衛(wèi)星通信的多址方式課件

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1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中所使用的信道分配技術(shù)和多址技統(tǒng)中所使用的信道分配技術(shù)和多址技術(shù)（頻分多址（術(shù)（頻分多址（FDMA）、）、時分多址時分多址（TDMA）、）、空分多址（空分多址（SDMA）和和碼分多址（碼分多址（CDMA）等進行介紹。等進行介紹。3.1 多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念3.2 頻分多址技術(shù)頻分多址技術(shù)3.3 時分多址技術(shù)時分多址技術(shù)3.4 隨機多址和可控多址訪問方式隨機多址和可控多址訪問方式多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)的多個地球站，多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)的多個地球站，通過同一顆衛(wèi)星的中繼建立兩址和多址之間的通通過

2、同一顆衛(wèi)星的中繼建立兩址和多址之間的通信技術(shù)。信技術(shù)。信道分配方式實際上就是指如何進行信道分信道分配方式實際上就是指如何進行信道分配。所采用的多址方式不同，其信道的內(nèi)含不同。配。所采用的多址方式不同，其信道的內(nèi)含不同。 預(yù)分配（預(yù)分配（PA）方式又分為固定預(yù)分配（方式又分為固定預(yù)分配（FPA）和按時預(yù)分配（和按時預(yù)分配（TPA）方式，具體如下。方式，具體如下。 固定預(yù)分配（固定預(yù)分配（FPA）是指按事先規(guī)定半永久是指按事先規(guī)定半永久性地分配給每個地球站固定數(shù)量的信道，這樣各性地分配給每個地球站固定數(shù)量的信道，這樣各地球站只能各自在特定的信道上完成與其他地球地球站只能各自在特定的信道上完成與其他

3、地球站的通信，其他地球站不得占用。站的通信，其他地球站不得占用。 根據(jù)統(tǒng)計，事先知道了各地球站間業(yè)根據(jù)統(tǒng)計，事先知道了各地球站間業(yè)務(wù)量隨時間的變化規(guī)律，因而在一天內(nèi)可務(wù)量隨時間的變化規(guī)律，因而在一天內(nèi)可按約定對信道做幾次固定的調(diào)整，這種方按約定對信道做幾次固定的調(diào)整，這種方式就是按時預(yù)分配（式就是按時預(yù)分配（TPA）方式。方式。 按需分配（按需分配（DA）方式是一種分配可變的制方式是一種分配可變的制度，這個可變是按申請進行信道分配變化的，通度，這個可變是按申請進行信道分配變化的，通話完畢之后，系統(tǒng)信道又收歸公有。話完畢之后，系統(tǒng)信道又收歸公有。 動態(tài)分配是系統(tǒng)根據(jù)終端申請要求，將系統(tǒng)動態(tài)分配是

4、系統(tǒng)根據(jù)終端申請要求，將系統(tǒng)的頻帶資源（傳輸速率）實時地分配給地球站或的頻帶資源（傳輸速率）實時地分配給地球站或衛(wèi)星移動通信終端，從而能高效率地利用轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星移動通信終端，從而能高效率地利用轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶。的頻帶。 它是指通信中各種終端隨機地占用衛(wèi)星信道它是指通信中各種終端隨機地占用衛(wèi)星信道的一種多址分配制度。的一種多址分配制度。 在衛(wèi)星通信中的信號分割和識別是以載波在衛(wèi)星通信中的信號分割和識別是以載波頻率出現(xiàn)的時間或空間位置為參量實現(xiàn)的，歸頻率出現(xiàn)的時間或空間位置為參量實現(xiàn)的，歸納起來可分為頻分多址（納起來可分為頻分多址（FDMA）、）、時分多址時分多址（TDMA）、）、碼分多址（碼分多址（C

5、DMA）和空分多址和空分多址（SDMA）。）。頻分多址訪問（頻分多址訪問（FDMA）方式是衛(wèi)星通信多方式是衛(wèi)星通信多址技術(shù)中的一種比較簡單的多址訪問方式。在址技術(shù)中的一種比較簡單的多址訪問方式。在FDMA中是以頻率來進行分割的，其在時間和空中是以頻率來進行分割的，其在時間和空間上無法分開，故此不同的信道占用不同的頻段，間上無法分開，故此不同的信道占用不同的頻段，互不重疊?；ゲ恢丿B。時分多址訪問（時分多址訪問（TDMA）方式是以時間為參方式是以時間為參量來進行分割的，其頻率和空間是無法分開的，量來進行分割的，其頻率和空間是無法分開的，那么不同的信號占據(jù)不同時間段，彼此互不重疊。那么不同的信號占據(jù)

6、不同時間段，彼此互不重疊?？辗侄嘀吩L問（空分多址訪問（SDMA）方式是以空間作為方式是以空間作為參量來進行分割的，其頻率和時間無法分開，因參量來進行分割的，其頻率和時間無法分開，因而不同的信道占據(jù)不同的空間，這樣衛(wèi)星可根據(jù)而不同的信道占據(jù)不同的空間，這樣衛(wèi)星可根據(jù)空間位置接收相應(yīng)覆蓋區(qū)域中的各地球站發(fā)送的空間位置接收相應(yīng)覆蓋區(qū)域中的各地球站發(fā)送的上行鏈路信號。上行鏈路信號。碼分多址訪問（碼分多址訪問（CDMA）方式是以信號的方式是以信號的波形、碼型為參量來實現(xiàn)多址訪問的，其頻率、波形、碼型為參量來實現(xiàn)多址訪問的，其頻率、時間和空間上均無法分開，因而不同的地球站使時間和空間上均無法分開，因而不同

