1、引 言 　　

        單路單載波(SCPC)是頻分多址(FDMA)的一種，即每一話路使用一個載波。信道的按需分配方式(DAMA)是指所有的信道歸各站所公有，信道的分配是根據(jù)各地面站提出的申請而臨時決定。SCPC／DAMA因為是在每一載波上只傳輸一路話（或相當(dāng)于一路話的報或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)），當(dāng)沒有話音信號時，可以利用話音開關(guān)，關(guān)閉所有載波，有話音信號時才發(fā)射載波，從而可以大大節(jié)約衛(wèi)星功率。：又由于DAMA可以提高信道利用率，使用比較靈活。所以，在每站的通信容量較小，通信地址數(shù)較多的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，使用這種方式是非常有利的。

　　但是，這種SCPC／DAMA方式有一個重要缺點是產(chǎn)生互調(diào)干擾。產(chǎn)生互調(diào)干擾的主要原因是：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的行波管放大器在同時放大多個不同頻率的信號時，由于它的輸入輸出特性的非線性，使輸出信號中出現(xiàn)各種組合頻率成分。這種現(xiàn)象不但影響了通信質(zhì)量，而且浪費了衛(wèi)星的功率。為了避開這些干擾頻率，有些頻帶便不得不禁止使用，因而又造成了衛(wèi)星頻帶的浪費。另外，如果被放大的各個載波信號強度不同時，還會發(fā)生強信號抑制弱信號的現(xiàn)象，使弱信號大大削弱，以致無法為對方地面站所接收。由此可見，為了有利于發(fā)射功率不同的大小站兼容，需要確定出系統(tǒng)的最佳或準(zhǔn)最佳信道分配方案。

　　本文首先利用SCPC的特點，推導(dǎo)出SCPC移動衛(wèi)星系統(tǒng)中互調(diào)干擾功率譜的一種快速計算方法；然后通過對四種信道分配方法的比較，給出了SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道最佳分配方法；最后對一個具體的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，確定出其最佳的信道分配方案。

　　2、三階互調(diào)功率譜的快速計算

　　為了簡化分析計算的過程，必須運用如下三個重要結(jié)論：第一，對等幅互調(diào)的分析表明，三階互調(diào)顯著地大于五階互調(diào)，因而五階互調(diào)可以忽略不計；對于 不等幅載波的情況，只要它們之間幅度相差不大(例如不超過一個數(shù)量級)，此結(jié)論仍然成立。第二，有兩種三階互調(diào)物： (fi+fj+ fk)型和(2 fi- fk)型，前者的功率電平比后者高6dB。第三，如果載波中沒有主載波，即沒有一個載波的功率超過總輸入功率的10％，那么互調(diào)產(chǎn)物的功率同各載波的電平成比例。

　　通過采用快速付立葉（FFT）計算，避免了計算單個互調(diào)載波的功率，使得運算速度大為加快，并且得出計算時間與載波數(shù)幾乎無關(guān)，一次計算就能得到所有信道上的互調(diào)功率。

　　3、四種信道分配方法的比較

　　在計算出三階互調(diào)功率之后，需要在此基礎(chǔ)上確定出信道分配的具體方法，使得被分配的信道無三階互調(diào)干擾或所受的三階互調(diào)干擾影響最小。下面通過對四種信道分配方法的比較，得出SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道分配的最佳方法。

　　3．1 無三階互調(diào)信道排列法

　　尋求無三階互調(diào)信道分配方案的問題，相當(dāng)于尋求具有不同元素的一個簡單的差分三角形。

　　定理：設(shè)有L個連續(xù)信道N個載波的SCPC衛(wèi)星通信系統(tǒng)，載波被分配在信道的中間位置(N＜L)。那么在分配的信道上消除三階互調(diào)產(chǎn)物的充要條件是：這些分配信道的差分三角形具有不同的元素。

　　推論：如前所述，對于SCPC衛(wèi)星通信系統(tǒng)尋求無三階互調(diào)信道分配方案的問題，相當(dāng)于尋求一個具有不同元素的唯一的差分三角形的數(shù)學(xué)問題。

　　3.2　最小互調(diào)信道排列法

　　(1)單電平載波的基本刪除／插入法

　　定義最差載波為受到互調(diào)干擾最大的具體載波。在基本刪除／插入法中，首先要給出初始信道分配，然后再對它進(jìn)行刪除運算和所得插入運算。進(jìn)行刪除運算時，刪除一個載波，使所得信道分配的最差載波的互調(diào)干擾下降最大。進(jìn)行插入運算時，在當(dāng)時信道分配的末使用頻隙中插入一個附加的載波，使所得信道分配的最差載波的互調(diào)干擾量增加最少。不斷地進(jìn)行刪除／插入運算和插入／刪除運算，直到最差載波中的互調(diào)干擾不能進(jìn)一步減少為止。

