[物理]卫星通信第六章ppt课件

1、第六章 多址联接多址联接概述FDMA技术TDMA技术CDMA技术卫星分组通讯多址联接第一节 概述多址联接概述卫星通讯体制FDD和TDD概述多址联接概述信道为了对通讯资源进展管理和分配而划分的根本单元。信息的载体多址联接概述主要多址方式：FDMATDMACDMASDMA概述卫星通讯体制：按基带信号方式按采用IF(或RF)调制方式按采用的多址衔接方式采用的通道分配与交换制度，如：FDM/FM/FDMA/PA概述卫星通讯常用体制：FDM/FM/FDMAFM/SCPC/PA或DAPCM或DM/SCPC/PSK/PA或DAPCM/TDM/FDMAPCM或DM /TDM/PSK/TDMAPCM或DM /T

2、DM/PSK/CDMATDM/SS/TDMA概述FDD和TDD频分双工FDD时分双工TDDf1终端2f2终端2终端1终端1f终端1终端3终端2概述FDD和TDDTDD的特点不需求频带配对发送和接纳信号可以运用一样卫星天线上、下行链路之间要求有维护时间要求同步等多址技术第一节 频分多址：FDMA的概念放大器非线性的影响两种联接方法SCPC转发器利用、预分配和按需分配带宽受限和功率受限频分多址FDMA的概念：什么是FDMA？FDMA的特点：要求系统进展严厉的功率控制。 功率受限系统要设置适当的维护频带要尽量减少互调的影响FrequencyTimePower频分多址放大器非线性的影响：调制变换：幅度

3、和相位特性的不同，具有AM-PM变换的作用频谱扩展：多载波输入时，会产生新的频率分量信号抑制互调干扰放大器非线性的影响互调干扰：TWTA非线性的规律：小信号输入时增益最大，随着输入电平的添加，增益越来越低，出现输出不随输入线性添加景象，而后出现饱和55331iiiovavavavniiiittAv1)(cosHIMttBvniiino1)(cos放大器非线性的影响减少互调干扰的措施：采用适当的输入输出补偿载波不等间隔陈列采用能量分散信号对上行线路的载波功率进展控制以及合理地选择行波管的任务点频分多址两种联接方法：SCPC：每载波单路。互调噪声严重MCPC：每载波多路。如IDR频分多址SCPC系

4、统：适宜于轻路由、多地址通讯系统的需求可采用某些技术添加系统的灵敏性，从而充分地利用卫星资源话音激活技术按恳求分配信道两种SCPC系统按需分配的SCPC预分配的SCPCSCPC系统预分配的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系统预分配的SCPC方式：话音传输8KHz取样，A率13折线量化，7bit编码，速率56kbit/s。每224bit插入32bit音讯头，实践传输速率64kbit/s。采用话音激活技术

5、，话音4个延续取样值超越阈值发送载波。由于采用话音激活技术和载波通/断发射，必需加载波和位定时恢复码DQPSK调制SCPC系统预分配的SCPC方式：数据信号的传输延续发送，不需求载波和位定时而附加字头。为消除连“1和连“0，扰码。速率4856kbps，加纠错编码后为64kbps由于SCPC方式的载波占用带宽窄，所以必需思索振荡器的频率稳定度和卫星运动引起的多普勒频移。需加自动频率控制(AFC)SCPC系统预分配SCPC方式终端设备：公用设备：包括中频单元、定时与频标单元。其中中频单元是SCPC终端设备与地球站上、下变频器的接口部分通道设备：包含PCM(或DM)编译码器、通道同步器、话音检测器、

6、频率合成器和调制解调器SCPC系统SPADE方式：一种按需分配的SCPC方式，即SCPC/PCM/DA/FDMA方式话音编译码方式、调制方式、话音激活技术、载波和位定时比特与预分配的SCPC方式一样为了实现DA，各地球站有按TDMA方式任务的公用信令信道(CSC)。带宽160kHz，速率128kbps，DQPSK调制，每50ms一帧，分为50个分帧，第一分帧同步为同步和信令，其它供多址联接用可以为49个地球站提供397条双向通路，每个地址每隔50ms可以向信道恳求一次。采用话音激活技术控制载波频分多址转发器利用、预分配和按需分配转发器利用率随着接通载波数目的添加，互调干扰增大。对MCPC系统，

