军事卫星通信中的多址技术
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卫星通信中的多址接入技术在当今高度互联的世界中,卫星通信作为一种重要的通信手段,发挥着不可或缺的作用。
无论是在偏远地区的通信覆盖,还是在紧急救援、航空航天等领域,卫星通信都展现出了其独特的优势。
而在卫星通信系统中,多址接入技术则是实现多个用户同时有效通信的关键所在。
多址接入技术,简单来说,就是要解决如何在有限的卫星通信资源下,让众多用户能够有序、高效地进行通信。
想象一下,卫星就像是一个繁忙的交通枢纽,而多址接入技术就是负责指挥交通的规则和系统,确保每一辆车(用户)都能顺利通行,且不会发生混乱和碰撞。
常见的卫星通信多址接入技术主要包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。
频分多址(FDMA)是最早被应用的多址接入技术之一。
它的工作原理就像是在一个宽敞的大厅里划分出不同的区域,每个区域分配给不同的用户使用。
在卫星通信中,就是将卫星的可用频段划分成若干个互不重叠的子频段,每个用户被分配到一个特定的子频段进行通信。
这种方式的优点是技术相对简单,容易实现。
但它也存在一些缺点,比如频谱利用率不高,因为为了防止相邻频段之间的干扰,需要在子频段之间留出一定的保护频带。
时分多址(TDMA)则像是在时间轴上进行划分。
将时间分割成周期性的帧,每一帧再分成若干个时隙,每个用户在指定的时隙内进行通信。
这样一来,不同用户按照时间顺序轮流使用卫星资源。
TDMA的优点是频谱利用率相对较高,因为不需要留出保护频带。
但它对系统的同步要求比较严格,如果同步出现偏差,就可能导致通信错误。
码分多址(CDMA)是一种基于扩频技术的多址接入方式。
每个用户被分配一个独特的码序列,通过扩频技术将用户的信号扩展到较宽的频带上。
在接收端,只有使用相同码序列的用户才能正确解调出自己的信号。
CDMA 的优点是抗干扰能力强,容量大,可以实现多个用户同时通信而相互之间的干扰较小。
但它的实现相对复杂,需要较高的处理能力。
卫星通信中的多址接入技术研究在当今高度信息化的时代,卫星通信作为一种重要的通信手段,发挥着不可或缺的作用。
无论是在偏远地区的通信覆盖,还是在应急通信、航空航天通信等领域,卫星通信都展现出了其独特的优势。
而在卫星通信系统中,多址接入技术是实现多个用户共享卫星通信资源的关键技术,它直接影响着卫星通信系统的性能和容量。
多址接入技术的基本概念,简单来说,就是如何在卫星通信中让多个用户能够同时有效地使用有限的通信资源,如频率、时隙、码序列等。
这就好比在一个繁忙的公路上,要让众多车辆有序地行驶,避免碰撞和拥堵,需要有一套合理的交通规则。
在卫星通信中,多址接入技术就是这样一套“规则”。
常见的卫星通信多址接入技术主要包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。
频分多址技术是将卫星通信的可用频率资源划分成若干个互不重叠的频段,每个用户分配一个特定的频段进行通信。
这种方式就像是为不同的用户开辟了专属的“车道”,每个“车道”的宽度就是分配给用户的频段。
频分多址的优点是实现简单,技术成熟,但缺点是频谱利用率相对较低,容易受到频率选择性衰落的影响。
时分多址技术则是将时间分割成周期性的时隙,每个用户在指定的时隙内进行通信。
这类似于在公路上为不同的车辆安排特定的通行时间,在规定的时间内,该车辆独占道路资源。
时分多址的优点是频谱利用率较高,能够灵活分配时隙资源,但对定时和同步要求较高,否则容易产生时隙冲突。
码分多址技术是通过为每个用户分配不同的扩频码来实现多址接入。
多个用户可以在同一频段、同一时隙内同时通信,只要它们的扩频码相互正交。
这就好像给每个用户都赋予了一个独特的“密码”,只有拥有正确“密码”的接收端才能正确解调出相应的信号。
码分多址具有抗干扰能力强、频谱利用率高、保密性好等优点,但也存在着系统容量受限、远近效应等问题。
空分多址技术是利用卫星天线的方向性,将空间分割成不同的区域,每个区域对应一个用户。
多址通信技术及其应用摘要:新一代无线通信系统要求大容量、高速率、综合业务、适用于各种环境。
在大、中型通信网中,众多的通信台、站利用同一颗卫星(或几颗卫星)的一个(或几个)信道的转发器复用方式,实现相互之间的长距离、大范围的多址通信。
这种通信方式,既不受地域的限制,又不受气候的影响,十分方便、灵活,又便于通信保密。
关键词:频分多址时分多址码分多址空分多址多址通信,就是通信网中各个通信台、站利用同一指定射频信道,进行相互间的多址通信。
最典型的多址通信方式是卫星通信。
在卫星通信中,多址通信技术就是指通信网中每个地面站利用同一颗卫星的信道(譬如一个转发器的信道)进行多边通信。
所以多址通信实质上就是各地面站对一个转发器的复用方式。
