1、第六章 多址聯接多址聯接概述FDMA技術TDMA技術CDMA技術衛星分組通信多址聯接第一節 概述多址聯接概述衛星通信體制FDD和TDD概述多址聯接概述信道為了對通信資源進行管理和分配而劃分的基本單元。信息的載體多址聯接概述主要多址方式：FDMATDMACDMASDMA概述衛星通信體制：按基帶信號形式按采用IF(或RF)調制方式按采用的多址連接方式采用的通道分配與交換制度，如：FDM/FM/FDMA/PA概述衛星通信常用體制：FDM/FM/FDMAFM/SCPC/PA或DAPCM（或DM）/SCPC/PSK/PA或DAPCM/TDM/FDMAPCM（或DM ）/TDM/PSK/TDMAPCM（或

2、DM ）/TDM/PSK/CDMATDM/SS/TDMA概述FDD和TDD頻分雙工（FDD）時分雙工（TDD）f1終端2f2終端2終端1終端1f終端1終端3終端2概述FDD和TDDTDD的特點不需要頻帶配對發送和接收信號可以使用相同衛星天線上、下行鏈路之間要求有保護時間要求同步等多址技術第一節 頻分多址：FDMA的概念放大器非線性的影響兩種聯接方法SCPC轉發器利用、預分配和按需分配帶寬受限和功率受限頻分多址FDMA的概念：什么是FDMA？FDMA的特點：要求系統進行嚴格的功率控制。 功率受限系統要設置適當的保護頻帶要盡量減少互調的影響FrequencyTimePower頻分多址放大器非線性的

3、影響：調制變換：幅度和相位特性的不同，具有AM-PM變換的作用頻譜擴展：多載波輸入時，會產生新的頻率分量信號抑制互調干擾放大器非線性的影響互調干擾：TWTA非線性的規律：小信號輸入時增益最大，隨著輸入電平的增加，增益越來越低，出現輸出不隨輸入線性增加現象，而后出現飽和55331iiiovavavavniiiittAv1)(cosHIMttBvniiino1)(cos放大器非線性的影響減少互調干擾的措施：采用適當的輸入輸出補償載波不等間隔排列采用能量擴散信號對上行線路的載波功率進行控制以及合理地選擇行波管的工作點頻分多址兩種聯接方法：SCPC：每載波單路?；フ{噪聲嚴重MCPC：每載波多路。如ID

4、R頻分多址SCPC系統：適合于輕路由、多地址通信系統的需要可采用某些技術增加系統的靈活性，從而充分地利用衛星資源話音激活技術按申請分配信道兩種SCPC系統按需分配的SCPC預分配的SCPCSCPC系統預分配的SCPC方式：信道800信道N信道401(空）信道403信道402信道400(空）信道399信道M信道2信道118MHz18MHz4567.5kHz67.5kHz4522.522.552MHz70MHz88MHz基準導頻SCPC系統預分配的SCPC方式：話音傳輸8KHz取樣，A率13折線量化，7bit編碼，速率56kbit/s。每224bit插入32bit消息頭，實際傳輸速率64kbit/

5、s。采用話音激活技術，話音4個連續取樣值超過閾值發送載波。由于采用話音激活技術和載波通/斷發射，必須加載波和位定時恢復碼DQPSK調制SCPC系統預分配的SCPC方式：數據信號的傳輸連續發送，不需要載波和位定時而附加字頭。為消除連“1”和連“0”，擾碼。速率（4856kbps），加糾錯編碼后為64kbps由于SCPC方式的載波占用帶寬窄，所以必須考慮振蕩器的頻率穩定度和衛星運動引起的多普勒頻移。需加自動頻率控制(AFC)SCPC系統預分配SCPC方式終端設備：公用設備：包括中頻單元、定時與頻標單元。其中中頻單元是SCPC終端設備與地球站上、下變頻器的接口部分通道設備：包含PCM(或DM)編譯碼

