衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址技術(shù)

1、衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 1 第3章 多址技術(shù) 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 2 提要 一、多路復(fù)用和多址聯(lián)接 二、頻分多址（FDMA） 三、時(shí)分多址（TDMA） 四、碼分多址（CDMA） 五、三種多址技術(shù)的RF利用方式 六、ALOHA 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 3 一、多路復(fù)用和多址聯(lián)接 多路復(fù)用：將來自不同信息源的各路信息，按某 種方式合并成一個(gè)多路信號(hào)，然后通過同一個(gè)信道 傳送給接收端。接收端再?gòu)脑摱嗦沸盘?hào)中按相應(yīng)方 式分離出各路信號(hào)，分送給不同的用戶或終端。 簡(jiǎn)而言之，多路復(fù)用是利用一條信道同時(shí)傳輸 多路信號(hào)的一種技術(shù)，可以解決在同一信道內(nèi)同時(shí) 傳

2、送多個(gè)信號(hào)的問題。 多路復(fù)用方式可分為頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼 分復(fù)用、波分復(fù)用等。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 4 多址聯(lián)接：指多個(gè)通信站的射頻信號(hào)在射頻信道 上的復(fù)用，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)通信站之間的通信。對(duì)于 衛(wèi)星通信系統(tǒng)，多址聯(lián)接指的是多個(gè)地球站發(fā)射 的信號(hào)，通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的射頻信道復(fù)用，實(shí)現(xiàn) 各站間通信的一種方式。常見的多址方式有頻分 多址、時(shí)分多址、碼分多址和空分多址。 多址聯(lián)接和多路復(fù)用的關(guān)系：多址聯(lián)接和多路復(fù) 用的理論基礎(chǔ)都是信號(hào)的正交分割原理。但多址 聯(lián)接是指多個(gè)電臺(tái)或通信站發(fā)射的信號(hào)在射頻信 道上的復(fù)用，以達(dá)到各臺(tái)、站之間同一時(shí)間、同 一方向的用戶間的多邊通信；多路復(fù)用是指

3、一個(gè) 電臺(tái)或通信站內(nèi)的多路低頻信號(hào)在群頻信道（即 基帶信道）上的復(fù)用，以達(dá)到兩個(gè)臺(tái)、站之間雙 邊點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 5 單向和雙向通信：按信息信號(hào)傳送的方向， 通信的工作方式可以分為單向通信和雙向 通信。在單向通信方式中，信息只能向一 個(gè)方向傳送。例如，廣播、電視、遙控、 無線尋呼等；在雙向通信方式中，信息可 以雙向傳送，通信雙方都能收發(fā)信息。例 如，移動(dòng)用戶之間的通信，移動(dòng)用戶和固 定用戶之間的通信等。 雙向通信按信息信號(hào)傳送的時(shí)間又分 為單工、雙工和半雙工通信方式。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 6 頻分多路復(fù)用（FDM）：按照頻率參量的正交分

4、割原理， 將各路信號(hào)的頻譜搬移至互不重疊的頻帶上同時(shí)在一個(gè)信 道中傳輸。接收端通過不同中心頻率的帶通濾波器，可以 將各路信號(hào)分離出來。頻分多路復(fù)用的各路信號(hào)在時(shí)域中 混疊在一起，在頻域中可分辨。 時(shí)分多路復(fù)用（TDM）：利用時(shí)間的正交性，即以時(shí)間作 為信號(hào)分割的參量，使各路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊，它 利用不同時(shí)隙來傳送各路不同信號(hào)。在TDM系統(tǒng)中，每個(gè) 信號(hào)占據(jù)著不同的時(shí)間區(qū)間，但每個(gè)信號(hào)均占有相同的頻 域，各路信號(hào)在頻域中混疊在一起，在時(shí)域中可分辨。 （一）多路復(fù)用 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 7 碼分多路復(fù)用（CDM）：根據(jù)碼型結(jié)構(gòu)的不同實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正交分割， 各路信號(hào)在時(shí)間和頻

