第4章：衛(wèi)星通信多址技術(shù)教材

《微波與衛(wèi)星通信》第四章：衛(wèi)星通信多址技術(shù)西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信1課程預(yù)覽西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信20什么是微波通信？什么是衛(wèi)星通信？1傳播通道？微波傳播2信息的發(fā)送？調(diào)制與編碼3地球站接入？多址技術(shù)4系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用主要內(nèi)容西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信34.1概述4.2頻分多址技術(shù)4.3時(shí)分多址技術(shù)4.4碼分多址技術(shù)4.5數(shù)字話音內(nèi)插技術(shù)4.6ALOHA隨機(jī)多址技術(shù)多址接入4.1概述西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信4本章主要介紹多址連接和信道分配技術(shù)多址連接是指多個(gè)地球站通過共同的衛(wèi)星，同時(shí)建立各自的通信鏈路，從而實(shí)現(xiàn)各地球站相互之間的通信的方式。多址方式的出現(xiàn)，大大的提高了衛(wèi)星通信線路的利用率和通信連接的靈活性。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信54.1.1多址連接的基本概念多址連接與多路復(fù)用二者既有相似之處，也有區(qū)別，容易混淆相似之處：

二者都是研究和解決信道復(fù)用問題，即多個(gè)信號(hào)混合傳輸及區(qū)分的技術(shù)問題。如何混合傳輸，并保證在需要的時(shí)候有效分離。兩者在通信過程中都包括多個(gè)信號(hào)的復(fù)合、復(fù)合信號(hào)在信道上的傳

輸及信號(hào)的分離三個(gè)過程。區(qū)別：多路復(fù)用更傾向于多個(gè)信號(hào)在基帶上進(jìn)行復(fù)合和分離，并在同一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行發(fā)送和接收；多址連接則更傾向于多個(gè)信號(hào)在射頻信道上的復(fù)用和分離，并在不同的設(shè)備（地址）中進(jìn)行發(fā)送或接收；--上行：多個(gè)地球站發(fā)送，同一個(gè)衛(wèi)星接收；--下行：同一個(gè)衛(wèi)星發(fā)送，多個(gè)地球站接收；西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信6常用的多址連接技術(shù)頻分多址（FDMA）：各站、臺(tái)發(fā)出的射頻信號(hào)在指定的射頻頻帶內(nèi)，但在頻譜上互不重疊地排列，共同分用該射頻頻帶，接收端用帶通濾波器分離各路射頻信號(hào)。時(shí)分多址（TDMA）：以不同的時(shí)隙來區(qū)分地址，每站有一指定時(shí)隙，各站只是在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)。碼分多址（CDMA）：每個(gè)用戶有一個(gè)特定結(jié)構(gòu)的擴(kuò)頻碼作為地址，不同用戶的不同波形信號(hào)以同一頻率發(fā)射出去，各站的接收是根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)波形分離出自己需要的信號(hào)?？辗侄嘀罚⊿DMA）：利用天線的方向性和用戶的地區(qū)隔離性實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分離。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信74.1.2多址方式的信道分配技術(shù)信道：在多址連接中，各地球站通信所占用的傳輸資源——在FDMA中為轉(zhuǎn)發(fā)器頻段，在TDMA中為時(shí)隙，在CDMA中為正交擴(kuò)頻碼。多址信道分配制度是衛(wèi)星通信體制的重要組成部分，它與基帶復(fù)用方式、調(diào)制方式、多址連接方式相結(jié)合，共同決定衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和各地球站的信道配置、信道使用效率、線路組成和整個(gè)系統(tǒng)的通信容量，以及對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量和設(shè)備復(fù)雜程度。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信8預(yù)分配方式(1)固定預(yù)分配方式(PAMA或PA)把信道按頻率、按時(shí)隙或按照其他無線電信號(hào)參量分配給各地球站，使用中不論各站忙閑，信道的歸屬一直固定不變。優(yōu)點(diǎn)：通信線路的建立和控制非常簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)：信道的利用率低；應(yīng)用：適用于通信業(yè)務(wù)量大的系統(tǒng)。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信9按時(shí)預(yù)分配(TPA)方式對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各地球站間的業(yè)務(wù)量隨“時(shí)差”在一天內(nèi)的變動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，然后按網(wǎng)中各站業(yè)務(wù)量的重大變化規(guī)律，可預(yù)先約定作幾次站間信道重分。特點(diǎn)：信道利用率比固定預(yù)分配方式高，從時(shí)刻看屬于固定預(yù)分配方式，適用于大容量線路，在國(guó)際通信網(wǎng)中較多采用。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信10按需分配方式（DAMA）所有的信道為系統(tǒng)中所有的地球站公用，信道的分配要根據(jù)當(dāng)時(shí)各站通信業(yè)務(wù)量而臨時(shí)安排，信道的分配靈活。優(yōu)點(diǎn)：信道的利用率高；缺點(diǎn)：通信的控制變得復(fù)雜；實(shí)現(xiàn)：在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上單獨(dú)規(guī)定一個(gè)信道作為專用的公用通信信道，以便各地球站進(jìn)行申請(qǐng)、分配信道時(shí)使用。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信11常用的按需分配方式(1)全可變方式：