6、器、通道同步器、話音檢測器、頻率合成器和調制解調器SCPC系統SPADE方式：一種按需分配的SCPC方式，即SCPC/PCM/DA/FDMA方式話音編譯碼方式、調制方式、話音激活技術、載波和位定時比特與預分配的SCPC方式相同為了實現DA，各地球站有按TDMA方式工作的公用信令信道(CSC)。帶寬160kHz，速率128kbps，DQPSK調制，每50ms一幀，分為50個分幀，第一分幀同步為同步和信令，其它供多址聯接用可以為49個地球站提供397條雙向通路，每個地址每隔50ms可以向信道申請一次。采用話音激活技術控制載波頻分多址轉發器利用、預分配和按需分配轉發器利用率隨著接通載波數目的增加，互

7、調干擾增大。對MCPC系統，載波帶寬越小，頻譜利用率就越低載波噪聲比(dB)載波帶寬(MHz) 13N 13B 15N 15B 20N 20B 2.524104.23669.46041.65.06083.39652.113237.9 7.59678.113256.819235.110.013275.81925225239.7頻分多址轉發器利用、預分配和按需分配預分配(PA)和按需分配(DA)在給定負載條件下，用預分配時容納雙向電路的數目，和按需分配時電路數目的比較來確定一個按需分配相對于預分配方案改進多少的定量評價 I = n PA / n PD nPA和nPD對應預分配和按需分配時、提供相同

8、服務等級時需要電路的數目。頻分多址帶寬受限和功率受限：設一個轉發器的總帶寬為BTR，k個載波以FDMA方式接入，每個帶寬為B，則最多容納的載波數k=BTR/B。不管EIRP如何增加，都不會產生影響，這個系統稱為帶寬受限，比特率決定于帶寬，也受BTR限制當EIRP不能滿足載噪比要求時，會出現功率受限設計時，希望轉發器的帶寬和功率同時達到受限值附近，都得到充分的利用帶寬受限和功率受限例：衛星轉發器的帶寬為36MHz，飽和EIRP為27dBw，地球站接收機的G/T為30dB/k，總鏈路損耗為196dB。轉發器用FDMA載波連接，每個3MHz帶寬，輸出回退量為6dB。多載波運行時，計算它的載噪比，并求

9、出FDMA系統中可容納的載波數。如不需要輸出回退量，比較它們的載波數（可以將多載波運行時確定的載噪比作為基準值，并且假定上行鏈路噪聲和互調噪聲忽略）頻分多址特性總結：優點：可靠性好，技術成熟，價格較低不需要全網同步缺點：衛星上有效功率不能充分利用容量改變時，缺乏靈活性在含有強載波和弱載波的混合業務時，特別是在MCPC中，弱載波可能被抑制多址技術第三節 時分多址TDMA的概念與特點幀結構獨特碼檢測TDMA系統的定時與同步幀效率和轉發器利用時分多址TDMA的概念與特點時分多路復用調製發射.時分多路復用調製發射.地面站1地面站2時分多路復用調製發射.地面站n時分多路復用調製發射.地面站3衛星轉發器1

10、T2T3TnT分幀1分幀2分幀n.TDMA時幀1T2TnTTDMA的概念與特點TDMA的概念：整個系統的所有地球站時隙在衛星內占有的整個時段，稱為衛星的一個時隙（幀）。每個地球站占用的時隙叫分幀為了使各分幀互不重疊，各地球站應有準確的發射時間，因此必須建立系統共同的時間基準，稱為系統定時各站為了準確地進入指定的時隙，需要首先設法將自己的分幀引入，稱為“初始捕捉”當分幀進入時隙后，為了穩定工作，又需要對時隙進行不間斷的跟蹤，稱為“分幀同步TDMA的概念與特點TDMA的特點：“間歇”通信方式。為了保證用戶信息傳輸的連續性，對輸入的數據率需要做“變速處理”無互調由于各地球站相互關聯，需要精確的同步。

11、技術設備復雜時分多址幀結構：幀長為取樣周期(125s)的整數倍，為0.7520ms。兩個基準分幀(RB1, RB2，主、副基準站)多個業務分幀保護時間(Tg)RB1RB2TB1TBn保護時間時分多址幀結構：基準分幀包括：載波和位定時恢復(CBR)獨特碼(UW)聯絡信道（TTY,VOW)服務信道(SC)控制和時延信道(CDC)時分多址幀結構：業務分幀包括：報頭s 載波和位定時恢復(CBR)s 獨特碼(UW)s 聯絡信道（TTY,VOW)s 服務信道(SC)用戶數據時分多址幀結構：子脈沖列長度選擇：業務子脈沖列的長度主要取決于不同業務所要求的信息總數例如一路PCM數字話音的速率為64kbps，幀長