7、载波带宽越小，频谱利用率就越低载波噪声比(dB)载波带宽(MHz) 13N 13B 15N 15B 20N 20B 2.524104.23669.46041.65.06083.39652.113237.9 7.59678.113256.819235.110.013275.81925225239.7频分多址转发器利用、预分配和按需分配预分配(PA)和按需分配(DA)在给定负载条件下，用预分配时包容双向电路的数目，和按需分配时电路数目的比较来确定一个按需分配相对于预分配方案改良多少的定量评价 I = n PA / n PD nPA和nPD对应预分配和按需分配时、提供一样效力等级时需求电路的数目。频

8、分多址带宽受限和功率受限：设一个转发器的总带宽为BTR，k个载波以FDMA方式接入，每个带宽为B，那么最多包容的载波数k=BTR/B。不论EIRP如何添加，都不会产生影响，这个系统称为带宽受限，比特率决议于带宽，也受BTR限制当EIRP不能满足载噪比要求时，会出现功率受限设计时，希望转发器的带宽和功率同时到达受限值附近，都得到充分的利用带宽受限和功率受限例：卫星转发器的带宽为36MHz，饱和EIRP为27dBw，地球站接纳机的G/T为30dB/k，总链路损耗为196dB。转发器用FDMA载波衔接，每个3MHz带宽，输出回退量为6dB。多载波运转时，计算它的载噪比，并求出FDMA系统中可包容的载

9、波数。如不需求输出回退量，比较它们的载波数可以将多载波运转时确定的载噪比作为基准值，并且假定上行链路噪声和互调噪声忽略频分多址特性总结：优点：可靠性好，技术成熟，价钱较低不需求全网同步缺陷：卫星上有效功率不能充分利用容量改动时，缺乏灵敏性在含有强载波和弱载波的混合业务时，特别是在MCPC中，弱载波能够被抑制多址技术第三节 时分多址TDMA的概念与特点帧构造独特码检测TDMA系统的定时与同步帧效率和转发器利用时分多址TDMA的概念与特点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1T2T3TnT分幀1分幀2分幀

10、n.TDMA時幀1T2TnTTDMA的概念与特点TDMA的概念：整个系统的一切地球站时隙在卫星内占有的整个时段，称为卫星的一个时隙帧。每个地球站占用的时隙叫分帧为了使各分帧互不重叠，各地球站应有准确的发射时间，因此必需建立系统共同的时间基准，称为系统定时各站为了准确地进入指定的时隙，需求首先设法将本人的分帧引入，称为“初始捕捉当分帧进入时隙后，为了稳定任务，又需求对时隙进展不延续的跟踪，称为“分帧同步TDMA的概念与特点TDMA的特点：“间歇通讯方式。为了保证用户信息传输的延续性，对输入的数据率需求做“变速处置无互调由于各地球站相互关联，需求准确的同步。技术设备复杂时分多址帧构造：帧长为取样周

11、期(125s)的整数倍，为0.7520ms。两个基准分帧(RB1, RB2，主、副基准站)多个业务分帧维护时间(Tg)RB1RB2TB1TBn维护时间时分多址帧构造：基准分帧包括：载波和位定时恢复(CBR)独特码(UW)联络信道TTY,VOW)效力信道(SC)控制和时延信道(CDC)时分多址帧构造：业务分帧包括：报头载波和位定时恢复(CBR)独特码(UW)联络信道TTY,VOW)效力信道(SC)用户数据时分多址帧构造：子脉冲列长度选择：业务子脉冲列的长度主要取决于不同业务所要求的信息总数例如一路PCM数字话音的速率为64kbps，帧长=2ms，那么该PCM数字话路的子脉冲长度为64k*2ms=

