衛(wèi)星通信的多址方式課件

第3章衛(wèi)星通信的多址方式衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中所使用的信道分配技術(shù)和多址技術(shù)（頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和碼分多址（CDMA））等進(jìn)行介紹。第3章衛(wèi)星通信的多址方式衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中所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方式3.1多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念3.1多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)的多個(gè)地球站，通過同一顆衛(wèi)星的中繼建立兩址和多址之間的通信技術(shù)。3.1.1信道分配方式信道分配方式實(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。3.1多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)1．預(yù)分配（PA）方式預(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。（1）固定預(yù)分配方式固定預(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。1．預(yù)分配（PA）方式（2）按時(shí)預(yù)分配（TPA）方式根據(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。（2）按時(shí)預(yù)分配（TPA）方式2．按需分配方式按需分配（DA）方式是一種分配可變的制度，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。（1）收端可變、發(fā)端固定的DA方式（2）收端固定、發(fā)端可變的DA方式（3）收、發(fā)可變DA方式2．按需分配方式3．動(dòng)態(tài)分配動(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。4．隨機(jī)分配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。3．動(dòng)態(tài)分配3.1.2多址技術(shù)在衛(wèi)星通信中的信號(hào)分割和識(shí)別是以載波頻率出現(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）。3.1.2多址技術(shù)頻分多址訪問（FDMA）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FDMA中是以頻率來進(jìn)行分割的，其在時(shí)間和空間上無法分開，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（TDMA）方式是以時(shí)間為參量來進(jìn)行分割的，其頻率和空間是無法分開的，那么不同的信號(hào)占據(jù)不同時(shí)間段，彼此互不重疊。頻分多址訪問（FDMA）方式是衛(wèi)星通信多址技術(shù)中的一種比較簡空分多址訪問（SDMA）方式是以空間作為參量來進(jìn)行分割的，其頻率和時(shí)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)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（CDMA）方式是以信號(hào)的波形、碼型為參量來實(shí)現(xiàn)多址訪問的，其頻率、時(shí)間和空間上均無法分開，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。空分多址訪問（SDMA）方式是以空間作為參量來進(jìn)行分割的，其3.2頻分多址技術(shù)3.2.1頻分多址技術(shù)原理與應(yīng)用特點(diǎn)1.工作原理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。3.2頻分多址技術(shù)3.2.1頻分多址技術(shù)原理與應(yīng)用特2．FDMA的應(yīng)用特點(diǎn)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(diǎn)是簡單、可靠和易于實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)可進(jìn)一步歸納如下：（1）要求解決好衛(wèi)星的功率和帶寬之間的關(guān)系。（2）必須嚴(yán)格控制功率。（3）設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)頻帶。（4）盡量減少互調(diào)的影響。2．FDMA的應(yīng)用特點(diǎn)3.2.2FDMA的分類1.每載波多路MCPC-FDMA方式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。3.2.2FDMA的分類在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-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。在FDM-FM-FDMA方式中，首先基帶模擬信號(hào)以頻分復(fù)用2．每載波單路SCPC-FDMA方式

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)。2．每載波單路SCPC-FDMA方式3．星上交換SS-FDMA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。3．星上交換SS-FDMA圖3-5SS-FDMA衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖圖3-5SS-FDMA衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖3.2.3SCPC系統(tǒng)

SCPC是英文SingleChannelPerCarrier的縮寫，是每載波單路的FDMA方式。1．預(yù)分配的SCPC

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。

3.2.3SCPC系統(tǒng)（1）PCM-PSK-SCPC

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。①SCPC的頻率配置在采用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。（1）PCM-PSK-SCPC圖3-6SCPC系統(tǒng)的頻率配置圖3-6SCPC系統(tǒng)的頻率配置②SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)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。②SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖3-7SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖圖3-7SCPC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)器等用來完成語音信號(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。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/③話音信號(hào)的傳輸過程話音的傳輸與話音信號(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。

