短波信道特点,LDPC编码部分采用具有下三角结构的非规则准循环LDPC码即irQC-LDPC[5]。该算法可实现线性复杂度编码,并消除了码字对应的双向图中的四环。因此这种构造可以在多径信道、中短码长、高码率的条件下取得优异的误码率性能。利用所构造H矩阵,充分考虑编码复杂度和码字距离特性,文中选用基于近似下三角矩阵的有效编码算法进行编码。表1是短波宽带通信系统的主要参数,系统仿真时使用。
4 仿真结果与分析
建立短波宽带通信系统仿真模型,对影响系统性能的因素进行仿真,默认参数设置如下:LDPC码采用irQC校验矩阵进行编码,码长2048,码率1/2,译码采用归一化最小和算法,迭代25次。图3为不同信道编码方式下系统误码率对比曲线。
从图3看出,其它参数相同的条件下,传统短波宽带通信系统所采用的卷积码性能最差;RS-卷积码级联机制由于能够发挥RS码抗突发错误的优势,在误码率为10-4时较卷积码有大约3dB的信噪比增益;而采用LDPC码的短波宽带通信系统具有最为优异的误码性能,在归一化信噪比Eb/N0=16dB时,误比特率达到1.02×10-5,显示出良好的纠错能力,为短波宽带通信系统信道编码方式的最佳选择。
在确定了信道编码方式的基础上,对LDPC码的具体参数进行仿真,图4为不同校验矩阵构造方式下系统误码率曲线。
从图4看出,irQC-LDPC码和PEG-LDPC码的性能最优,在归一化信噪比低于15dB时,两者性能相差无几,在15dB以后irQC-LDPC的性能逐渐优于peg-LDPC码;而ps-LDPC码和mackay随机构造方法相对性能较差一些,在误码率为10-4时,信噪比差距分别为2dB和3.5dB左右。可见,低信噪比下,peg-LDPC码字性能良好,但由于校验矩阵的随机性,编码比较复杂,硬件实现难度较大;代数构造的ps-LDPC码以及mackay随机构造方法虽然有相对简单的编码结构,但是其纠错性能也下降了很多;而irQC-LDPC码是将PEG随机构造方法与结构构造方法相结合,得到的LDPC码不仅具有准循环结构,可以实现线性编码,而且参数选择灵活性,同时具有较强的纠错性能。综合考虑,确定短波宽带通信系统中采用irQC-LDPC码。选择完编码方案以后对译码算法进行检验。图5为不同译码方式下短波宽带通信系统的误码性能曲线。
从图5看出,概率BP译码算法具有最优的译码性能,同样也具有最大的运算复杂度,一般只用于理论分析;LLR BP译码算法在对数域中将大量的乘法运算变为加法运算,计算量得到极大地简化,当然也牺牲了一定的可靠性能;UMP BP Based译码算法(最小和算法)是LLR BP译码算法的进一步简化,整个译码过程中只存在加法运算和比较运算,易于硬件实现,但其收敛速度较慢,译码性能较差;Normalized BP based(归一化最小和)译码算法是对LLR BP译码算法和UMP BP Based译码算法的适当折中,其译码性能可与LLR BP相媲美,而译码复杂度却与UMP BP Based相当。综合考虑系统的可行性和可靠性,Normalized BP based译码算法是最佳选择。
5 结束语
在短波宽带ITS信道下建立了短波宽带扩频OFDM通信系统,并将LDPC码应用于该系统中,通过仿真得出结论:LDPC码率为1/2,码长2048时,信噪比为16dB时,误码率可以达到10-5,显示出优异的纠错性能,结合扩频OFDM技术,能够有效抑制短波宽带信道传输带来的符号干扰和频率选择性衰落。本系统的仿真为未来的短波宽带通信提供了一种参考设计方案。
参考文献
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宽带卫星通信系统 篇9
目前空管局应急指挥中心对外通信传输主要依靠地面有线通信, 光缆从雷达站引接, 利用航管楼至雷达站已有的光缆资源, 通过一套SDH传输设备纳入机场空管环网。通信传输系统重要程度较高, 传输线路的通畅对于保障应急状态下管制工作正常开展具有重大意义。
为降低或避免地震发生对重要业务的传输影响, 在条件允许的情况下, 尽量实现重要业务的双路由传输保障。重要业务的通信传输采用“有线+无线”两路传输方式保障, 无线传输系统作为有线传输系统的备份, 本场利用新建无线网络实现重要业务备份传输;
为了实现无线传输业务, 本文基于航空机场场面宽带移动通信系统对应急指挥中心的无线通信网进行设计。航空机场场面宽带移动通信系统 (Aeronautical Mobile Airport Communications System, Aero MACS) 是面向未来空管的先进空管数据链技术。为满足中国民航新一代空中交通管理、机场运行管理、航空公司运控的通信需求, 符合国际民航组织及中国民航的相关标准规范, 本文选取航空机场场面宽带移动通信系统作为主要的数据链技术, 为大大提升了应急方案的可靠性、机动性和快捷性, 拟在成都抗震应急指挥中心、新航管小区、现航管楼以及牧马山雷达站等重要地点建立覆盖机场及周边区域的空管数据链网络。
