第四章卫星通信系统3卫星通信体制导论

卫星通信体制导论一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型所谓的通信体制，指的就是通信系统所采用的信号传输方式和信号交换方式，也就是根据信道条件及通信要求在系统中采用的是什么样的信号形式（时间波形与频谱结构）以及怎样进行传输（包括各种处理和变换）、用什么方式进行交换等。卫星通信由于具有广播和大面积覆盖的特点，因此特别适用于多个站之间的同时通信，即多址通信。多址通信是指卫星天线波束覆盖区内的任何地球站可以通过共同的卫星进行双边或多边通信联接—常称之为“多址联接”。此外，卫星通信是利用卫星来实现中继通信的，因此如何充分利用卫星转发器的功率和频带，是卫星通信一个重要的问题，这个问题还涉及到卫星通道的分配方式。卫星通信体制的内容：一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型采用的基带信号形式基带信号有哪些方式？是模拟制还是数字制？采用何种信源编码？基带信号是单路传输的还是多路传输的？采用何种多路复用方式，是频分多路复用的还是采用时分多路复用的？基带信号需经过何种重要的加工处理等等。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型采用的中频（或射频）调制制度采用何种调制制度，是调频、移相键控、还是其它的调制制度。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型采用的多址联接方式各地球站采用怎样的方式建立相互连接，是采用频分多址、时分多址、空分多址、码分多址，还是其他多址联接方式。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型采用的通道分配与交换制度通道的占用是怎样分配的，是预分配，还是按申请分配，或是随机占用。根据申请而选定通道，这意味着具有一种交换功能，因而还要确定采用怎样的申请方式。星上是否采用处理转发器，转发器上有无交换装置，采用怎样的星上交换制度？一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型例如，目前国际卫星通信中传输多路电话用得最多的一种体制是：模拟制/频分复用/调频/频分多址/预分配；发展最快的一种体制是：数字制/时分多路复用/数字调相/频分多址/预分配。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度四、几种常用的体制类型1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式卫星通信的一个基本特点是，能进行多址通信，系统中的各地球站均向卫星发送信号，卫星将这些信号混合并作必要的处理与交换，然后向地球某一区域转发。那么，用怎样信号传输方式，才能使接收站从这些信号中识别出发给本站的信号并知道发自何站呢？又怎样使混合的各站信号的干扰尽量小呢？一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型实现多址联接的技术基础是信号分割，也就是在发端进行恰当的信号设计，使系统中各地球站所发射的信号各有差别；而各地球站接收端则具有信号识别的能力，能从混合着的信号中选择出本站所需的信号。信号设计信号识别信号设计信号识别信号设计信号识别卫星转发器………1#站2#站K#站一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型一个无线电信号可以用若干参量来表征，最基本的是：信号的射频频率、信号出现的时间、信号所处的空间以及信号采用码型的结构。信号之间的差别可集中反映在上述信号参量之间的差别上。频分多址FDMA的基本特征是，把卫星转发器的可用射频频带分割成若干互不重叠的部分，分配给各地球站所要发送的各载波使用。因此在这种方式中，各载波的射频频率不同。发送时间虽然可以重合，但各载波占用的频带是彼此严格分开的。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型(a)FDMATSFΔfiF：频率轴T：时间轴S：空间轴一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型这种方案的缺点如下：多个载波信号同时通过转发器时，会发生转发器有效输出功率降低，产生互调噪声和可懂串话、强信号对弱信号的抑制现象，并且大小站难以兼容，各站发射功率必须保持稳定。不灵活，要重新分配频率比较困难。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型时分多址TDMA的基本特征是，把卫星转发器的工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙，分配给各站使用。每个站的群路被时分复用成多路信号，然后对其信号进行移相键控，转发器按时分多址联接。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型TDMA的主要特点：采用数字制。各站的基带信号低速连续输入并存储在缓冲器里，而在分配的时隙以高速突发形式的脉冲串调制载波后发向卫星。各突发开始是“报头”码组，用以解决站址识别及载波位定时的同步问题。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型在任何时刻都只有一个站发出的信号通过转发器，这样转发器始终处于单载波工作状态，因而行波管可工作于接近饱和点。