5、率上是互相重疊的，接收端用相關(guān)器或匹配濾波 器實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離。 波分復(fù)用（WDM）：為了增加光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量，可以在一 條光纖中傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，只要這些光源的波長(zhǎng)有著適當(dāng) 的距離，接收端的光頻器件就可將它們分開。 （二）多址聯(lián)接 頻分多址（FDMA）：各站、臺(tái)發(fā)出的射頻信號(hào)在指定的射頻頻帶內(nèi)， 但在頻譜上互不重疊地排列，共同分用該射頻頻帶，接收端用帶通濾 波器分離各路射頻信號(hào)。 時(shí)分多址（TDMA）：以不同的時(shí)隙來區(qū)分地址，每站有一指定時(shí)隙， 各站只是在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)。 碼分多址（CDMA）：每個(gè)用戶有一個(gè)特定結(jié)構(gòu)的碼字作為地址，不 同用戶的不同波形信號(hào)以同一頻率發(fā)射出去，

6、各站的接收是根據(jù)相應(yīng) 的信號(hào)波形分離出自己需要的信號(hào)。 空分多址（SDMA）：利用天線的方向性和用戶的地區(qū)隔離性實(shí)現(xiàn)信 號(hào)的分離。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 8 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 9 （三）（三）雙工方式：頻分雙工（雙工方式：頻分雙工（FDDFDD）、時(shí)分）、時(shí)分 雙工（雙工（TDDTDD） FDDFDD：收發(fā)頻率分開，接收設(shè)備通過濾波器分離各收發(fā)頻率分開，接收設(shè)備通過濾波器分離各 路信號(hào)路信號(hào) 特點(diǎn)：需要合理安排頻率特點(diǎn)：需要合理安排頻率 TDDTDD：收發(fā)共用一個(gè)頻率，收發(fā)信號(hào)通過開關(guān)來控收發(fā)共用一個(gè)頻率，收發(fā)信號(hào)通過開關(guān)來控 制制 特點(diǎn)：收發(fā)存在時(shí)間間

7、隔特點(diǎn)：收發(fā)存在時(shí)間間隔 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 10 不同系統(tǒng)的多址技術(shù) 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)多址技術(shù)多址技術(shù) 高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS） FDMA/FDD 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）TDMA/FDD 美國(guó)數(shù)字蜂窩（美國(guó)數(shù)字蜂窩（USDC）TDMA/TDD 日本數(shù)字蜂窩（日本數(shù)字蜂窩（JDC）TDMA/TDD 英國(guó)英國(guó)CT-2（數(shù)字無繩電話）（數(shù)字無繩電話）FDMA/TDD 歐洲數(shù)字無繩電話（歐洲數(shù)字無繩電話（DECT） FDMA/TDD 美國(guó)窄帶擴(kuò)頻（美國(guó)窄帶擴(kuò)頻（IS95）CDMA/FDD 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址

8、 技術(shù) 11 二、頻分多址技術(shù)（FDMA） 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的頻分多址技術(shù)：頻分多址是 衛(wèi)星通信系統(tǒng)中普遍采用的一種多址技術(shù)。當(dāng)多 個(gè)地球站共用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，如果根據(jù)配置的載 波頻率的不同來區(qū)分地球站的地址，這種多址聯(lián) 接方式就為頻分多址。它對(duì)各地球站配置不同的 頻率，以實(shí)現(xiàn)不同地球站之間的聯(lián)接。這種頻率 配置可以是預(yù)先固定指配的，也可以是按需分配 的。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 12 FDMA的非線性效應(yīng) 頻譜擴(kuò)展：相鄰信道干擾；頻譜擴(kuò)展：相鄰信道干擾； 交調(diào)（交調(diào)（IM） 諧波：鄰近業(yè)務(wù)信道的干擾。諧波：鄰近業(yè)務(wù)信道的干擾。 交調(diào)干擾主要是由行波管放大器的非線性特性引起的。交調(diào)干