2 业务传输需求
应急指挥中心业务需求汇总 (见表1) 。
根据表1的业务需求情况, 各类信号传输方案如下: (1) 雷达、ADS-B信号:所有雷达、ADS-B信号均利用现有有线传输资源实现信号有线引接;部分重要雷达信号、ADS-B再通过新建无线传输网或KU卫星站实现信号第二路由引接; (2) 其他信号:通过新建无线传输网或KU卫星站实现信号引接。
本文重点介绍利用无线传输实现的业务范围, 按照具体站点的地理位置划分, 根据需求, 得出各个节点数据无线传输带宽的需求 (见表2) 。
覆盖范围要求如图1所示。可以看出, 本项目需要覆盖的区域为横跨南北的第一跑道区域及周边区域。整个区域的周长达18公里。数据链的无线覆盖规划, 除了要考虑距离因素外, 还与地形地貌有着密切的关系。
3 频率规划
根据国际民航组织对航空机场场面宽带移动通信系统的频率规划为5091MHz-5150MHz, 数本次规划拟采用PUSC with all SC 1×3×3 5MHz组网, 特性如表3所示。
4 覆盖分析
通常一条机场跑道长度为3公里到4公里, 3600米以上的跑道就可以起降较大型客机, 理想情况下, 1个Aero MACS基站的覆盖距离大约为1.8公里, 因此一条跑道至少需要2个Aero MACS基站覆盖如图2所示。
5 链路预算
在进行航空机场场面宽带移动通信系统无线设计时, 首先用链路预算分析方法以粗略估计为满足一定条件, 如为达到所要求的上下行速率时 (飞机向基站方向传输为上行;基站向飞机方向传输为下行) , 小区所能覆盖的范围, 从而得到指定区域内提供覆盖所需的基站规模。
链路预算粗略计算基站与终端间所允许的最大空间路径衰耗, 即对基站和飞机间下行、上行路径上一系列衰耗, 增益和参数的加减运算。根据计算出的最大链路衰耗值, 通过传播模型以及地形类别来确定平均基站扇区覆盖半径和区域。
根据每种地形地貌的基站小区半径, 以及该地区内这几种地形地貌的覆盖范围, 便可以根据面积公式得出满足覆盖要求所需的最少基站数。理论上, 用于覆盖机场区域的单基站的理想覆盖区域为1~2公里, 传输速率依据接受信号质量好坏, 在TDD比例为29:18情况下, 下行速率可达11.2Mbps至16.8Mbps;上行速率可达1.6Mbps至2.4Mbps;
6 方案总体设计
根据本项目的需求, 需要覆盖的面积为周长18公里所围起来的区域, 由于存在不规则的外部区域, 为了防止无线覆盖区域重叠过多, 并且考虑到机场跑道区域限制过多, 不宜布设基站, 因此覆盖设计原则为尽可能的在区域边缘顶点处布设基站, 基站布置如图3所示。
根据上述链路预算, 一个Aero MACS基站最佳覆盖范围在1.8km左右, 本项目需要9个Aero MACS基站以上, 具体还需依据基站选址进行无线覆盖仿真进行测算, 可能还需要具体调研及跑车实验来确定最终需要的基站数量。机场场面的移动节点及场内一场监雷达站节点均加装Aero MACS移动终端设备, 移动节点加装全向天线, 固定节点可加装定向天线。二场监雷达站加装Aero MACS点对点基站。
某些中心节点的网络吞吐量要求较高, 并且其只有固定业务, 没有移动业务的需求, 如新航管小区, 现航管楼等线路数据回传链路, 建议选择Aero MACS点对点基站建立稳定链路, 预留2套, 需要着重考虑与移动基站的频率划分方法, 避免彼此之间产生同频干扰。
移动塔台车的配置建议采用1个Aero MACS基站和1个点对点Aero MACS基站的部署模式, 保证对场面覆盖的同时, 还是可通过大吞吐量的数据回传链路与抗震应急指挥中心直接进行通信。
具体设计的网络设计如图4所示。
参考文献
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宽带卫星通信系统 篇10
下一代的移动通信系统在城域内或子城域内, 采用卫星来提供有效的高速率 (大约为100Mb/s) , 高质量的多媒体广播/组播业务传输[1]。卫星通信系统因其在空间段所发挥的不可替代的作用, 从而在下一代无线通信系统中得到了更多的关注。
