衛(wèi)星通信的多址方式

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1、 3.1 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)3.3 時(shí)分多址技術(shù)3.4 隨機(jī)多址和可控多址訪問(wèn)方式 多 址 技 術(shù) 是 指 在 衛(wèi) 星 覆 蓋 區(qū) 內(nèi) 的 多 個(gè) 地 球 站 ，通 過(guò) 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 道 分 配 方 式 實(shí) 際 上 就 是 指 如 何 進(jìn) 行 信 道 分配 。 所 采 用 的 多 址 方 式 不 同 ， 其 信 道 的 內(nèi) 含 不 同 。 預(yù) 分 配 （ PA） 方 式 又 分 為 固 定 預(yù) 分 配 （ FPA）和 按 時(shí) 預(yù) 分 配 （ TPA） 方 式 ， 具 體 如 下 。 固

2、定 預(yù) 分 配 （ FPA） 是 指 按 事 先 規(guī) 定 半 永 久性 地 分 配 給 每 個(gè) 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 球站 的 通 信 ， 其 他 地 球 站 不 得 占 用 。 根 據(jù) 統(tǒng) 計(jì) ， 事 先 知 道 了 各 地 球 站 間 業(yè)務(wù) 量 隨 時(shí) 間 的 變 化 規(guī) 律 ， 因 而 在 一 天 內(nèi) 可按 約 定 對(duì) 信 道 做 幾 次 固 定 的 調(diào) 整 ， 這 種 方式 就 是 按 時(shí) 預(yù) 分 配 （ TPA） 方 式 。 按 需 分 配 （ DA） 方 式 是 一 種

3、分 配 可 變 的 制度 ， 這 個(gè) 可 變 是 按 申 請(qǐng) 進(jìn) 行 信 道 分 配 變 化 的 ， 通話 完 畢 之 后 ， 系 統(tǒng) 信 道 又 收 歸 公 有 。 動(dòng) 態(tài) 分 配 是 系 統(tǒng) 根 據(jù) 終 端 申 請(qǐng) 要 求 ， 將 系 統(tǒng)的 頻 帶 資 源 （ 傳 輸 速 率 ） 實(shí) 時(shí) 地 分 配 給 地 球 站 或衛(wèi) 星 移 動(dòng) 通 信 終 端 ， 從 而 能 高 效 率 地 利 用 轉(zhuǎn) 發(fā) 器的 頻 帶 。 它 是 指 通 信 中 各 種 終 端 隨 機(jī) 地 占 用 衛(wèi) 星 信 道的 一 種 多 址 分 配 制 度 。 在 衛(wèi) 星 通 信 中 的 信 號(hào) 分 割 和 識(shí) 別 是 以

4、載 波頻 率 出 現(xiàn) 的 時(shí) 間 或 空 間 位 置 為 參 量 實(shí) 現(xiàn) 的 ， 歸納 起 來(lái) 可 分 為 頻 分 多 址 （ FDMA） 、 時(shí) 分 多 址（ TDMA） 、 碼 分 多 址 （ CDMA） 和 空 分 多 址（ SDMA） 。 頻 分 多 址 訪 問(wèn) （ FDMA） 方 式 是 衛(wèi) 星 通 信 多址 技 術(shù) 中 的 一 種 比 較 簡(jiǎn) 單 的 多 址 訪 問(wèn) 方 式 。 在FDMA中 是 以 頻 率 來(lái) 進(jìn) 行 分 割 的 ， 其 在 時(shí) 間 和 空間 上 無(wú) 法 分 開 ， 故 此 不 同 的 信 道 占 用 不 同 的 頻 段 ，互 不 重 疊 。時(shí) 分 多 址 訪 問(wèn)

5、 （ TDMA） 方 式 是 以 時(shí) 間 為 參量 來(lái) 進(jìn) 行 分 割 的 ， 其 頻 率 和 空 間 是 無(wú) 法 分 開 的 ，那 么 不 同 的 信 號(hào) 占 據(jù) 不 同 時(shí) 間 段 ， 彼 此 互 不 重 疊 。 空 分 多 址 訪 問(wèn) （ SDMA） 方 式 是 以 空 間 作 為參 量 來(lái) 進(jìn) 行 分 割 的 ， 其 頻 率 和 時(shí) 間 無(wú) 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)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(hào) 。碼 分 多 址 訪 問(wèn) （ CDMA）