隨時(shí)的進(jìn)行信道的申請(qǐng)和分配，可選取全部信道，信道使用結(jié)束后，立即歸還；(2)分簇全可變方式：

地球站根據(jù)業(yè)務(wù)聯(lián)系的密切程度分成若干簇，信道也分成若干個(gè)簇，各簇內(nèi)信道采用全可變方式，但簇間信道分配固定不變；

(3)隨機(jī)分配方式：

網(wǎng)中各站隨機(jī)占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信道，有可能發(fā)生碰撞，導(dǎo)致通信失敗，但控制簡(jiǎn)單，適于短數(shù)據(jù)、突發(fā)業(yè)務(wù)較多的系統(tǒng)。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信12單向和雙向通信按信息信號(hào)傳送的方向，通信的工作方式可以分為單向通信和雙向通信：在單向通信方式中，信息只能向一個(gè)方向傳送。例如，廣播、電視、遙控、無線尋呼等；在雙向通信方式中，信息可以雙向傳送，通信雙方都能收發(fā)信息。例如，移動(dòng)用戶之間的通信，移動(dòng)用戶和固定用戶之間的通信等。雙向通信按信息信號(hào)傳送的時(shí)間又分為單工、雙工和半雙工通信方式。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信13雙工方式：頻分雙工（FDD）收發(fā)頻率分開，接收設(shè)備通過濾波器分離各路信號(hào)特點(diǎn)：需要合理安排頻率時(shí)分雙工（TDD）收發(fā)共用一個(gè)頻率，收發(fā)信號(hào)通過開關(guān)來控制特點(diǎn)：收發(fā)存在時(shí)間間隔4.2頻分多址方式西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信14頻分多址（FDMA）是衛(wèi)星通信中最普遍采用的一種多址方式。它是按照頻率劃分，把各地球站發(fā)射的信號(hào)配置在指定頻帶。為了避免不同信道間的干擾，各信道的中心頻率必須有足夠的間隔，而且要留有保護(hù)頻帶。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信15(1)三個(gè)地球站A、B、C;根據(jù)頻段可區(qū)分是那個(gè)地球站發(fā)射的信號(hào);原理上講，利用帶通濾波器即可分離出(識(shí)別)這些信號(hào)。(2)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的衛(wèi)星通信中，各地球站只有一個(gè)方向，故只發(fā)一個(gè)載波。(3)要是點(diǎn)到多點(diǎn)通信，即一個(gè)地球站同多個(gè)地球站通信，如B站發(fā)的信號(hào)，有給A站和C站的，A站和C站如何取出發(fā)給自己的信號(hào)，即如何實(shí)現(xiàn)頻分多址？根據(jù)各站發(fā)射載波的方式不同，有以下幾種實(shí)現(xiàn)方法：?jiǎn)沃份d波，多址載波，單路單載波。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信16單址載波每個(gè)地球站對(duì)不同地球站的通信要使用不同的載波頻率，每個(gè)載波代表一個(gè)通信方向。如有N個(gè)地球站，每個(gè)地球站都與其它N-1個(gè)地球站通信，這樣每個(gè)地球站都要發(fā)N-1個(gè)載波，則轉(zhuǎn)發(fā)器中要轉(zhuǎn)發(fā)N×(N-1)個(gè)載波，如下頁圖示例。特點(diǎn)：任何兩個(gè)地球站之間都構(gòu)成雙向線路，線路容量改動(dòng)比較容易，只需改動(dòng)對(duì)應(yīng)的載波即可；比較適合用于大小站兼容的衛(wèi)星通信網(wǎng)中，如大載波分給容量大的大站，小載波分給容量小的站；轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站中工作載波數(shù)目太多，設(shè)備多，交調(diào)大。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信17FDMA中單址載波的實(shí)現(xiàn)方式西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信18多址載波各地球站將其要發(fā)送給其他各站的信號(hào)采用多路復(fù)用的方法形成基帶多路信號(hào)，然后調(diào)制到一個(gè)載波頻率上發(fā)射，其他各站接收時(shí)，經(jīng)解調(diào)后只取與本站有關(guān)的信號(hào)。每個(gè)地球站只發(fā)一個(gè)載波(不論多少通信方向)，N個(gè)地球站，每站只發(fā)一個(gè)載波，因而轉(zhuǎn)發(fā)器只需轉(zhuǎn)發(fā)N個(gè)載波特點(diǎn)：