因为单载波频域均衡 (SC-FDE) 和OFDM技术都具有较低的复杂度和有效的抗频率选择性衰落信道的优势, 是无线通信系统中均衡方面的较好解决方案[2]。但是, OFDM系统存在对定时误差、载频同步误差比较敏感, 而且具有较大的峰均功率比PAPR等问题, 直接影响了OFDM技术更大规模的应用前景。而基于频域均衡技术的单载波传输技术SC-FDE作为另外一种解决宽带无线通信系统中的码间干扰问题的方案, 有效地结合了OFDM和单载波传输的优点, 具有较强的克服频率选择性衰落的能力, 并克服了OFDM系统的不足[3]。
1 SC-FDE和OFDM技术
传统的时域均衡技术具有复杂度较高的缺点, 尤其应用在宽带无线通信系统则更加显著。作为具有低复杂度, 能有效抵抗频率选择性衰落传输技术的SC-FDE和OFDM技术, 是目前宽带无线传输研究的核心问题。
1.1 OFDM技术
OFDM系统结构如图1所示。从图1可以看出, OFDM系统主要由调制/解调模块、IFFT/FFT模块、循环前缀 (CP) 处理模块, 三个核心模块组成。在OFDM系统的发送端进行串/并转换, 在每个传输块前插入CP, 而加入CP是为了避免前一传输块和本传输块之间干扰的;在接收端, 去CP后, 所得到的传输块是发送信号与信道冲击响应循环卷积的结果, 因此可以利用FFT进行处理[4]。
OFDM技术作为一种克服选择性衰落的技术, 是将信道在频域上划分成多个子信道, 使每个子信道的频谱特性都近似平坦, 使得多个互相独立的子信道传输信号在接收机中予以合并, 以实现信号的频率分集, 从而克服在频域上多径信道呈现出频率选择性衰落。而且, 同时采用相互正交的子载波作为子信道, 具有较高的频谱利用率。
然而, OFDM技术在卫星通信系统中并不十分合适的主要原因之一就是严重的同步问题, 尤其当OFDM信号的子载波是来自于不同的用户。同时, OFDM信号具有相对高的PAPR值而需要更高的功率放大回退, 增加了用户端的功率需求。
1.2 SC-FDE技术
SC-FDE系统结构如图2所示。
根据图2可以分析出, SC-FDE在系统的组成上, 与OFDM具有相似的模块结构, 而唯一的不同即是在发端不进行频、时域的信号变换, 而在接收端进行均衡后, 再进行频、时域的信号变换。这样, 发送端的复杂度则极大的降低。而且, 在与OFDM性能相同的情况下, SC-FDE具有更低的算法复杂度。而且单载波系统避免了OFDM系统中较高PAPR的问题, 因此, 对用户功放的要求也更低。
图3是本文所考虑的宽带多媒体卫星系统场景, 即在广播/组播的情况下, 信息内容从网关传送给卫星。由于直视路径的中断, 在城区采用地面信号中继器来提供更大范围的覆盖, 而卫星的直视路径在乡村是不存在的。在本文中, 在受到严重的频率选择性衰落的情况下, 分析SC-FDE体制作为在卫星广播系统中采用MMSE均衡方式的性能。此种严重的信道情况是由于地面信号中继器引起的, 而中继器是用来进行信号的简单放大和再传输卫星信号的。我们采用具有大延时特性的信道模型, 并研究在这种长延时扩展的情况下, 接收端采用SC-FDE的误码率性能。
2 宽带卫星系统下行链路性能分析
2.1 卫星信道模型
所研究的卫星信道是线性信道, 可以通过FIR滤波器进行建模。Rician衰落信道描述的是信道中存在直射波分量, 接收信号是由直射波分量和散射分量叠加而成的一种情况。Rician衰落信道模型如图4所示。
2.2 下行链路性能分析
根据图2, 经过调制后的信号可以表示为Xn, 而后映射成K块。在发送端, 假设CP长度为L, 则经过CP插入模块后, 信号的长度为K+L, 用xn表示。假设在接收端有较好的同步实现, 则接收信号可以表示为:
Rn=h0xn+h1 xn -1+wn (1)
(2) 式中, wn为加性高斯白噪声。数组h0, h1的大小为K+L, h为信道的响应。
采用的星上功率放大器具有理想的线性特性[5], 所采用的HPA模型是Rapp’s模型, 关系式如下:
(2) 式中, Rn是信号的幅度, p为非线性的调谐量, 取值范围为2到3之间。
接收端在进行FFT变换之前, 将CP移除, 此时接收信号用rn表示, 均衡在频域依据MMSE法则进行。
系统中采用QPSK调制方式, FFT的大小为512, CP的长度为56, 编码类型为Turbo码, 则在理想的功率放大器工作的前提下, 分别采用SC-FDE和OFDM方式作为卫星通信系统下行链路均衡方式的误块率与信噪比的性能如图5所示。
从图5中可以看出, SC-FDE方式同OFDM相比具有更好的性能和更大的功率有效性, 且SC-FDE本身具有更低的复杂度, 更适合在宽带多媒体卫星系统的下行链路中采用。
3 结论
本文从分析具有低复杂度和较强抗频率选择性衰落的SC-FDE 和OFDM技术差异入手, 进行了下一代卫星通信系统采用SC-FDE技术作为下行链路均衡算法的性能分析, 并验证了SC-FDE在能够克服OFDM的不足的同时, 还具有更强的抗频率选择性衰落的能力。而且, 如果SC-FDE技术在频域均衡后与时域判决反馈均衡相结合, 可以增强系统抗多径干扰的能力。