6、方 式 是 以 信 號(hào) 的波 形 、 碼 型 為 參 量 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 多 址 訪 問(wèn) 的 ， 其 頻 率 、時(shí) 間 和 空 間 上 均 無(wú) 法 分 開 ， 因 而 不 同 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(gè) 地球 站 向 衛(wèi) 星 轉(zhuǎn) 發(fā) 器 發(fā) 射 一 個(gè) 或 多 個(gè) 載 波 ， 每 個(gè) 載波 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 。 頻 分 多 址 方 式 是 最 基 本

7、 的 多 址 方 式 ， 也 是 最古 老 的 多 址 方 式 ， 其 最 突 出 的 特 點(diǎn) 是 簡(jiǎn) 單 、 可 靠和 易 于 實(shí) 現(xiàn) 。 其 特 點(diǎn) 可 進(jìn) 一 步 歸 納 如 下 ： 如 果 按 所 采 用 的 基 帶 信 號(hào) 類 型 ， MCPC又 可劃 分 為 FDM-FM-FDMA和 TDM-PSK-FDMA方式 。 在 FDM-FM-FDMA方 式 中 ， 首 先 基帶 模 擬 信 號(hào) 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(gè) 載 波 頻 率 上 ，最 后 再 以 FDMA方 式 發(fā) 射 和 接 收 。 在 TDM-PSK-

8、FDMA方 式 中 ， 首 先 將多 路 數(shù) 字 基 帶 信 號(hào) 用 時(shí) 分 復(fù) 用 方 式 復(fù) 用 在一 起 ， 然 后 以 PSK方 式 調(diào) 制 到 一 個(gè) 載 波 上 ，最 后 再 以 FDMA方 式 發(fā) 射 和 接 收 。 由 于 SCPC方 式 主 要 應(yīng) 用 于 業(yè) 務(wù) 量 較 小 的 、同 時(shí) 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 MCPC方 式 會(huì) 造 成 頻 帶的 浪 費(fèi) 。 在 圖 3-5中 給 出 SS-FDMA衛(wèi) 星 轉(zhuǎn) 發(fā) 器 方 框 圖 。從 圖 中 可 以 看 出 ， 上 行 鏈 路

9、和 下 行 鏈 路 各 包 含 3個(gè) 波 束 （ 空 分 頻 率 復(fù) 用 ） 。 其 星 上 交 換 功 能 是 由一 組 濾 波 器 和 一 個(gè) 由 微 波 二 極 管 門 電 路 組 成 的 交換 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 Single Channel Per Carrier的縮 寫 ， 是 每 載 波 單 路 的 FDMA方 式 。 數(shù) 字 制 的 預(yù) 分 配 SCPC又 包 括 PCM-PSK-SCPC和 DM-PSK-SCPC方 式 ， 我 們 首 先 從 PCM-PSK-SCPC方 式 開 始 介 紹 。

10、在 預(yù) 分 配 SCPC方 式 中 ， 任 意 兩 地 球 站 之 間進(jìn) 行 通 信 時(shí) ， 其 下 行 鏈 路 的 載 波 只 攜 帶 一 路 信 號(hào) ，并 且 占 用 一 條 衛(wèi) 星 通 道 。 在 采 用 SCPC方 式 工 作 的 IS-IV衛(wèi) 星 通 信 系 統(tǒng)中 ， 將 其 中 一 個(gè) 衛(wèi) 星 轉(zhuǎn) 發(fā) 器 的 36MHz帶 寬 等 間 隔地 分 為 800個(gè) 通 道 ， 其 頻 率 分 配 如 圖 3-6所 示 。 圖 3-6 SCPC系 統(tǒng) 的 頻 率 配 置 圖 3-7給 出 了 在 SCPC方 式 下 工 作 的 各地 球 站 的 終 端 設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 圖 。 地 面 接