　　顯然，假定的初始信道分配對最終獲得的準(zhǔn)最佳方案影響很大。為了減小其影響，可以在經(jīng)過最佳化試驗后，對所得的信道分配進(jìn)行修改，把最差的兩個或三個載波移到受到互調(diào)干擾量較小的未使用頻隙中去；再用經(jīng)過修改的信道分配作為初始信道分配，進(jìn)行另一次最佳化試驗。通常經(jīng)過幾次最佳化步驟運算之后，便可得到最佳分配方案。

　　這種方法的一次刪除和一次插入運算流程分別如圖1和圖2所示。

　　(2)單電平載波的改進(jìn)刪除／插入法

　　在改進(jìn)刪除／插入法中，基本工作方式仍然是載波的刪除和插入。但刪除運算改為刪除最差占用信道中的載波，即最劣載波。插入運算改為在受互調(diào)干擾最小的空閑信道直接插入載波。在給定的初始分配基礎(chǔ)上，交替進(jìn)行刪除和插入運算，直到分配結(jié)果不再改變，便得到準(zhǔn)最佳方案。

　　(3)多電平載波的刪除／插入法

　　在多電平系統(tǒng)中，盡量增大載波的最劣C／IM(載波互調(diào)功率比)比盡量減小最劣載波中的互調(diào)干擾量還要重要。因而，對此系統(tǒng)要導(dǎo)出C／IM最大的信道分配方案。這種方法首先根據(jù)載波的電平，將載波分組，然后通過禁用頻帶分離各組，再重復(fù)調(diào)整帶寬大小，最后得到準(zhǔn)最佳方案。

　　在置初始分配時，將高電平載波放在轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的兩側(cè)，而低電平載波放在頻帶中間。這種安排方式將會使一些互調(diào)干擾落到轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶之外，那么最小的C／IM將增加。

　　3．3 信道的動態(tài)最佳分配

　　動態(tài)分配是指能夠根據(jù)用戶的申請，實時地搜索出最佳信道分配給用戶。因而動態(tài)最佳分配的原則是：分配給新載波的信道，應(yīng)使得系統(tǒng)原有使用載波上增加的互調(diào)干擾量最小。

　　(1)單電平系統(tǒng)的信道動態(tài)分配

　　對于單電平系統(tǒng)首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計時最多的載波數(shù)和信道數(shù)，利用改進(jìn)的刪除／插入法，進(jìn)行準(zhǔn)最佳排列，將得到的最佳化分配方案中的信道作為動態(tài)分配的許用信道。然后計算這些許用信道上的互調(diào)量，將最劣載波所在的信道作為刪除信道，并記錄其序號和信道號。反復(fù)進(jìn)行上述過程，直到許用信道全部刪除或剩余的許用信道上不再有互調(diào)干擾為止。在獲得許用信道的序號后，信道分配的算法為最先刪除的信道最后分配。

　　(2)多電平系統(tǒng)的信道動態(tài)分配

　　多電平系統(tǒng)首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計時確定的電平數(shù)和每種電平的載波數(shù)，利用刪除／插入法進(jìn)行準(zhǔn)最佳排列，將準(zhǔn)最佳排列方案中的信道作為許用信道。然后從最低電平開始，尋找每種電平載波的最劣信道，將其刪除，并記錄信道號和序號。反復(fù)進(jìn)行上述過程，直到許用信道全部刪除或剩余的許用信道上不再有互調(diào)干擾為止。．在獲得每種電平載波的許用信道分配次序后，信道分配的算法為最先刪除的信道最后分配。

　　3．4 四種信道分配方案的比較結(jié)果

　　無互調(diào)信道分配方案所需要的帶寬比需要的最小帶寬要寬得多。例如，20載波時約為14倍的帶寬，30載波時約為23倍的帶寬。因而，這種方法對帶寬利用率來講，效率很低，不能在實際中進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

　　基本的刪除／插入法，其基本思想是交替刪除和插入載波，直到分配方案的質(zhì)量沒有更大的改進(jìn)為止。雖然這種方法對于載波數(shù)和信道比較少的情況是實用的，但是對于載波數(shù)和信道數(shù)比較多的情況，由于在刪除和插入過程中，需要大范圍搜索，因此需要太長的計算時間。所以這種方法不適用于具有大數(shù)目的載波和信道的系統(tǒng)。