12、=2ms，則該PCM數字話路的子脈沖長度為64k*2ms=128bit時分多址獨特碼檢測：具有較好相關特性的PN碼。在TDMA系統中建立脈沖列定時。相關檢測獨特碼檢測漏檢測概率：E表示長度為N比特的獨特碼 (UW) 允許誤差的最大數，而I表示接收到的獨特碼中實際誤差比特數。當I E時，檢測序列不是UW，即UW被漏檢測。漏檢測概率是：P：傳輸信道的平均誤差概率NEIINImissppININP1)1 ()!( !獨特碼檢測誤檢測概率：EINFININP0)!( !2時分多址TDMA系統的定時與同步：系統定時是TDMA方式的關鍵問題靜止衛星不可能是理想靜止的，按照目前的衛星發射技術，東西方向的位置

13、保持精度為0.1，高度變化為0.1%，衛星會在75*75*75km范圍內漂移。衛星每半天漂移可達15km，時延差50s；漂移速率0.6m/s，時延差2毫微秒TDMA系統的定時與同步TDMA系統的定時：基準站發射的基準分幀到衛星的時刻為to，通信站接收到基準分幀的時刻為to+td通信站發射業務分幀到達衛星的時刻為to+，發射時刻為to+-td通信站接到基準分幀后延時 -2td發射業務分幀，就能實現在to+時刻通過衛星轉發器基準站通信站RB1RB2TB1TBnt0t0+tdTDMA系統的定時與同步TDMA系統的定時：也可以由衛星發射定時信號，地球站與之同步，但實際用得不多各突發站通過衛星轉發器的時

14、間不重疊，但由于各 站到衛星的距離不同，對各地球站而言發射時刻有可能重疊每個突發要傳輸的比特是確定的，但由于地球站與衛星之間距離的變化，因而發射的突發時間間隔經常變化，使實際的平均比特隨時間也有一個微量的變化，必須加以調節TDMA系統的定時與同步TDMA系統的同步：初始捕捉分幀同步TDMA系統的定時與同步TDMA系統的同步（初始捕捉） ： 開環式（計算機軌道預測法）閉環式（相對測距法）帶外測距法帶內測距法TDMA系統的定時與同步TDMA系統的同步（分幀同步）：開環式：精度不高，需要較長的保護時間；但不需要初始捕捉。閉環式：通過由本站發出并經衛星發回的分幀（獨特碼）與基準分幀進行比較，檢出接收定

15、時差來控制發射分幀。發射分幀每隔0.27s返回，校正一次。精度為3bit，保護時間為6bit時分多址幀效率和轉發器利用：幀效率：指幀時間被有效利用的百分數Tx：輔助部分 Tr：基準分幀時間fxTT 1幀效率和轉發器利用提高幀效率：縮短報頭時間，但不能因而造成系統設計的困難載波和位定時恢復序列必須足夠長必須有足夠的保護時間增加幀長。但是業務站將增加為存儲每幀內連續輸入的數據所需要的存儲量，向衛星發射數據的存儲量以及接收業務數據數率變換的存儲量。為了避免在話音業務的傳輸中引入明顯的時延，必須使幀長度遠小于最大往返傳輸時延（274ms)。對話音業務一般選擇幀長度小于20ms幀效率和轉發器利用轉發器利

16、用率：TDMA情況下，轉發器的利用率與衛星EIRPS、接收地球站G/T值及調制方案的效率有關。功率受限情況下的傳輸比特率： C/N=Eb/n0+R-B R(dB)=C/N- Eb/n0+B=EIRP+G/T-L+228.6- Eb/n0頻率受限情況下的傳輸比特率：)/(sbBRb幀效率和轉發器利用幀效率：例：考慮一個TDMA系統，它的幀結構和脈沖列結構數據參數如下，計算幀效率TDMA的幀長為15msTDMA脈沖列的比特率為90Mbps每幀中含有20個業脈沖列和2個基準脈沖列載波和時鐘恢復序列的長度為352bit獨特碼長度為48bit聯絡信道占510bit服務信道占256bit控制和定時信道占3