11、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 。 圖 3-7 SCPC終 端 設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 圖 信 道 單 元 包 含 話 音 接 口 、 數(shù) 據(jù) 接 口 、話 音 編 碼 /譯 碼 器 、 數(shù) 據(jù) 編 碼 /譯 碼 器 、 話 音檢 測(cè) 器 、 信 道 同 步 器 、 頻 率 合 成 器 和 相 位調(diào) 制 /解 調(diào) 器 等 用 來(lái) 完 成 語(yǔ) 音 信 號(hào) 和 數(shù) 據(jù) 信號(hào) 的 編 碼 、 調(diào) 制 功 能 的 設(shè) 備 。 公 用 單 元 公 用 單 元 主 要 包 括 中 頻 單 元 和 定 時(shí) 與頻 率 單 元 等 。 話 音 的 傳 輸 與 話

12、 音 信 號(hào) 的 傳 輸 格 式 是 分 不 開的 ， 因 而 我 們 首 先 對(duì) 話 音 信 號(hào) 的 傳 輸 格 式 進(jìn) 行 介紹 。 載 波 恢 復(fù) 和 位 定 時(shí) 恢 復(fù) 碼 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) 。 SOM的 作 用 由 于 在 PCM-PSK-SCPC系 統(tǒng) 中 使 用 的 是 絕對(duì) QPSK調(diào) 制 方 式 ， 對(duì) 這 種 已 調(diào) 制 信 號(hào) 進(jìn) 行 相 干解 調(diào) 時(shí) ， 在 其 所 恢 復(fù) 的 載 波 中 會(huì) 出 現(xiàn) “ 0 ” 或“ 180 ” 的 相 位 不 確 定

13、 的 現(xiàn) 象 ， 這 就 是 相 位 模糊 現(xiàn) 象 。 如 圖 3-7所 示 ， 話 音 信 號(hào) 首 先 通 過(guò) 話 音 接 口 被送 入 PCM編 碼 /譯 碼 器 進(jìn) 行 編 碼 。 在 SCPC系 統(tǒng) 中 ， 也 可 以 傳 輸 數(shù) 據(jù) 信 息 。但 由 于 數(shù) 據(jù) 信 號(hào) 是 以 連 續(xù) 發(fā) 送 的 形 式 進(jìn) 行的 ， 因 而 在 接 收 端 不 存 在 相 位 模 糊 問(wèn) 題 ，因 此 無(wú) 需 為 恢 復(fù) 載 波 和 相 位 定 時(shí) 而 增 加 附加 字 頭 。 導(dǎo) 頻 是 指 在 已 調(diào) 信 號(hào) 譜 中 額 外 地 插 入 一 個(gè) 低功 率 的 載 波 頻 率 或 其 有 關(guān) 的

14、 頻 率 信 號(hào) 譜 線 ， 其 對(duì)應(yīng) 的 正 弦 波 就 稱 為 導(dǎo) 頻 信 號(hào) 。 在 SCPC系 統(tǒng) 中 需 要 引 入 導(dǎo) 頻 的 原 因 導(dǎo) 頻 的 插 入 與 校 正 與 PCM-PSK-SCPC系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 相 比 ， 在 DM-PSK-SCPC中 進(jìn) 行 了 如 下 調(diào) 整 。 在 PCM-PSK-SCPC系 統(tǒng) 中 使 用 的 是 QPSK調(diào) 制解 調(diào) 技 術(shù) ， 而 在 DM-PSK-SCPC系 統(tǒng) 中 ， 一 般 使 用的 是 BPSK調(diào) 制 解 調(diào) 器 。 SPADE是 Single Channel Per Carrier PCM Multiple Access De

15、mand Assignment Equipment 的 英 文 縮 寫 。 如 圖 3-10所 示 ， 在 采 用 SPADE方 式 工 作 的 衛(wèi)星 通 信 系 統(tǒng) 中 ， 通 常 將 一 個(gè) 衛(wèi) 星 轉(zhuǎn) 發(fā) 器 的 一 部 分頻 率 配 置 為 公 用 傳 輸 信 道 （ CSC） ， 而 另 一 部 分頻 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 （ TIU） 、按 需 分 配 傳 信 和 交 換 單 元 （ DASS） 、 定 時(shí) 和 頻率 單 元 （ TFU） 、 中 頻