无线通信技术更加需要卫星通信业务与地面通信相互补充。尤其对于很多发展中国家来说, 采用3G技术的卫星通信系统可大大的提高覆盖面积, 对为偏远地区提供远程服务及高速接入等多媒体业务有着更为普遍的意义。卫星通信产业与3G/4G技术相互融合将成为卫星通信发展的必然趋势。而如何在现有的卫星系统中, 更加合理有效的采用3G/4G的相关技术将是下一步值得研究的方向。
参考文献
[1] Tero O, Ramjee P. An overview of air interface multiple access for IMT-2000/UMTS. IEEE Communication Magazine, 1998:82—95
[2] ITU. Mobile next generation network. Evolution towards 4G. 2006 (6) :1—22
[3] Fisher D, Krinock J, Lee C C, et al.SC-FDE PHY layer system pro-posal for Sub 11GHz BWA (An OFDM Compatible Solution) .Pres-entation IEEE 802.16.3c-01/32, Mar, 2001
[4] Gusmao A, Torres P, Dinis R, et al.A turbo FDE technique for re-duced-CP SC-based block transmission systems.IEEE Transactions onCommunication, 2007;55 (1) :16—20
宽带移动通信的关键技术探讨 篇11
关键词：宽带移动通信；WLAN；CDMA多址接入；MIMO-OFDM
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0067-02
随着科技的进步，无线通信朝着宽带化、综合化、个人化和智能化的趋势发展。多媒体业务量的增加，对系统传输速率的要求也不断增加，但宽带无线通信的发展又受到无线频谱资源和无线环境中多径效应的限制，为此在无线通信产业快速发展的十年间，涌现出许多传输新技术和新方案，以确保宽带无线通信的传输质量，以下将探讨影响该领域的四类关键技术。
1 无线局域网WLAN与Wi-Fi
无线局域网络WLAN（Wireless Local Area Networks）是一种利用射频技术进行数据传输的系统，该技术是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸目的，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，实现无网线、无距离限制的通畅网络。WLAN允许在局域网络环境中使用可以不必授权的ISM（Industrial Scientific Medical）频段中的2.4GHz或5GHz射频波段进行无线连接。无线局域网拓扑结构基于IEEE802.11标准，广泛应用于家庭或企业的Internet接入。WLAN的802.11a标准使用5GHz频段，支持的最大速度为54Mbps，而802.11b和802.11g标准使用2.4GHz频段，分别支持最大11Mbps和54Mbps的速度。Wi-Fi主要采用WLAN协议中的802.11b协议，是一种无线联网的技术，其目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性，由Wi-Fi联盟所持有，该技术使用的是2.4GHz附近的频段，与蓝牙技术一样，WIFI技术同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。
2 UWB技术
超宽带UWB（Ultra Wideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10米左右的范围内实现数百Mbps至数Gbps的数据传输速率。由于UWB带宽很宽，因此系统容量大，传输速率高，系统抗干扰能力强。UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率，极大降低电磁辐射，对人体伤害小，能实现绿色通信。此外，低发射功率将大大延长系统电源工作时间，降低成本。它是无线电领域的一次革命性进展，将成为未来短距离无线通信的主流技术。
3 CDMA接入技术