　　改進(jìn)的刪除／插入法，即使對于大數(shù)目的載波和信道，也只需很短的計算時間。我們可以對基本的和改進(jìn)的刪除／插入法作一個粗略的比較估算。假設(shè)這兩種方法為了得到一個分配方案需要相同數(shù)目的重復(fù)。在改進(jìn)的刪除／插入法中，每次重復(fù)互調(diào)量只計算兩次，一次是刪除，一次是插入。而在基本的刪除／插入法中，每次重復(fù)互調(diào)量需計算(N—1)次，刪除過程中互調(diào)量需計算(K—2)次，插入過程中互調(diào)量需計算(N—K十1)次。其中，N為信道數(shù)，K為載波數(shù)。那么在所有其他的因素都相同的情況下，改進(jìn)的刪除／插入法所需的計算時間只是基本的刪除／插入法所需計算時間的2／(N—1)。因此，對于具有大數(shù)目載波和信道的系統(tǒng)，改進(jìn)的刪除／插入法是適用的。

　　但是，對于SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，因為工作的載波數(shù)目是經(jīng)常變化的，所以這種動態(tài)變化的情況，不能使用以上三種方法。對于SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，只能使用動態(tài)的信道最佳分配方法，才能得到實時的信道最佳分配方案。

　　4、一個具體的SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的最佳信道分配方案

　　現(xiàn)有一個工作于特高頻段(UHF)的SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，星上共有4個帶寬為1．2MHz的轉(zhuǎn)發(fā)器，那么以5kHz作為信道的基本間隔，共可以提供：1200／5Х4＝960個單向信道。

　　本衛(wèi)星通信系統(tǒng)配置了中央站、固定站、車載站、船載站、機載站和背負(fù)站等6種站型共240個。各站按照接收時的品質(zhì)因素G／T分為：1類站(G／T≥一12dB／K)，2類站(一12dB／≥G／T≥-21dB／K)，3類站(-21dB／K＞G／T)。經(jīng)過鏈路計算得出：給一類站發(fā)射信號的發(fā)送站的輸出功率為10．3dBW，二類站其發(fā)送站的輸出功率為18．5dBW，三類站其發(fā)送站的輸出功率為22dBW。因此本系統(tǒng)具有三種功率電平。

　　在這個SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)上，對于各站的隨機申請，4個轉(zhuǎn)發(fā)器的信道是順序分配的，即假設(shè)有K個用戶進(jìn)行信道申請，則在4個轉(zhuǎn)發(fā)器中各分配給用戶K／4個信道。在每一個轉(zhuǎn)發(fā)器中，則又是隨機地分配空閑的信道。仿真結(jié)果顯示4個轉(zhuǎn)發(fā)器的960個單向信道最多只利用了40至45個，信道利用率非常低。因此，提出合理的信道分配方案，具有重要的實際意義。

　　在對幾種信道分配方法比較的基礎(chǔ)上，確定運用信道動態(tài)最佳分配方法，來得到本系統(tǒng)的信道最佳分配方案。但還有一個問題需要解決，即在單個轉(zhuǎn)發(fā)器中使用等電平排列還是混合電平排列。

　　對本系統(tǒng)而言，單個轉(zhuǎn)發(fā)器中采用混合電平排列的方案更為合適。因此，可采用多電平系統(tǒng)信道動態(tài)最佳分配方法。本系統(tǒng)有240個載波，3種電平，每種電平80個載波。采用混合電平排列，滿負(fù)荷情況下在4個轉(zhuǎn)發(fā)器中平均分配，則在每個轉(zhuǎn)發(fā)器中有3種電平，每種電平有20個載波。三種電平的相對值分別為0dB、4dB和6dB。我們運用上述方法編制了一個實用的程序FASTSC。表3給出了本系統(tǒng)信道分配的最佳方案。

　　5、結(jié) 論

　　本文從研究SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道分配的基礎(chǔ)——三階互調(diào)功率譜的計算著手，推導(dǎo)出三階互調(diào)功率譜的快速算法。在對四種信道分配法進(jìn)行比較之后，確定了適合于SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道動態(tài)最佳分配方法，并運用這種方法得到一個具體的SCPC／DAMA移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道動態(tài)最佳分配方案。本文所使用的信道動態(tài)最佳分配方法具有如下特點：1)能夠比較充分地利用轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬，提高了頻帶利用率。2)提高了計算速度，對于具有大數(shù)目載波和信道的系統(tǒng)，節(jié)省了相當(dāng)大的計算時間。3)對于按需分配的系統(tǒng)能夠?qū)崟r地提供信道最佳分配方案，從而有效地利用衛(wèi)星的信道資源。