7、的地球站使用不同的碼型作為地址碼，并且這些碼型相互正用不同的碼型作為地址碼，并且這些碼型相互正交或準(zhǔn)正交。交或準(zhǔn)正交。 在以此種方式工作的衛(wèi)星通信網(wǎng)中，每個地在以此種方式工作的衛(wèi)星通信網(wǎng)中，每個地球站向衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射一個或多個載波，每個載球站向衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射一個或多個載波，每個載波都具有一定的頻帶，它們互不重疊地占用衛(wèi)星波都具有一定的頻帶，它們互不重疊地占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬。轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬。 頻分多址方式是最基本的多址方式，也是最頻分多址方式是最基本的多址方式，也是最古老的多址方式，其最突出的特點是簡單、可靠古老的多址方式，其最突出的特點是簡單、可靠和易于實現(xiàn)。和易于實現(xiàn)。 其特點可進一步歸納如

8、下：其特點可進一步歸納如下： 如果按所采用的基帶信號類型，如果按所采用的基帶信號類型，MCPC又可又可劃分為劃分為FDM-FM-FDMA和和TDM-PSK-FDMA方方式。式。 在在FDM-FM-FDMA方式中，首先基方式中，首先基帶模擬信號以頻分復(fù)用方式復(fù)用在一起，帶模擬信號以頻分復(fù)用方式復(fù)用在一起，然后以調(diào)頻方式調(diào)制到一個載波頻率上，然后以調(diào)頻方式調(diào)制到一個載波頻率上，最后再以最后再以FDMA方式發(fā)射和接收。方式發(fā)射和接收。 在在TDM-PSK-FDMA方式中，首先將方式中，首先將多路數(shù)字基帶信號用時分復(fù)用方式復(fù)用在多路數(shù)字基帶信號用時分復(fù)用方式復(fù)用在一起，然后以一起，然后以PSK方式調(diào)制

9、到一個載波上，方式調(diào)制到一個載波上，最后再以最后再以FDMA方式發(fā)射和接收。方式發(fā)射和接收。 由于由于SCPC方式主要應(yīng)用于業(yè)務(wù)量較小的、方式主要應(yīng)用于業(yè)務(wù)量較小的、同時通信路數(shù)最多只有幾條甚至一條的地球站，同時通信路數(shù)最多只有幾條甚至一條的地球站，顯然采用固定分配載波的顯然采用固定分配載波的MCPC方式會造成頻帶方式會造成頻帶的浪費。的浪費。 在圖在圖3-5中給出中給出SS-FDMA衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖。從圖中可以看出，上行鏈路和下行鏈路各包含從圖中可以看出，上行鏈路和下行鏈路各包含3個波束（空分頻率復(fù)用）。其星上交換功能是由個波束（空分頻率復(fù)用）。其星上交換功能是由一組濾波器

10、和一個由微波二極管門電路組成的交一組濾波器和一個由微波二極管門電路組成的交換矩陣完成的。換矩陣完成的。圖3-5 SS-FDMA衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖 SCPC是英文是英文Single Channel Per Carrier的的縮寫，是每載波單路的縮寫，是每載波單路的FDMA方式。方式。 數(shù)字制的預(yù)分配數(shù)字制的預(yù)分配SCPC又包括又包括PCM-PSK-SCPC和和DM-PSK-SCPC方式，我們首先從方式，我們首先從PCM-PSK-SCPC方式開始介紹。方式開始介紹。 在預(yù)分配在預(yù)分配SCPC方式中，任意兩地球站之間方式中，任意兩地球站之間進行通信時，其下行鏈路的載波只攜帶一路信號，進行通信時，其下行

11、鏈路的載波只攜帶一路信號，并且占用一條衛(wèi)星通道。并且占用一條衛(wèi)星通道。 在采用在采用SCPC方式工作的方式工作的IS-IV衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，將其中一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的中，將其中一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的36MHz帶寬等間隔帶寬等間隔地分為地分為800個通道，其頻率分配如圖個通道，其頻率分配如圖3-6所示。所示。圖3-6 SCPC系統(tǒng)的頻率配置 圖圖3-7給出了在給出了在SCPC方式下工作的各方式下工作的各地球站的終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。地球站的終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。 地面接口單元：負(fù)責(zé)話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)地面接口單元：負(fù)責(zé)話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的輸入與輸出功能。業(yè)務(wù)的輸入與輸出功能。圖圖3-7 SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖終端