a.話音信號(hào)的傳輸格式載波恢復(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)。③話音信號(hào)的傳輸過程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°”的相位不確定的現(xiàn)象，這就是相位模糊現(xiàn)象。b.話音信號(hào)的傳輸過程如圖3-7所示，話音信號(hào)首先通過話音接口被送入PCM編碼/譯碼器進(jìn)行編碼。SOM的作用④數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸過程在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題，因此無需為恢復(fù)載波和相位定時(shí)而增加附加字頭。④數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸過程⑤導(dǎo)頻和導(dǎo)頻校正技術(shù)（AFC）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?qū)ьl的插入與校正⑤導(dǎo)頻和導(dǎo)頻校正技術(shù)（AFC）（2）DM-PSK-SCPC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。①用DM編碼/譯碼器代替PCM編碼/譯碼器②采用BPSK調(diào)制/解調(diào)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。（2）DM-PSK-SCPC2.按需分配的SCPC系統(tǒng)（SPADE）

SPADE是SingleChannelPerCarrierPCMMultipleAccessDemandAssignmentEquipment的英文縮寫。（1）SPADE的頻率配置如圖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）。2.按需分配的SCPC系統(tǒng)（SPADE）圖3-10SPADE系統(tǒng)的頻率配置圖3-10SPADE系統(tǒng)的頻率配置（2）終端設(shè)備結(jié)構(gòu)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）、中頻單元（IF）和運(yùn)行監(jiān)控單元（CMC）。①地面接口單元通過地面接口單元可實(shí)現(xiàn)電話交換中心（長途臺(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。（2）終端設(shè)備結(jié)構(gòu)②按需分配傳信與交換單元（DASS）

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)視和處理長途電話局來的電話信號(hào)；建立系統(tǒng)載頻忙閑表；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。②按需分配傳信與交換單元（DASS）圖3-11SPADE終端設(shè)備組成圖圖3-11SPADE終端設(shè)備組成圖（3）按需分配方式下的信息傳遞過程如圖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。①公共信令信道的信令格式為了實(shí)現(xiàn)按需分配，各地球站是按TDMA方式工作的，即按時(shí)分多址方式工作的。（3）按需分配方式下的信息傳遞過程②公共信道工作特性由上面的分析可知，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，每個(gè)地球站可以每隔50ms向信道申請(qǐng)一次。②公共信道工作特性③按需分配方式下的通信過程在SPADE系統(tǒng)中，當(dāng)某用戶通過長途臺(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)通過此信道將呼叫請(qǐng)求幀送到對(duì)方用戶所在的地球站，并由該站與對(duì)方局連通。③按需分配方式下的通信過程3.3時(shí)分多址技術(shù)3.3.1時(shí)分多址的概念及其應(yīng)用特點(diǎn)1．TDMA的基本概念如圖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。3.3時(shí)分多址技術(shù)3.3.1時(shí)分多址的概念及其應(yīng)用特圖3-14TDMA系統(tǒng)模型圖3-14TDMA系統(tǒng)模型2．TDMA技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)TDMA技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)。（1）不存在FDMA中的互調(diào)問題。（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。2．TDMA技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)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。雖然存在如上優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下不足。3.3.2TDMA地球站設(shè)備如圖3-15所示為一個(gè)TDMA地球站設(shè)備組成示意圖。圖3-15TDMA地球站設(shè)備3.3.2TDMA地球站設(shè)備圖3-15TDMA地1．TDMA幀結(jié)構(gòu)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）。1．TDMA幀結(jié)構(gòu)圖3-16TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖3-16TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)（1）同步分幀同步分幀中包括載波、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）。（2）數(shù)據(jù)分幀一個(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。（1）同步分幀（3）幀效率若幀長為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，這說明該系統(tǒng)可以與m個(gè)地球站實(shí)現(xiàn)互通。①系統(tǒng)傳輸速率Rb（3）幀效率②幀長這就要求在KTs時(shí)間內(nèi)能夠存入的KS比特與Tf時(shí)間內(nèi)讀出的比特?cái)?shù)L相等，即L=KS，故