因此，可以充分利用卫星功率且无互调；充分利用转发器的频带；不会产生弱信号受抑制的现象，上行功率不需要精确控制。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型TDMA方式的主要问题是要有精确的同步，以保证各突发到达转发器的时间不发生重叠，并且保证接收站能正确识别站址和迅速建立载波、位定时的同步，而这是比较复杂、困难的技术。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型空分多址SDMA的基本特征是卫星天线有多个窄波束，它们分别指向不同区域的地球站，利用波束在空间指向的差异来区分不同的地球站。卫星上装有转换开关设备，某区域中某一站的上行信号，经上行波束送到转发器，由卫星上转换开关将其转换到另一通信区域的下行波束，从而传送到此一区域的某站。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型SDMA方式有许多新颖的特点：卫星天线增益高；卫星功率可得到合理有效的利用；不同区域地球站所发信号在空间互不重叠，即使在同一时间使用相同的频率，也不会相互干扰，因而可实现频率重复使用，这就成倍地扩大了系统的通信容量；转换开关使卫星成为一台空间交换机，各地球站之间可像自动电话系统那样方便地进行多址通信。此外，卫星对其它地面通信系统的干扰减少了，对地球站的技术要求也降低了。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型但是，SDMA方式对卫星的稳定及姿态控制提出很高的要求；卫星天线及馈线装置也比较庞大和复杂；转换开关不仅使设备复杂，而且由于空间故障难以修复，增加了通信失效的风险。此种多址方式一般是和其他的多址方式一起工作的。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型码分多址CDMA的基本特征是各站所发的信号在结构上各不相同并且相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间、空间上都可能重叠。采用这种方式时，各站所发射的载波大都受到两种调制，一种是基带信号的调制，一种是地址码的调制。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型CDMA方式的优点是：具有较强的抗干扰能力；有一定的保密能力；改变地址比较灵活。缺点是：要占用较宽的频带，频带利用率一般较低；要选择数量足够的可用地址码组较为困难；接收时，对地址码的捕获与同步需有一定时间。CDMA方式特别适用于军事卫星通信系统及小容量系统。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述1、实现多址联接的依据2、几种常用的多址联接方式三、多址分配制度四、几种常用的体制类型1、多址分配的含义2、几种常用的多址分配制度与多址联接方式紧密相连的，还有一个通道分配问题。对于FDMA来说，就是把转发器可用频带分割成各个通道后，以怎样的方式分配给各站占用；对于TDMA、SDMA、CDMA来说，就是以怎样的方式将时隙、窄波束、码型分配给各站使用。通常把这种通道分配方式称为多址分配制度。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度1、多址分配的含义2、几种常用的多址分配制度四、几种常用的体制类型多址分配制度是卫星通信体制的一个重要组成部分，关系到整个卫星通信系统的通信容量、转发器和各地球站的通道配置和通道的工作效率，以及对用户的服务质量，当然也关系到设备的复杂程度。比如，最早使用并且目前使用最多的预先固定分配方式，两个地球站之间所需要的通道是预先半永久性分配给它们的，是专用的，因而连接方便。但实际上各站的业务量是不同的。对于业务量十分繁忙的通道，会发生业务量过载，因而会产生呼叫阻塞；业务空闲的通道，则会发生通道闲置不用，从而造成浪费。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度1、多址分配的含义2、几种常用的多址分配制度四、几种常用的体制类型因此，如果能做到，不管哪个站，不论什么时候，它当时面临有多大的业务量都能实时地分给它相应数量的通道，使既不发生阻塞又不浪费通道，这样，通道的利用率要高得多。所以分配问题的实质，就是设法使分配给网中各站的通道数能随所要处理的业务量的变化而变化。这种动态的分配实现得越理想，通道的利用率也就越高。一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度1、多址分配的含义2、几种常用的多址分配制度四、几种常用的体制类型随机分配(RA)动态分配(DYA)分群全可变方式(G-VT-VR)收端固定—发端可变的方式(FR-VT)发端固定—收端可变的方式(FT-VR)固定预分配方式(FPA)按时预分配方式(TPA)1、预分配制(PA)2、按申请分配制(DA)全可变方式(VT-VR)3、其他分配制度分配制度分类：一、卫星通信体制的基本内容二、多址联接方式的概述三、多址分配制度1、多址分配的含义2、几种常用的多址分配制度四、几种常用的体制类型预分配（PA）（1）固定预分配方式（FPA）这种分配方式是，按事先规定，半永久性地分配给每个地球站固定数目的载波，各地球站只能用分给它的这些特定频率与有关地球站通信，而其他站不能占用这些频率。(i~1)固定预分配方式（FPA）(1~2)(1~3)(1~k)(2~1)(2~k)(i~k)(k~1)(k~k-1)1#站2#站3#站i#站k#站1#站2#站3#站i#站k#站固定预分配制度的优点是：由于载波是专用