(1)網(wǎng)中的各站最好為容量較大的大站，且站數(shù)少；

(2)各站電路數(shù)目不能相差懸殊，也就是不適合大小站兼容；

(3)主要用于干線電路上西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信19多址載波的實(shí)現(xiàn)方式A站的載波中，發(fā)往B站的24路話安排在基帶頻譜12～108KHz頻帶內(nèi)，而發(fā)往C站的24路安排在基帶頻譜108～204KHz的頻帶內(nèi)，這樣B站收到A站發(fā)來的載波，只要解調(diào)出基帶，就收到應(yīng)該收的信號(hào)西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信20單路單載波(SCPC)每個(gè)載波只傳送一路話或數(shù)據(jù)，不需基帶復(fù)用，如下面圖所示。特點(diǎn)：一個(gè)載波傳送一路，比較靈活，小功率下工作；適用于網(wǎng)內(nèi)站址多，各站業(yè)務(wù)量少的情況(如邊遠(yuǎn)地區(qū)，專網(wǎng)等)；

由于每個(gè)載波只有一路話，可以根據(jù)需要在每個(gè)通信方向分配若干載波，工作原理與前面的單址載波方式類似。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信21FDMA的主要特點(diǎn)由于采用非常成熟的頻率分割技術(shù)，所以FDMA簡(jiǎn)單，可靠，便于實(shí)現(xiàn)，且一直在使用。但采用FDMA方式，必須妥善解決好以下幾個(gè)問題：(1)進(jìn)行嚴(yán)格的功率控制；各站嚴(yán)格按預(yù)定的載波功率發(fā)射(不能大也不能小)；(2)設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)帶；

實(shí)際濾波器不可能具有理想矩形的頻率特性；各載波頻率漂移，可能導(dǎo)致部分頻譜重疊，形成干擾；

(3)互調(diào)的影響；

采取一些辦法減少互調(diào)干擾，互調(diào)噪聲既浪費(fèi)功率，又影響通信質(zhì)量，有些頻帶不得不禁止使用時(shí)又造成了頻帶的浪費(fèi)。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信224.2.1頻分多址中的交調(diào)干擾交調(diào)的產(chǎn)物(1)只要是頻分多址，就會(huì)產(chǎn)生交調(diào)干擾，產(chǎn)物主要為：2f1-f2，2f2-f1和f1+f2-f3等形式；(2)只要以上產(chǎn)物落入有用頻帶內(nèi)，就會(huì)形成干擾。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信23產(chǎn)生交調(diào)的原因(1)輸入-輸出非線性引起的干擾；為提高輸出功率，希望放大器(地球站或衛(wèi)星上，行波管或速調(diào)管)工作在飽和輸出狀態(tài)；有多個(gè)載波時(shí)，由于非線性，出現(xiàn)壓縮并產(chǎn)生交調(diào)產(chǎn)物西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信24(2)調(diào)幅-調(diào)相變換引起的交調(diào)干擾；寄生調(diào)幅進(jìn)入放大器的輸入載波中的任意一個(gè)，如具有與調(diào)頻分量相應(yīng)的寄生調(diào)幅分量時(shí)，則此調(diào)幅分量由于放大器的調(diào)幅-調(diào)相變換作用，在輸出產(chǎn)生相應(yīng)的寄生相位調(diào)制，給調(diào)制信號(hào)帶來干擾噪聲。多載波包絡(luò)當(dāng)輸入信號(hào)為多載波時(shí)，其合成信號(hào)包絡(luò)必有幅度變化，經(jīng)過調(diào)幅-調(diào)相變換的非線性，在輸出信號(hào)的相位上產(chǎn)生非線性畸變，結(jié)果產(chǎn)生三階，五階交調(diào)，產(chǎn)生干擾。這種干擾消除不了，只要放大多載波時(shí)，就必然會(huì)產(chǎn)生。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信25減小互調(diào)干擾的方法(1)在衛(wèi)星中采用多轉(zhuǎn)發(fā)器；(2)限制小容量用戶(小容量用戶越多，載波數(shù)越多)；(3)以減少或消除三階交調(diào)干擾為目的，可認(rèn)真選擇各載波中心頻率的間隔(優(yōu)化排列中心頻率)；分析幅度和帶寬相等的情況下互調(diào)干擾的分布；優(yōu)化各載波位置的配置；對(duì)功率大小不同的載波，在位置上大載波放邊上，小載波放中間。優(yōu)化載波間隔減小交調(diào)干擾西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信26