9、擾主要是由行波管放大器的非線性特性引起的。 FDMA的一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率放大器，可以同時(shí)放大多個(gè)的一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率放大器，可以同時(shí)放大多個(gè) 載波信號(hào)載波信號(hào)(幾個(gè)、十幾個(gè)甚至幾百個(gè)載波幾個(gè)、十幾個(gè)甚至幾百個(gè)載波) 。 目前衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)目前衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā) 器的功放級(jí)大都采用行波管放大器器的功放級(jí)大都采用行波管放大器(TWTA)，其單載波飽和，其單載波飽和 輸出功率為輸出功率為540瓦，功率增益為瓦，功率增益為3040dB左右。多載波是為左右。多載波是為 了充分利用轉(zhuǎn)發(fā)器資源，但是多載波工作卻妨礙了衛(wèi)星功率了充分利用轉(zhuǎn)發(fā)器資源，但是多載波工作卻妨礙了衛(wèi)星功率 的有效利用。在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中，作為功放級(jí)的的

10、有效利用。在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中，作為功放級(jí)的TWTA，是一，是一 個(gè)非線性放大器，它的幅度特性是非線性的，它的相位特性個(gè)非線性放大器，它的幅度特性是非線性的，它的相位特性 具有調(diào)幅調(diào)相變換作用具有調(diào)幅調(diào)相變換作用(簡(jiǎn)寫為簡(jiǎn)寫為AMPM變換變換)。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 13 行波管調(diào)幅調(diào)相變換作用分析行波管調(diào)幅調(diào)相變換作用分析 典型的行波管幅度非線性特性為：當(dāng)輸入功率增典型的行波管幅度非線性特性為：當(dāng)輸入功率增 加到某一數(shù)值時(shí)，輸出功率達(dá)到最大；繼續(xù)增加輸入加到某一數(shù)值時(shí)，輸出功率達(dá)到最大；繼續(xù)增加輸入 功率，輸出功率反而下降。行波管放大器有一個(gè)最大功率，輸出功率反而下降。行波管放

11、大器有一個(gè)最大 輸出功率，稱為飽和輸出功率。若行波管在飽和點(diǎn)處輸出功率，稱為飽和輸出功率。若行波管在飽和點(diǎn)處 工作，一般效率最高，但非線性失真也最嚴(yán)重。多載工作，一般效率最高，但非線性失真也最嚴(yán)重。多載 波工作時(shí)，減小輸入可以減少非線性影響，但同時(shí)輸波工作時(shí)，減小輸入可以減少非線性影響，但同時(shí)輸 出功率也降低了，管子就得不到充分的利用。出功率也降低了，管子就得不到充分的利用。 多載波波輸入時(shí)，輸出要受到多載波波輸入時(shí)，輸出要受到“壓縮壓縮”這種壓這種壓 縮是指，在輸入總功率相等的情況下，多載波工作時(shí)縮是指，在輸入總功率相等的情況下，多載波工作時(shí) 總輸出功率比單載波工作時(shí)的輸出功率要小。總輸出功

12、率比單載波工作時(shí)的輸出功率要小。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 14 例一例一 采用采用FDMA的轉(zhuǎn)發(fā)器交調(diào)（互調(diào)）頻率的轉(zhuǎn)發(fā)器交調(diào)（互調(diào)）頻率IMmf1+nf2， m,n為任意整數(shù)，如：為任意整數(shù)，如：f1=1930MHz，f2=1932MHz，求，求 落在工作頻率為落在工作頻率為19201940MHz的交調(diào)頻率。的交調(diào)頻率。 n=0n=1n=2n=3 1930192619221918* 1928192419201916* 1932193619401944* 193419381942*1946* 解：可能的交調(diào)頻率有：解：可能的交調(diào)頻率有：（2n+1）f12nf2， （2n+2）f

