微波与卫星通信课件第3章

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的应用特点
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。
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
其频率配置方案是事先设计好的
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方式开始介绍。
（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， 并且占用一条卫星通道。
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：
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
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 信道分配方式
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
与PCM-PSK-SCPC系统结构相比，在DMPSK-SCPC中进行了如下调整。 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。
2.按需分配的SCPC系统（SPA音信号的传输过程
话音信号的传输格式：
根据奈奎斯特准则，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：
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）”
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
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
球站的是特定的时隙，而不是特定的频带，因而
每个地球站必须在分配给自己的时隙中用相同的 载波频率向卫星发射信号，并经放大后沿下行链 路重新发回地面。 如图所示：
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系统
SCPC是英文Single Channel Per Carrier的 缩写，是每载波单路的FDMA方式。 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
3．动态分配
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。
4．随机分配
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。
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
频率出现的时间或空间位置为参量实现的，归
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向信道申请一次。
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：
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。
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。
按需分配-多址连接单元
公用传信信道
（1）当来自长途局的地面线路出现呼叫请求时，该请求 被地面接口单元接收，并将其交给地面站，由交换处理器
（SSP）记录该用户申请。
（2）SSP根据当前线路使用情况给出可供使用的空闲信道 号和包括通信对方SPADE终端号码在内的一系列分配码， 通过公用传信信道（CSC）发送出去。 （3）该呼叫信息被所有SPADE站接收，并及时更新SSP忙
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
信息速率为128kbit/s
② 公共信道工作特性
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。
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。
SPADE大大提高了有限信道的利用率
（1）SPADE的频率配置
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
（2）终端设备结构 （3）按需分配方式下的信息传递过程
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．按需分配方式
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
内容，随后拆除所建立的线路连接，使之出于空闲状态。
3.3 时分多址技术
回顾频分多址技术：处理过程需要用到多个载波，卫
星转发器的功率放大器为非线性器件，工作时容易产
生互调干扰！
研发出时分多址技术—— 利用时隙区分地址
3.3.1 时分多址的概念及其应
用特点 1．TDMA的基本概念
按时分多址方式工作的系统——分配给各地
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
球站申请和完成通道分配工作。
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：
（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方式
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
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）方式
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）固定预分配方式
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。
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
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。 导频的插入与校正：
（2）DM-PSK-SCPC
其特点进一步归纳如下： （1）要求解决好卫星的功率和带宽之间的关系 （2）必须严格控制功率 （3）设置适当的保护频带 （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)
闲表。
（4）由起呼站确定建立连接所使用的某空闲信道号，并经 被呼叫站进行确认。
（5）由被呼叫站发出导通测试子帧信号。一旦该测试信号 被起呼站接收，就将其重新发回，被呼站接收到此信号时， 立即通过CSC发出连接信号。 （6）接通被确认后，起呼站与被呼站则将其信道单元与地 面线路接通，使之出于正常工作状态，通信开始。 （7）当通信结束时，无论哪一方发出终止信号，都会使 SPADE系统中所有终端站接到此终止信号，并以此更新SSP