《卫星通信与卫星网络》课件_第7章.pptxVIP

第7章多址技术;

7.1概述;

FDMA将卫星通信系统的总频段划分成若干个等间隔的信道分配给每个用户,用户在这个分配给自己的特定频率的信道上传输信号,信号可以是模拟的,也可以是数字的。

TDMA把时间分割成周期性的帧,每一帧分割成若干时隙,然后给每个用户分配唯一的时隙,以便信号按顺序通过转发器。此传输方式势必引起信号的延迟,因此只适用于数字信号的传输。;

CDMA给每个用户分配一个独特的码序列,卫星接收到的信号是用户信号与其独特的码序列进行正交编码后的扩频信号,地面接收端在接收到信号后需要通过相关的方法将

用户信号分离出来。CDMA也只适用于数字信号。

SDMA应用智能天线技术,由天线给每个用户分配一个点波束,这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的信号。实际中,SDMA不会独立使用,而是与其他多址方式如

FDMA、TDMA或CDMA等结合使用,从而实现在有限的频率资源范围内更高效地传输信号。

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多址方式也可以按照卫星信道资源的分配方式划分成固定多址(FA,FixedmultipleAccess)、按需多址(DA,on-DemandmultipleAccess)和随机多址(RA,Randommultiple

Access)。固定多址也称为预分配多址,要求预先分配好每个用户占用的信道份额,各用户只能在自己特定的信道上完成与其他用户的通信。此方式不需要附加控制和调度信道,但

是各信道的容量固定,不能增减,特别是当某个用户的信道空闲不用时,其他用户也不能使用,因此信道利用率较低。;

按需多址是根据不断变化的业务量情况,随时把信道合理地分配给用户使用,此类系统通常设有一中心站集中控制信道分配,当某用户需要通信时先联系中心站,中心站根据当时情况给通信双方安排信道。随机多址没有信道控制系统,当用户需要通信时可按一定的规程随机占用信道。这种方式适用于各用户通信量较小的情况。;

7.2频分多址;

图7-1为频分多址方式示意图。图中,f1、f2和f3为各地球站发射的载波频率,在卫星转发器中载波按频率的高低排列并经过频率变换,转换成相应的下行频率f4、f5和f6,下行链路会把全部载波发送到所有接收站,各接收站选择出自己所期望的载波进行解调或检测。;

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频分多址的实现方式主要有两种:单路单载波频分多址(SCPCFDMA)和多路单载波频分多址(MCPCFDMA)。单路单载波(SCPC,SingleChannelPerCarrier)是指一个载波只包含一路信号,而多路单载波(MCPC,MultipleChannelPerCarrier)方式中一个载波可以包含多路不同的信号。;

在SPADE系统中,通常将一个转发器的部分频率配置为公用信令信道(CSC,CommonSignalingChannel),而另一部分频率配置为语音通道,每个地球站都有一个称作按需分配信令和交换单元的设备,通过此设备来执行CSC所需要的功能,所有地球站都通过CSC永久连接。为了详细说明,我们假设地球A站要向B站发起一个呼叫,A站首先从当前可用的频率中随机选择一对频率,并通过CSC将信息发送给B站,B站又通过CSC回复A站可以竞争该线路,一旦该线路建立起来,系统中的CSC会通知其他所有地球站将该频率从可用频率列表中删除。;

如果在A站发起呼叫等待B站回复的时间段内,最初选择的两个频率被分配给其他线路,这时,A站会收到来自CSC的更新信息,并立即随机选择另一对频率。呼叫完成后,该线路会断开连接,CSC又会通知所有地球站将这两个频率加到可用频率列表中。

尽管FDMA是一种简单且易于实现的多址方式,但在系统应用和设计时一些关键问题必须妥善解决。;

首先是功率控制,这在功率受限的卫星通信系统中尤为突出。因为系统中某一地球站发射的功率大于额定值,就会侵占卫星上发给其他地球站的功率;反之,发射功率过小,又会影响通信质量。

其次是设置适当的保护频带。当相邻频带的频谱成分落入本信道内时,就会引起邻道干扰。为了避免因载波漂移致使各载波频谱重叠,在各载波占用的频带之间要留有一定的

间隙作为保护频带。若保护频带过宽,则频带利用率降低;若保护频带过窄,则要对卫星和地球站的频率资源和滤波器等提出苛刻的要求。;

最突出的问题是转发器工作在多载波状态会引起互调干扰问题,有效输出功率降低以及强信号对弱信号的抑制。当卫星转发器的行波管放大器在同时放大多个不同频率的信号

时,由于它的输入输出特性具有非线性,会使输出信号中出现各种组合频率成分。这种现象不但影响通信质量,而且浪费卫星的功率。为了避开这些干扰频率,有些频带便不得不禁止使用,因而又造成了卫星频带的浪费。另外,如果被放大的各个载