16、 單 元 （ IF） 和 運(yùn) 行 監(jiān) 控 單元 （ CMC） 。 通 過(guò) 地 面 接 口 單 元 可 實(shí) 現(xiàn) 電 話 交 換 中 心 （ 長(zhǎng)途 臺(tái) ） 和 SPADE終 端 之 間 的 接 口 以 及 SPADE終端 之 間 的 電 話 信 號(hào) 的 連 接 。 如 圖 3-11所 示 ， DASS單 元 是 由 傳 信 和 交 換 處理 機(jī) （ SSP） 、 公 用 信 號(hào) 信 道 同 步 器 和 公 用 信 號(hào)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(zhǎng) 途 電 話 局 來(lái) 的 電 話 信 號(hào) ； 建 立 系 統(tǒng) 載 頻 忙 閑 表 ；

17、控 制 SPADE終 端 發(fā) 出 申 請(qǐng) 信 息 ； 對(duì) 呼 叫 本 站 用 戶 的 信 息 進(jìn) 行 檢 測(cè) 處 理 ； 自 動(dòng) 完 成 對(duì) 公 共 信 號(hào) 通 道 上 用 于 廣 播 的 本 站分 幀 的 差 錯(cuò) 檢 測(cè) 編 碼 ； 自 動(dòng) 故 障 檢 測(cè) 和 指 示 。 圖 3-11 SPADE終 端 設(shè) 備 組 成 圖 如 圖 3-11所 示 ， 各 地 球 站 設(shè) 置 有 按 TDMA方式 （ 在 后 面 將 詳 細(xì) 介 紹 ） 工 作 的 公 用 信 令 信 道 和話 音 傳 輸 信 道 。 為 了 實(shí) 現(xiàn) 按 需 分 配 ， 各 地 球 站 是 按 TDMA方式 工 作 的 ， 即

18、 按 時(shí) 分 多 址 方 式 工 作 的 。 由 上 面 的 分 析 可 知 ， SPADE系 統(tǒng) 可 為48個(gè) 地 球 站 提 供 397條 雙 向 通 路 （ 如 圖 4-10所 示 ） ， 這 就 是 說(shuō) ， 每 個(gè) 地 球 站 可 以 每 隔50ms向 信 道 申 請(qǐng) 一 次 。 在 SPADE系 統(tǒng) 中 ， 當(dāng) 某 用 戶 通 過(guò) 長(zhǎng) 途 臺(tái) 將 呼叫 通 信 請(qǐng) 求 送 至 SPADE終 端 時(shí) ， SPADE終 端 為其 從 397條 衛(wèi) 星 線 路 中 選 擇 任 意 一 條 空 閑 信 道 ，并 進(jìn) 行 連 通 ， 同 時(shí) 通 過(guò) 此 信 道 將 呼 叫 請(qǐng) 求 幀 送 到對(duì)

19、 方 用 戶 所 在 的 地 球 站 ， 并 由 該 站 與 對(duì) 方 局 連 通 。 如 圖 3-14所 示 的 是 TDMA系 統(tǒng) 模 型 。 從 中 可以 清 楚 地 看 出 ， 在 按 時(shí) 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(shí) 隙 ， 而 不 是 特定 的 頻 帶 ， 因 而 每 個(gè) 地 球 站 必 須 在 分 配 給 自 己 的時(shí) 隙 中 用 相 同 的 載 波 頻 率 向 衛(wèi) 星 發(fā) 射 信 號(hào) ， 并 經(jīng)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)

20、 有 如 下 優(yōu) 點(diǎn) 。 （ 1） 不 存 在 FDMA中 的 互 調(diào) 問(wèn) 題 。 （ 2） 系 統(tǒng) 容 量 大 ， 衛(wèi) 星 功 率 利 用 率 高 。 （ 3） 提 高 信 號(hào) 傳 輸 質(zhì) 量 ， 有 利 于 綜 合 業(yè) 務(wù) 的接 入 。 （ 4） 使 用 靈 活 。 雖 然 存 在 如 上 優(yōu) 點(diǎn) ， 但 也 存 在 以 下 不 足 。 （ 1） 必 須 保 持 各 地 球 站 之 間 的 同 步 ， 才 能讓 所 有 用 戶 實(shí) 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 在規(guī) 定 的 時(shí) 隙 內(nèi) 以 突 發(fā) 的 形