17、20bit保護時間為64bit時分多址TDMA的特性總結：優點：互調噪聲很小，衛星功率可以獲得充分利用即使n數較大，它的流量也是較高的業務變更時，只需要改變幀時間缺點：全網同步難度大，成本高在相同條件下，TDMA站的上行功率比FDMA大多址技術第三節 碼分多址：擴頻通信的概念CDMA的原理偽隨機序列CDMA系統性能FrequencyTimePower碼分多址擴展頻譜通信系統的概念：擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調制的方法來實現的，與所傳信息數據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及

18、恢復所傳信息數據。擴展頻譜系統必須滿足以下兩條準則：傳輸帶寬遠遠大于被傳送的原始信息的帶寬傳輸帶寬主要由擴頻函數決定，擴頻函數常用偽隨機編碼信號擴頻通信的概念擴頻通信的理論基礎信息論中關于信息容量的仙農(Shannon)公式柯捷爾尼可夫關于信息傳輸差錯概率的公式)/1 (logC2NSB)(0nEfPbe)()/(NSGfWNBSfPpe擴頻通信的概念擴展頻譜通信的分類：直接序列擴展頻譜系統 (DSSS)跳頻擴展頻譜系統(FHSS)跳時擴展頻譜系統(THSS)混合方式擴頻通信的概念擴展頻譜通信的分類：直接序列擴展頻譜系統 (DSSS)就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發端去擴展信號的頻譜。而在

19、收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息頻率頻率擴頻通信的概念直接序列擴展頻譜（DSSS）：f 功率譜密度f 功率譜密度f 功率譜密度f 功率譜密度干擾信號發送信號噪聲f 功率譜密度干擾信號發送信號噪聲發射端空中接收端擴頻通信的概念擴展頻譜通信的分類：跳頻擴展頻譜(FHSS)用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調制，使載波頻率不斷地跳變慢跳頻快跳頻頻率時間頻率時間5432154321擴頻通信的概念擴展頻譜通信的分類：跳時擴展頻譜(TH-SS）用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控時間擴頻通信的概念擴展頻譜通信的主要優點：抗干擾性

20、能好保密性好低通量密度碼分多址CDMA的原理：上變頻信號輸入衛星轉發器地址不同的其它信號下變頻載波偽碼一次調製二次調製本地偽碼載波積分判決信號輸出接收端發送端碼分多址偽隨機序列（PN-Pseudo-random Noise)：用PN碼作為CDMA的地址碼作用：區分用戶，擴展頻譜m序列Gold碼偽隨機序列半加器和乘法器：半加器乘法器0 11 01 100負邏輯：0 +11 - 10110+-+-+-+偽隨機序列m序列：010 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1011100偽隨機序列m序列的自相關性：1 0 1 1 1 0 0負邏輯：

21、0 +11 -11 0 1 1 1 0 0按位求和為 7 = 23-10 0 0 0 0 0 0偽隨機序列m序列的自相關性：1 0 1 1 1 0 00 1 0 1 1 1 0按位求和為 -11 1 1 0 0 1 0負邏輯：0 +11 -1偽隨機序列m序列的自相關性：+7+6+5+4+3+2+100- 1 0 1 2 3 4 5 6 7 0偽隨機序列m序列歸一化的自相關性：+10 0 1 2 3 4 5 6 7 0 - 12N-1當N很大時， 近似為零 - 12N-1偽隨機序列m序列的自相關性：相同的 m-sequence 當同步(時間對齊時),其自相關的歸一化值為1。相同的 m-seque

22、nce 當不同步(時間不對齊時),其自相關的歸一化值為-1/L。L= 2N-1(稱為該偽隨機序列的長度)，當L趨于較大值時，該值趨于0。偽隨機序列另一個偽隨機序列(m-sequence)：0010 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 .1101001第一個輸出偽隨機序列m序列的互相關性：+4+3+2+100-1-2-3-4-5 0 1 2 3 4 5 6 7 0偽隨機序列m序列的其它性質：m序列一個周期內“1”、“0”碼大致相等，在擴頻系統中，用m序列做平衡調制時有較高的載波抑制度游程特性m序列與其移位后的序列逐位模2加，所得的序列仍是m