13、1（2n+1）f2或者（或者（2n+1）f22nf1， （2n+2）f2（2n+1）f1，n=0,1,2. 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 15 保護(hù)頻帶 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 16 圖圖3-1 FDMA的地球站框圖的地球站框圖 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 17 頻譜實(shí)際占用度 令 表示轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的實(shí)際占用表示轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的實(shí)際占用 比例，那么設(shè)比例，那么設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的dB表表 示為示為BTR，單載波帶寬的，單載波帶寬的dB表表 示為示為Bc，K為為FDMA載波數(shù)。有載波數(shù)。有 K= BTR / Bc Bc + BTR-K 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-

14、第3章多址 技術(shù) 18 FDMA典型應(yīng)用 美國(guó)美國(guó)AMPS系統(tǒng)：系統(tǒng)：FDMA/FDD，模擬窄帶調(diào)，模擬窄帶調(diào) 頻（頻（NBFM），按需分配頻率；），按需分配頻率； 同時(shí)支持的信道數(shù)：同時(shí)支持的信道數(shù)： N（Bt +B保護(hù)保護(hù)）/ (Bc + B保護(hù) 保護(hù)） ） Bt 系統(tǒng)帶寬，系統(tǒng)帶寬，Bc信道帶寬，信道帶寬， B保護(hù)保護(hù)為分配頻率時(shí)為分配頻率時(shí) 的保護(hù)帶寬。的保護(hù)帶寬。 解：解：N（Bt +B保護(hù)保護(hù)）/ (Bc+B保護(hù) 保護(hù)） ） （12.5+0.01）/（0.03+0.01）312 例：如例：如Bt為為12.5MHz， B保護(hù)保護(hù) 為為10KHz，Bc為為 30KHz，求，求FDMA系

15、統(tǒng)的有效信道數(shù)。系統(tǒng)的有效信道數(shù)。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 19 例二例二 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬36MHz，飽和，飽和EIRP值為值為27dBW。 地面站接收機(jī)地面站接收機(jī)G/T值為值為30dB/K，全部的鏈路損失為，全部的鏈路損失為 196dB。轉(zhuǎn)發(fā)器有多個(gè)。轉(zhuǎn)發(fā)器有多個(gè)FDMA載波，每個(gè)載波載波，每個(gè)載波3MHz帶帶 寬。轉(zhuǎn)發(fā)器有寬。轉(zhuǎn)發(fā)器有6dB功率功率“壓縮壓縮”（back-off）。計(jì)算單載）。計(jì)算單載 波波 情況下的下行鏈路情況下的下行鏈路C/N值，并比較有沒有功率值，并比較有沒有功率“壓縮壓縮”下下 該該 FDMA系統(tǒng)中可以容納的載波數(shù)。假設(shè)可以忽略上行鏈

16、系統(tǒng)中可以容納的載波數(shù)。假設(shè)可以忽略上行鏈 路噪聲和交調(diào)噪聲，只考慮單載波時(shí)的路噪聲和交調(diào)噪聲，只考慮單載波時(shí)的C/N值。值。 解：轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的解：轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的dB表示為表示為BTR，單載波帶寬的，單載波帶寬的dB表示表示 為為Bc，假設(shè)假設(shè)K為載波數(shù)。為載波數(shù)。 C/N=EIRP+G/T-L+K-BTR =27+30-196+228.6-75.56 =14 .04 dB dB=-back-off，K= dB+ BTR-Bc，K=3； 如果沒有如果沒有back-off，那么，那么K= BTR / Bc =12 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 20 三、時(shí)分多址技術(shù)（TDMA） 衛(wèi)星通信

