微波与卫星通信 第3章

② TDM-PSK-FDMA
各路基带模拟信号以时分复用方式复用在一起 然后以调相方式调制到某一个载波频率上 最后再以FDMA方式发射和接收
2．每载波单路SCPC-FDMA方式
每个载波中只传送一路信号
无需基带复用 基带滤波 基带去复用
主要应用于业务量较小的、同时通信路数最多 只有几条甚至一条的地球站
信息速率为128kbit/s
② 公共信道工作特性
由上面的分析可知，SPADE系统可为
48个地球站提供397条双向通路（如图3-10 所示），这就是说，每个地球站可以每隔
50ms
② 按需分配方式下的通信过程
在SPADE系统中，当某用户通过长途台将呼
叫通信请求送至SPADE终端时，SPADE终端为 其从397条卫星线路中选择任意一条空闲信道， 并进行连通，同时通过此信道将呼叫请求帧送到 对方用户所在的地球站，并由该站与对方局连通。 具体过程如下：
2.按需分配的SCPC系统（SPADE）
SPADE大大提高了有限信道的利用率
（1）SPADE
在采用SPADE方式工作的卫星通信系统中，
通常将一个卫星转发器的一部分频率配置为公用传
输信道（CSC），而另一部分频率配置为话音通道
（CH）。 配置方式与PCM-PSK-SCPC相同
图3-10 SPADE系统的频率配置
空分多址访问（SDMA）——以空间作为参量来进 行分割的，其频率和时间无法分开，因而不同的信道占据 不同的空间，这样卫星可根据空间位置接收相应覆盖区域 中的各地球站发送的上行链路信号。
例如：在一个卫星上使用多个天线，各个天线的波 束分别射向地球表面的不同区域。这样，地面上不同区域 的地球站即使在同一时间使用相同的频率进行通信，也不 会彼此形成干扰。 空分多址是一种信道增容的方式，可以实现频率的 重复使用，有利于充分利用频率资源。空分多址还可以与 其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如 “空分-码分多址（SD-CDMA）”
（1）要求解决好卫星的功率和带宽之间的关系 （2 （3 （4）尽量减少互调的影响
3.2.2 FDMA的分类
根据每个地球站在其发送载波中是否采用复用技术
每载波多路信道的FDMA (MCPC-FDMA) 每载波单路信道的FDMA (SCPC-FDMA) 多波束环境中不同波束区中地球站间的互通 (SS-FDMA)
TDMA—— 指各地球站所占用的时隙 CDMA—— 指各地球站所使用的码型 下面以卫星移动通信系统为例进行介绍 （采用频分多址方式）
1．预分配（PA）
预分配（PA）方式又分为固定预分配（FPA） 和按时预分配（TPA）方式，具体如下：
（1
固定预分配（FPA）是指按事先规定半永久 性地分配给每个地球站固定数量的信道，这样各 地球站只能各自在特定的信道上完成与其他地球 站的通信，其他地球站不得占用。
数字制的预分配SCPC又包括PCM-PSKSCPC和DM-PSK-SCPC方式，我们首先从PCMPSK-SCPC
（1）PCM-PSK-SCPC
在预分配SCPC方式中，任意两地球站之间 进行通信时，其下行链路的载波只携带一路信号， 并且占用一条卫星信道。
① SCPC的频率配置
在采用SCPC方式工作的IS-IV卫星通信系统 中，将其中一个卫星转发器的36MHz带宽等间隔 地分为800个通道，其频率分配如图所示：
导频的插入与校正：
（2）DM-PSK-SCPC
与PCM-PSK-SCPC系统结构相比，在DMPSK-SCPC ① 用DM编码/译码器代替PCM编码/译码器 ② 采用BPSK调制/解调 在PCM-PSK-SCPC系统中使用的是QPSK调制 解调技术，而在DM-PSK-SCPC系统中，一般使用 的是BPSK调制解调器。
⑤ 导频和导频校正技术（AFC）
导频——指在已调信号谱中额外地插入一个
Leabharlann Baidu低功率的载波频率或其有关的频率信号谱线，其
对应的正弦波就称为导频信号。
在SCPC系统中需要引入导频的原因： 保证载波的稳定，避免其偏离接收通带，保 证通信质量。 为什么会偏离接收通带？ 多普勒效应