3G的技术发展和商用进程是近年来全球移动通信产业领域最为关注的热点问题之一，目前国际上最具代表性的3G技术标准分别是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA属于时分双工（TDD）模式，是由中国提出的3G技术标准；而WCDMA和CDMA2000属于频分双工（FDD）模式，WCDMA技术标准由欧洲和日本提出，CDMA2000技术标准由美国提出。
码分多址CDMA（Code Division Multiple Access）是在扩频通信技术上发展起来的一种先进且成熟的无线通信技术，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。CDMA技术的原理是基于扩频技术，将需传送的具有一定带宽信息的数据，用一个远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号做相关处理还原信号，以实现通信。CDMA通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，它能较好地抗多径衰落，保密安全性高，且由香农定理知其可在容量和质量之间取舍，因此CDMA比其他系统有很大的优势。
3.1 系统容量大且配置灵活
理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4～5倍。CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，用户数的增加相当于背景噪声的增加，虽造成话音质量的下降，但对用户数并无限制，有效控制用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，就可以容纳更多的用户，并可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外，多小区之间可根据话务量的接收器和干扰情况自动均衡。
3.2 通话质量更佳
TDMA的信道结构最多只能支持4kb的语音编码器，它不能支持8kb以上的语音编码器。而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器，因此可以提供更好的通话质量。CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外，TDMA采用一种硬移交的方式，用户可以明显地感觉到通话的间断，在用户密集、基站密集的城市中，这种间断就尤为明显，因为在这样的地区每分钟会发生2～4次移交的情形。而CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。
3.3 组网成本低
CDMA技术通过在每个蜂窝的每个部分使用相同的频率，简化了整个系统的规划，在不降低话务量的情况下减少所需站点的数量从而降低部署和操作成本。CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。
4 MIMO-OFDM技术
未来宽带移动通信要求系统传信率达到10Gbps，因此传统单发单收天线将不能满足要求。实验表明增加收发天线数量可以提高系统容量，即MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）多天线系统，其信道容量随着天线数量的增大而线性增大，因此在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。空时码STC（Space Time Coding）则充分挖掘MIMO系统容量，是改善整个系统误码性能的有效手段。它根据信道特性，有效地综合了发送分集、接收分集、纠错编码和调制等技术，能够以较低的发送功率实现较高频谱效率的通信，可以达到逼近MIMO信道容量的性能，目前已有很多成熟的空时编码方案。
4.1 空时网格码（STTC）
STTC能同时取得全分集增益和很高的编码增益，因而具有很好的误码性能，但其检测复杂度随着发射天线数、频谱效率的增加而成指数级增加，因而很难应用到实际的多天线系统中。
4.2 空时分组码（STBC）
STBC构造简单，且检测复杂性仅随收发天线数、频谱效率的增加而线性增加，进而使得空时码的实际应用成为可能。虽然STBC仅能提供分集增益，只有很少或没有编码增益，而且不能像STTC那样通过提高状态数来改善误码性能，但是STBC因其简单的实现结构已被新一代通信标准。
4.3 全分集全速率（FDFR）空时码