12、128bit时分多址独特码检测：具有较好相关特性的PN码。在TDMA系统中建立脉冲列定时。相关检测独特码检测漏检测概率：E表示长度为N比特的独特码 (UW) 允许误差的最大数，而I表示接纳到的独特码中实践误差比特数。当I E时，检测序列不是UW，即UW被漏检测。漏检测概率是：P：传输信道的平均误差概率NEIINImissppININP1)1 ()!( !独特码检测误检测概率：EINFININP0)!( !2时分多址TDMA系统的定时与同步：系统定时是TDMA方式的关键问题静止卫星不能够是理想静止的，按照目前的卫星发射技术，东西方向的位置坚持精度为0.1，高度变化为0.1%，卫星会在75*75*

13、75km范围内漂移。卫星每半天漂移可达15km，时延差50s；漂移速率0.6m/s，时延差2毫微秒TDMA系统的定时与同步TDMA系统的定时：基准站发射的基准分帧到卫星的时辰为to，通讯站接纳到基准分帧的时辰为to+td通讯站发射业务分帧到达卫星的时辰为to+，发射时辰为to+-td通讯站接到基准分帧后延时 -2td发射业务分帧，就能实如今to+时辰经过卫星转发器基准站通讯站RB1RB2TB1TBnt0t0+tdTDMA系统的定时与同步TDMA系统的定时：也可以由卫星发射定时信号，地球站与之同步，但实践用得不多各突发站经过卫星转发器的时间不重叠，但由于各 站到卫星的间隔不同，对各地球站而言发射

14、时辰有能够重叠每个突发要传输的比特是确定的，但由于地球站与卫星之间间隔的变化，因此发射的突发时间间隔经常变化，使实践的平均比特随时间也有一个微量的变化，必需加以调理TDMA系统的定时与同步TDMA系统的同步：初始捕捉分帧同步TDMA系统的定时与同步TDMA系统的同步初始捕捉 ： 开环式计算机轨道预测法闭环式相对测距法带外测距法带内测距法TDMA系统的定时与同步TDMA系统的同步分帧同步：开环式：精度不高，需求较长的维护时间；但不需求初始捕捉。闭环式：经过由本站发出并经卫星发回的分帧独特码与基准分帧进展比较，检出接纳定时差来控制发射分帧。发射分帧每隔0.27s前往，校正一次。精度为3bit，维护

15、时间为6bit时分多址帧效率和转发器利用：帧效率：指帧时间被有效利用的百分数Tx：辅助部分 Tr：基准分帧时间fxTT 1帧效率和转发器利用提高帧效率：缩短报头时间，但不能因此呵斥系统设计的困难载波和位定时恢复序列必需足够长必需有足够的维护时间添加帧长。但是业务站将添加为存储每帧内延续输入的数据所需求的存储量，向卫星发射数据的存储量以及接纳业务数据数率变换的存储量。为了防止在话音业务的传输中引入明显的时延，必需使帧长度远小于最大往返传输时延274ms)。对话音业务普通选择帧长度小于20ms帧效率和转发器利用转发器利用率：TDMA情况下，转发器的利用率与卫星EIRPS、接纳地球站G/T值及调制方

16、案的效率有关。功率受限情况下的传输比特率： C/N=Eb/n0+R-B R(dB)=C/N- Eb/n0+B=EIRP+G/T-L+228.6- Eb/n0频率受限情况下的传输比特率：)/(sbBRb帧效率和转发器利用帧效率：例：思索一个TDMA系统，它的帧构造和脉冲列构造数据参数如下，计算帧效率TDMA的帧长为15msTDMA脉冲列的比特率为90Mbps每帧中含有20个业脉冲列和2个基准脉冲列载波和时钟恢复序列的长度为352bit独特码长度为48bit联络信道占510bit效力信道占256bit控制和定时信道占320bit维护时间为64bit时分多址TDMA的特性总结：优点：互调噪声很小，卫