12、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖信道單元包含話音接口、數(shù)據(jù)接口、信道單元包含話音接口、數(shù)據(jù)接口、話音編碼話音編碼/譯碼器、數(shù)據(jù)編碼譯碼器、數(shù)據(jù)編碼/譯碼器、話音譯碼器、話音檢測器、信道同步器、頻率合成器和相位檢測器、信道同步器、頻率合成器和相位調(diào)制調(diào)制/解調(diào)器等用來完成語音信號和數(shù)據(jù)信解調(diào)器等用來完成語音信號和數(shù)據(jù)信號的編碼、調(diào)制功能的設(shè)備。號的編碼、調(diào)制功能的設(shè)備。公用單元公用單元公用單元主要包括中頻單元和定時與公用單元主要包括中頻單元和定時與頻率單元等。頻率單元等。 話音的傳輸與話音信號的傳輸格式是分不開話音的傳輸與話音信號的傳輸格式是分不開的，因而我們首先對話音信號的傳輸格式進行介的，因而我們首先對話音信號的

13、傳輸格式進行介紹。紹。 載波恢復(fù)和位定時恢復(fù)碼載波恢復(fù)和位定時恢復(fù)碼 為了提高衛(wèi)星系統(tǒng)的信道利用率，在為了提高衛(wèi)星系統(tǒng)的信道利用率，在PCM-PSK-SCPC系統(tǒng)中采用了話音激活技術(shù)。系統(tǒng)中采用了話音激活技術(shù)。SOM的作用的作用由于在由于在PCM-PSK-SCPC系統(tǒng)中使用的是絕系統(tǒng)中使用的是絕對對QPSK調(diào)制方式，對這種已調(diào)制信號進行相干調(diào)制方式，對這種已調(diào)制信號進行相干解調(diào)時，在其所恢復(fù)的載波中會出現(xiàn)解調(diào)時，在其所恢復(fù)的載波中會出現(xiàn)“0”或或“180”的相位不確定的現(xiàn)象，這就是相位模的相位不確定的現(xiàn)象，這就是相位模糊現(xiàn)象。糊現(xiàn)象。如圖如圖3-7所示，話音信號首先通過話音接口被所示，話音信號

14、首先通過話音接口被送入送入PCM編碼編碼/譯碼器進行編碼。譯碼器進行編碼。 在在SCPC系統(tǒng)中，也可以傳輸數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)中，也可以傳輸數(shù)據(jù)信息。但由于數(shù)據(jù)信號是以連續(xù)發(fā)送的形式進行但由于數(shù)據(jù)信號是以連續(xù)發(fā)送的形式進行的，因而在接收端不存在相位模糊問題，的，因而在接收端不存在相位模糊問題，因此無需為恢復(fù)載波和相位定時而增加附因此無需為恢復(fù)載波和相位定時而增加附加字頭。加字頭。 導(dǎo)頻是指在已調(diào)信號譜中額外地插入一個低導(dǎo)頻是指在已調(diào)信號譜中額外地插入一個低功率的載波頻率或其有關(guān)的頻率信號譜線，其對功率的載波頻率或其有關(guān)的頻率信號譜線，其對應(yīng)的正弦波就稱為導(dǎo)頻信號。應(yīng)的正弦波就稱為導(dǎo)頻信號。 在在SC

15、PC系統(tǒng)中需要引入導(dǎo)頻的原因系統(tǒng)中需要引入導(dǎo)頻的原因 導(dǎo)頻的插入與校正導(dǎo)頻的插入與校正 與與PCM-PSK-SCPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在DM-PSK-SCPC中進行了如下調(diào)整。中進行了如下調(diào)整。 在在PCM-PSK-SCPC系統(tǒng)中使用的是系統(tǒng)中使用的是QPSK調(diào)制調(diào)制解調(diào)技術(shù)，而在解調(diào)技術(shù)，而在DM-PSK-SCPC系統(tǒng)中，一般使用系統(tǒng)中，一般使用的是的是BPSK調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器。 SPADE是是Single Channel Per Carrier PCM Multiple Access Demand Assignment Equipment 的英文縮寫。的英文縮寫。 如圖如

16、圖3-10所示，在采用所示，在采用SPADE方式工作的衛(wèi)方式工作的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通常將一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的一部分星通信系統(tǒng)中，通常將一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的一部分頻率配置為公用傳輸信道（頻率配置為公用傳輸信道（CSC），），而另一部分而另一部分頻率配置為話音通道（頻率配置為話音通道（CH）。）。圖3-10 SPADE系統(tǒng)的頻率配置 公共控制部分包括地面接口單元（公共控制部分包括地面接口單元（TIU）、）、按需分配傳信和交換單元（按需分配傳信和交換單元（DASS）、）、定時和頻定時和頻率單元（率單元（TFU）、）、中頻單元（中頻單元（IF）和運行監(jiān)控單和運行監(jiān)控單元（元（CMC）。）。 通過地面接口單元可

17、實現(xiàn)電話交換中心（長通過地面接口單元可實現(xiàn)電話交換中心（長途臺）和途臺）和SPADE終端之間的接口以及終端之間的接口以及SPADE終終端之間的電話信號的連接。端之間的電話信號的連接。 如圖如圖3-11所示，所示，DASS單元是由傳信和交換處單元是由傳信和交換處理機（理機（SSP）、）、公用信號信道同步器和公用信號公用信號信道同步器和公用信號信道調(diào)制解調(diào)器組成，所完成的功能如下：信道調(diào)制解調(diào)器組成，所完成的功能如下： 監(jiān)視和處理長途電話局來的電話信號；監(jiān)視和處理長途電話局來的電話信號； 建立系統(tǒng)載頻忙閑表；建立系統(tǒng)載頻忙閑表； 控制控制SPADE終端發(fā)出申請信息；終端發(fā)出申請信息； 對呼叫本站用