(4)利用幅度和相位預(yù)失真修正放大器特性;接入與放大器特性相反的器件或網(wǎng)絡(luò)用于校正放大器輸出。(5)對(duì)各地球站發(fā)射的載波功率進(jìn)行嚴(yán)格控制。

4.3時(shí)分多址西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信274.3.1時(shí)分多址基本概念TDMA就是以特定的時(shí)間間隔(時(shí)間間隙)來區(qū)分地球站的站址。在系統(tǒng)中，只允許各地球站在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)，射頻信號(hào)通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，在時(shí)間上嚴(yán)格依次排列，互不重疊。因而，各地球站使用相同的射頻，任一時(shí)刻只有一個(gè)站的信號(hào)通過轉(zhuǎn)發(fā)器，因此衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的HPA可以工作在最大輸出功率處，或接近飽和輸出電平處西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信28系統(tǒng)構(gòu)成組成地球站群：每個(gè)分

幀代表一個(gè)地球站；基準(zhǔn)站R：基準(zhǔn)分

幀(或一個(gè)地球站

兼做)。

幀基準(zhǔn)站相繼兩次發(fā)射基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間間隔稱為一幀；在一幀內(nèi)，有一個(gè)基準(zhǔn)分幀和若干個(gè)消息分幀。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信29突發(fā)式發(fā)送與接收

突發(fā)式發(fā)射與接收主要是在定時(shí)器的控制下，通過緩沖存儲(chǔ)器來完成的，以電話信號(hào)傳輸為例說明。發(fā)射過程：(1)模擬話音信號(hào)經(jīng)過PCM編碼數(shù)字化，發(fā)往同一方向的各路以時(shí)分復(fù)用方式合成為多路數(shù)字信號(hào)(編碼時(shí)鐘與TDMA幀時(shí)鐘同步)。(2)各編碼合成后的輸出連續(xù)碼流(設(shè)速率為Rs)分別送到各自的壓縮緩沖存儲(chǔ)器。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信30發(fā)射過程（續(xù)）

(3)在TDMA定時(shí)單元的控制下，在每一幀規(guī)定發(fā)送突發(fā)的時(shí)間，合成器將報(bào)頭產(chǎn)生器內(nèi)容，各緩沖存儲(chǔ)器的內(nèi)容依次讀出，并將此壓縮的信碼送到調(diào)制器。(4)每幀讀一次，各時(shí)隙讀出的速率設(shè)為Rb，Rb要比Rs大得多，也就是碼速率由低速變?yōu)楦咚?，原來的連續(xù)碼流變成了窄脈沖串了。(5)合路后的窄脈沖串對(duì)載波調(diào)制，再經(jīng)過變頻，高功率放大，由天線發(fā)射出去。