FDFR可以有效解决传统正交空时码因为符号冗余而引起的频谱效率下降问题，同时能维持正交空时码的全分集误码性能，是一种适用于MIMO系统的高效空时编码传输方案。
在宽带移动通信系统中，多径效应引起的频率选择性衰落是信号传输过程中必须考虑的问题，而MIMO系统对抗频率选择性衰落能力差，为此需要结合其他数字调制技术实现宽带通信。正交频分复用技术OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是多载波调制的一种，它将信道分成若干正交子信道，将高速串行数据转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输，由于信道满足正交性使得调制后信道之间的干扰明显降低，但要求每个子信道上的信号带宽要小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除频率选择性衰落对信号的影响。MIMO-OFDM的结合可以很好地解决无线通信中的多径效应和频率选择性衰落对信号的影响，提高通信速率和通信质量。在向宽带4G移动通信演进的过程中，MIMO-OFDM是关键的技术之一，可进一步结合分集技术及智能天线技术提高信息传输速率。
宽带卫星通信系统 篇12
中频电力线宽带通信技术
电力线通信技术概述
电力线通信技术 (简称PLC) , 是指利用电力线作为通信介质进行数据传输的一种通信技术, 它是将所要传输的信息数据调制在适于电力线介质传输的低频或高频载波信号上, 并沿电力线传输, 接收端通过解调载波信号来恢复原始信息数据。根据通信频率的不同, 电力线通信分为电力线窄带通信和电力线宽带通信。电力线窄带通信使用的频率通常在3k Hz~500k Hz范围, 电力线宽带通信的使用频率通常在1MHz~100MHz范围。国内外在电力线通信方面的研究和应用都已经非常成熟, 主要应用于自动抄表、家居智能、室内互联、工业控制、宽带接入等领域, 其中在我国的用电信息采集领域的应用最为广泛。
中频电力线宽带通信
(1) 电力线信道特性分析。
电力线是为传输电力而不是为传输通信数据设计的, 其物理特性与常规的通信传输介质不同。根据不同的噪声源, 通常将低压电力线上的噪声分为5类:有色背景噪声、窄带噪声、与工频异步的周期性脉冲噪声、与工频同步的周期性脉冲噪声、随机脉冲噪声。低压电网的噪声总体上随着频率升高而衰减, 高频段 (小于2MHz) 的噪声强度要远远小于低频段 (10k Hz~450k Hz) 的噪声水平, 而且噪声特性由比较平坦的噪声和窄带干扰组成[4,5]。有很多方法可以克服窄带干扰, 正交频分复用 (OFDM) 技术因为能够有效地对抗多径传播、频率选择性衰落和窄带噪声干扰而受到电力线通信研究人员的重视。OFDM接近于Shannon定理极限值的频谱利用率也是其显著的优势, 即意味着在高频段可以取得较高的通信速率。
由于低压配电网结构的复杂性和负载的多样性与时变性, 高频信号在低压电力线上传输时必然会产生较大的衰减, 文献[6,7,8]的测量分析结果表明, 电力线上的信号衰减随频率增长有增加的趋势, 在某些频率, 衰减曲线会出现局部性峰值;随着传输距离的延长, 衰减幅值会迅速升高;负载越重, 信号的总体衰减越大。
M.Zimmermann和K.Dostert在1999年提出了电力线多径信道模型, 其研究方法和传输模型是电力线网络信道模型研究中普遍接受的[9,10]。其频率响应H (f) 为:
式中:i为路径的数量 (当拥有最短延迟时, i=1) ;N为信号能够到达接收机的路径数, 称为多径数;a0、a1为衰减参数;k为衰减因子的指数, 典型值在0.5~1之间;gi为路径i的加权因子, 一般而言, 它被认为是有关反射和传输因子的混合, |gi|≤1;di为路径i的长度;τi为路径i的延时 (其中, 光速c0=3×108m/s) ;εr为绝缘体的电介质常数, εr=ε/ε0 (其中, ε0=8.85×10-12 F/m) 。
(2) 提高电力线通信可靠性的研究。
电力线信道的时变性、频率选择性, 以及信号衰减大、时变的强噪声等固有特点成为电力线通信技术实现可靠通信首要考虑的问题。为提高电力线通信的可靠性, 国内外主要进行三方面的研究: (1) 物理层:从分析电力线噪声、信号衰减、电网阻抗匹配等特性入手, 研究减少信道衰减、减小电网噪声影响、快速信道估算与建模、高可靠性的信号调制/解调方法等; (2) 数据链路层:从信道编码和介质访问控制 (Media Access Control, MAC) 控制等角度; (3) 网络层:从组网路由 (中继) 方法的角度来提高电力线通信网络层面的可靠性[9]。
(3) 中频带电力线宽带通信。