17、星功率可以获得充分利用即使n数较大，它的流量也是较高的业务变卦时，只需求改动帧时间缺陷：全网同步难度大，本钱高在一样条件下，TDMA站的上行功率比FDMA大多址技术第三节 码分多址：扩频通讯的概念CDMA的原理伪随机序列CDMA系统性能FrequencyTimePower码分多址扩展频谱通讯系统的概念：扩频通讯技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是经过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接纳端那么用同样的码进展相关同步接纳、解扩及恢复所传信息数据。扩展频谱系统必需满足以下两条准那么：传输带宽远远大于被传送的

18、原始信息的带宽传输带宽主要由扩频函数决议，扩频函数常用伪随机编码信号扩频通讯的概念扩频通讯的实际根底信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式柯捷尔尼可夫关于信息传输过失概率的公式)/1 (logC2NSB)(0nEfPbe)()/(NSGfWNBSfPpe扩频通讯的概念扩展频谱通讯的分类：直接序列扩展频谱系统 (DSSS)跳频扩展频谱系统(FHSS)跳时扩展频谱系统(THSS)混合方式扩频通讯的概念扩展频谱通讯的分类：直接序列扩展频谱系统 (DSSS)就是直接器具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用一样的扩频码序列去进展解扩，把展宽的扩频信号复原成原始的信息频率频率

19、扩频通讯的概念直接序列扩展频谱DSSS：f 功率谱密度f 功率谱密度f 功率谱密度f 功率谱密度干扰信号发送信号噪声f 功率谱密度干扰信号发送信号噪声发射端空中接纳端扩频通讯的概念扩展频谱通讯的分类：跳频扩展频谱(FHSS)用一定码序列进展选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进展频移键控调制，使载波频率不断地跳变慢跳频快跳频频率时间频率时间5432154321扩频通讯的概念扩展频谱通讯的分类：跳时扩展频谱(TH-SS用一定码序列进展选择的多时片的时移键控时间扩频通讯的概念扩展频谱通讯的主要优点：抗干扰性能好严密性好低通量密度码分多址CDMA的原理：上变频信號輸入衛星轉發器地址不同的其

20、它信號下变频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码分多址伪随机序列PN-Pseudo-random Noise)：用PN码作为CDMA的地址码作用：区分用户，扩展频谱m序列Gold码伪随机序列半加器和乘法器：半加器乘法器0 11 01 100负逻辑：0 +11 - 10110+-+-+-+伪随机序列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伪随机序列m序列的自相关性：1 0 1 1 1 0 0负逻辑：0 +11 -11 0 1 1 1 0 0按位求和为 7 = 23-10 0 0 0

21、 0 0 0伪随机序列m序列的自相关性：1 0 1 1 1 0 00 1 0 1 1 1 0按位求和为 -11 1 1 0 0 1 0负逻辑：0 +11 -1伪随机序列m序列的自相关性：+7+6+5+4+3+2+100- 1 0 1 2 3 4 5 6 7 0伪随机序列m序列归一化的自相关性：+10 0 1 2 3 4 5 6 7 0 - 12N-1当N很大时， 近似为零 - 12N-1伪随机序列m序列的自相关性：一样的 m-sequence 当同步(时间对齐时),其自相关的归一化值为1。一样的 m-sequence 当不同步(时间不对齐时),其自相关的归一化值为-1/L。L= 2N-1(称为

22、该伪随机序列的长度)，当L趋于较大值时，该值趋于0。伪随机序列另一个伪随机序列(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第一个输出伪随机序列m序列的相互关性：+4+3+2+100-1-2-345 0 1 2 3 4 5 6 7 0伪随机序列m序列的其它性质：m序列一个周期内“1、“0码大致相等，在扩频系统中，用m序列做平衡调制时有较高的载波抑制度游程特性m序列与其移位后的序列逐位模2加，所得的序列仍是m序列改动移位存放器的初始形状只改动m序列的初相伪随机序列优选对(Preferred Pair