21、式 發(fā) 射 其 已 調(diào) 信 號(hào) ） 。 （ 3） 模 擬 信 號(hào) 需 轉(zhuǎn) 換 成 數(shù) 字 信 號(hào) 才 能 在 網(wǎng)絡(luò) 中 傳 輸 。 （ 4） 初 期 的 投 資 較 大 ， 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜 。 如 圖 3-15所 示 為 一 個(gè) TDMA地 球 站 設(shè) 備 組 成示 意 圖 。 圖 3-15 TDMA地 球 站 設(shè) 備 如 圖 3-16所 示 ， TDMA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 ）（ RB） 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 、

22、位 定 時(shí) 恢 復(fù) （ CR和BTR） 、 獨(dú) 特 碼 （ UW） 、 站 址 識(shí) 別 碼 （ SIC）和 指 令 信 號(hào) （ CW） 。 一 個(gè) 數(shù) 據(jù) 分 幀 包 含 了 若 干 個(gè) 業(yè) 務(wù) 分 幀 ， 并 且每 個(gè) 業(yè) 務(wù) 分 幀 由 分 幀 報(bào) 頭 和 多 個(gè) PCM數(shù) 據(jù) 信 道構(gòu) 成 。 若 幀 長(zhǎng) 為 Tf ， 從 圖 3-16中 可 以 看 出 ， 每 一 幀包 含 一 個(gè) 同 步 分 幀 和 m個(gè) 業(yè) 務(wù) 分 幀 ， 這 說(shuō) 明 該 系統(tǒng) 可 以 與 m個(gè) 地 球 站 實(shí) 現(xiàn) 互 通 。 gf prb TmT NLmBBR )1( 這 就 要 求 在 KTs時(shí) 間 內(nèi) 能 夠

23、 存 入 的 KS比 特 與 Tf時(shí) 間 內(nèi) 讀 出 的 比 特 數(shù) L相 等 ， 即L=KS， 故 sfTTSLK 或 sf KTT （ 3-3） 分 幀 長(zhǎng) 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(zhǎng) 度 Tbi為 bipgbi RLnBTT 1)( （ 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(shí) 間 與 幀 長(zhǎng) 之 比 ， 即 幀 長(zhǎng) 總 的 保 護(hù) 時(shí) 間總 的 業(yè) 務(wù) 分 幀 報(bào) 頭 時(shí) 間同 步 分 幀 長(zhǎng)幀 長(zhǎng) f f gprf T TmmTTT )1( = f

24、 gbPrf T TmRmBBT )1(/)( （ 3-5） )( )1()(1 KNSmBBT mNSTmBBT prs gprs 【 例 3-1】 已 知 一 個(gè) TDMA系 統(tǒng) ， 采 用 QPSK調(diào) 制 方 式 。 設(shè) 幀 長(zhǎng) Tf=250s， 系 統(tǒng) 中 所 包 含 的 站數(shù) m =5， 各 站 所 包 含 的 通 道 數(shù) n = 4相 同 ， 保 護(hù) 時(shí)間 Tg = 0.1s， 基 準(zhǔn) 分 幀 的 比 特 數(shù) Br與 各 報(bào) 頭 的 比特 數(shù) Bp均 為 90比 特 ， 每 個(gè) 通 道 傳 輸 24路 （ PCM編 碼 ， 每 取 樣 值 編 8比 特 碼 ， 一 群 加 一 位

25、同 步 比特 ） 。 求 PCM編 碼 器 輸 出 速 率 Rs， 系 統(tǒng) 傳 輸 的 比特 率 Rb、 分 幀 長(zhǎng) 度 Tb、 幀 效 率 f及 傳 輸 線 路 要 求帶 寬 B。 解 ： Ts =125s， S=8 24+1=193（ bit） ， 又一 個(gè) 碼 符 含 兩 比 特 K=2， L=2S=386（ bit） ， 所 以 544.1 ss TSR （ Mb/s） 12.33)1( gf prb TmT mnLmBBR （ Mb/s） %2.93)1(/)( f gbPrff T TmRmBBT 44.49/)( bpgb RnLBTT （ s） 2022.1 bRB （ MHz

