卫星通信第5章V3

1第5章多址联接（第3章）5.1频分双工和时分双工5.2信道分配方式5.3频分多址联接5.4时分多址联接5.5多波束卫星中的FDMA/TDMA5.6码分多址联接5.7卫星分组数据通信25.1频分双工和时分双工本章着重讲解卫星通信的另一个重要方面，用于与卫星连接的技术，使得卫星的频谱和功率能有效地在大量用户之间分享。35.1.1频分双工(FDD)正向和反向链路传输使用不同频带通常正向和反向链路具有相同的带宽正向和反向信道配对具有固定的频率间隔无线电通信中的频带分配，就考虑这种问题。45.1.1频分双工卫星通信通常采用FDD方式固定业务（GEO）上行链路——高频下行链路——低频移动业务（LEO）：GlobalStar上行链路——1610~1626.5MHz下行链路——2483.5~2500MHz55.1.2.时分双工(TDD)正向和反向传输使用相同频带正向和反向传输出现在不同的时间间隔中铱系统移动用户链路的时间帧寻呼和铃声告警UL1UL2UL3UL4DL1DL2DL3DL420.3ms8.3ms0.4ms帧长90ms75.1.2.时分双工TDD方式的特点不要求频率配对，频带利用率高适用于动态信道的分配发送和接收信号可以使用相同的天线上下行链路需要保护时间发送功率要求高发送和接收均需要同步85.2信道分配方式信道分配方式指如何进行信道分配。所采用的多址方式不同，其信道的内涵不同FDMA——频点TDMA——时隙CDMA——引导码SDMA——波束信道分配方式预分配按需分配动态分配随机分配91.预分配方式预分配（PA）方式固定预分配（FPA）按时预分配（TPA）方式（1固定预分配（FPA）是指按事先规定半永久性地分配给每个地球站固定数量的信道，这样各地球站只能各自在特定的信道上完成与其他地球站的通信，其他地球站不得占用。101.预分配方式根据统计，事先知道了各地球站间业务量随时间的变化规律，因而在一天内可按约定对信道做几次固定的调整，这种方式就是按时预分配（TPA）方式。（2）按时预分配（TPA）方式112.按需分配方式按需分配（DA）方式是一种分配可变的制度，这个可变是按申请进行信道分配变化的，通话完毕之后，系统信道又收归公有。收端可变、发端固定的DA方式收端固定、发端可变的DA方式收、发可变DA方式123.动态分配方式系统根据终端申请要求，将系统的频带资源（传输速率）实时地分配给地球站或卫星移动通信终端，从而能高效率地利用转发器的频带。134.随机分配方式指通信中各种终端随机地占用卫星信道的一种多址分配制度145.2频分多址联接给定带宽BT根据业务要求划分成n段分配到网络中的所有n个地球站特点比较简单以频率来分割，在时间和空间上无法分开不同的信道占用不同的频段，互不重叠。FDMA的时间–频率关系图161.工作原理在以此种方式工作的卫星通信网中，每个地球站向卫星转发器发射一个或多个载波，每个载波都具有一定的频带，它们互不重叠地占用卫星转发器的带宽。5.2频分多址联接保护频带182．FDMA的应用特点频分多址方式是最基本的多址方式，也是最古老的多址方式，其最突出的特点是简单、可靠和易于实现。（1）要求解决好卫星的功率和带宽之间的关系（2（3（4）尽量减少互调的影响5.2频分多址联接用FDMA在地球站A与B之间进行通信205.2.1MCPC和SCPCMCPC——Multiple-channelpercarrierSCPC——Single-channelpercarrierMCPC和SCPC的转发器频谱比较MCPC和SCPC的频率分配方案比较22每载波多路MCPC-FDMA方式每载波单路SCPC-FDMA方式星上交换SS-FDMAFDMA的分类SS-FDMA卫星转发器方框图241.MCPC地球站接收机中的每个基带带通滤波器都对应一特定的发送站信道容量的任何变化都要求重新调谐这个滤波器，因此业务要求有变化时相对比较麻烦。