卫星通信 多址技术

（二）多址联接
• 频分多址（FDMA）：各站、台发出的射频信号在指定的射频频带内， 但在频谱上互不重叠地排列，共同分用该射频频带，接收端用带通滤 波器分离各路射频信号。 • 时分多址（TDMA）：以不同的时隙来区分地址，每站有一指定时隙， 各站只是在自己的时隙内发射信号。 • 码分多址（CDMA）：每个用户有一个特定结构的码字作为地址，不 同用户的不同波形信号以同一频率发射出去，各站的接收是根据相应 的信号波形分离出自己需要的信号。 • 空分多址（SDMA）：利用天线的方向性和用户的地区隔离性实现信 号的分离。
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码分多址（CDMA）
图3-8 DS/CDMA系统框图 系统框图
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码分多址（CDMA）
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CDMA特点
• 用户共享一个频率，无需频率规划 用户共享一个频率， • 大容量 • 软容量：用户越多，性能越差，用户减少，性 软容量：用户越多，性能越差，用户减少， 能就变好 • PN码的正交性 码的正交性 • 远近效应 • 抗多径衰落 • 利用宏分集可以实现软切换 • 利用多用户检测提高系统性能和容量 • 利用多径，采用 利用多径，采用RAKE技术提高系统性能 技术提高系统性能
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• 多址联接：指多个通信站的射频信号在射频信道 上的复用，以实现各个通信站之间的通信。对于 卫星通信系统，多址联接指的是多个地球站发射 的信号，通过卫星转发器的射频信道复用，实现 各站间通信的一种方式。常见的多址方式有频分 多址、时分多址、码分多址和空分多址。 • 多址联接和多路复用的关系：多址联接和多路复 用的理论基础都是信号的正交分割原理。但多址 联接是指多个电台或通信站发射的信号在射频信 道上的复用，以达到各台、站之间同一时间、同 一方向的用户间的多边通信；多路复用是指一个 电台或通信站内的多路低频信号在群频信道（即 基带信道）上的复用，以达到两个台、站之间双 边点对点的通信。
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• 单向和双向通信：按信息信号传送的方向， 通信的工作方式可以分为单向通信和双向 通信。在单向通信方式中，信息只能向一 个方向传送。例如，广播、电视、遥控、 无线寻呼等；在双向通信方式中，信息可 以双向传送，通信双方都能收发信息。例 如，移动用户之间的通信，移动用户和固 定用户之间的通信等。 双向通信按信息信号传送的时间又分 为单工、双工和半双工通信方式。
卫星通信 多址技术
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提要
一、多路复用和多址联接 二、频分多址（FDMA） 三、时分多址（TDMA） 四、码分多址（CDMA） 五、三种多址技术的RF利用方式 六、ALOHA
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一、多路复用和多址联接
• 多路复用：将来自不同信息源的各路信息，按某 种方式合并成一个多路信号，然后通过同一个信道 传送给接收端。接收端再从该多路信号中按相应方 式分离出各路信号，分送给不同的用户或终端。 简而言之，多路复用是利用一条信道同时传输 多路信号的一种技术，可以解决在同一信道内同时 传送多个信号的问题。 多路复用方式可分为频分复用、时分复用、码 分复用、波分复用等。
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双工方式：频分双工（FDD）、 ）、时分 （三）双工方式：频分双工（FDD）、时分 双工（TDD） 双工（TDD）
–FDD：收发频率分开，接收设备通过滤波器分离各 FDD：收发频率分开， FDD 路信号 –特点：需要合理安排频率 特点： 特点 –TDD：收发共用一个频率，收发信号通过开关来控 TDD：收发共用一个频率， TDD 制 –特点：收发存在时间间隔 特点： 特点
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五.ALOHA方式
• • • • • P-ALOHA S-ALOHA C-ALOHA R-ALOHA SREJ-ALOHA
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四、CDMA
•CDMA：利用自相关性非常强而互相关性比较弱的伪随机 码作为地址信息，对被用户信息调制过的载波进行再次调制， 使频谱大大展宽。在接收端以本地产生的地址码为参考，根 据相关性的差异对接收到的所有信号进行鉴别，从中将地址 码与本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带信号而选出。 •实现 实现CDMA的条件： 的条件： 实现 的条件
要有数量足够多、相关特性足够好的地址码。 必须用地址码对发射信号进行扩频调制，使传输信号所占频带极大地 展宽。 在接收端必须要有与发送端地址码完全一致的本地地址码。
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•扩频通信的基本工作方式 扩频通信的基本工作方式
直扩方式：Direct Sequence Spread Spectrum 跳频方式: Frequency Hopping 跳时方式: Time Hopping 宽带线性调频方式: Chirp Modulation
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不同系统的多址技术