26、） 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(jìn) 行 信 息 交 互 的 輸 入 、 輸出 接 口 。 克 服 這 種 時(shí) 鐘 頻 差 的 方 法 有 跳 幀 法 和 碼 速 調(diào)整 法 。 碼 速 調(diào) 整 法 是 指 在 信 號(hào) 中 插 入 （ 或 扣 除 ） 一定 比 例 的 不 含 信 息 的 脈 沖 ， 這 樣 可 通 過(guò) 調(diào) 控 所 插入 （ 或 扣 除 ） 的 脈 沖 比 例 來(lái) 調(diào) 節(jié) 地 面 線 路 所 送 入的 信 號(hào) 與 衛(wèi) 星 系 統(tǒng) 時(shí) 鐘 之 間 的 頻 差 。 完 成 幀 發(fā) 送 和 接 收 。 實(shí) 現(xiàn)

27、網(wǎng) 絡(luò) 同 步 ， 即 完 成 系 統(tǒng) 的 初 始捕 獲 和 分 幀 同 步 。 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 衛(wèi) 星 線 路 的 分 配 與 控 制 。 在 TDMA系 統(tǒng) 中 ， 不 同 性 質(zhì) 的 信 號(hào) ， 其 發(fā) 送和 接 收 過(guò) 程 不 同 。 數(shù) 據(jù) 傳 送 原 理 與 話 音 信 號(hào) 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PCM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 的位 置 保 持 在 精 度 0.1 范 圍 ， 高 度 變 化 在 0.1%以 內(nèi) ， 那 么 衛(wèi) 星

28、可 在 75km 75km 75km的 立 體空 間 內(nèi) 漂 移 。 通 常 TDMA幀 周 期 （ Tf） 是 話 音 取 樣 周 期（ 125s） 的 整 數(shù) 倍 ， 它 與 頻 率 為 f0的 高 穩(wěn) 定 度（ 10-11） 的 時(shí) 鐘 周 期 一 致 。TDMA系 統(tǒng) 的 同 步 內(nèi) 容 包 括 載 波 同 步 、 時(shí) 鐘 同 步和 分 幀 同 步 。 其 中 要 求 在 極 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 從 各 接 收分 幀 報(bào) 頭 中 完 成 基 準(zhǔn) 載 波 和 時(shí) 鐘 信 號(hào) 的 提 取 工 作 。 分 幀 同 步 包 括 兩 方 面 的 內(nèi) 容 ， 其 一 是指 在 地 球 站 開 始

29、發(fā) 射 數(shù) 據(jù) 時(shí) ， 如 何 使 其 進(jìn)入 指 定 的 時(shí) 隙 ， 而 不 會(huì) 對(duì) 其 他 分 幀 構(gòu) 成 干擾 ， 這 就 是 分 幀 的 初 始 捕 獲 。 其 二 是 指 如何 使 進(jìn) 入 指 定 時(shí) 隙 的 分 幀 信 號(hào) 處 于 穩(wěn) 定 的工 作 狀 態(tài) ， 即 使 該 分 幀 與 其 他 分 幀 維 持 正確 的 時(shí) 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) 。 分 幀 的 初 始 捕 獲 在 TDMA系 統(tǒng) 中 ， 各 地 球 站 是 以 基 準(zhǔn)站 所 發(fā) 射 的 獨(dú) 特 碼 （ UW） 作 為 基 準(zhǔn) 信 號(hào)來(lái) 確 定

30、自 己 的 發(fā) 射 時(shí) 間 的 。 其 捕 獲 的 具 體步 驟 ， 如 圖 3-19所 示 。 圖3-19 捕獲過(guò)程及所用時(shí)間（實(shí)驗(yàn)）的示 意圖 圖 3-20 報(bào) 頭 結(jié) 構(gòu) 分 幀 同 步 分 幀 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 指定 的 時(shí) 隙 之 內(nèi) ， 而 對(duì) 分 幀 進(jìn) 行 的 定 時(shí)控 制 。 圖 3-21 分 幀 同 步 原 理 圖 由 前 面 的 分 析 可 知 ， 獨(dú) 特 碼 的 檢 測(cè) 是非 常 重 要 的 一 個(gè) 環(huán) 節(jié) ， 它 直 接 決 定 整 個(gè) 系統(tǒng) 是 否 能 夠 正 常 工 作 。 S

