[發明專利]基于高空平臺半再生式信號處理的移動通信系統及方法

有效

• 申請號: 201010227252.X
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN102065032A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 孫德春;汪俊;易克初;田斌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03;H04B7/26
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及數據傳輸與交換，特別是一種基于高空平臺的移動通信系統，可用于構建位于平流層內的低復雜度高空平臺蜂窩網移動通信系統。

背景技術

基于高空平臺的無線通信系統是目前國際上正處于研究階段的新型通信系統。高空平臺的載體主要有系留氣球和飛艇兩種，前者的高度一般在10Km以下，后者一般位于20Km～50Km高空的平流層。平流層空氣稀薄，其密度約為海平面的百分之幾，浮力很小，但氣流比較穩定，且風切較小，是比較理想的部署高空懸停飛艇的空域。

與同步衛星到地面距離相比，平流層平臺到地面的距離縮短為1/1700，因此其傳輸延遲相對縮短為1/1700，而自由空間衰減相對減少64.6dB，這非常有利于通信終端的小型化、寬帶化。與地面蜂窩網移動通信系統相比，雖然基于平流層平臺的蜂窩網移動通信系統的傳輸距離增大十多倍，但是其信道條件大大優于地面蜂窩網系統，其鏈路衰減大約為20dB/10倍程，而地面蜂窩網系統的鏈路衰減為50dB/10倍程，因此如果高空平臺系統中的終端具有與地面TD-SCDMA系統終端相同的發送功率，則在不考慮天線增益的情況下，這樣的終端發送功率完全適用于高空平臺系統。在天線增益方面，高空平臺系統采用多波束天線可以獲得20～30dB的增益，與地面TD-SCDMA系統的智能天線技術的增益相當。綜合信號衰減和天線增益這兩方面的因素可知，地面TD-SCDMA系統終端的功率水平完全適用于高空平臺系統，這一特性為這兩種系統的部分兼容提供了基本保證。高空平臺既適用于城市作為地面移動通信系統的有效補充，也可用于海洋、山區等地面移動通信系統不便部署的地區，還可以迅速轉移，用于戰場區域或者發生自然災害地區(如洪水、山火)的監測和通信。從長遠來看高空平臺通信系統還有可能成為除地面移動通信系統和衛星通信系統之外的第三種無線移動通信系統。

平臺支持的移動通信系統在機動性和廣域覆蓋方面，相對于地面蜂窩網移動通信系統具有顯著優勢，而且在建設成本、業務質量等方面也明顯優于衛星移動通信網，因此具有很好的發展前景，受到了國內外的廣泛關注。目前日本、美國、歐洲等國家和地區已對高空平臺通信系統進行了較多的研究，日本計劃以數十個高空平臺覆蓋國土全境，實現高空無線通信系統。美國Sky?Station?International公司建議用兩百多個高空平臺組成一個環繞全球的網絡，構成一個空中互聯網，容納15億個電話用戶，實現價格低廉的全球通信。在該領域的研究已有不少成果，在頻率資源的分配和業務類型的定位方面已形成了一些國際規范，工作在Ka頻段的系統主要支持固定站的寬帶無線接入，工作在S頻段的系統兼容第三代(3G)蜂窩網移動通信系統，這兩類業務已形成共識。申請人正是針對后一種情況，并考慮到我國3G移動通信主要采用有自主知識產權的TD-SCDMA國際標準，因此盡可能兼容TD-SCDMA國際標準。

目前，基于高空平臺的移動通信系統的發展，除了高空平臺載體本身的技術尚未完全突破外，從通信設備和通信體制來看主要面臨三個問題：

1)高空平臺資源有限和系統通信容量需求很大之間存在矛盾；

2)如何與地面移動通信系統進行兼容；

3)如何保證系統的服務質量。

由于高空平臺支持的移動通信系統覆蓋范圍很寬，通信容量需求很大，必須采用多波束天線技術，才能實現很大的用戶容量，例如100個波束覆蓋下支持7,000個用戶同時通信。如果對每一個波束內的用戶數據都進行解調譯碼等操作，則實際相當于將大量基站搬移到高空平臺上，此時多個基站的體積、重量和功耗勢必對高空平臺的有效載荷能力及供電能力提出非常高的要求。在這種情況下平臺上資源有限和用戶容量需求很大之間存在矛盾，而且是主要矛盾，它是該領域研究的核心課題和主要難點。

高空平臺移動通信系統的重要應用目標是作為3G地面蜂窩網移動通信系統在地域覆蓋上的補充，因此它的終端必須與已有的地面移動通信網兼容或部分兼容，才能真正發揮其效益。這種兼容是高空平臺系統遇到的另一個難題，因為與地面蜂窩網相比，高空平臺移動通信系統中的用戶鏈路的傳輸距離大得多，鏈路預算和傳輸時延都會成為問題。

高空平臺移動通信系統的覆蓋范圍相當大，需要具備支持大量用戶進行通信的能力。在其所支持的業務中，實時話音和實時視頻業務可能占有很大比重，因此在高空平臺上要進行大規模的用戶數據交換，同時要能夠滿足業務的實時要求，即提供服務質量QoS保證。如果使用分組交換技術，則由于其交換路徑的非單一性，會導致較大的時延抖動，從而無法為實時業務提供較好的QoS保證。

發明內容