1.7 卫星移动信道传播特性研究的意义

在卫星移动通信系统的研究过程中，一个必要的工作是针对信道传播特性的研究。因为要实现信息的可靠传输，在卫星移动通信系统的规划设计阶段必须针对信道传播特性选择与之相适应的各种通信技术，如调制方式、多址方式、信道/信源编码方式以及功率控制技术等，同时通过信道模型可以方便仿真、验证各种通信技术的实用性和有效性。

在卫星移动通信中，不同种类的无线电波收发终端形成了不同种类的无线电波传输链路。这些在不同种类链路上传输的无线电波由于频率和传输环境不同，会表现出各种不同的特点。综合起来，卫星移动通信系统按链路特点主要包括以下几种类型的无线电波传输链路[23]。

①移动链路也称为用户链路，是指卫星移动通信终端与卫星间的链路。

②馈线链路1，是指地面固定设施（包括关口站、卫星测控和网络操作中心等）与非GEO卫星间的链路。

③馈线链路2，是指地面固定设施与GEO卫星间的链路。

④星际链路，是指卫星之间的链路。

在链路①和链路②中，由于收发终端之间存在较大相对运动，因而无线电波的传播比较复杂，尤其是多径现象比较严重。在链路③中，收发终端之间相对静止，收发终端之间的直视路径起主要作用，接收的信号强度起伏不大，无线电波的传播相对简单。在链路④中，电波的传输环境是地球周围的空间，收发终端之间除直视路径外，几乎不存在其他路径，仅存在由收发终端相对运动引起的多普勒频移。因而链路④较链路①、②、③更稳定可靠。通常，链路①的信道特性是传输路径中的关键，也最复杂，它将限制整个通信系统的性能。本书主要针对链路①的电波传播特性进行研究。

在卫星移动通信中，所有的信息都要通过无线信道来传播。图1-12所示的是简易的数字无线通信系统结构原理。通常，狭义的无线信道是指图1-12中的无线传播环境，这也是早期无线信道传播特性研究中所关注的部分。随着研究的深入，人们又把发射天线和接收天线归入信道的范畴，称之为广义无线信道（图1-12中虚线框部分），这为分析天线对系统性能的影响带来方便。无线信道不如有线信道那样固定并可预见，而是具有很大的随机性，特别难以准确分析。为了有效地预测、验证卫星移动通信系统，以及对系统后端信号处理技术进行设计、验证，应对卫星移动信道传播特性进行准确的建模与分析。

图1-12 简易的数字无线通信系统结构原理

一般说来，无线信道在以下几个方面对卫星移动通信系统产生影响。首先，在一个确定区域内无线信号平均功率的分布状况，这是保证系统可靠传输的基本要求。信号功率应满足链路要求，但也不能太强，以避免对其他用户、其他覆盖区域产生干扰。同时在某些情况下，如在信号功率快速起伏的频率选择性衰落信道中，即使在短距离内无线链路可靠，功率分布的一些高阶统计量也将对系统产生重要影响。其次，即使信号功率在通信系统中足够大，通信质量也可能很差，这是因为信号穿过有丰富散射物的移动环境所致。再次，由于卫星和移动终端之间的相对运动形成了多普勒频移。这样由于多径衰落、阴影衰落和多普勒频移等现象的存在，卫星移动通信系统的传输速率和通信质量都会受到卫星移动信道的制约。因此，只有在充分研究所设计系统的卫星移动信道特性后，才能采用与之相适应的各种物理层通信技术，如最佳的调制方式、编码方式以及均衡器的设计等，从而充分挖掘系统容量，并进一步优化系统性能。综上所述，信道传播特性和模型的研究对于卫星移动通信系统的设计是必不可少的。只有在充分、细致地分析各种环境下的信道传播特性之后，才能设计出可靠、性能优良的卫星移动通信系统。