(6)在規(guī)定發(fā)送突發(fā)的以外時(shí)間是不發(fā)射信號(hào)的。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信31接收過程接收是發(fā)射的逆過程。(1)系統(tǒng)中各站發(fā)射突發(fā)使用相同的射頻，接收站能接收所有突發(fā)，并經(jīng)解調(diào)后送分路器。(2)由TDMA定時(shí)單元提供的信息適時(shí)控制時(shí)間閘門，把發(fā)給本站的窄脈沖串送到相應(yīng)的緩沖存儲(chǔ)器中。(3)接收端也是每幀讀一次，讀出速率為Rs，于是恢復(fù)成連續(xù)的時(shí)分復(fù)用多路數(shù)字電話信號(hào)，再經(jīng)PCM譯碼器后送出模擬話音。報(bào)頭中的載波同步與比特定時(shí)同步信息是同步檢測(cè)所必須的,獨(dú)特碼是作為定時(shí)時(shí)間的基準(zhǔn)。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信32突發(fā)式傳輸基本原理由上圖可見，從外部看，傳輸仍呈現(xiàn)連續(xù)特性，因?yàn)檩斎搿⑤敵霰忍芈适沁B續(xù)且相等的，但是在信道內(nèi)，輸入比特被暫時(shí)存儲(chǔ)，然后以突發(fā)方式發(fā)送。緩沖存儲(chǔ)器的容量為：，復(fù)接速率Rs，每個(gè)站的發(fā)送時(shí)間Ts，則數(shù)字序列比特率為Rb＝M/Ts＝Rs(Tf/Ts)，Tf/Ts表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能容納的地球站最大數(shù)目；幀周期通常取為125微秒的倍數(shù)，保證與PCM抽樣周期相同；TDMA適于數(shù)字傳輸，因?yàn)樾枰M(jìn)行數(shù)字緩沖存儲(chǔ)，在模擬系統(tǒng)中不易處理。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信334.3.2TDMA幀結(jié)構(gòu)西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信34TDMA幀的基本組成基準(zhǔn)站相繼兩次發(fā)射基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間間隔叫做一幀，在一幀內(nèi)有一個(gè)基準(zhǔn)分幀和若干信息分幀，每個(gè)分幀占據(jù)一個(gè)時(shí)隙，基準(zhǔn)分幀由基準(zhǔn)站的突發(fā)信號(hào)構(gòu)成；信息分幀由地球站的突發(fā)信號(hào)構(gòu)成。一個(gè)信息分幀對(duì)應(yīng)一個(gè)地球站的突發(fā)信號(hào)。信息分幀中的信道定向采用逐字復(fù)用的時(shí)分多路復(fù)用方式(TDM)。這樣，一個(gè)地球站發(fā)射的信號(hào)可由該站的消息分幀在一幀中的位置來確定。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信35基準(zhǔn)分幀(突發(fā))：分成多個(gè)時(shí)隙執(zhí)行各種功能。(1)保護(hù)時(shí)間：避免脈沖列相互重疊，保護(hù)時(shí)間長(zhǎng)度隨定位準(zhǔn)確度不同而改變，但必須使各個(gè)脈沖列保持定位在每幀內(nèi)部；(2)載波和比特定時(shí)恢復(fù)(CBR)用于在相關(guān)解調(diào)中，從脈沖列中恢復(fù)相關(guān)載波信號(hào)。在CBR序列第一部分，提供一個(gè)未調(diào)制的載波，用來作為本地振蕩的同步信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)與載波相關(guān)的輸出。在CBR的后續(xù)部分，載波用一個(gè)已知相位變化的序列來調(diào)制，從它提取比特定時(shí)，在檢測(cè)電路中執(zhí)行抽樣和保持功能時(shí)需要準(zhǔn)確的比特定時(shí)。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信36(3)獨(dú)特碼(UW)獨(dú)特碼有三個(gè)用途:(1)作為幀的時(shí)間基準(zhǔn)，因?yàn)閁W的最后一位標(biāo)志幀的開始；（2）用于在基準(zhǔn)子幀和業(yè)務(wù)子幀之間區(qū)分，當(dāng)接收到的一組比特流與UW完全匹配時(shí)，接收機(jī)就被確認(rèn)檢測(cè)到基準(zhǔn)脈沖列的UW；（3）它為各站的子幀在幀中的位置提供了一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)。同時(shí)利用此能夠去除相干檢測(cè)的相位模糊。對(duì)獨(dú)特碼的要求主要是漏檢和誤檢的概率要小。(4)站址識(shí)別(SIC)其中6bit是地址碼，不同地球站采用不同的編碼用來標(biāo)識(shí)不同的地球站。(5)指令信號(hào)(OW)用來傳送網(wǎng)絡(luò)管理信息和控制信息。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信37信息分幀信息分幀由報(bào)頭(也稱前置碼，用來保證消息的正確傳輸)和消息信號(hào)兩大部分組成。報(bào)頭報(bào)頭部分帶有的信息與基準(zhǔn)脈沖列類似，提供載波和比特定時(shí)恢復(fù)信道和一條用于脈沖列定時(shí)目的的獨(dú)特碼信道，它與基準(zhǔn)分幀的獨(dú)特碼不同，便于兩種脈沖列很快區(qū)分；消息消息部分傳送的是各種通信站發(fā)給其它站的消息信號(hào)，用的是時(shí)分多路復(fù)用形式，一般預(yù)先分配好通道。如一路PCM數(shù)字話路的傳輸速率為64kbit/s。如果幀長(zhǎng)為2ms，則該P(yáng)CM數(shù)字話路的子脈沖序列長(zhǎng)度為128bit西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信38TDMA的載波恢復(fù)一般采用鎖相環(huán)和窄帶濾波的方法。對(duì)脈沖信號(hào)，鎖相環(huán)電路的缺點(diǎn)是提取(捕捉)時(shí)間較長(zhǎng)。窄帶調(diào)諧電路濾波器進(jìn)行載波提取