17、系統(tǒng)時(shí)分多址技術(shù)：衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí)分多址技術(shù)：用不同時(shí)隙來區(qū)分地球 站的地址，只允許各地球站在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)，這 些射頻信號(hào)通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，在時(shí)間上是嚴(yán)格依次排列、 互不重疊的。 衛(wèi)星將在一個(gè)TDMA幀內(nèi)的不同子幀時(shí)隙接收并轉(zhuǎn)發(fā) 來自各地球站（它們都采用相同的載波）的突發(fā)脈沖串。 也就是說，每一地球站只在TDMA幀的一個(gè)子幀內(nèi)接收和 發(fā)送突發(fā)脈沖。為了保證每一地面終端的突發(fā)（子幀）能 在所指定的子幀時(shí)隙到達(dá)衛(wèi)星，對(duì)系統(tǒng)定時(shí)和信號(hào)格式將 有嚴(yán)格的要求。為此，每幀內(nèi)的第一個(gè)子幀將由基準(zhǔn)站發(fā) 出“基準(zhǔn)”子幀以作為同步和網(wǎng)控之用。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 21 圖圖3-4 TDM

18、A網(wǎng)絡(luò)定時(shí)的示意圖網(wǎng)絡(luò)定時(shí)的示意圖 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 22 圖圖3-5 TDMA系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)格式和框圖系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)格式和框圖 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 23 圖圖3-6 TDMA系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)格式和框圖系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)格式和框圖 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 24 TDMA幀結(jié)構(gòu) TDMA幀幀 頭比特頭比特 信息信息 尾比特尾比特 時(shí)隙時(shí)隙1 時(shí)隙時(shí)隙2 時(shí)隙時(shí)隙3時(shí)隙時(shí)隙n 尾比特尾比特同步比特同步比特信息數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)保護(hù)比特保護(hù)比特 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 25 TDMA幀的基本組成 基準(zhǔn)站相繼兩次發(fā)射基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間間隔叫基準(zhǔn)站相繼兩

19、次發(fā)射基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間間隔叫 做一幀，在一幀內(nèi)有一個(gè)基準(zhǔn)分幀和若干信做一幀，在一幀內(nèi)有一個(gè)基準(zhǔn)分幀和若干信 息分幀，每個(gè)分幀占據(jù)一個(gè)時(shí)隙，基準(zhǔn)分幀息分幀，每個(gè)分幀占據(jù)一個(gè)時(shí)隙，基準(zhǔn)分幀 由基準(zhǔn)站的突發(fā)信號(hào)構(gòu)成；信息分幀由地球由基準(zhǔn)站的突發(fā)信號(hào)構(gòu)成；信息分幀由地球 站的突發(fā)信號(hào)構(gòu)成。站的突發(fā)信號(hào)構(gòu)成。 一個(gè)信息分幀對(duì)應(yīng)一個(gè)地球站的突發(fā)信號(hào)。一個(gè)信息分幀對(duì)應(yīng)一個(gè)地球站的突發(fā)信號(hào)。 信息分幀中的信道定向采用逐字復(fù)用的時(shí)分信息分幀中的信道定向采用逐字復(fù)用的時(shí)分 多路復(fù)用方式多路復(fù)用方式(TDM)。這樣，一個(gè)地球站發(fā)。這樣，一個(gè)地球站發(fā) 射的信號(hào)可由該站的消息分幀在一幀中的位射的信號(hào)可由該站的消息分幀在一

20、幀中的位 置來確定。置來確定。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 26 TDMA的效率 系統(tǒng)效率：在發(fā)射數(shù)據(jù)中信息所系統(tǒng)效率：在發(fā)射數(shù)據(jù)中信息所 占的百分比，不包括系統(tǒng)開銷；占的百分比，不包括系統(tǒng)開銷； 幀效率：發(fā)送數(shù)據(jù)比特在一幀中幀效率：發(fā)送數(shù)據(jù)比特在一幀中 所占的百分比；所占的百分比； 一幀中的有效信息比特?cái)?shù) 幀效率 一幀中的總比特?cái)?shù) 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 27 TDMA系統(tǒng)的信道數(shù) 總的信道數(shù)：總的總的信道數(shù)：總的TDMA時(shí)隙數(shù)。即每一時(shí)隙數(shù)。即每一 信道的信道的TDMA時(shí)隙數(shù)乘以有效信道數(shù)。時(shí)隙數(shù)乘以有效信道數(shù)。 Nm* (Bt + B保護(hù)保護(hù))/(Bc+B保護(hù)