按所采用的基带信号类型划分FDM-FM-FDMATDM-PSK-FDMA方式251.MCPC在FDM-FM-FDMA方式中，首先基带模拟信号以频分复用方式复用在一起，然后以调频方式调制到一个载波频率上，最后再以FDMA方式在TDM-PSK-FDMA方式中，首先将多路数字基带信号用时分复用方式复用在一起，然后以PSK方式调制到一个载波上，最后再以FDMA方262.SCPC这种方案适用于业务量要求不大的地球站，如向边远地区提供卫星通信业务等。已知在n个地球站全部连接的网状网络中，要求连接的数目为n(n-1)/2。273.预分配和按需分配在预分配的SCPC中，将几条信道永久地分配给一个地球站，多个地球站共享一个频率库。数字制的预分配SCPCPCM-PSK-SCPCDM-PSK-SCPC283.预分配和按需分配按需分配使得地面和卫星电路允许共享294.集中控制和分散控制在集中控制频率库管理方案中，信道是由网络控制站(NCS)集中分配的，他们管理着频率库。集中控制按需分配方案的主要元件图31分散频率管理方案每个地球站可以从公用频率库里得到信道，按照预定的规则接通。这种方案的优点是可靠性高，任何一个地球站出故障时，不会影响系统中其它地球站工作的可靠性。但是，地球站的复杂性增加会使设备的价格上升。325.2.2小型固定业务地球站SCPC终端：INTELSATSCPC是这种类型传输方式的代表运行类型有两种固定分配按需分配两种方式运行时，允许传送话音和数据参数描述注解带宽45kHz传输速率64kbit/s语音编码7比特PCM/A-律语音激活调制QPSK地球站EIRP60.5~69.8dBW与链路和卫星有关运行C/N15.5dB额定BER10-6采用FEC为(1~3)×10-9IntersatSCPC主要传输特性34在采用SCPC方式工作的IS-IV卫星通信系统中，将其中一个卫星转发器的36MHz带宽等间隔地分为800个通道，其频率分配如图所示。1.SCPC终端-固定分配①SCPC的频率配置SCPC系统的频率配置②SCPC终端设备结构371.SCPC终端-固定分配(1)地面接口单元：负责话音业务和数据业务的输入与输出功能。381.SCPC终端-固定分配(2)公用设备包含话音接口、数据接口、话音编码/译码器、数据编码/译码器、话音检测器、信道同步器、频率合成器和相位调制/解调器等用来完成语音信号和数据信号的编码、调制功能的设备。(3)公用单元主要包括中频单元和定时与频率单元等392.SPADE终端-按需分配SPADE是SingleChannelPerCarrierPCMMultipleAccessDemandAssignmentEquipment的英文缩写SPADE系统的频率分配和终端电路配置与固定分配的SCPC终端类似，信号的信道单元是FDMA方式但是按需分配的信令处理是TDMA402.SPADE终端-按需分配SPADE的频率配置在采用SPADE方式工作的卫星通信系统中，通常将一个卫星转发器的一部分频率配置为公用传输信道（CSC），而另一部分频率配置为话音通道（CH）。SPADE系统的频率配置422.SPADE终端-按需分配终端设备结构公共控制部分包括地面接口单元（TIU）、按需分配传信和交换单元（DASS）、定时和频率单元（TFU）、中频单元（IF）和运行监控单元（CMC）。①通过地面接口单元可实现电话交换中心（长途台）和SPADE终端之间的接口以及SPADE终端之间的电话信号的连接。432.SPADE终端-按需分配②按需分配传信与交换单元（DASS）DASS单元是由传信和交换处理机（SSP）、公用信号信道同步器和公用信号信道调制解控制SPADE自动完成对公共信号通道上用于广播的本站分SPADE终端设备组成图452.SPADE终端-按需分配按需分配方式下的信息传递过程各地球站设置有按TDMA方式工作的公用信令信道和话音传输信道①公共信令信道的信令格式为了实现按需分配，各地球站是按TDMA方式工作的，即按时分多址方式工作的。