23、)：优选对是指一对一样长度的m-sequence 相互之间的相互关值只需三个取值。 -1 -2(n+1)/2+1 和 2n+1/2-1 n=odd -2(n+2)/2+1 和 2n+2/2-1 n=even 例： n=3-1,-5,+3 n=4-1,-9,+7伪随机序列GOLD码：利用一对优选对(两个m序列的长度分别为2n-1)，将各自产生的序列相对移位，然后模二相加，即可得到2n+1个GOLD CODE序列(包含原始的两个m序列)。GOLD码的相互关特性优于m序列相互关特性。(三值特性伪随机序列GOLD码的特性： GOLD CODE自相关特性：归一化值:Ci(t)Cj(t)=1 ( i=j

24、)GOLD CODE相互关特性:归一化值:Ci(t)Cj(t)1 ( ij )码分多址CDMA系统性能：处置增益：射频带宽(W)与基带信号带宽(B)之比。Gp=W/B抗干扰容限：指扩频通讯系统能在多大干扰环境下正常任务的才干，定义为： 容量分析和干扰受限0nELGMbpjCnI) 1( 00/111IEGBEWICInbpbCDMA系统性能例：卫星转发器带宽B=36MHz，Gp=1000，信息比特率Rb=36M/1000=36kbps， L=2，确定系统可容忍的干扰。采用BPSK调制，关系如下：PeEb/no最多用户数10-48.414510-59.611010-610.520CDMA系统性能

25、RAKE接纳机：RAKE接纳机就是采用带内时间分集技术的系统DSSS接纳机相关以后的信号是一个窄脉冲，每比特间隔出现一个。在多径传播环境下，接纳机的输出会根据不同途径延时有好几个峰值。假设信道延时扩展大于比特继续时间，那么就会呵斥码间干扰假设两个临近途径之间的延时差小于码片继续时间,两条途径合并，呵斥衰落CDMA系统性RAKE接纳机：相关器D DD DD D相关器相关器分集合并器判断阈值采样后的接收信号检测信号码分多址CDMA特性总结：严密性好，截获概率低抗干扰才干强能在负载噪比下接纳，电磁污染小同样带宽情况下，容量大，性能好远近效应多址方式的比较FDMA特点识别方法主要优缺点适用场合1.各站

26、发的载波在转发器内所占频带互不重叠（所发信号频率正交）；2.各载波的包络恒定；3.转发器工作于多载波。滤波器优点：设备简单；不需要网同步。缺点：有互调噪声，不能充分利用卫星功率和频带；上行功率、频率需要监控；FDM/FM/FDMA方式多站运用时效率低，大小站不易兼容。FDM/FM/FDMA方式适合站少容量中、大的场合，TDM/PSK/FDMA方式适合站少，容量中等的场合，SCPC系统适合站多容量小的场合。多址方式的比较TDMA特点识别方法主要优缺点适用场合1.各站发的突发在转发器内所占时间互不重叠（所发信号时间正交）；2. 转发器工作于单载波。时间选通门优点：没有互调问题，卫星的功率与频带能充

27、分利用；上行功率不需严格控制；便于大、小站兼容，站多时通信容量仍较大。缺点：需要精确网同步；低业务量用户也需相同的EIRP。中、大容量线路多址方式的比较CDMA特点识别方法主要优缺点适用场合1.各站使用不同的地址码进行扩展频谱调制（所发信号码型准正交）；2. 各载波包络恒定，在时域和频域均互相混合。相关器优点：抗干扰能力较强；信号功率谱密度低，隐蔽性好；不需要网定时；使用灵活。缺点：频带利用率低，通信容量较小；地址码选择较难；接收时地址码的捕获时间较长。军事通信；小容量线路多址方式的比较SDMA特点识别方法主要优缺点适用场合1.各站发的信号只进入该站所属通信区域的窄波束中（所发信号空间正交）；2.可实现频率重复利用；3.转发器成为空中交换机。窄波束天线优点：可以提高卫星频带利用率，增加转发器容量或降低对地球站的要求。缺点：对卫星控制技术要求严格；星上设备较复杂，需用交换设备。大容量线路多址方式第五节 数据卫星分组通讯：特点分组数据传输协议Internet业务和卫星通讯