21、 保護(hù)） ） m為每個(gè)信道所支持的為每個(gè)信道所支持的TDMA用戶數(shù)，用戶數(shù)，Bt 為信道帶寬，為信道帶寬，B保護(hù)保護(hù)保護(hù)帶寬，保護(hù)帶寬，Bc用戶帶用戶帶 寬。寬。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 28 例三例三 GSM系統(tǒng)，總帶寬系統(tǒng)，總帶寬25MHz，一個(gè)信，一個(gè)信 道道200KHz，具有，具有8個(gè)個(gè)TDMA用戶，未設(shè)用戶，未設(shè) 保護(hù)帶寬，求總用戶數(shù)。保護(hù)帶寬，求總用戶數(shù)。 解：解：Nm* (Bt + B保護(hù) 保護(hù))/(Bc+B保護(hù)保護(hù)） ） 8 * (25 + 0)/( 0.2+0） =1000 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 29 例四例四 GSM系統(tǒng)每幀包括系統(tǒng)每幀包括

22、8個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙包括個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙包括 156.25比特，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為比特，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為270.833kbps， 求求：（：（1）比特周期）比特周期Tb；（；（2）時(shí)隙周期）時(shí)隙周期Tslot； （3）幀長(zhǎng)）幀長(zhǎng)Tf；（；（4） 收發(fā)時(shí)間間隔。收發(fā)時(shí)間間隔。 解：解：Tb1/270.833kbps3.692 s Tslot Tb 156.250.577ms TfTslot84.615ms 收發(fā)間隔為幀長(zhǎng)。收發(fā)間隔為幀長(zhǎng)。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 30 TDMA話音信道容量的簡(jiǎn)單計(jì)算 設(shè)突發(fā)數(shù)據(jù)率為RT，幀效率為 F，每話 音信道比特率為Rb 。則話音信道數(shù)N為 N= F R

23、T /Rb 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 31 例五：例五：INTELSAT衛(wèi)星的每幀符號(hào)數(shù)為衛(wèi)星的每幀符號(hào)數(shù)為120,832。幀周。幀周 期為期為2ms，幀效率，幀效率0.949，話音信道比特率，話音信道比特率64kb/s，采，采 用用QPSK調(diào)制。求話音信道容量。調(diào)制。求話音信道容量。 解：符號(hào)率解：符號(hào)率 120,832/ 2ms=60.416M symbol/s. QPSK調(diào)制用調(diào)制用2比特表示一個(gè)符號(hào)，所以比特表示一個(gè)符號(hào)，所以 RT=60.416*2=120.832Mb/s 所以所以 N=(0.949*120.832*1000)/64=1792 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3

24、章多址 技術(shù) 32 獨(dú)特碼（UW或BCW）的相關(guān)計(jì)算 獨(dú)特碼用以指示獨(dú)特碼用以指示TDMA幀內(nèi)子幀的起始位置、幀內(nèi)子幀的起始位置、 子幀內(nèi)各信息的位置以及站址識(shí)別。子幀內(nèi)各信息的位置以及站址識(shí)別。 漏檢與誤檢漏檢與誤檢 發(fā)生漏檢，意味丟失示位脈沖；發(fā)生誤檢，意發(fā)生漏檢，意味丟失示位脈沖；發(fā)生誤檢，意 味著產(chǎn)生了虛假的示位脈沖，這些都將導(dǎo)致系統(tǒng)同味著產(chǎn)生了虛假的示位脈沖，這些都將導(dǎo)致系統(tǒng)同 步不正常。因此我們需要考慮兩個(gè)概率值：漏檢率步不正常。因此我們需要考慮兩個(gè)概率值：漏檢率 和誤檢率。和誤檢率。 UW: Unique Word, BCW: Burst Code Word 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件