四次倍頻去除相位調(diào)制；自動(dòng)頻率控制(AFC)使單調(diào)諧回路的輸入和輸出信號(hào)相差為0；

VCO：任何不等于零的相位偏差都會(huì)產(chǎn)生控制電壓作用于VCO使頻率回到要求的值上。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信39獨(dú)特碼的檢測(cè)用于檢測(cè)獨(dú)特碼(UW)的基本電路接收到的比特流通過移位寄存器；比特流移位通過寄存器時(shí)，與存儲(chǔ)在該站的UW版本比較；相關(guān)時(shí)，閾值檢測(cè)器高輸出，UW的最后比特提供定時(shí)參考點(diǎn)。UW檢測(cè)中要考慮漏檢測(cè)概率和錯(cuò)檢測(cè)概率。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信40獨(dú)特碼的漏檢和誤檢獨(dú)特碼用以指示TDMA幀內(nèi)子幀的起始位置、子幀內(nèi)各信息的位置以及站址識(shí)別。獨(dú)特碼的正確檢測(cè)對(duì)于TDMA系統(tǒng)具有重要的意義。發(fā)生漏檢，意味系統(tǒng)丟失定位脈沖序列；發(fā)生誤檢，意味著產(chǎn)生了虛假的示位脈沖；這些都將導(dǎo)致系統(tǒng)同步不正常。因此我們需要考慮兩個(gè)概率值：漏檢率和誤檢率西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信41獨(dú)特碼的漏檢概率設(shè)UW長(zhǎng)度為N比特，E為允許該UW檢驗(yàn)正確的最大差錯(cuò)數(shù)量。令I(lǐng)為在接收UW時(shí)的實(shí)際差錯(cuò)數(shù)量。那么當(dāng)I≤E，UW可以正確檢驗(yàn)；當(dāng)I>E，認(rèn)為被檢測(cè)的序列N不是UW，則發(fā)生漏檢。令p表示傳輸平均差錯(cuò)率（BER），那么長(zhǎng)度為N的序列中包含有任何一種特定排列的I個(gè)錯(cuò)誤的概率為pI=pI(1-p)N-I。而N中取I的組合方式有CNI=N!/(I!(N-I)!)。所以接收到長(zhǎng)為N的序列中含有I個(gè)的錯(cuò)誤的概率為PI=CNIpI。所以漏檢概率Pmiss=∑NI=E+1PI西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信42獨(dú)特碼的誤檢概率一個(gè)長(zhǎng)度為N比特的序列（它實(shí)際上并不是一個(gè)UW，但即使在E個(gè)比特位置上不同于UW，它仍被誤認(rèn)為是UW），令I(lǐng)表示隨機(jī)序列不同于UW的比特位置數(shù)，這樣E代表了從UW角度考慮可以接受的“比特差錯(cuò)”個(gè)數(shù)，而I代表了從UW角度考慮實(shí)際的“比特差錯(cuò)”個(gè)數(shù)。從N中取I的組合個(gè)數(shù)為CNI

，因此能夠接受作為UW的碼字?jǐn)?shù)為∑EI=0CNI。一個(gè)長(zhǎng)為N比特的隨機(jī)序列可組成的碼字?jǐn)?shù)為2N，假定所有碼字是等概的，則接收到任何一個(gè)特定碼字的概率為2-N。所以誤檢率為西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信43例：設(shè)UW長(zhǎng)度為N比特，E為允許該UW檢驗(yàn)正確的最大差錯(cuò)數(shù)量。令I(lǐng)為在接收UW時(shí)的實(shí)際差錯(cuò)數(shù)量。令p表示傳輸平均差錯(cuò)率（BER），求當(dāng)N=40,E=5，p=10-3時(shí)的漏檢率。解：