18、戶的信息進行檢測處理；對呼叫本站用戶的信息進行檢測處理； 自動完成對公共信號通道上用于廣播的本站自動完成對公共信號通道上用于廣播的本站分幀的差錯檢測編碼；分幀的差錯檢測編碼； 自動故障檢測和指示。自動故障檢測和指示。圖3-11 SPADE終端設(shè)備組成圖 如圖如圖3-11所示，各地球站設(shè)置有按所示，各地球站設(shè)置有按TDMA方方式（在后面將詳細介紹）工作的公用信令信道和式（在后面將詳細介紹）工作的公用信令信道和話音傳輸信道。話音傳輸信道。 為了實現(xiàn)按需分配，各地球站是按為了實現(xiàn)按需分配，各地球站是按TDMA方方式工作的，即按時分多址方式工作的。式工作的，即按時分多址方式工作的。 由上面的分析可知，

19、由上面的分析可知，SPADE系統(tǒng)可為系統(tǒng)可為48個地球站提供個地球站提供397條雙向通路（如圖條雙向通路（如圖4-10所示），這就是說，每個地球站可以每隔所示），這就是說，每個地球站可以每隔50ms向信道申請一次。向信道申請一次。 在在SPADE系統(tǒng)中，當(dāng)某用戶通過長途臺將呼系統(tǒng)中，當(dāng)某用戶通過長途臺將呼叫通信請求送至叫通信請求送至SPADE終端時，終端時，SPADE終端為終端為其從其從397條衛(wèi)星線路中選擇任意一條空閑信道，條衛(wèi)星線路中選擇任意一條空閑信道，并進行連通，同時通過此信道將呼叫請求幀送到并進行連通，同時通過此信道將呼叫請求幀送到對方用戶所在的地球站，并由該站與對方局連通。對方用戶

20、所在的地球站，并由該站與對方局連通。 如圖如圖3-14所示的是所示的是TDMA系統(tǒng)模型。從中可系統(tǒng)模型。從中可以清楚地看出，在按時分多址方式工作的系統(tǒng)中，以清楚地看出，在按時分多址方式工作的系統(tǒng)中，由于分配給各地球站的是特定的時隙，而不是特由于分配給各地球站的是特定的時隙，而不是特定的頻帶，因而每個地球站必須在分配給自己的定的頻帶，因而每個地球站必須在分配給自己的時隙中用相同的載波頻率向衛(wèi)星發(fā)射信號，并經(jīng)時隙中用相同的載波頻率向衛(wèi)星發(fā)射信號，并經(jīng)放大后沿下行鏈路重新發(fā)回地面。放大后沿下行鏈路重新發(fā)回地面。圖3-14 TDMA系統(tǒng)模型 TDMA技術(shù)有如下優(yōu)點。技術(shù)有如下優(yōu)點。 （1）不存在）不存

21、在FDMA中的互調(diào)問題。中的互調(diào)問題。 （2）系統(tǒng)容量大，衛(wèi)星功率利用率高。）系統(tǒng)容量大，衛(wèi)星功率利用率高。 （3）提高信號傳輸質(zhì)量，有利于綜合業(yè)務(wù)的）提高信號傳輸質(zhì)量，有利于綜合業(yè)務(wù)的接入。接入。 （4）使用靈活。）使用靈活。 雖然存在如上優(yōu)點，但也存在以下不足。雖然存在如上優(yōu)點，但也存在以下不足。 （1）必須保持各地球站之間的同步，才能）必須保持各地球站之間的同步，才能讓所有用戶實現(xiàn)共享衛(wèi)星資源的目的。讓所有用戶實現(xiàn)共享衛(wèi)星資源的目的。 （2）要求采用突發(fā)解調(diào)器（系統(tǒng)中各站在）要求采用突發(fā)解調(diào)器（系統(tǒng)中各站在規(guī)定的時隙內(nèi)以突發(fā)的形式發(fā)射其已調(diào)信號）。規(guī)定的時隙內(nèi)以突發(fā)的形式發(fā)射其已調(diào)信號）

22、。 （3）模擬信號需轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能在網(wǎng)）模擬信號需轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。絡(luò)中傳輸。 （4）初期的投資較大，系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜。）初期的投資較大，系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜。 如圖如圖3-15所示為一個所示為一個TDMA地球站設(shè)備組成地球站設(shè)備組成示意圖。示意圖。圖3-15 TDMA地球站設(shè)備 如圖如圖3-16所示，所示，TDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)主要包括同步分幀（也稱為基準(zhǔn)分幀）主要包括同步分幀（也稱為基準(zhǔn)分幀）（RB）和數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)）分幀（和數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)）分幀（DB）。）。圖3-16 TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu) 同步分幀中包括載波、位定時恢復(fù)（同步分幀中包括載波、位定時恢復(fù)（CR和和BTR）、）、獨特碼