25、-第3章多址 技術(shù) 33 l漏檢率 設(shè)UW長(zhǎng)度為N比特，E為允許該UW檢驗(yàn)正確的最大差錯(cuò)數(shù) 量。令I(lǐng)為在接收UW時(shí)的實(shí)際差錯(cuò)數(shù)量。那么當(dāng)IE，UW可 以正確檢驗(yàn)；當(dāng)IE，認(rèn)為被檢測(cè)的序列N不是UW，則發(fā)生 漏檢。令p表示傳輸平均差錯(cuò)率（BER），那么長(zhǎng)度為N的序 列中包含有任何一種特定排列的I個(gè)錯(cuò)誤的概率為 pI=pI(1-p)N-I。而N中取I的組合方式有CNI=N!/(I!(N-I)!)。所以 接收到長(zhǎng)為N的序列中含有I個(gè)的錯(cuò)誤的概率為PI= CNI pI。所 以漏檢概率Pmiss=NI=E+1PI 1 ! (1) !(1)! N INI miss I E N PPP IN 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上

26、課課件-第3章多址 技術(shù) 34 例六 設(shè)UW長(zhǎng)度為N比特，E為允許該UW檢 驗(yàn)正確的最大差錯(cuò)數(shù)量。令I(lǐng)為在接收UW時(shí)的實(shí)際差錯(cuò) 數(shù)量。令p表示傳輸平均差錯(cuò)率（BER），求當(dāng) N=40,E=5，p=10-3時(shí)的漏檢率。 解：解： 12 1 ! (1)3.7 10 !(1)! N IN I miss I E N PPP IN 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 35 l誤檢概率 有一個(gè)長(zhǎng)度為N比特的序列（它實(shí)際上并不是一個(gè)UW，但即使 在E個(gè)比特位置上不同于UW，它仍被誤認(rèn)為是UW），令I(lǐng)表示 隨機(jī)序列不同于UW的比特位置數(shù)，這樣E代表了從UW角度考 慮可以接受的“比特差錯(cuò)”個(gè)數(shù)，而I代表了從

27、UW角度考慮實(shí) 際的“比特差錯(cuò)”個(gè)數(shù)。 從N中取I的組合個(gè)數(shù)為CNI ，因此能夠接受作為UW的碼字?jǐn)?shù)為 EI=0 CNI。一個(gè)長(zhǎng)為N比特的隨機(jī)序列可組成的碼字?jǐn)?shù)為2N，假 定所有碼字是等概的，則接收到任何一個(gè)特定碼字的概率為 2-N。所以誤檢率為 0 ! 2 !()! E N F I N P INI 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 36 例七、計(jì)算當(dāng)N=40，E=5時(shí)的誤檢率 比較例六和例七的結(jié)果，可以看出誤檢概率要 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于漏檢概率。在實(shí)際系統(tǒng)中，一旦幀同步建 立起來，可以在預(yù)期的UW到達(dá)時(shí)間上設(shè)置一時(shí)間窗， 相關(guān)器只在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)工作，這樣可以大大降低 誤檢概率。 7 0 ! 26