用在SPADE系统中公用的信令信道128bit用在SPADE系统中公用的信令信道482.SPADE终端-按需分配②SPADE系统可为48个地球站提供397条双向通路（如图所示），这就是说，每个地球站可以每隔50ms向信道申请一次。492.SPADE终端-按需分配③在SPADE系统中，当某用户通过长途台将呼叫通信请求送至SPADE终端时，SPADE终端为其从397条卫星线路中选择任意一条空闲信道，并进行连通，同时通过此信道将呼叫请求帧送到对方用户所在的地球站，并由该站与对方局连通。505.2.3转发器利用率限制FDMA连接通过转发器信道数目的主要因素有两个：a)随着接通载波数目的增加，交调噪声增大b)对MCPC系统，载波带宽越小，频谱利用率就越低转发器容量与FDMA载波数目的函数曲线图52已经证明在任何给定时间，大量通话时只有40%的信道被语音激活，这就使得转发器的利用效率可以提高2.5倍。另外，转发器的语音随机激活负载，使最坏信道的交调噪声约降低3dB，它也提高了信道的通话质量。535.2.4按需分配和预分配性能分析由按需分配提供的改善情况，可以在给定负载条件下，用预分配时容纳双向电路的数目和按需分配时电路数目的比值来确定。I=nPA/nPD555.2.5带宽和功率受限转发器运行时的带宽受限当转发器和载波的带宽确定后，一个转发器能够容纳的载波数是有限的，与EIRP无关功率受限当EIRP不能满足C/N要求时，传输带宽不得不降低，以满足载噪比要求一般设计时，希望转发器的带宽和功率都同时达到受限值附近，这时转发器的带宽和功率都得到比较充分的利用。56FDMA主要特性总结1)使用现有的硬件，因而技术成熟，价格比较低2)不需要网络定时3)对基带信号类型（语音或数据）、调制类型（FM或PSK）没有限制FDMA的优点57FDMA的缺点1)转发器中的噪声，会导致与它共享这个TWTA的其它链路产生相互干扰。2)在信道频率分配上没有灵活性。3)为保持链路质量，要求上行链路有功率控制装置。4)在含有强载波和弱载波的混合业务时，特别是在MCPC中，弱载波可能被抑制。585.3时分多址联接TDMA运行时，任何时间转发器只使用一个载波，因此不会出现由多载波同时进行非线性放大，所产生的交调干扰。这使得卫星转发器的HPA，可以工作在最大输出功率处，或接近饱和输出电平处。利用基准站发的RB，使业务站发的TB同步的TDMA方案链接两个连续数据流的脉冲列模式传输卫星信道地面信道地面信道脉冲列的接收TDMA地球站的某些基本单元TDMA地球站的某些基本单元INTELSAT帧结构705.3.1帧结构组成1.基准脉冲列RB(1)保护时间(G)(2)载波和比特定时提取序列(3)脉冲列码字(BCW)，又称独特码UW(4)站验证码(SIC)(5)TTY电报联络信道(6)服务信道(7)VOW语音联络信道712.报头报头是业务脉冲列的开始部分，它带着的信息与基准脉冲列类似，但报头不传递业务数据。723.载波提取这里的载波提取电路，通常是采用锁相环，可能会出现所谓“搁浅”问题。它发生在锁相环工作点移动到不稳定区域时。另一种方法是采用窄带调谐电路滤波器，以提取载波。735.3.2独特码检测和网络同步1.独特码检测TDMA系统中采用独特码(UW)，来建立脉冲列定时。下图绘出用于检测UW的基本电路。用于检测独特码(UW)的基本电路75(1)漏检测概率用E表示长度为N比特的独特码(UW)允许误差的最大比特数，而I表示接收到独特码中实际误差比特数。还应加上下述条件：当IE时，检测序列是UW；当IE时，检测序列不是UW，即UW被漏检测。NEIINImissppININP1)1()!(!!76(2)误检测概率一个N比特的序列，虽然它在几个比特位置上的数目与UW不同，但它却被认为是独特码(UW)。EINFININP0)!(!!2771.独特码检