23、（獨特碼（UW）、）、站址識別碼（站址識別碼（SIC）和指令信號（和指令信號（CW）。）。 一個數(shù)據(jù)分幀包含了若干個業(yè)務(wù)分幀，并且一個數(shù)據(jù)分幀包含了若干個業(yè)務(wù)分幀，并且每個業(yè)務(wù)分幀由分幀報頭和多個每個業(yè)務(wù)分幀由分幀報頭和多個PCM數(shù)據(jù)信道數(shù)據(jù)信道構(gòu)成。構(gòu)成。 若幀長為若幀長為Tf ，從圖，從圖3-16中可以看出，每一幀中可以看出，每一幀包含一個同步分幀和包含一個同步分幀和m個業(yè)務(wù)分幀，這說明該系個業(yè)務(wù)分幀，這說明該系統(tǒng)可以與統(tǒng)可以與m個地球站實現(xiàn)互通。個地球站實現(xiàn)互通。gfprbTmTNLmBBR) 1( 這就要求在這就要求在KTs時間內(nèi)能夠存入的時間內(nèi)能夠存入的KS比特與比特與Tf時間內(nèi)讀出

24、的比特數(shù)時間內(nèi)讀出的比特數(shù)L相等，即相等，即L=KS，故，故 sfTTSLK或 sfKTT （3-3） 分幀長度 由圖3-16所示，設(shè)第i分幀的通道數(shù)為in，那么第i分幀的長度Tbi為 bipgbiRLnBTT1)( （3-4） 幀效率 幀效率是指一幀內(nèi)有效數(shù)據(jù)信息所占的時間與幀長之比，即 幀長總的保護時間總的業(yè)務(wù)分幀報頭時間同步分幀長幀長f fgprfTTmmTTT) 1(=fgbPrfTTmRmBBT) 1(/ )( （3-5） )() 1()(1KNSmBBTmNSTmBBTprsgprs【例【例3-1】 已知一個已知一個TDMA系統(tǒng)，采用系統(tǒng)，采用QPSK調(diào)制方式。設(shè)幀長調(diào)制方式。設(shè)幀

25、長Tf=250s，系統(tǒng)中所包含的站，系統(tǒng)中所包含的站數(shù)數(shù)m=5，各站所包含的通道數(shù)，各站所包含的通道數(shù)n = 4相同，保護時相同，保護時間間Tg = 0.1s，基準(zhǔn)分幀的比特數(shù)，基準(zhǔn)分幀的比特數(shù)Br與各報頭的比與各報頭的比特數(shù)特數(shù)Bp均為均為90比特，每個通道傳輸比特，每個通道傳輸24路（路（PCM編碼，每取樣值編編碼，每取樣值編8比特碼，一群加一位同步比比特碼，一群加一位同步比特）。求特）。求PCM編碼器輸出速率編碼器輸出速率Rs，系統(tǒng)傳輸?shù)谋?，系統(tǒng)傳輸?shù)谋忍芈侍芈蔙b、分幀長度、分幀長度Tb、幀效率、幀效率f及傳輸線路要求及傳輸線路要求帶寬帶寬B。 解：解：Ts =125s，S=824+1

26、=193（bit），又），又一個碼符含兩比特一個碼符含兩比特K=2，L=2S=386（bit），所以），所以 544. 1ssTSR （Mb/s） 12.33) 1(gfprbTmTmnLmBBR （Mb/s） %2 .93) 1(/ )(fgbPrffTTmRmBBT 44.49/ )(bpgbRnLBTT （s） 2022 . 1bRB （MHz） 傳輸線路帶寬,2)1 (bRB取滾降系數(shù)=0.2 地面接口是與用戶進行信息交互的輸入、輸?shù)孛娼涌谑桥c用戶進行信息交互的輸入、輸出接口。出接口。 克服這種時鐘頻差的方法有跳幀法和碼速調(diào)克服這種時鐘頻差的方法有跳幀法和碼速調(diào)整法。整法。 碼速調(diào)整法

27、是指在信號中插入（或扣除）一碼速調(diào)整法是指在信號中插入（或扣除）一定比例的不含信息的脈沖，這樣可通過調(diào)控所插定比例的不含信息的脈沖，這樣可通過調(diào)控所插入（或扣除）的脈沖比例來調(diào)節(jié)地面線路所送入入（或扣除）的脈沖比例來調(diào)節(jié)地面線路所送入的信號與衛(wèi)星系統(tǒng)時鐘之間的頻差。的信號與衛(wèi)星系統(tǒng)時鐘之間的頻差。 完成幀發(fā)送和接收。完成幀發(fā)送和接收。 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，即完成系統(tǒng)的初始實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，即完成系統(tǒng)的初始捕獲和分幀同步。捕獲和分幀同步。 實現(xiàn)對衛(wèi)星線路的分配與控制。實現(xiàn)對衛(wèi)星線路的分配與控制。 在在TDMA系統(tǒng)中，不同性質(zhì)的信號，其發(fā)送系統(tǒng)中，不同性質(zhì)的信號，其發(fā)送和接收過程不同。和接收過程不同。 數(shù)據(jù)