28、.9 10 !()! E N F I N P INI 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 37 TDMA數(shù)字傳輸?shù)南滦墟溌贩治?在TDMA方式下，TWTA沒有功率壓縮的要 求，所以轉(zhuǎn)發(fā)器可以飽和工作。上行地面 站使轉(zhuǎn)發(fā)器飽和工作時(shí)，即使該地面站的 業(yè)務(wù)量很低，也需要較大的功率。 考慮到中頻帶寬對(duì)數(shù)據(jù)率的限制，傳輸比 特率可以按下式簡(jiǎn)單計(jì)算：Rb/BIF=m/(1+ )， 其中為滾降系數(shù)。如對(duì)于BPSK， m=1;QPSK，m=2。 =0.2，則Rb=m BIF /1.2 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 38 FDMA和TDMA的特點(diǎn)比較 對(duì)于對(duì)于TDMA方式，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上任何時(shí)刻都

29、方式，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上任何時(shí)刻都 只有一個(gè)載波工作，不會(huì)產(chǎn)生交調(diào)干擾，行只有一個(gè)載波工作，不會(huì)產(chǎn)生交調(diào)干擾，行 波管可以工作在飽和狀態(tài)，能充分利用轉(zhuǎn)發(fā)波管可以工作在飽和狀態(tài)，能充分利用轉(zhuǎn)發(fā) 器的功率；器的功率； TDMA方式是對(duì)各地球站和轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行時(shí)間方式是對(duì)各地球站和轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行時(shí)間 分隔，無需分隔，無需FDMA方式的多次變頻，簡(jiǎn)化了方式的多次變頻，簡(jiǎn)化了 電路結(jié)構(gòu)；電路結(jié)構(gòu)； TDMA方式對(duì)地球站等效全向輻射功率變化方式對(duì)地球站等效全向輻射功率變化 的限制，沒有的限制，沒有FDMA方式那樣嚴(yán)格；方式那樣嚴(yán)格； 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 39 TDMA方式可根據(jù)各站業(yè)務(wù)量的大小來調(diào)整

30、方式可根據(jù)各站業(yè)務(wù)量的大小來調(diào)整 各站時(shí)隙的大小，大小站可以兼容，易于實(shí)各站時(shí)隙的大小，大小站可以兼容，易于實(shí) 現(xiàn)按需分配；現(xiàn)按需分配； TDMA方式與地面數(shù)字系統(tǒng)的接口方便，同方式與地面數(shù)字系統(tǒng)的接口方便，同 時(shí)也便于做星上處理；時(shí)也便于做星上處理； TDMA方式可以與數(shù)字話音內(nèi)插（方式可以與數(shù)字話音內(nèi)插（DSI）和）和 自適應(yīng)差分編碼（自適應(yīng)差分編碼（ ADPCM )技術(shù)配合，形技術(shù)配合，形 成數(shù)字電路倍增設(shè)備，使轉(zhuǎn)發(fā)器容量大大提成數(shù)字電路倍增設(shè)備，使轉(zhuǎn)發(fā)器容量大大提 高（達(dá)高（達(dá)5倍）；倍）； TDMA系統(tǒng)的網(wǎng)同步復(fù)雜。系統(tǒng)的網(wǎng)同步復(fù)雜。 衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件-第3章多址 技術(shù) 40 FDMA和TDMA的容量比較 出于簡(jiǎn)化的目的，只比較上行鏈路的容量。出于簡(jiǎn)化的目的，只比較上行鏈路的容量。 公式公式R=C/N0-Eb/N0對(duì)于對(duì)于FDMA和和TDMA 的上行鏈路都適用。對(duì)前者的上行鏈路都適用。對(duì)前者R就是就是Rb ，對(duì)后，對(duì)后 者者R就是是就是是RT （突發(fā)數(shù)據(jù)率）。假設(shè)（突發(fā)數(shù)據(jù)率）。假設(shè)Eb/N0 對(duì)兩者相同，上行鏈路損耗和衛(wèi)星對(duì)兩者相同，上行鏈路損耗和衛(wèi)星G/T也也 相同。那么相同。那么TDMA的地面站需要增加的的地面站需要增加的 EIRP值為值為 EIRPTDMA-EIRPFDMA=RT-Rb 如果天線增益也