31、DMA-SS-TDMA系 統(tǒng) 稱 為 衛(wèi) 星 交 換 TDMA系 統(tǒng) ， 簡(jiǎn) 稱 SS-TDMA。 由 于 在 衛(wèi) 星 交 換 TDMA系 統(tǒng) 中 ， 多 采 用 多 波 束 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 空 分 多 址（ SDMA） ， 這 可 以 改 善 系 統(tǒng) 性 能 ， 但 使 處 于 某波 束 中 的 地 球 站 無(wú) 法 與 其 他 波 束 管 轄 下 的 地 球 站進(jìn) 行 直 接 通 信 。 多 波 束 衛(wèi) 星 是 指 具 有 多 波 束 天 線 的 衛(wèi) 星 。 這種 衛(wèi) 星 通 常 使 用 在 兩 種 環(huán) 境 之 下 。 其 一 ， 將 原 一個(gè) 單 一 業(yè) 務(wù) 區(qū) 分 成 若 干 小 區(qū) ， 用

32、 高 增 益 天 線 所 發(fā)射 的 點(diǎn) 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(gè) 不 同 的 波 束 分 別覆 蓋 彼 此 分 開 的 幾 個(gè) 業(yè) 務(wù) 區(qū) 域 ， 這 樣 在 衛(wèi) 星 功 率充 裕 的 情 況 下 ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 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 。 如 圖 3-23所 示 的 是 SDMA-SS-TDMA系 統(tǒng) 的基 本 原 理 圖 。 由 圖 可 以 看 出 該 系 統(tǒng) 共 包 含 控 制 電路 部 分 和 信 號(hào) 接 收

33、與 發(fā) 送 電 路 部 分 。 圖 3-23 SDMA-SS-TDMA系 統(tǒng) 原 理 圖 進(jìn) 行 分 幀 的 排 列 的 主 要 目 的 是 為 了 便 于 在DSM中 進(jìn) 行 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 。 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 換量 。 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(gè) 分 幀 矩 陣 中 的

34、 各 波 束 區(qū)域 之 間 的 交 換 具 有 一 對(duì) 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(gè) 非 零 元 素 表 示 。 在 SDMA-SS-TDMA系 統(tǒng) 中 ， 由 于 要 求 通 信衛(wèi) 星 能 夠 提 供 定 時(shí) 切 換 功 能 ， 因 而 該 系 統(tǒng) 與 普 通的 TDMA系 統(tǒng) 不 同 ， 要 求 地 面 上 能 夠 檢 測(cè) 出 衛(wèi) 星切 換 器 的 切 換 定 時(shí) ， 從 而 使 DSM能 夠 按 分 幀 編 排順 序 進(jìn) 行 切 換 。 控 制 幀 同 步 的 方 法 有 兩 種 ： 一 種 是 星 載 定 時(shí) ，另

35、 一 種 是 地 球 定 時(shí) 。 下 面 分 別 進(jìn) 行 介 紹 。 （ 1） 星 載 定 時(shí) 是 以 衛(wèi) 星 上 切 換 電 路 所 提 供的 定 時(shí) 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(shí) 保 持 同 步 。 （ 2） 地 球 定 時(shí) 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 而實(shí) 現(xiàn) 幀 同 步 。 多 載 波 TDMA（ MC-TDMA） 方 式 是指 在 一 個(gè) TDMA系 統(tǒng) 中 采 用 多 載 波 ， 而 在每

36、條 載 波 上 以 TDMA方 式 工 作 ， 可 以 傳 送相 對(duì) 較 低 （ 幾 十 kbit/s到 20Mbit/s） 的 信 號(hào)速 率 。 從 圖 3-26可 以 看 出 ， 當(dāng) MC-TDMA系統(tǒng) 中 僅 使 用 一 條 載 波 時(shí) ， 就 是 傳 統(tǒng) 的 單 載波 的 TDMA方 式 ； 當(dāng) 使 用 多 條 載 波 ， 并 且每 條 載 波 只 有 一 路 信 號(hào) 時(shí) ， 就 是 SCPC方式 ； 當(dāng) 采 用 多 條 載 波 ， 而 且 每 條 載 波 傳 送同 一 個(gè) 地 球 站 發(fā) 送 的 多 路 信 號(hào) 時(shí) ， 則 工 作于 MCPC方 式 。 圖3-26 TDMA ，SCP