28、傳送原理與話音信號的傳送原理相同，數(shù)據(jù)傳送原理與話音信號的傳送原理相同，所不同的是用異步合路器和異步分路器取代所不同的是用異步合路器和異步分路器取代PCM編碼和解碼器。編碼和解碼器。 就目前的衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)而言，如果使衛(wèi)星的就目前的衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)而言，如果使衛(wèi)星的位置保持在精度位置保持在精度0.1范圍，高度變化在范圍，高度變化在0.1%以內(nèi)，那么衛(wèi)星可在以內(nèi)，那么衛(wèi)星可在75km75km75km的立體的立體空間內(nèi)漂移?？臻g內(nèi)漂移。 通常通常TDMA幀周期（幀周期（Tf）是話音取樣周期）是話音取樣周期（125s）的整數(shù)倍，它與頻率為）的整數(shù)倍，它與頻率為f0的高穩(wěn)定度的高穩(wěn)定度（10-11）的時鐘周

29、期一致。）的時鐘周期一致。TDMA系統(tǒng)的同步內(nèi)容包括載波同步、時鐘同步系統(tǒng)的同步內(nèi)容包括載波同步、時鐘同步和分幀同步。其中要求在極短的時間內(nèi)從各接收和分幀同步。其中要求在極短的時間內(nèi)從各接收分幀報頭中完成基準(zhǔn)載波和時鐘信號的提取工作。分幀報頭中完成基準(zhǔn)載波和時鐘信號的提取工作。 分幀同步包括兩方面的內(nèi)容，其一是分幀同步包括兩方面的內(nèi)容，其一是指在地球站開始發(fā)射數(shù)據(jù)時，如何使其進指在地球站開始發(fā)射數(shù)據(jù)時，如何使其進入指定的時隙，而不會對其他分幀構(gòu)成干入指定的時隙，而不會對其他分幀構(gòu)成干擾，這就是分幀的初始捕獲。其二是指如擾，這就是分幀的初始捕獲。其二是指如何使進入指定時隙的分幀信號處于穩(wěn)定的何使

30、進入指定時隙的分幀信號處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即使該分幀與其他分幀維持正工作狀態(tài)，即使該分幀與其他分幀維持正確的時間關(guān)系，不致出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象，確的時間關(guān)系，不致出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象，這就是分幀同步技術(shù)。這就是分幀同步技術(shù)。分幀的初始捕獲分幀的初始捕獲在在TDMA系統(tǒng)中，各地球站是以基準(zhǔn)系統(tǒng)中，各地球站是以基準(zhǔn)站所發(fā)射的獨特碼（站所發(fā)射的獨特碼（UW）作為基準(zhǔn)信號作為基準(zhǔn)信號來確定自己的發(fā)射時間的。其捕獲的具體來確定自己的發(fā)射時間的。其捕獲的具體步驟，如圖步驟，如圖3-19所示。所示。圖3-19 捕獲過程及所用時間（實驗）的示意圖圖3-20 報頭結(jié)構(gòu)分幀同步分幀同步分幀同步是指在完成初始捕獲之分幀

31、同步是指在完成初始捕獲之后，為使所發(fā)射的業(yè)務(wù)分幀穩(wěn)定在指后，為使所發(fā)射的業(yè)務(wù)分幀穩(wěn)定在指定的時隙之內(nèi)，而對分幀進行的定時定的時隙之內(nèi)，而對分幀進行的定時控制?？刂?。圖3-21 分幀同步原理圖 由前面的分析可知，獨特碼的檢測是由前面的分析可知，獨特碼的檢測是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接決定整個系非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接決定整個系統(tǒng)是否能夠正常工作。統(tǒng)是否能夠正常工作。 SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)稱為衛(wèi)星交換系統(tǒng)稱為衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)，簡稱SS-TDMA。由于在衛(wèi)星交換由于在衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)中，多采用多波束來實現(xiàn)空分多址系統(tǒng)中，多采用多波束來實現(xiàn)空分多址（SDMA），），這可以改

32、善系統(tǒng)性能，但使處于某這可以改善系統(tǒng)性能，但使處于某波束中的地球站無法與其他波束管轄下的地球站波束中的地球站無法與其他波束管轄下的地球站進行直接通信。進行直接通信。 多波束衛(wèi)星是指具有多波束天線的衛(wèi)星。這多波束衛(wèi)星是指具有多波束天線的衛(wèi)星。這種衛(wèi)星通常使用在兩種環(huán)境之下。其一，將原一種衛(wèi)星通常使用在兩種環(huán)境之下。其一，將原一個單一業(yè)務(wù)區(qū)分成若干小區(qū)，用高增益天線所發(fā)個單一業(yè)務(wù)區(qū)分成若干小區(qū)，用高增益天線所發(fā)射的點波束分別覆蓋這些小區(qū)，這樣可以減小地射的點波束分別覆蓋這些小區(qū)，這樣可以減小地球站天線的尺寸。其二，用多個不同的波束分別球站天線的尺寸。其二，用多個不同的波束分別覆蓋彼此分開的幾個業(yè)務(wù)