多普勒效应是为纪念克里斯琴· 多普勒· 约翰 （Doppler, Christian Johann）而命名的，他于 1842年首先提出了这一理论。 主要内容为：物体辐射的波长因为波源和 观测者的相对运动而产生变化；在运动的波源前 面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移 blue shift）；在运动的波源后面，波被 扩张，波长变得较长，频率变得较低 （红移 red shift）。
所以信道分配方式采用按申请分配 即按需分配
3．星上交换SS-FDMA
在多波束环境（空分复用）中工作的卫星系统 为实现地球站间的通信，寻址时常采用星上交换 (SS-FDMA)方式。
◆上行线路和下行线路 各包含三个波束 ◆每个波束均使用同一 组频率
SS-FDMA卫星转发器方框图 A D
B
E
F
其频率配置方案是事先设计好的
就是按时预分配（TPA）方式。
TPA比FPA的信道利用率高
但仍只适用于大容量通信线路
2
按需分配（DA）方式是一种分配可变的制
度，这个可变是按申请进行信道分配变化的，通
话完毕之后，系统信道又收归公有。
为实现该种分配方式，必须在卫星转发器上
单独划出一个频段，专门作为公用信道，用于地
根据信道分配可变的程度不同，将申请 分配制度分为以下几种：
4
它是指通信中各种终端随机地占用卫星信道 的一种多址分配制度。 适用于分组通信方式
3.1.2 多址技术
在卫星通信中的信号分割和识别是以载波
频率及其出现的时间或空间位置为参量实现的，
归纳起来可分为： 频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）
频分多址访问（FDMA）——以频率来进行 分割的，其在时间和空间上无法分开，故此不同 的信道占用不同的频段，互不重叠。 即让不同的地球通信站占用不同频率的信道 进行通信。因为各个用户使用着不同频率的信道， 所以相互没有干扰。早期的移动通信就是采用这 个技术。
码分多址访问（CDMA）——以信号的波
形、码型为参量来实现多址访问的，其频率、时
间和空间上均无法分开，因而不同的地球站使用 不同的码型作为地址码，并且这些码型相互正交 或准正交。 采用CDMA技术可以比时分多址方式容纳更多
的用户。这种技术比较复杂，现已为不少移动通
信系统所采用。在第三代移动通信系统中，就采 用宽带码分多址技术。
第3章 卫星通信的多址方式
本章主要对卫星通信系统和卫星
移动通信系统中所使用的信道分配技
术和多址技术（频分多址（FDMA）、
时分多址（TDMA）、空分多址
（SDMA）和码分多址（CDMA））
等进行介绍。
3.1 多址技术与信道分配技术的概念 3.2 频分多址技术
3.3 时分多址技术
3.4 随机多址和可控多址访问方式
时分多址访问（TDMA）——以时间为参量 来进行分割，其频率和空间是无法分开的，不同 的信号占据不同时间段，彼此互不重叠。 即让若干个地球站共同使用一个信道。但是 占用的时间不同，所以相互之间不会干扰。显然， 在相同信道数的情况下，采用时分多址要比频分 多址能容纳更多的用户。现在的移动通信系统多 数用这种多址技术。
3.1 多址技术与信道分配技 术的概念
多址技术—— 指在卫星覆盖区内的多个地 球站，通过同一颗卫星的中继建立两址和多址之 间的通信技术。 解决的关键问题：
① 便于卫星识别与区分各地球站的信号。
② 各地球站如何从卫星转发的信号中识别出应接收 的信号。
3.1.1
指如何进行信道分配，根据采用的多址方式的 不同，其信道的内含而不同： FDMA—— 指各地球站所占用的转发器的频段
卫星略去
优点：载频专用，连接设备简单，基本无需控制设备 缺点：使用不灵活，只有在业务量高的时候通信效率 才高，业务量低时信道利用率低。 此分配制度只适用于业务量大的信道
（2）按时预分配（TPA）方式
根据统计，事先掌握各地球站间业务
量随时间的变化规律，因而在一天内可按
约定对信道做几次固定的调整，这种方式
（2）终端设备结构 （3）按需分配方式下的信息传递过程
其中话音通信部分与预分配的SCPC系统相同，
所以重点介绍公共信道部分。
① 公共信令信道的信令格式
为了实现按需分配，各地球站是按TDMA方式
工作的，即按时分多址方式工作的。
地球站在自己的时隙中以2DPSK的形式发送分 帧信号。
用于多址连接 用于帧同步 用于测试