西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信44例：計(jì)算當(dāng)N=40，E=5時(shí)的誤檢率比較例六和例七的結(jié)果，可以看出誤檢概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于漏檢概率。在實(shí)際系統(tǒng)中，一旦幀同步建立起來，可以在預(yù)期的UW到達(dá)時(shí)間上設(shè)置一時(shí)間窗，相關(guān)器只在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)工作，這樣可以大大降低誤檢概率。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信454.3.3TDMA系統(tǒng)的定時(shí)與同步TDMA是以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ)的，因此如何保證全網(wǎng)的同步是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵問題。它涉及到地球站開始發(fā)射子幀時(shí)，怎樣保證此子幀正確地進(jìn)入指定的時(shí)隙，而不會(huì)誤入其它時(shí)隙造成干擾，即子幀初始捕獲問題；其次，由于存在衛(wèi)星位置漂移和地球站始終相對(duì)于基準(zhǔn)始終的偏差，各地球站需維持其分幀與全網(wǎng)基準(zhǔn)子幀之間精確的時(shí)間關(guān)系(不會(huì)發(fā)生重疊)，即子幀同步問題。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信46子幀初始捕獲初始捕獲的方法有多種，它們的本質(zhì)是測(cè)距和瞄準(zhǔn)，并在反饋過程中完成。對(duì)初始捕獲的要求是速度快，精度高，設(shè)備簡(jiǎn)單。通常要求系統(tǒng)初始捕獲時(shí)間應(yīng)不超過3s，捕獲精度約為2us。主要的實(shí)現(xiàn)方法有：軌道預(yù)測(cè)法，相對(duì)測(cè)距法，被動(dòng)同步法。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信47（1）軌道預(yù)測(cè)法首先將監(jiān)控站提供的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)及本站地理位置數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，算出現(xiàn)在和未來的衛(wèi)星與本站的距離，距離變化率以及單程傳播時(shí)延等數(shù)據(jù)；然后根據(jù)所接收到的基準(zhǔn)時(shí)間及預(yù)先分配給本站的時(shí)隙，定出發(fā)射時(shí)間，這都是以獨(dú)特碼作為時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行比較的；向衛(wèi)星發(fā)射并接收?qǐng)?bào)頭，利用獨(dú)特碼對(duì)定時(shí)細(xì)調(diào)，使子幀到達(dá)分配時(shí)隙的初始時(shí)間(t0)，最后達(dá)到發(fā)射的時(shí)間要求并鎖定；當(dāng)網(wǎng)中站數(shù)較多時(shí)，此法是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)槊總€(gè)站都要有上述工作過程。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信48(2)相對(duì)測(cè)距法在不影響其它站的通信情況下，先用無線電探測(cè)測(cè)出本站到衛(wèi)星的傳播時(shí)延及其變化情況。通常是一個(gè)地球站接收它自己發(fā)送的信號(hào)，從而確定距離。業(yè)務(wù)站發(fā)送只由報(bào)頭組成的低電平突發(fā)，功率電平比正常電平低20～25dB，以避免對(duì)其它突發(fā)產(chǎn)生干擾，而且將此短突發(fā)在整個(gè)幀內(nèi)掃描，直到觀測(cè)到其落入該站分配的時(shí)隙內(nèi)為止。然后把短突發(fā)發(fā)射功率增大到正常值，并細(xì)調(diào)定時(shí)使它落在指定時(shí)隙開始處。一般情況下捕獲時(shí)間將可能達(dá)到近3s。完成捕獲后加上業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信49(3)被動(dòng)同步法網(wǎng)中設(shè)有一中心控制站，一方面起基準(zhǔn)站作用，發(fā)射基準(zhǔn)突發(fā)信號(hào)，供網(wǎng)中各站接收，做時(shí)間基準(zhǔn)用。一方面在監(jiān)控站協(xié)助下，廣播含有衛(wèi)星精確位置信息的控制數(shù)據(jù)。各站根據(jù)此信息及本站的地理位置，來確定本站的傳播時(shí)延，按時(shí)間基準(zhǔn)定出本站確切發(fā)射時(shí)間。這種方法比較精確，只是中心站設(shè)備較復(fù)雜。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信50子幀同步進(jìn)入通信后，因?yàn)樾l(wèi)星到地球站之間的距離是有變化的，相應(yīng)的延遲也是有變化的。為了不干擾，在工作過程中，各地球站需要不斷地進(jìn)行子幀同步。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信51子幀同步一般采用與初始捕獲一致的方法開環(huán)定時(shí)同步：一個(gè)地球站按照突發(fā)時(shí)間計(jì)劃以固定時(shí)間間隔發(fā)送，突發(fā)間留有足夠的保護(hù)時(shí)間來吸收傳播時(shí)延的變化，使用這種方法的突發(fā)位置誤差可能非常大，就需要較長(zhǎng)的保護(hù)時(shí)間，這會(huì)降低幀效率。改進(jìn)方法是不斷測(cè)距修正發(fā)射定時(shí)，以此補(bǔ)償距離的變化閉環(huán)定時(shí)同步：在相對(duì)測(cè)距法中不斷檢測(cè)返回的發(fā)射信號(hào)與SORF標(biāo)志之間的時(shí)間差來維持同步。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信524.3.4FDMA和TDMA的特點(diǎn)比較對(duì)于TDMA方式，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上任何時(shí)刻都只有一個(gè)載波工作，不會(huì)產(chǎn)生交調(diào)干擾，行波管可以工作在飽和狀態(tài)，能充分利用轉(zhuǎn)發(fā)器的功率；TDMA方式是對(duì)各地球站和轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行時(shí)間分隔，無需FDMA方式的多次變頻，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)；TDMA方式對(duì)地球站等效全向輻射功率變化的限制，沒有FDMA方式那樣嚴(yán)格；西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信53TDMA方式可根據(jù)各站業(yè)務(wù)量的大小來調(diào)整各站時(shí)隙的大小，大小站可以兼容，易于實(shí)現(xiàn)按需分配；TDMA方式與地面數(shù)字系統(tǒng)的接口方便，同時(shí)也便于做星上處理；TDMA方式可以與數(shù)字話音內(nèi)插（DSI）和自適應(yīng)差分編碼（ADPCM)技術(shù)配合，形成數(shù)字電路倍增設(shè)備，使轉(zhuǎn)發(fā)器容量大大提高（達(dá)5倍）；TDMA系統(tǒng)的網(wǎng)同步復(fù)雜。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信54FDMA和TDMA系統(tǒng)要求上行功率比較FDMA：TDMA：誤比特率給定時(shí)，[Eb/N0]固定，[R]的增加要求載噪比增加，若傳播損耗和接收的品質(zhì)因子相同，只能通過增加地球站的有效全向輻射功率(EIRP)西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信554.4碼分多址CDMA基本概念在發(fā)射端：