33、區(qū)域，這樣在衛(wèi)星功率覆蓋彼此分開的幾個業(yè)務(wù)區(qū)域，這樣在衛(wèi)星功率充裕的情況下，可以實現(xiàn)對頻率的重復(fù)利用，從充裕的情況下，可以實現(xiàn)對頻率的重復(fù)利用，從而使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的容量成倍地增加。而使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的容量成倍地增加。 如圖如圖3-23所示的是所示的是SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)的系統(tǒng)的基本原理圖。由圖可以看出該系統(tǒng)共包含控制電基本原理圖。由圖可以看出該系統(tǒng)共包含控制電路部分和信號接收與發(fā)送電路部分。路部分和信號接收與發(fā)送電路部分。圖3-23 SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)原理圖 進行分幀的排列的主要目的是為了便于在進行分幀的排列的主要目的是為了便于在DSM中進行幀交換，因此在介紹分幀的排列之前，中進行

34、幀交換，因此在介紹分幀的排列之前，我們首先要介紹幀交換矩陣的概念。我們首先要介紹幀交換矩陣的概念。 幀交換矩陣又稱為業(yè)務(wù)交換矩陣，它表示幀交換矩陣又稱為業(yè)務(wù)交換矩陣，它表示SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)中各波束之間的通信交換系統(tǒng)中各波束之間的通信交換量。量。 分幀的編排是指把已知系統(tǒng)的交換矩陣分解分幀的編排是指把已知系統(tǒng)的交換矩陣分解為若干分幀矩陣，而每個分幀矩陣中的各波束區(qū)為若干分幀矩陣，而每個分幀矩陣中的各波束區(qū)域之間的交換具有一對一的關(guān)系，因此各分幀矩域之間的交換具有一對一的關(guān)系，因此各分幀矩陣能夠用各行各列中最多只有一個非零元素表示。陣能夠用各行各列中最多只有一個非零元素表示。 在在SD

35、MA-SS-TDMA系統(tǒng)中，由于要求通信系統(tǒng)中，由于要求通信衛(wèi)星能夠提供定時切換功能，因而該系統(tǒng)與普通衛(wèi)星能夠提供定時切換功能，因而該系統(tǒng)與普通的的TDMA系統(tǒng)不同，要求地面上能夠檢測出衛(wèi)星系統(tǒng)不同，要求地面上能夠檢測出衛(wèi)星切換器的切換定時，從而使切換器的切換定時，從而使DSM能夠按分幀編排能夠按分幀編排順序進行切換。順序進行切換?？刂茙降姆椒ㄓ袃煞N：一種是星載定時，控制幀同步的方法有兩種：一種是星載定時，另一種是地球定時。下面分別進行介紹。另一種是地球定時。下面分別進行介紹。（1）星載定時是以衛(wèi)星上切換電路所提供）星載定時是以衛(wèi)星上切換電路所提供的定時為基準(zhǔn)的一種幀同步方法，這就要求地面

36、的定時為基準(zhǔn)的一種幀同步方法，這就要求地面上的各地球站以此為基準(zhǔn)，隨時保持同步。上的各地球站以此為基準(zhǔn)，隨時保持同步。（2）地球定時是由基準(zhǔn)地球站控制星上的）地球定時是由基準(zhǔn)地球站控制星上的切換電路，而其他地球站受基準(zhǔn)站的控制，從而切換電路，而其他地球站受基準(zhǔn)站的控制，從而實現(xiàn)幀同步。實現(xiàn)幀同步。 多載波多載波TDMA（MC-TDMA）方式是方式是指在一個指在一個TDMA系統(tǒng)中采用多載波，而在系統(tǒng)中采用多載波，而在每條載波上以每條載波上以TDMA方式工作，可以傳送方式工作，可以傳送相對較低（幾十相對較低（幾十kbit/s到到20Mbit/s）的信號的信號速率。速率。 從圖從圖3-26可以看出，

37、當(dāng)可以看出，當(dāng)MC-TDMA系系統(tǒng)中僅使用一條載波時，就是傳統(tǒng)的單載統(tǒng)中僅使用一條載波時，就是傳統(tǒng)的單載波的波的TDMA方式；當(dāng)使用多條載波，并且方式；當(dāng)使用多條載波，并且每條載波只有一路信號時，就是每條載波只有一路信號時，就是SCPC方方式；當(dāng)采用多條載波，而且每條載波傳送式；當(dāng)采用多條載波，而且每條載波傳送同一個地球站發(fā)送的多路信號時，則工作同一個地球站發(fā)送的多路信號時，則工作于于MCPC方式。方式。圖3-26 TDMA，SCPC和MC-TDMA使用轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶對比 在以隨機多址訪問方式工作的系統(tǒng)中，每個在以隨機多址訪問方式工作的系統(tǒng)中，每個用戶都可以訪問一條共享信道，而無需事先與系用戶都可