电力线宽带通信的使用频率范围较宽, 根据国内外对电力线信道特性的研究成果及在国内大量现场应用的测试结果, 在2MHz~12MHz频段范围内信道噪声相对较小, 对同样长度的电力线, 其衰减相对12MHz以上频段更少。在技术实现的复杂度上, 10MHz的带宽相比国外常见的28MHz或30MHz带宽要小得多, 降低了技术复杂度, 因而成本也可下降。在满足应用需求方面, 用电信息采集是电力线通信应用最多的领域, 由于其数据量较小, 因此通常1Mbit/s以上的通信速率足可以满足相关应用要求。综上, 使用2MHz~12MHz的中频带作为电力线宽带通信物理频段, 同时采用OFDM调制技术, 最高物理层通信速率10Mbit/s的中频带电力线宽带通信综合考虑了电力线信道特性、技术实现复杂度、现场应用需求等多方面的因素, 可实现通信可靠性、信道适应性、成本等综合最优化。
基于中频电力线宽带通信的用电信息采集系统
系统结构
用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统, 实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能[11]。用电信息采集系统主要由主站层、远程通信信道层、采集终端层三层构成, 系统结构图见图1。
主站层由数据库服务器、应用服务器、前置服务器、工作站、防火墙以及相关的网络设备组成, 主要完成业务应用、数据采集、控制执行、前置通信调度、数据库管理等功能。远程通信信道层用于系统主站与采集终端之间的数据通信, 包括光纤专网、无线专网、无线公网等。采集终端层主要完成本地数据采集, 包括现场采集终端及计量设备, 如集中器、采集器以及智能电能表等[12,13,14,15]。基于中频电力线宽带通信的用电信息采集系统可采用宽带载波集中器+宽带载波电能表的全载波方式、宽带载波集中器+宽带载波集中器+485电能表的半载波方式和宽带载波集中器+宽带载波电能表+宽带载波采集器+485电能表的混合载波方式进行本地通信组网。
集中器通信单元
集中器通信单元主要完成集中器与宽带载波电能表或宽带载波采集器的通信。SG5000芯片是国内首款自主知识产权的中频电力线宽带载波通信芯片, 主要面向电力远程抄表及智能家居应用。SG5000应用于集中器端, 主要由ARM CPU子系统、基于OFDM通信的MAC和PHY、模拟前端等功能部分组成, 同时集成了SPI、UART、GPIO以及以太网MAC等外围接口。基于SG5000的集中器通信单元原理框图见图2。
SG5000芯片通过模拟信号接口, 经过滤波电路、线路驱动器以及耦合电路, 实现电力线通信信号的发送和接收, 通信单元的主要指标包括:物理层速率大于10Mbit/s, 应用层速率大于2Mbit/s;工作频率范围2MHz~12MHz, 支持频率扩展;采用OFDM技术, 子载波支持BPSK、QPSK、8/16/64QAM调制;支持FEC和CRC校验功能, 强大的去噪和纠错能力;支持TDMA和CSMA/CA, 提供冲突避免机制;支持自动快速组网, 支持终端个数大于1000个;支持自动中继, 最大可支持8级中继;支持集中器级联和跨台变识别、避免串扰;支持SNMP网管协议, 可远程管理和在线升级等。
电能表通信单元
宽带载波电能表通信单元主要完成宽带电能表与集中器之间的通信。SG3000芯片是一款高性能中频电力线宽带通信芯片, 用于采集器、中继器及电能表侧, 主要由ARM CPU子系统、基于OFDM通信的MAC和PHY、模拟前端等组成, 同时集成了SPI、UART、GPIO等外围接口。基于SG3000的电能表通信单元原理框图见图3。
SG3000芯片通过模拟信号接口, 经过滤波电路、线路驱动器以及耦合电路, 实现电力线通信信号的发送和接收, 通信单元的主要指标包括:物理层速率大于10Mbit/s, 应用层速率大于2Mbit/s;工作频率范围2MHz~12MHz;采用OFDM技术, 子载波支持BPSK、QPSK、8/16/64QAM调制;支持FEC和CRC校验功能;支持TDMA和CSMA/CA, 提供冲突避免机制;支持自动快速组网;支持SNMP网管协议, 可远程管理和在线升级等。
中频电力线通信在用电信息采集系统应用测试
实验室测试
为验证中频电力线宽带通信在用电信息采集系统的应用性能, 在国家电网公司电力线通信应用技术实验室搭建了2个宽带载波集中器+200个宽带载波电能表节点的测试环境, 对系统在200个节点规模下的抄收时间、抄收成功率、单点入网时间、多台区串扰、全网升级等性能进行了测试。测试拓扑结构见图4。