②幀長【例3-1】已知一個(gè)TDMA系統(tǒng)，采用QPSK調(diào)制方式。設(shè)幀長Tf=250μs，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=0.1μs，基準(zhǔn)分幀的比特?cái)?shù)Br與各報(bào)頭的比特?cái)?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，一群加一位同步比特）。求PCM編碼器輸出速率Rs，系統(tǒng)傳輸?shù)谋忍芈蔙b、分幀長度Tb、幀效率ηf及傳輸線路要求帶寬B。【例3-1】已知一個(gè)TDMA系統(tǒng)，采用QPSK調(diào)制方式。設(shè)解：Ts=125μs，S=8×24+1=193（bit），又一個(gè)碼符含兩比特K=2，L=2S=386（bit），所以解：Ts=125μs，S=8×24+1=衛(wèi)星通信的多址方式課件2.地面接口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)地面線路所送入的信號(hào)與衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)鐘之間的頻差。2.地面接口3．TDMA終端（1）TDMA終端功能①完成幀發(fā)送和接收。②實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，即完成系統(tǒng)的初始捕獲和分幀同步。③實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星線路的分配與控制。3．TDMA終端（2）幀的發(fā)送與接收在TDMA系統(tǒng)中，不同性質(zhì)的信號(hào)，其發(fā)送和接收過程不同。①話音信號(hào)的傳送②數(shù)據(jù)傳送數(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。（2）幀的發(fā)送與接收（3）系統(tǒng)的定時(shí)與同步就目前的衛(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)星可在75km×75km×75km的立體空間內(nèi)漂移。（3）系統(tǒng)的定時(shí)與同步①TDMA系統(tǒng)定時(shí)通常TDMA幀周期（Tf）是話音取樣周期（125μs）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。②TDMA系統(tǒng)的同步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。①TDMA系統(tǒng)定時(shí)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(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(shí)，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)來確定自己的發(fā)射時(shí)間的。其捕獲的具體步驟，如圖3-19所示。分幀的初始捕獲圖3-19捕獲過程及所用時(shí)間（實(shí)驗(yàn)）的示意圖圖3-19捕獲過程及所用時(shí)間（實(shí)驗(yàn)）的示意圖圖3-20報(bào)頭結(jié)構(gòu)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。分幀同步圖3-21分幀同步原理圖圖3-21分幀同步原理圖（4）獨(dú)特碼（UW）的檢測(cè)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。（4）獨(dú)特碼（UW）的檢測(cè)3.3.3SDMA-SS-TDMA方式

SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)稱為衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)，簡稱SS-TDMA。由于在衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)中，多采用多波束來實(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法與其他波束管轄下的地球站進(jìn)行直接通信。3.3.3SDMA-SS-TDMA方式1．多波束衛(wèi)星多波束衛(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。1．多波束衛(wèi)星2．工作原理如圖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)接收與發(fā)送電路部分。（1）控制電路部分（2）信號(hào)接收和發(fā)送電路部分2．工作原理圖3-23SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)原理圖圖3-23SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)原理圖3．分幀排列進(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。（1）幀交換矩陣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。3．分幀排列（2）分幀的編排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。（2）分幀的編排4．SS-TDMA幀同步在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。4．SS-TDMA幀同步控制幀同步的方法有兩種：一種是星載定時(shí)，另一種是地球定時(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?？刂茙降姆椒ㄓ袃煞N：一種是星載定時(shí)，另一種是地球定時(shí)。下3.3.4多載波TDMA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。3.3.4多載波TDMA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。從圖3-26可以看出，當(dāng)MC-TDMA系統(tǒng)中圖3-26TDMA，SCPC和MC-TDMA使用轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶對(duì)比圖3-26TDMA，SCPC3.4隨機(jī)多址和可控多址訪問方式3.4.1隨機(jī)多址訪問方式在以隨機(jī)多址訪問方式工作的系統(tǒng)中，每個(gè)用戶都可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(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。3.4隨機(jī)多址和可控多址訪問方式3.4.1隨機(jī)多址1．ALOHAALOHA是最早的隨機(jī)多址訪問方式。（1）工作過程如圖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。（2）受損時(shí)間由于在ALOHA方式中對(duì)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)分組的時(shí)間未加以任何限制，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。1．ALOHA圖3-27衛(wèi)星分組通信原理圖3-27衛(wèi)星分組通信原理（3）ALOHA方式的應(yīng)用特點(diǎn)從上面的介紹可以清楚地看到，ALOHA系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，用戶入網(wǎng)方便，無需協(xié)調(diào)。②當(dāng)業(yè)務(wù)量較小時(shí)具有良好的通信性能。③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?cái)?shù)之比）較低，最高吞吐量也只能達(dá)到18.4%。