要發(fā)的話音信號(hào)(模擬或數(shù)字，單路或多路)和地址碼組合在一起(即經(jīng)編碼變換)，然后經(jīng)調(diào)制和發(fā)射機(jī)發(fā)往衛(wèi)星。在接收端：

接收機(jī)系統(tǒng)需要備有和發(fā)站相同的地址碼，并且在接收時(shí)應(yīng)使本站和發(fā)來的地址碼保持同步才能利用相關(guān)解調(diào)從復(fù)合信號(hào)中分出所要接收的信號(hào)西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信56這種多址方式是利用碼型來區(qū)分站址，或者說是以碼型作為各站的獨(dú)特標(biāo)志，也就是為什么要稱為地址碼；各地球站所發(fā)的信號(hào)常常占用轉(zhuǎn)發(fā)器的全部頻帶或很寬的頻帶，且發(fā)射時(shí)間是任意的，即各站的信號(hào)在時(shí)間和頻帶上都可能是重疊的；所用的碼型最好是正交碼，基于同步等方面的考慮，一般采用的是準(zhǔn)正交碼(如偽隨機(jī)碼)。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信57實(shí)現(xiàn)碼分多址的三個(gè)條件要有數(shù)量足夠多、相關(guān)特性足夠好的地址碼。必須用地址碼對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，使傳輸信號(hào)所占頻帶極大地展寬。在接收端必須要有與發(fā)送端地址碼完全一致的本地地址碼。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信58擴(kuò)頻通信的幾種基本工作方式直擴(kuò)方式：DirectSequenceSpreadSpectrum跳頻方式：FrequencyHopping跳時(shí)方式：TimeHopping寬帶線性調(diào)頻方式：ChirpModulation（主要用于雷達(dá)）西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信59直接序列調(diào)相擴(kuò)頻方式西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信60西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信61跳頻擴(kuò)頻方式先用地址碼控制一特別的頻率合成器，產(chǎn)生出頻率在較大范圍內(nèi)的周期性跳變的本振信號(hào)，再與信碼調(diào)制過的載波混頻后獲得；信碼調(diào)制用小頻偏的FSK。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信62CDMA的特點(diǎn)抗干擾性強(qiáng)，保密性好。信號(hào)特點(diǎn)是寬頻帶，其統(tǒng)計(jì)特性近似噪聲，抗干擾性強(qiáng)。如果掌握不了編碼規(guī)律，是接收不到信號(hào)的，有利于保密和隱蔽通信。

設(shè)備簡(jiǎn)單這種多址方式，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站接收系統(tǒng)G/T要求較低。適于大量小站工作的情況，不需要網(wǎng)同步設(shè)備，任意站加入和退出十分方便。惟一要同步的是接收端產(chǎn)生的PN碼與接收到載波序列的PN碼。特別適用于軍事通信。西安交通大學(xué)信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信63三種多址技術(shù)的射頻利用方式4.5空分多址技術(shù)（SDMA）如果通信衛(wèi)星采用多波速天線，各波速指向不同區(qū)域的地球站,那么同一頻率可以被所有波速同時(shí)使用，這就是空分多址（SDMA）。實(shí)際應(yīng)用中，一般不單獨(dú)使用SDMA方式，而將其與其他多址方式結(jié)合使用。由于TDMA方式的功率、頻率利用充分，且基本上無互調(diào)，并可使用性能良好的數(shù)字調(diào)制方式，通信容量比FDMA大等，所以SDMA與TDMA結(jié)合是提高系統(tǒng)容量的一種有效方法。特別是隨著通信業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)，通信聯(lián)絡(luò)的多變化，在站數(shù)多、業(yè)務(wù)量大、衛(wèi)星頻帶嚴(yán)重不足的場(chǎng)合，時(shí)分和空分相結(jié)合的典型方式SDMA－SS－TDMA引起了人們極大的關(guān)注。在IS－V衛(wèi)星系統(tǒng)中就使用了這種體制。

SS－TDMA方式中，為了在各不同波速覆蓋的區(qū)域之間進(jìn)行通信，通常在星上必須設(shè)置一個(gè)交換局，如圖4