第3章 卫星通信的多址技术

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预分配频分复用-调频-频分多址 (FDM-FM-FDMA)
每个地球站分配一个专用载波，首先把
所有要发射的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 到一个载波频率上，最后再以FDMA方 式发射和接收。 优点：技术成熟、设备简单、不需网同 步、工作可靠、可直接与地面频分制线 路接口、工作于大容量线路时效率高， 特别适用于站少而容量大的场合。
第3章 卫星通信的多址技术
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第3章 卫星通信的多址技术
3.1 多址技术与信道分配技术的概述 3.2 频分多址(FDMA)方式 3.3 时分多址(TDMA)方式 3.4 码分多址(CDMA)方式 3.5 空分多址(SDMA)方式 3.6 ALOHA方式
3.4.2 跳频码分多址系统

跳频(FH，Frequency Hopping)。在发送端， 利用PN码控制频率合成器，使频率在一个宽 范围内伪随机地跳变，跳频系统占用了比信 息带宽要宽得多的频带。在接收端，本地PN 码产生器提供一个和发端相同的 PN码，驱动 本地频率合成器产生同样规律的频率跳变， 和接收信号混频获得已调信号。
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TDMA系统的不足
(1) 必须保持各地球站之间的精确同步，才 能让所有用户实现共享卫星资源的目的。 (2) 为了保证用户信息传递的连续性，要求 采用突发解调器（系统中各站在规定的 时隙内以突发的形式发射其已调信号）。 (3) 初期的投资较大，系统实现复杂，技术 设备复杂。
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帧：整个系统的所有地球站时隙在卫星内占 据的整个时间段称为卫星的一个(TDMA)时帧。 一个TDMA帧是由一个同步分帧和若干个业 务分帧组成的。 基准分帧(同步分帧) ：TDMA帧内的第一 个时隙，不含任何业务信息，仅用作同步 和网络控制。 数据分帧 ：除基准地球站外其他地球站占 据的时隙。 保护时间：在各个时隙之间留有很小的时间 32 间隔，称为“保护时间”。
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图3-10 SPADE系统的频率配置
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3.3 时分多址(TDMA)方式
3.3.1 TDMA的基本原理

用不同时隙来区分地球站的地址，只允许各 地球站在规定的时隙内发射信号，这些射频 信号通过卫星转发器时，在时间上是严格依 次排列、互不重叠的。
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TDMA系统模型
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TDMA系统的优点 （1）不存在FDMA中的互调问题，卫星 功率利用率高。 （2）系统容量大。 （ 3 ）数字通信系统，提高信号传输质 量，有利于综合业务的接入。 （4）使用灵活。
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(2)按时预分配方式(TPA)
根据统计，事先知道了各地球站间业务量
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。 其信道利用率比固定预分配高，但从每一 时刻看，它仍然是固定预分配的。
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2．按需分配方式(DAMA) 按需分配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。 优点：比较灵活，各站间可以相互调剂信道， 因而可用较少的信道为较多的站服务。适合 业务量较小且地球站较多的卫星通信网。 缺点：控制设备比较复杂，并且一般要在转 发器上单独开辟一专用频段作为公用传信通 道，供各站申请分配通道之用。
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3．随机分配(RA)

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。 常用于数据交换业务。因为数据通信一般间 断而不是连续地使用信道，且数据包发送的 时间也是随机的，因而如果仍使用固定预分 配甚至按需分配，则信道利用率就很低。采 用随机占用方式则可大大提高信道的利用率。 “碰撞”。
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1
0
a 信码 b PN码 c 发送序列 d 发送载波相位 e 本振输出相位 g 解调信号
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1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 p p 0 0 p p p p p p p p 0 0 p 0 p p p p p p p p p p p 0 0 0 0 0 0 1 0