（3）ALOHA方式的應(yīng)用特點(diǎn)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?shù)臅r(shí)間占總的可用時(shí)間之比）加大。極限情況下，信道內(nèi)充斥的都是重發(fā)分組，此時(shí)的吞吐量降為零?？梢娦诺劳掏铝康秃筒环€(wěn)定性是ALOHA的主要缺點(diǎn)。④存在信道不穩(wěn)定性。即當(dāng)信道業(yè)務(wù)量增大到一2．S-ALOHA

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。2．S-ALOHA3．SREJ-ALOHASREJ（SelectiveReject）—ALOHA稱為選擇拒絕ALOHA方式，它是提高ALOHA方式吞吐量的另一種方法。4．C-ALOHAC-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，接收端無法正常接收分組。3．SREJ-ALOHA3.4.2可控多址訪問方式可控多址訪問方式又稱為預(yù)約（reservation）協(xié)議。1．R-ALOHAR-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，總的來說，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。3.4.2可控多址訪問方式2．AA-TDMAAA-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。2．AA-TDMA第3章衛(wèi)星通信的多址方式衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中所使用的信道分配技術(shù)和多址技術(shù)（頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和碼分多址（CDMA））等進(jìn)行介紹。第3章衛(wèi)星通信的多址方式衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中所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方式3.1多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念3.1多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)的多個(gè)地球站，通過同一顆衛(wèi)星的中繼建立兩址和多址之間的通信技術(shù)。3.1.1信道分配方式信道分配方式實(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。3.1多址技術(shù)與信道分配技術(shù)的概念多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)1．預(yù)分配（PA）方式預(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。（1）固定預(yù)分配方式固定預(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。1．預(yù)分配（PA）方式（2）按時(shí)預(yù)分配（TPA）方式根據(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。（2）按時(shí)預(yù)分配（TPA）方式2．按需分配方式按需分配（DA）方式是一種分配可變的制度，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。（1）收端可變、發(fā)端固定的DA方式（2）收端固定、發(fā)端可變的DA方式（3）收、發(fā)可變DA方式2．按需分配方式3．動(dòng)態(tài)分配動(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。4．隨機(jī)分配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。3．動(dòng)態(tài)分配3.1.2多址技術(shù)在衛(wèi)星通信中的信號(hào)分割和識(shí)別是以載波頻率出現(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）。3.1.2多址技術(shù)頻分多址訪問（FDMA）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FDMA中是以頻率來進(jìn)行分割的，其在時(shí)間和空間上無法分開，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（TDMA）方式是以時(shí)間為參量來進(jìn)行分割的，其頻率和空間是無法分開的，那么不同的信號(hào)占據(jù)不同時(shí)間段，彼此互不重疊。頻分多址訪問（FDMA）方式是衛(wèi)星通信多址技術(shù)中的一種比較簡空分多址訪問（SDMA）方式是以空間作為參量來進(jìn)行分割的，其頻率和時(shí)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)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（CDMA）方式是以信號(hào)的波形、碼型為參量來實(shí)現(xiàn)多址訪問的，其頻率、時(shí)間和空間上均無法分開，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?？辗侄嘀吩L問（SDMA）方式是以空間作為參量來進(jìn)行分割的，其3.2頻分多址技術(shù)3.2.1頻分多址技術(shù)原理與應(yīng)用特點(diǎn)1.工作原理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。3.2頻分多址技術(shù)3.2.1頻分多址技術(shù)原理與應(yīng)用特2．FDMA的應(yīng)用特點(diǎn)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(diǎn)是簡單、可靠和易于實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)可進(jìn)一步歸納如下：（1）要求解決好衛(wèi)星的功率和帶寬之間的關(guān)系。（2）必須嚴(yán)格控制功率。（3）設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)頻帶。（4）盡量減少互調(diào)的影響。2．FDMA的應(yīng)用特點(diǎn)3.2.2FDMA的分類1.每載波多路MCPC-FDMA方式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。3.2.2FDMA的分類在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-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。在FDM-FM-FDMA方式中，首先基帶模擬信號(hào)以頻分復(fù)用2．每載波單路SCPC-FDMA方式

