1、引 言 　　

        單路單載波(SCPC)是頻分多址(FDMA)的一種,，即每一話(huà)路使用一個(gè)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(qǐng)而臨時(shí)決定,。SCPC／DAMA因?yàn)槭窃诿恳惠d波上只傳輸一路話(huà)（或相當(dāng)于一路話(huà)的報(bào)或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）,，當(dāng)沒(méi)有話(huà)音信號(hào)時(shí)，可以利用話(huà)音開(kāi)關(guān),，關(guān)閉所有載波,，有話(huà)音信號(hào)時(shí)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(dòng)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(gè)重要缺點(diǎn)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(shí)放大多個(gè)不同頻率的信號(hào)時(shí)，由于它的輸入輸出特性的非線性,，使輸出信號(hào)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(fèi)了衛(wèi)星的功率,。為了避開(kāi)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(fèi),。另外,，如果被放大的各個(gè)載波信號(hào)強(qiáng)度不同時(shí)，還會(huì)發(fā)生強(qiáng)信號(hào)抑制弱信號(hào)的現(xiàn)象,，使弱信號(hào)大大削弱,，以致無(wú)法為對(duì)方地面站所接收。由此可見(jiàn),，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(diǎn),，推導(dǎo)出SCPC移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)中互調(diào)干擾功率譜的一種快速計(jì)算方法,；然后通過(guò)對(duì)四種信道分配方法的比較，給出了SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道最佳分配方法,；最后對(duì)一個(gè)具體的移動(dòng)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(jì)算

　　為了簡(jiǎn)化分析計(jì)算的過(guò)程,，必須運(yùn)用如下三個(gè)重要結(jié)論：第一，對(duì)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(jì)；對(duì)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(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)),，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(méi)有主載波,，即沒(méi)有一個(gè)載波的功率超過(guò)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(guò)采用快速付立葉（FFT）計(jì)算,，避免了計(jì)算單個(gè)互調(diào)載波的功率,，使得運(yùn)算速度大為加快，并且得出計(jì)算時(shí)間與載波數(shù)幾乎無(wú)關(guān),，一次計(jì)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(jì)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(wú)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(guò)對(duì)四種信道分配方法的比較,，得出SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道分配的最佳方法,。

　　3．1 無(wú)三階互調(diào)信道排列法

　　尋求無(wú)三階互調(diào)信道分配方案的問(wèn)題，相當(dāng)于尋求具有不同元素的一個(gè)簡(jiǎn)單的差分三角形,。

　　定理：設(shè)有L個(gè)連續(xù)信道N個(gè)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(duì)于SCPC衛(wèi)星通信系統(tǒng)尋求無(wú)三階互調(diào)信道分配方案的問(wèn)題,，相當(dāng)于尋求一個(gè)具有不同元素的唯一的差分三角形的數(shù)學(xué)問(wèn)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(duì)它進(jìn)行刪除運(yùn)算和所得插入運(yùn)算。進(jìn)行刪除運(yùn)算時(shí),，刪除一個(gè)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(yùn)算時(shí),，在當(dāng)時(shí)信道分配的末使用頻隙中插入一個(gè)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(yùn)算和插入／刪除運(yùn)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(duì)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(guò)最佳化試驗(yàn)后，對(duì)所得的信道分配進(jìn)行修改,，把最差的兩個(gè)或三個(gè)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(guò)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(yàn),。通常經(jīng)過(guò)幾次最佳化步驟運(yùn)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(yùn)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(yùn)算改為刪除最差占用信道中的載波，即最劣載波,。插入運(yùn)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(yùn)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(duì)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(guò)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(shí),，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(huì)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(dòng)態(tài)最佳分配

　　動(dòng)態(tài)分配是指能夠根據(jù)用戶(hù)的申請(qǐng)，實(shí)時(shí)地搜索出最佳信道分配給用戶(hù),。因而動(dòng)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(dòng)態(tài)分配

　　對(duì)于單電平系統(tǒng)首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)態(tài)分配的許用信道,。然后計(jì)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(hào)和信道號(hào),。反復(fù)進(jìn)行上述過(guò)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(hào)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(dòng)態(tài)分配