分帧同步：完成初始捕获后，为使地球站发 送的分帧保持在TDMA帧内所规定时隙上， 而进行的分帧发送定时控制。
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3.3.3 数字话音内插
统计结果表明，在话音通信系统中，每条通 信线路上实际传送的话音信号只占总线路时 间的40%左右。利用话路的空闲时间传输其 他路的话音信号就可以提高信道利用率。 数字话音内插(DSI)就是利用话音通信的这个 特点，将路数较多的话音信号压缩到路数较 少的信道上进行传输的技术。在TDMA系统 中由于采用了DSI技术，使通信容量增大了 36 一倍。
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缺点： 任一地球站为了能接收其他地球站的信号， 都必须设有除本站外的所有下行频率的接 收电路； 转发器要同时放大多个载波，容易形成互 调干扰，功率利用率不高； 各上行链路功率电平要求基本一致，否则 容易引起强信号抑制弱信号现象，因此大 小站不易兼容； 需要保护频带，故频带利用率不高。 21 不论是否通信，载波始终在工作。

3.3.4 频分多址-时分多址 (FDMA-TDMA)方式 是指若干个窄带TDMA方式工作的地球站， 以频分多址方式共用一个转发器的一种技术。 传送相对较低速率（10Mbit/s以下）的信号。 特点：改变业务样式灵活，特别适合传输数 据，每个帧内的信道都可以采用按需分配方 式。但是由于要求功率放大器有输出补偿， 所以卫星转发器的效率低于单纯的TDMA系 统。 37

根据基带体制和对载波调制方式不同，可以 分为数字调制SCPC-PCM-PSK-FDMA方式 和模拟调制SCPC-FM-FDMA方式。 按照信道分配方式可分为预分配方式和按需 分配方式。一般采用按需分配方式。 1、预分配方式的SCPC 信道固定分配给各个地球站。两地球站通 话时各占一条卫星信道。 一个转发器的36MHz带宽以45kHz的等间 隔划分为800个信道，这些信道以导频为 24 中心在其两侧对称配置。

3.4 码分多址(CDMA)方式
各地球站使用相同的频率，任意时间发射。 利用伪随机码作为地址信息，对已调信号进 行扩频调制，使频谱大大展宽。在接收端以 本地产生的地址码为参考，根据相关性的差 异对接收到的所有信号进行鉴别，从中将地 址码与本地地址码完全一致的宽带信号还原 为窄带信号而选出。 适合于容量小，移动性大的系统。

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3.6.1 直接序列码分多址系统
扩频：直接用具有高码率的扩频码序列(伪随 机序列)在发端去扩展信号的频谱。 解扩：在收端用相同的扩频码序列去解扩， 把展宽的扩频信号还原成原始的信息。

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a
信码
模二加
c
发射机
d
b
PN码 产生器 载波
接收机
f e
BPF PN码 产生器
PSK 解调器
g
本振

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3.1 多址技术与信道分配技术的概述
多址联接是指多个地球站通过同一颗卫星， 同时建立各自的信道，从而实现各地球站相 互之间通信的一种方式。 “信道”的含义： FDMA中是指各地球站占用的转发器频段。 TDMA中是指各地球站占用的时隙。 CDMA中是指各地球站使用的码型。 3 常见的信道分配方式主要有三种
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3.6 空分多址
如果通信卫星采用多波束天线，各波束指向 不同区域的地球站，那么同一信道可以被所 有波束同时使用，这就是空分多址(SDMA)。 实际应用中，一般不单独使用SDMA方式， 而将其与其它多址方式结合使用。

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多址联接：指多个通信站的射频信号在射频 信道上的复用，以实现各个通信站之间的通 信。 对于卫星通信系统，多址联接指的是多个地 球站发射的信号，通过卫星转发器的射频信 道复用，实现各站间通信的一种方式。 常见的多址方式有频分多址、时分多址、码 分多址和空分多址。
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多址联接和多路复用的关系

1．预分配方式(PA) (1)固定预分配方式(FPA) 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，各地球站只能使用 分配给它们的这些特定信道与有关地球 站通信，其他地球站不得占用这些信道。 优点：信道是专用的，实施联接简单， 建立通信快，基本上不需要控制设备。 缺点：使用不灵活，信道不能相互调剂， 在业务量较轻时信道利用率低。 4 适合大容量系统。