38、以訪問一條共享信道，而無需事先與系統(tǒng)中的其他用戶進行協(xié)商。統(tǒng)中的其他用戶進行協(xié)商。 常用的隨機多址方式有：常用的隨機多址方式有：ALOHA，S-ALOHA等，下面逐一進行介紹。等，下面逐一進行介紹。 ALOHA是最早的隨機多址訪問方式。是最早的隨機多址訪問方式。 如圖如圖3-27所示的是一個數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的所示的是一個數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)構(gòu)示意圖。 由于在由于在ALOHA方式中對用戶發(fā)送數(shù)據(jù)分組方式中對用戶發(fā)送數(shù)據(jù)分組的時間未加以任何限制，因此對任一分組而言，的時間未加以任何限制，因此對任一分組而言，只要有其他站發(fā)射分組，便會在信道上發(fā)生碰撞只要有其他站發(fā)射分組，便會在信道上發(fā)生

39、碰撞現(xiàn)象?，F(xiàn)象。圖3-27 衛(wèi)星分組通信原理從上面的介紹可以清楚地看到，從上面的介紹可以清楚地看到，ALOHA系系統(tǒng)具有以下特點。統(tǒng)具有以下特點。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，用戶入網(wǎng)方便，無需協(xié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，用戶入網(wǎng)方便，無需協(xié)調(diào)。調(diào)。 當(dāng)業(yè)務(wù)量較小時具有良好的通信性能。當(dāng)業(yè)務(wù)量較小時具有良好的通信性能。 存在碰撞現(xiàn)象，其吞吐量（即某段時間存在碰撞現(xiàn)象，其吞吐量（即某段時間內(nèi)成功接收信息的比特平均數(shù)與所發(fā)送的總比特內(nèi)成功接收信息的比特平均數(shù)與所發(fā)送的總比特數(shù)之比）較低，最高吞吐量也只能達到數(shù)之比）較低，最高吞吐量也只能達到18.4%。 存在信道不穩(wěn)定性。即當(dāng)信道業(yè)務(wù)量增存在信道不穩(wěn)定性。即當(dāng)信道業(yè)務(wù)量增大

40、到一定的程度時，分組在信道上發(fā)生碰撞的概大到一定的程度時，分組在信道上發(fā)生碰撞的概率也隨之增加，此時信道上的吞吐量不再隨業(yè)務(wù)率也隨之增加，此時信道上的吞吐量不再隨業(yè)務(wù)量的增加而增加，反之減小，此時要求重發(fā)的分量的增加而增加，反之減小，此時要求重發(fā)的分組數(shù)也隨之增多，信道的利用率（信道上有信息組數(shù)也隨之增多，信道的利用率（信道上有信息傳輸?shù)臅r間占總的可用時間之比）加大。極限情傳輸?shù)臅r間占總的可用時間之比）加大。極限情況下，信道內(nèi)充斥的都是重發(fā)分組，此時的吞吐況下，信道內(nèi)充斥的都是重發(fā)分組，此時的吞吐量降為零?？梢娦诺劳掏铝康秃筒环€(wěn)定性是量降為零?？梢娦诺劳掏铝康秃筒环€(wěn)定性是ALOHA的主要缺點。

41、的主要缺點。 由上面的分析可以看出，在由上面的分析可以看出，在ALOHA系統(tǒng)中，由于各站可以隨時發(fā)送信息。因系統(tǒng)中，由于各站可以隨時發(fā)送信息。因而在一個分組的受損時間內(nèi)，如果其他站而在一個分組的受損時間內(nèi)，如果其他站也正隨機地發(fā)送信息的話，那么很容易出也正隨機地發(fā)送信息的話，那么很容易出現(xiàn)碰撞，導(dǎo)致分組丟失?，F(xiàn)碰撞，導(dǎo)致分組丟失。 SREJ（Selective Reject）ALOHA稱為選稱為選擇拒絕擇拒絕ALOHA方式，它是提高方式，它是提高ALOHA方式吞方式吞吐量的另一種方法。吐量的另一種方法。 C-ALOHA稱為具有捕獲效應(yīng)的稱為具有捕獲效應(yīng)的ALOHA，它是改善系統(tǒng)吞吐量的一種方式

42、。在它是改善系統(tǒng)吞吐量的一種方式。在ALOHA方方式中，由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器所接收的兩個分組功率相式中，由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器所接收的兩個分組功率相同，因而發(fā)生碰撞情況下，接收端無法正常接收同，因而發(fā)生碰撞情況下，接收端無法正常接收分組。分組。 可控多址訪問方式又稱為預(yù)約（可控多址訪問方式又稱為預(yù)約（reservation）協(xié)議。協(xié)議。 R-ALOHA被稱為預(yù)約被稱為預(yù)約ALOHA方式。在衛(wèi)方式。在衛(wèi)星通信網(wǎng)中可接入的用戶類型有多種，總的來說，星通信網(wǎng)中可接入的用戶類型有多種，總的來說，不同時間、不同的地球站的通信業(yè)務(wù)類型不同，不同時間、不同的地球站的通信業(yè)務(wù)類型不同，通信業(yè)務(wù)量也不同。通信業(yè)務(wù)量也不同。 AA-TDMA稱為自適應(yīng)稱為自適應(yīng)TDMA，也是也是一種預(yù)約協(xié)議。它可以看成一種預(yù)約協(xié)議。它可以看成TDMA方式的方式的改進型，其性能優(yōu)于改進型，其性能優(yōu)于R-ALOHA方式，工方式，工作原理與作原理與R-ALOHA方式相似。方式相似。