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)。2．每載波單路SCPC-FDMA方式3．星上交換SS-FDMA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。3．星上交換SS-FDMA圖3-5SS-FDMA衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖圖3-5SS-FDMA衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖3.2.3SCPC系統(tǒng)

SCPC是英文SingleChannelPerCarrier的縮寫，是每載波單路的FDMA方式。1．預(yù)分配的SCPC

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。

3.2.3SCPC系統(tǒng)（1）PCM-PSK-SCPC

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。①SCPC的頻率配置在采用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。（1）PCM-PSK-SCPC圖3-6SCPC系統(tǒng)的頻率配置圖3-6SCPC系統(tǒng)的頻率配置②SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)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。②SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖3-7SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖圖3-7SCPC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)器等用來完成語音信號(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。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/③話音信號(hào)的傳輸過程話音的傳輸與話音信號(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。

a.話音信號(hào)的傳輸格式載波恢復(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)。③話音信號(hào)的傳輸過程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°”的相位不確定的現(xiàn)象，這就是相位模糊現(xiàn)象。b.話音信號(hào)的傳輸過程如圖3-7所示，話音信號(hào)首先通過話音接口被送入PCM編碼/譯碼器進(jìn)行編碼。SOM的作用④數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸過程在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題，因此無需為恢復(fù)載波和相位定時(shí)而增加附加字頭。④數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸過程⑤導(dǎo)頻和導(dǎo)頻校正技術(shù)（AFC）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?qū)ьl的插入與校正⑤導(dǎo)頻和導(dǎo)頻校正技術(shù)（AFC）（2）DM-PSK-SCPC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。①用DM編碼/譯碼器代替PCM編碼/譯碼器②采用BPSK調(diào)制/解調(diào)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。（2）DM-PSK-SCPC2.按需分配的SCPC系統(tǒng)（SPADE）

SPADE是SingleChannelPerCarrierPCMMultipleAccessDemandAssignmentEquipment的英文縮寫。（1）SPADE的頻率配置如圖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）。2.按需分配的SCPC系統(tǒng)（SPADE）圖3-10SPADE系統(tǒng)的頻率配置圖3-10SPADE系統(tǒng)的頻率配置（2）終端設(shè)備結(jié)構(gòu)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）、中頻單元（IF）和運(yùn)行監(jiān)控單元（CMC）。①地面接口單元通過地面接口單元可實(shí)現(xiàn)電話交換中心（長途臺(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。（2）終端設(shè)備結(jié)構(gòu)②按需分配傳信與交換單元（DASS）

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)視和處理長途電話局來的電話信號(hào)；建立系統(tǒng)載頻忙閑表；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。②按需分配傳信與交換單元（DASS）圖3-11SPADE終端設(shè)備組成圖圖3-11SPADE終端設(shè)備組成圖（3）按需分配方式下的信息傳遞過程如圖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。①公共信令信道的信令格式為了實(shí)現(xiàn)按需分配，各地球站是按TDMA方式工作的，即按時(shí)分多址方式工作的。（3）按需分配方式下的信息傳遞過程②公共信道工作特性由上面的分析可知，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，每個(gè)地球站可以每隔50ms向信道申請(qǐng)一次。②公共信道工作特性③按需分配方式下的通信過程在SPADE系統(tǒng)中，當(dāng)某用戶通過長途臺(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)通過此信道將呼叫請(qǐng)求幀送到對(duì)方用戶所在的地球站，并由該站與對(duì)方局連通。③按需分配方式下的通信過程3.3時(shí)分多址技術(shù)3.3.1時(shí)分多址的概念及其應(yīng)用特點(diǎn)1．TDMA的基本概念如圖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。3.3時(shí)分多址技術(shù)3.3.1時(shí)分多址的概念及其應(yīng)用特圖3-14TDMA系統(tǒng)模型圖3-14TDMA系統(tǒng)模型2．TDMA技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)TDMA技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)。（1）不存在FDMA中的互調(diào)問題。（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。2．TDMA技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)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。雖然存在如上優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下不足。3.3.2TDMA地球站設(shè)備如圖3-15所示為一個(gè)TDMA地球站設(shè)備組成示意圖。圖3-15TDMA地球站設(shè)備3.3.2TDMA地球站設(shè)備圖3-15TDMA地1．TDMA幀結(jié)構(gòu)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）。1．TDMA幀結(jié)構(gòu)圖3-16TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖3-16TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)（1）同步分幀同步分幀中包括載波、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）。（2）數(shù)據(jù)分幀一個(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。（1）同步分幀（3）幀效率若幀長為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，這說明該系統(tǒng)可以與m個(gè)地球站實(shí)現(xiàn)互通。①系統(tǒng)傳輸速率Rb（3）幀效率②幀長這就要求在KTs時(shí)間內(nèi)能夠存入的KS比特與Tf時(shí)間內(nèi)讀出的比特?cái)?shù)L相等，即L=KS，故