蜂窝移动通信系统 高级移动电话系统（ 高级移动电话系统（AMPS） ） 全球移动通信系统（ 全球移动通信系统（GSM） ） 美国数字蜂窝（ 美国数字蜂窝（USDC） ） 日本数字蜂窝（ 日本数字蜂窝（JDC） ） 英国CT-2（数字无绳电话） 英国 （数字无绳电话） 欧洲数字无绳电话（ 欧洲数字无绳电话（DECT） ） 美国窄带扩频（ － ） 美国窄带扩频（IS－95） 多址技DMA/TDD FDMA/TDD FDMA/TDD CDMA/FDD
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保护频带
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三、时分多址技术（TDMA）
卫星通信系统时分多址技术： 卫星通信系统时分多址技术：用不同时隙来区分地球 站的地址，只允许各地球站在规定的时隙内发射信号，这 些射频信号通过卫星转发器时，在时间上是严格依次排列、 互不重叠的。 卫星将在一个TDMA帧内的不同子帧时隙接收并转发 来自各地球站（它们都采用相同的载波）的突发脉冲串。 也就是说，每一地球站只在TDMA帧的一个子帧内接收和 发送突发脉冲。为了保证每一地面终端的突发（子帧）能 在所指定的子帧时隙到达卫星，对系统定时和信号格式将 有严格的要求。为此，每帧内的第一个子帧将由基准站发 出“基准”子帧以作为同步和网控之用。
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• TDMA方式可根据各站业务量的大小来调整 方式可根据各站业务量的大小来调整 各站时隙的大小，大小站可以兼容， 各站时隙的大小，大小站可以兼容，易于实 现按需分配； 现按需分配； • TDMA方式与地面数字系统的接口方便，同 方式与地面数字系统的接口方便， 方式与地面数字系统的接口方便 时也便于做星上处理； 时也便于做星上处理； • TDMA方式可以与数字话音内插（DSI）和 方式可以与数字话音内插（ 方式可以与数字话音内插 ） 自适应差分编码（ 技术配合， 自适应差分编码（ ADPCM )技术配合，形 技术配合 成数字电路倍增设备， 成数字电路倍增设备，使转发器容量大大提 高（达5倍）； 倍 • TDMA系统的网同步复杂。 系统的网同步复杂。 系统的网同步复杂
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FDMA的非线性效应
• 频谱扩展：相邻信道干扰； 频谱扩展：相邻信道干扰； • 交调（IM） 谐波：邻近业务信道的干扰。 交调（ ） 谐波：邻近业务信道的干扰。
交调干扰主要是由行波管放大器的非线性特性引起的。 交调干扰主要是由行波管放大器的非线性特性引起的。 FDMA的一个卫星转发器的功率放大器，可以同时放大多个 的一个卫星转发器的功率放大器， 的一个卫星转发器的功率放大器 载波信号(几个 十几个甚至几百个载波) 几个、 载波信号 几个、十几个甚至几百个载波 。 目前卫星转发 器的功放级大都采用行波管放大器(TWTA)，其单载波饱和 器的功放级大都采用行波管放大器 ， 输出功率为5~40瓦，功率增益为 左右。 输出功率为 瓦 功率增益为30~40dB左右。多载波是为 左右 了充分利用转发器资源， 了充分利用转发器资源，但是多载波工作却妨碍了卫星功率 的有效利用。在卫星转发器中，作为功放级的TWTA，是一 的有效利用。在卫星转发器中，作为功放级的 ， 个非线性放大器，它的幅度特性是非线性的， 个非线性放大器，它的幅度特性是非线性的，它的相位特性 具有调幅－调相变换作用(简写为 具有调幅－调相变换作用 简写为AM—PM变换 。 变换)。 简写为 变换
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• 码分多路复用（CDM）：根据码型结构的不同实现信号的正交分割， 各路信号在时间和频率上是互相重叠的，接收端用相关器或匹配滤波 器实现信号分离。 • 波分复用（WDM）：为了增加光纤通信系统的传输容量，可以在一 条光纤中传输多个不同波长的光信号，只要这些光源的波长有着适当 的距离，接收端的光频器件就可将它们分开。
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二、频分多址技术（FDMA）
卫星通信系统的频分多址技术：频分多址是 卫星通信系统中普遍采用的一种多址技术。当多 个地球站共用卫星转发器时，如果根据配置的载 波频率的不同来区分地球站的地址，这种多址联 接方式就为频分多址。它对各地球站配置不同的 频率，以实现不同地球站之间的联接。这种频率 配置可以是预先固定指配的，也可以是按需分配 的。
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图3-4 TDMA网络定时的示意图 网络定时的示意图
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FDMA和TDMA的特点比较
• 对于 对于TDMA方式，卫星转发器上任何时刻都 方式， 方式 只有一个载波工作，不会产生交调干扰， 只有一个载波工作，不会产生交调干扰，行 波管可以工作在饱和状态， 波管可以工作在饱和状态，能充分利用转发 器的功率； 器的功率； • TDMA方式是对各地球站和转发器进行时间 方式是对各地球站和转发器进行时间 分隔，无需FDMA方式的多次变频，简化了 方式的多次变频， 分隔，无需 方式的多次变频 电路结构； 电路结构； • TDMA方式对地球站等效全向辐射功率变化 方式对地球站等效全向辐射功率变化 的限制，没有FDMA方式那样严格； 方式那样严格； 的限制，没有 方式那样严格
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（一）多路复用
• 频分多路复用（FDM）：按照频率参量的正交分割原理， 将各路信号的频谱搬移至互不重叠的频带上同时在一个信 道中传输。接收端通过不同中心频率的带通滤波器，可以 将各路信号分离出来。频分多路复用的各路信号在时域中 混叠在一起，在频域中可分辨。 • 时分多路复用（TDM）：利用时间的正交性，即以时间作 为信号分割的参量，使各路信号在时间轴上互不重叠，它 利用不同时隙来传送各路不同信号。在TDM系统中，每个 信号占据着不同的时间区间，但每个信号均占有相同的频 域，各路信号在频域中混叠在一起，在时域中可分辨。