多普勒效应的应用 ① 多普勒效应不仅适用于声波，也适用于所有类型 的波形，包括光波。科学家Edwin Hubble使用多普 勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远处银河 系的光线频率在变低，即移向光谱的红端。 ② 在卫星移动通信中，当终端设备以高速运动时需 要充分考虑“多普勒效应”。另外，对于非静止卫 星通信系统，其本身也具有很高的速度，所以也需 考虑“多普勒效应” 。为了避免这种影响造成我们 通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。 同时加大了卫星移动通信的复杂性。
3.2 频分多址技术
3.2.1 频分多址技术原理与应用
特点 1. 工作原理
在以此种方式工作的卫星通信网中，每个地 球站向卫星转发器发射一个或多个载波，每个载 波都具有一定的频带，它们互不重叠地占用卫星 转发器的带宽。
2． FDMA
频分多址方式是早的多址方式，其最突出的
特点是简单、可靠和易于实现。
SOM：为了解决倒π现象，同时用来确定帧同步 字头：为了正确恢复出原话音信号并提高系统的信 道利用率，包括载波恢复码40bit和位定时恢复码80bit
④ 数据信号的传输过程
在SCPC系统中，也可以传输数据信息。由
于数据信号是以连续发送的形式进行的，所以能
够正确恢复出载波信号及定时信号。
因而在接收端不存在相位模糊问题，因此无 需为恢复载波和相位定时而增加附加字头。
1.每载波多路MCPC-FDMA方式
发往B、C、D站 的各路信号
分配给站A的 射频频谱
每载波多路MCPC-FDMA的分类：
按每路采用的基带信号复用类型可将MCPC分为
① FDM-FM-FDMA
各路基带模拟信号以频分复用方式复用在一起 然后以调频方式调制到某一个载波频率上 最后再以FDMA方式发射和接收
导频
② SCPC终端设备结构 ③ 话音信号的传输过程
话音信号的传输格式：
根据抽样定理，以8kHz进行抽样 量化采用A律13折线压扩特性
编码采用7bit构成一个码字
PCM信源编码速率为56 kbit/s
每32个码字前插入一个32bit的消息开始代码SOM构成 一帧信号（256bit）
此时信息速率变为：
多普勒效应的发现
1842年的一天，多普勒正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从 他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖， 而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现 象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察 者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振 源频率的现象。这就是频移现象。因为，声源相对于观测者 在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测 者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观 测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源 与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大， 改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。
C
若上下行线路各包含四个地球站，要实现相互通信，画出 其卫星转发器方框图？
3.2.3 SCPC
SCPC是英文Single Channel Per Carrier的 缩写，是每载波单路的FDMA SCPC 模拟SCPC系统 数字SCPC系统 按需分配SCPC
预分配SCPC
1． 预分配的SCPC
（1）收端可变、发端固定的DA方式
（2）收端固定、发端可变的DA方式
（3）收、发可变DA
指发送载频和接收载频都是临时申请分配的， 选择范围包括转发器的整个频带；通话结束后将 全部载频释放，以供其他终端使用。 此种方式信道利用率最高，接近于1，设备也最复杂
3
动态分配是系统根据终端申请要求，将系统 的频带资源（传输速率）实时地分配给地球站或 卫星移动通信终端，从而能高效率地利用转发器 的频带。 主要与TDMA方式结合使用