②幀長【例3-1】已知一個(gè)TDMA系統(tǒng)，采用QPSK調(diào)制方式。設(shè)幀長Tf=250μs，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=0.1μs，基準(zhǔn)分幀的比特?cái)?shù)Br與各報(bào)頭的比特?cái)?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，一群加一位同步比特）。求PCM編碼器輸出速率Rs，系統(tǒng)傳輸?shù)谋忍芈蔙b、分幀長度Tb、幀效率ηf及傳輸線路要求帶寬B?！纠?-1】已知一個(gè)TDMA系統(tǒng)，采用QPSK調(diào)制方式。設(shè)解：Ts=125μs，S=8×24+1=193（bit），又一個(gè)碼符含兩比特K=2，L=2S=386（bit），所以解：Ts=125μs，S=8×24+1=衛(wèi)星通信的多址方式課件2.地面接口地面接口是與用戶進(jìn)行信息交互的輸入、輸出接口?？朔@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)地面線路所送入的信號(hào)與衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)鐘之間的頻差。2.地面接口3．TDMA終端（1）TDMA終端功能①完成幀發(fā)送和接收。②實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，即完成系統(tǒng)的初始捕獲和分幀同步。③實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星線路的分配與控制。3．TDMA終端（2）幀的發(fā)送與接收在TDMA系統(tǒng)中，不同性質(zhì)的信號(hào)，其發(fā)送和接收過程不同。①話音信號(hào)的傳送②數(shù)據(jù)傳送數(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。（2）幀的發(fā)送與接收（3）系統(tǒng)的定時(shí)與同步就目前的衛(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)星可在75km×75km×75km的立體空間內(nèi)漂移。（3）系統(tǒng)的定時(shí)與同步①TDMA系統(tǒng)定時(shí)通常TDMA幀周期（Tf）是話音取樣周期（125μs）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。②TDMA系統(tǒng)的同步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。①TDMA系統(tǒng)定時(shí)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(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(shí)，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)來確定自己的發(fā)射時(shí)間的。其捕獲的具體步驟，如圖3-19所示。分幀的初始捕獲圖3-19捕獲過程及所用時(shí)間（實(shí)驗(yàn)）的示意圖圖3-19捕獲過程及所用時(shí)間（實(shí)驗(yàn)）的示意圖圖3-20報(bào)頭結(jié)構(gòu)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。分幀同步圖3-21分幀同步原理圖圖3-21分幀同步原理圖（4）獨(dú)特碼（UW）的檢測(cè)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。（4）獨(dú)特碼（UW）的檢測(cè)3.3.3SDMA-SS-TDMA方式

SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)稱為衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)，簡稱SS-TDMA。由于在衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)中，多采用多波束來實(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法與其他波束管轄下的地球站進(jìn)行直接通信。3.3.3SDMA-SS-TDMA方式1．多波束衛(wèi)星多波束衛(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。1．多波束衛(wèi)星2．工作原理如圖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)接收與發(fā)送電路部分。（1）控制電路部分（2）信號(hào)接收和發(fā)送電路部分2．工作原理圖3-23SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)原理圖圖3-23SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)原理圖3．分幀排列進(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。（1）幀交換矩陣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。3．分幀排列（2）分幀的編排分幀的編排是指把已知系統(tǒng)的交換矩陣