　　多電平系統(tǒng)首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(kāi)始,，尋找每種電平載波的最劣信道，將其刪除,，并記錄信道號(hào)和序號(hào),。反復(fù)進(jìn)行上述過(guò)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(wú)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(shí)約為14倍的帶寬，30載波時(shí)約為23倍的帶寬,。因而,，這種方法對(duì)帶寬利用率來(lái)講，效率很低,，不能在實(shí)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(méi)有更大的改進(jìn)為止。雖然這種方法對(duì)于載波數(shù)和信道比較少的情況是實(shí)用的,，但是對(duì)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(guò)程中，需要大范圍搜索,，因此需要太長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)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(duì)于大數(shù)目的載波和信道,，也只需很短的計(jì)算時(shí)間。我們可以對(duì)基本的和改進(jìn)的刪除／插入法作一個(gè)粗略的比較估算,。假設(shè)這兩種方法為了得到一個(gè)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(jì)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(jì)算(N—1)次,，刪除過(guò)程中互調(diào)量需計(jì)算(K—2)次,，插入過(guò)程中互調(diào)量需計(jì)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(jì)算時(shí)間只是基本的刪除／插入法所需計(jì)算時(shí)間的2／(N—1),。因此，對(duì)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(duì)于SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng),，因?yàn)楣ぷ鞯妮d波數(shù)目是經(jīng)常變化的,，所以這種動(dòng)態(tài)變化的情況，不能使用以上三種方法,。對(duì)于SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng),，只能使用動(dòng)態(tài)的信道最佳分配方法，才能得到實(shí)時(shí)的信道最佳分配方案,。

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

　　現(xiàn)有一個(gè)工作于特高頻段(UHF)的SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，星上共有4個(gè)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(gè)單向信道。

　　本衛(wèi)星通信系統(tǒng)配置了中央站,、固定站,、車(chē)載站、船載站,、機(jī)載站和背負(fù)站等6種站型共240個(gè),。各站按照接收時(shí)的品質(zhì)因素G／T分為：1類(lèi)站(G／T≥一12dB／K)，2類(lèi)站(一12dB／≥G／T≥-21dB／K),，3類(lèi)站(-21dB／K＞G／T),。經(jīng)過(guò)鏈路計(jì)算得出：給一類(lèi)站發(fā)射信號(hào)的發(fā)送站的輸出功率為10．3dBW，二類(lèi)站其發(fā)送站的輸出功率為18．5dBW,，三類(lèi)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(gè)SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)上,，對(duì)于各站的隨機(jī)申請(qǐng),，4個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的信道是順序分配的，即假設(shè)有K個(gè)用戶(hù)進(jìn)行信道申請(qǐng)，則在4個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器中各分配給用戶(hù)K／4個(gè)信道,。在每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器中,，則又是隨機(jī)地分配空閑的信道。仿真結(jié)果顯示4個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的960個(gè)單向信道最多只利用了40至45個(gè),，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(shí)際意義,。

　　在對(duì)幾種信道分配方法比較的基礎(chǔ)上，確定運(yùn)用信道動(dòng)態(tài)最佳分配方法,，來(lái)得到本系統(tǒng)的信道最佳分配方案,。但還有一個(gè)問(wèn)題需要解決，即在單個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器中使用等電平排列還是混合電平排列,。

　　對(duì)本系統(tǒng)而言,，單個(gè)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(dòng)態(tài)最佳分配方法,。本系統(tǒng)有240個(gè)載波，3種電平,，每種電平80個(gè)載波,。采用混合電平排列，滿(mǎn)負(fù)荷情況下在4個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器中平均分配,，則在每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器中有3種電平,，每種電平有20個(gè)載波。三種電平的相對(duì)值分別為0dB,、4dB和6dB,。我們運(yùn)用上述方法編制了一個(gè)實(shí)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(dòng)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(jì)算著手,，推導(dǎo)出三階互調(diào)功率譜的快速算法,。在對(duì)四種信道分配法進(jìn)行比較之后，確定了適合于SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道動(dòng)態(tài)最佳分配方法,，并運(yùn)用這種方法得到一個(gè)具體的SCPC／DAMA移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道動(dòng)態(tài)最佳分配方案,。本文所使用的信道動(dòng)態(tài)最佳分配方法具有如下特點(diǎn)：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(jì)算速度,，對(duì)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(jì)算時(shí)間。3)對(duì)于按需分配的系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)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,。