23、序列改變移位寄存器的初始狀態只改變m序列的初相偽隨機序列優選對(Preferred Pair)：優選對是指一對相同長度的m-sequence 相互之間的互相關值只有三個取值。 -1 -2(n+1)/2+1 和 2（n+1）/2-1 n=odd -2(n+2)/2+1 和 2（n+2）/2-1 n=even 例： n=3-1,-5,+3 n=4-1,-9,+7偽隨機序列GOLD碼：利用一對優選對(兩個m序列的長度分別為2n-1)，將各自產生的序列相對移位，然后模二相加，即可得到2n+1個GOLD CODE序列(包含原始的兩個m序列)。GOLD碼的互相關特性優于m序列互相關特性。(三值特性）偽隨機

24、序列GOLD碼的特性： GOLD CODE自相關特性：歸一化值:Ci(t)Cj(t)=1 ( i=j )GOLD CODE互相關特性:歸一化值:Ci(t)Cj(t)1 ( ij )碼分多址CDMA系統性能：處理增益：射頻帶寬(W)與基帶信號帶寬(B)之比。Gp=W/B抗干擾容限：指擴頻通信系統能在多大干擾環境下正常工作的能力，定義為： 容量分析和干擾受限0nELGMbpjCnI) 1( 00/111IEGBEWICInbpbCDMA系統性能例：衛星轉發器帶寬B=36MHz，Gp=1000，信息比特率Rb=36M/1000=36kbps， L=2，確定系統可容忍的干擾。采用BPSK調制，關系如下

25、：PeEb/no最多用戶數10-48.414510-59.611010-610.520CDMA系統性能RAKE接收機：RAKE接收機就是采用帶內時間分集技術的系統DSSS接收機相關以后的信號是一個窄脈沖，每比特間隔出現一個。在多徑傳播環境下，接收機的輸出會根據不同路徑延時有好幾個峰值。如果信道延時擴展大于比特持續時間，那么就會造成碼間干擾如果兩個鄰近路徑之間的延時差小于碼片持續時間,兩條路徑合并，造成衰落CDMA系統性RAKE接收機：相關器D DD DD D相關器相關器分集合并器判斷閾值采樣后的接收信號檢測信號碼分多址CDMA特性總結：保密性好，截獲概率低抗干擾能力強能在負載噪比下接收，電磁污

26、染小同樣帶寬情況下，容量大，性能好遠近效應多址方式的比較FDMA特點識別方法主要優缺點適用場合1.各站發的載波在轉發器內所占頻帶互不重疊（所發信號頻率正交）；2.各載波的包絡恒定；3.轉發器工作于多載波。濾波器優點：設備簡單；不需要網同步。缺點：有互調噪聲，不能充分利用衛星功率和頻帶；上行功率、頻率需要監控；FDM/FM/FDMA方式多站運用時效率低，大小站不易兼容。FDM/FM/FDMA方式適合站少容量中、大的場合，TDM/PSK/FDMA方式適合站少，容量中等的場合，SCPC系統適合站多容量小的場合。多址方式的比較TDMA特點識別方法主要優缺點適用場合1.各站發的突發在轉發器內所占時間互不

27、重疊（所發信號時間正交）；2. 轉發器工作于單載波。時間選通門優點：沒有互調問題，衛星的功率與頻帶能充分利用；上行功率不需嚴格控制；便于大、小站兼容，站多時通信容量仍較大。缺點：需要精確網同步；低業務量用戶也需相同的EIRP。中、大容量線路多址方式的比較CDMA特點識別方法主要優缺點適用場合1.各站使用不同的地址碼進行擴展頻譜調制（所發信號碼型準正交）；2. 各載波包絡恒定，在時域和頻域均互相混合。相關器優點：抗干擾能力較強；信號功率譜密度低，隱蔽性好；不需要網定時；使用靈活。缺點：頻帶利用率低，通信容量較?。坏刂反a選擇較難；接收時地址碼的捕獲時間較長。軍事通信；小容量線路多址方式的比較SDMA特點識別方法主要優缺點適用場合1.各站發的信號只進入該站所屬通信區域的窄波束中（所發信號空間正交）；2.可實現頻率重復利用；3.轉發器成為空中交換機。窄波束天線優點：可以提高衛星頻帶利用率，增加轉發器容量或降低對地球站的要求。缺點：對衛星控制技術要求嚴格；星上設備較復雜，需用交換設備。大容量線路多址方式第五節 數據衛星分組通信：特點分組數據傳輸協議Internet業務