(1) 单台区抄表时间测试。单台区抄表时间测试主要评估在设备安装完成及电力线通信网络上电稳定后, 完成单个台区抄表所需时间, 其测试方法如下: (1) 1个集中器 (含宽带载波集中器模块) 、200个电能表 (含宽带载波电能表模块) 全网上电, 等待组网完成。 (2) 启动集中器以轮抄方式 (按Q/GDW 1376.2规约, 逐个电能表逐个数据量抄收) 进行全网抄表, 抄收日冻结时间、日总冻结电量、正向有功电能示值3个数据量, 记录抄收成功率及全部电能表抄收完成时间。 (3) 由于电力线宽带通信设备的通信速率较快, 其能够支持多个电能表同时并发抄收并且支持多数据帧同时传送。为优化抄收速率, 启动集中器以并发多帧的方式 (并发数5, 多帧数3) 进行全网抄表, 抄收日冻结时间、日总冻结电量、正向有功电能示值, 记录抄收成功率及全部电能表抄收完成时间。 (4) 反复测试3次。测试结果见表1。
由以上结果可看出, 中频电力线宽带通信方式下轮抄每个数据项的平均抄收时间仅为0.752s, 与现有的窄带电力线通信方式下轮抄平均所需的2s相比 (通过相同环境对比测试得出) , 采集速率提升了1.5倍以上。而如果在同样的硬件条件下, 软件实现上采用并发多帧的方式, 每个数据量抄收耗时平均仅需0.096s, 相比现有宽带的轮抄方式采集速率提升了6倍多, 相比窄带电力线通信方式下轮抄所需的2s采集速率提升了近20倍。
(2) 单点入网时间测试。单点入网时间测试主要评估当实施现场新增一个宽带载波电能表并上电时, 其入网所需的时间, 测试方法如下: (1) 将1个集中器和10个宽带载波电能表上电。 (2) 打开软件网管标签, 不断刷新拓扑直到刷回最后一个电能表拓扑图, 确认全网组网优化完成。 (3) 新增一个电能表, 观察新增电能表是否入网, 记录入网时间。 (4) 使用3个不同电能表测试3次。 (5) 将1个集中器和200个宽带载波电能表上电, 重复步骤 (2) ~ (4) 。
单点入网时间测试结果见表2。
由以上结果可看出, 在现有10个电能表节点规模的条件下, 新增电能表入网平均仅需9.4s;而在现有200个电能表节点规模的条件下, 新增电能表入网平均仅需12.1s, 与相关规范定义的3min内完成入网要求相比, 其入网时间均非常短暂, 可满足快速适应变化的需求。
(3) 多台区串扰测试。多台区串扰测试主要模拟实际应用中多台区存在信号串扰的情况, 测试在2个相邻台区存在电力线通信干扰的环境下, 集中器正常抄表业务的运行情况。测试方法如下: (1) 如图4所示, 2个集中器同时放置在空气断路器1之后, 向集中器A和集中器B分别添加不同的100个电能表, 全网上电。 (2) 组网及优化标志完成后, 2个集中器同时运行抄表业务, 记录抄表平均延时及成功率。 (3) 2个集中器分别独立运行抄表业务, 记录各自抄表延时和成功率。多台区串扰测试结果见表3。
由以上结果可看出, 中频电力线宽带通信方式下相邻集中器节点即使存在电力线通信上的干扰, 仍能够相互不影响正常抄表业务的开展。
(4) 全网升级测试。全网升级测试主要模拟在实际应用中需要进行的设备软件升级、调试活动。主要测试全网同时进行升级的成功率及平均耗时, 测试方法如下: (1) 准备不同版本号的宽带载波集中器模块和电能表模块软件版本。 (2) 组网完成后, 使用宽带载波测试软件进行全网升级, 计算升级成功率及平均升级耗时。 (3) 重复测试3轮。全网升级测试结果见表4。
由以上结果可看出, 中频电力线宽带通信方式下能够很好地支持在线升级功能且能够在较短的时间内完成设备的软件升级。
现场测试
针对不同类型的台区, 为验证中频电力线宽带通信在用电信息采集系统的应用效果, 在多个地方选取城市密集高层居民型、城乡结合部型、农网等典型台区进行试点安装和现场测试, 测试结果见表5。
从各典型台区的现场安装试点应用效果看, 无论是城市密集高层居民型、城乡结合部台区还是农网台区, 无论是全载波方式、半载波方式还是混合载波方式, 基于中频电力线宽带通信的用电信息采集系统都取得了令人满意的效果。
结束语
用电信息采集系统的建设和应用需要实时、可靠的通信技术作为支撑。根据中频电力线宽带通信的通信带宽特点, 本文提出了通过多个节点并发同时抄表和多帧同时传送的途径以有效提升抄表速度, 在实验室环境的测试中验证了可有效提升达6倍多。其基于现有规约进行扩展并有效提升抄表速度, 能够在不增加硬件投资的情况下对增强用电信息采集的实时性起到很好作用。对中频电力线宽带通信技术的合理有效使用, 将大大提升当前用电信息采集系统信道的实时性和互动性。
中频电力线宽带通信技术由于其通信速率高、实时性强、可靠性高等特点, 既满足当前用电信息采集系统的建设和应用需求, 又可为未来智能电网双向互动提供技术支撑, 为电力企业营销服务手段的拓展提供了有力保障。