37、C和MC-TDMA 使用轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶對(duì)比 在 以 隨 機(jī) 多 址 訪 問(wèn) 方 式 工 作 的 系 統(tǒng) 中 ， 每 個(gè)用 戶 都 可 以 訪 問(wèn) 一 條 共 享 信 道 ， 而 無(wú) 需 事 先 與 系統(tǒng) 中 的 其 他 用 戶 進(jìn) 行 協(xié) 商 。 常 用 的 隨 機(jī) 多 址 方 式 有 ： ALOHA， S-ALOHA等 ， 下 面 逐 一 進(jìn) 行 介 紹 。 ALOHA是 最 早 的 隨 機(jī) 多 址 訪 問(wèn) 方 式 。 如 圖 3-27所 示 的 是 一 個(gè) 數(shù) 據(jù) 衛(wèi) 星 通 信 系 統(tǒng) 的結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 。 由 于 在 ALOHA方 式 中 對(duì) 用 戶 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 分 組的 時(shí) 間

38、未 加 以 任 何 限 制 ， 因 此 對(duì) 任 一 分 組 而 言 ，只 要 有 其 他 站 發(fā) 射 分 組 ， 便 會(huì) 在 信 道 上 發(fā) 生 碰 撞現(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 ， ALOHA系統(tǒng) 具 有 以 下 特 點(diǎn) 。 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 用 戶 入 網(wǎng) 方 便 ， 無(wú) 需 協(xié)調(diào) 。 當(dāng) 業(yè) 務(wù) 量 較 小 時(shí) 具 有 良 好 的 通 信 性 能 。 存 在 碰 撞 現(xiàn) 象 ， 其 吞 吐 量 （ 即 某 段 時(shí) 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

39、數(shù) 之 比 ） 較 低 ， 最 高 吞 吐 量 也 只 能 達(dá) 到 18.4%。 存 在 信 道 不 穩(wěn) 定 性 。 即 當(dāng) 信 道 業(yè) 務(wù) 量 增大 到 一 定 的 程 度 時(shí) ， 分 組 在 信 道 上 發(fā) 生 碰 撞 的 概率 也 隨 之 增 加 ， 此 時(shí) 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(shí) 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 息傳 輸 的 時(shí) 間 占 總 的 可 用 時(shí) 間 之 比 ） 加 大 。 極 限 情況 下 ， 信 道 內(nèi) 充 斥 的 都 是

40、 重 發(fā) 分 組 ， 此 時(shí) 的 吞 吐量 降 為 零 。 可 見 信 道 吞 吐 量 低 和 不 穩(wěn) 定 性 是ALOHA的 主 要 缺 點(diǎn) 。 由 上 面 的 分 析 可 以 看 出 ， 在 ALOHA系 統(tǒng) 中 ， 由 于 各 站 可 以 隨 時(shí) 發(fā) 送 信 息 。 因而 在 一 個(gè) 分 組 的 受 損 時(shí) 間 內(nèi) ， 如 果 其 他 站也 正 隨 機(jī) 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 。 SREJ（ Selective Reject） ALOHA稱 為 選擇 拒 絕 ALOHA方 式 ， 它 是 提 高 ALOHA方 式 吞吐

41、 量 的 另 一 種 方 法 。 C-ALOHA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 。 在 ALOHA方式 中 ， 由 于 衛(wèi) 星 轉(zhuǎn) 發(fā) 器 所 接 收 的 兩 個(gè) 分 組 功 率 相同 ， 因 而 發(fā) 生 碰 撞 情 況 下 ， 接 收 端 無(wú) 法 正 常 接 收分 組 。 可 控 多 址 訪 問(wèn) 方 式 又 稱 為 預(yù) 約 （ reservation）協(xié) 議 。 R-ALOHA被 稱 為 預(yù) 約 ALOHA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(lái) 說(shuō) ，不 同 時(shí) 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 。 AA-TDMA稱 為 自 適 應(yīng) TDMA， 也 是一 種 預(yù) 約 協(xié) 議 。 它 可 以 看 成 TDMA方 式 的改 進(jìn) 型 ， 其 性 能 優(yōu) 于 R-ALOHA方 式 ， 工作 原 理 與 R-ALOHA方 式 相 似 。