预分配时分复用-移相键控-频分多址 (TDM-PSK-FDMA)
每个地球站分配一个专用载波，首先将多
路话音信号进行脉冲编码调制(PCM)，然 后将数字基带信号用时分复用方式复用在 一起，再以PSK方式调制到一个载波上， 最后再以FDMA方式发射和接收。 例：IDR中等数据速率卫星通信系统，采 用TDM-QPSK-FDMA体制，适合业务量 大的干线通信。不需要全网同步，系统较 为简单，设备也较便宜，因此发展很迅速。 22

TDMA系统帧结构
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3.3.2 TDMA系统的同步
在卫星通信系统中，有一个基准站，基准站 的时钟是独立的，并作为全网的基准时钟。 系统中所有业务站都以这个基准时钟来进行 工作。 TDMA系统同步可分为初始捕获和分帧同步 两个步骤。

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初始捕获：地球站发射的射频分帧按要求准 确地进入卫星转发器指定时隙的过程。

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多址技术
多址技术
ห้องสมุดไป่ตู้多路复用
多路复用 13
双工方式
双工是指通信双方能够同时进行双向传送消 息的一种通信方式。 频分双工（FDD）：收发频率分开，接收设 备通过滤波器分离各路信号 时分双工（TDD）：收发共用一个频率，收 发信号通过开关来控制

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3.2 频分多址(FDMA)方式
多址联接和多路复用的理论基础都是信号的 正交分割原理。 多址联接是指多个电台或通信站发射的信号 在射频信道上的复用，以达到各台、站之间 同一时间、同一方向的用户间的多边通信； 多路复用是指一个电台或通信站内的多路低 频信号在群频信道(即基带信道)上的复用， 以达到两个台、站之间双边点对点的通信。

当多个地球站共用卫星转发器时，如果根据 配置的载波频率的不同来区分地球站的地址， 这种多址联接方式就为频分多址。

根据是否使用基带信号复用，可分为每载波 多路(多路单载波)和每载波单路(单路单载波) 方式。
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FDMA的特点 频分多址方式是最基本的多址方式，也是 最古老的多址方式，其最突出的特点是简 单、可靠和易于实现。 其特点可进一步归纳如下： （1）必须严格控制功率。 （2）设置适当的保护频带。 （3）尽量减少互调干扰的影响。

图3-6 SCPC系统的频率配置
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2、按需分配-频分多址(SPADE)方式 SCPC一般用于容量较小，站址数较多， 总通信业务又不太繁忙的系统。预分配方 式的SCPC不能充分体现其优越性，因而 采用按需分配方式更合适。 单路单载波-脉码调制-按需分配-频分多址 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）。

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3.2.1 多路单载波-频分多址(MCPC-FDMA)方式 给多个话路分配一个载波。各话路信号先进 行多路复用，然后调制、上变频，将频率变 换到指定频率。因此，经卫星转发的每个载 波所传送的是多路信号。 一般采用预分配方式，根据复用方式和对载 波调制方式不同，可以分为FDM-FM-FDMA 方式和TDM-PSK-FDMA方式。
3.2.2 单路单载波-频分多址 (SCPC-FDMA)方式 在一路载波上只传送一路电话。 特点： 可采用“话音激活”技术 可减小互调干扰 可实现数模兼容，提高使用的机动性和灵 活性。 由于这种系统设备简单、经济灵活、线路易 于改动，特别适用于站址多，业务量小的场 23 合应用。
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多路复用和多址联接
多路复用：将来自不同信息源的各路信息， 按某种方式合并成一个多路信号，然后通过 同一个信道传送给接收端。接收端再从该多 路信号中按相应方式分离出各路信号，分送 给不同的用户或终端。 多路复用是利用一条信道同时传输多路信号 的一种技术。 多路复用方式可分为频分复用、时分复用、 码分复用、波分复用等。