多址通信,按分配方式分,粗分有预分配制多址(Preassigned Multiple Acces.简称PMA)和按需分配制多址(Demand assignment Multiple Access,简称DAMA)两种。
预分配制多址方式,是将有关两站间需要的线路,预先分配成固定的(也是相对的)专用线路,只供该两地面站间使用,又分为固定预分配多址和时间预分配多址等几种方式。
按需分配制多址方式,是有关地面站需要通信时,临时分配给线路进行通信,当通信结束,此线路立即撤销。
显然,按需分配制可以充分地发挥线路的利用率。
按需分配多址又分为接收站可变多址、发送站可变多址、全可变多址等多种方式。
多址通信,按复用方式分,主要有频分多址、时分多址、码分多址和空分多址等四种。
上述这些多址技术的实现都是基于对信号的某种参量(从广义上讲),例如频率、时间、波型(或码型)和空间,进行一定的分割和识别,以达到多址通信的目的,下面将上述四种多址方式分别进行介绍。
一、频分多址(Frequency Division Multiple Access.简称FDMA)各地面使用不同的载频(即将卫星转发器分成互不重叠的若干个频带)所构成的多址通信信道,称之为频分多址。
卫星通信多址方式卫星通信体制•根据基带信号类型及复用方式多址方式模拟或数字TDM或FDM2. 中频调制方式PSK 3. 多址连接方式 TDMA CDMA信道分配或交换制度PA)DA)或随 4. 机多址连接方式•多址连接的基础是信号分割而各地球站接收端能从混合的信号中识别出本站所需信号•利用信号的频率码型的正交性可实现有效的多址连接时隙越小–占有的空间是卫星覆盖波束所占据的范围•卫星通信中常用的通信体制–FDM/FM/FDMA/PA–TDM/PSK/FDMA/PA•存在各种组合形式的多址连接–TDMA/FDMATDMA/FDMA/SDMA频分多址FDMAÉ豸¼òµ¥²úÉú»¥µ÷ÔëÉùºÍ¿É¶®´®»°²¢ÇÒ´óСվÄÑÒÔ¼æÈÝÆµÂÊ·ÖÅä²»Áé»î频分多址FDMA(2)•卫星的频带和功率资源是有限的这样的卫星通信系统称为功率受限系统–存在幅度的非线性和相位的调幅--调相变换作用–幅度的非线性所带来的影响•多载波输入时小载波要受到大载波的抑制•多载波输入会产生新的频率分量其输出可能增大–多载波输入时其包络是有起伏的在一定条件下即产生新的频率分量减小互调干扰的主要措施•采用适当的补偿•采用能量扩散信号–未调波的功率谱为单一谱线互调噪声也被扩散–对多路信号调制的已调波说通话量减少时使互调干扰噪声广为扩散将载频做不等间隔排列线性器线性器的作用•一般多载波工作的情况下装有线性器的转发器在同样交调干扰水平下输出回退只要3dB •可用功率P可用=单载波饱和功率的50%•为了提高系统灵活性–SCPC(Single Channel Per Carrier)–PCM/SCPC/PSK/FDMA/DA (SPADE Single Channel Per Carrier PCM multiple Access Demand assignmentEquipment)时分多址•在SPADE,SCPC-DAMA系统中实际上已经采用TDMA为CSC通道.在海事卫星中也采用TDMA.1985年INTELSAT已开通120Mb/sTDMA•TDMA的主要特点可充分转发器工作在单载波状态充分利用转发器的频带上行功率无需精确控制便于大小站兼容需要精确的同步接收站能正确识别站址和迅速建立载波和时间的同步系统定时•初始捕获保证此突发正确进入指定的时隙•分帧同步保证各分帧之间维持精确的时间关系•一般由基准站发送基准突发作为系统定时计算机轨道预测法空分多址SDMA•基本特征它们分别指向不同区域地球站卫星天线增益高不同区域地球站所发信号在空间不重叠扩大系统的通信容量具有很大的灵活性•难点卫星天线及馈线装置比较庞大和复杂而且由于空间故障难以恢复码分多址基带信号调制和地址码的调制•地址码采用较多的是m序列伪随机码CDMA/DSÓÐÒ»¶¨µÄ±£ÃÜÄÜÁ¦Æµ´øÀûÓÃÂʽϵͶԵØÖ·ÂëµÄ²¶»ñºÍͬ²½ÐèÒªÒ»¶¨µÄʱ¼ä随机多址(ALOHA方式)本质上仍为TDMA,适用于各种数据率,不同长度,随机发生的数据的传输和交换.在SCPC/DAMA系统中用作公用信令通道在VSAT系统中用于入向通道一纯ALOHA方式(Pure-ALOHA)若干地球站共用一个卫星转发器的频段,各站在时间上随机地发送数据组.若发生碰撞,则延迟一段时间后重复,碰撞的两个站延时不同.二时隙ALOHA(Slotted-ALOHA, S-ALOHA)各站发送的数据组必须落入某时隙内(不是完全随机的).因此碰撞概率减小,但全网需要定时和同步,且各个数据分组长度固定.三预约ALOHA(R-ALOHA)各站要求发长报文时,申请预约,分配给它一段时隙,对于短报文则使用非预约的时隙,按S-ALOHA方式进行传输.典型例子是ARPA系统四 ALOHA方式的性能度量1 吞吐量:送到用户的信息比特与总发送比特之比,即发送成功的突发段与总发送数之比.2 延时:开始发信息到成功地送抵用户所需的时间.个分组但是由于存在重发•假设一分组在t=t0时刻出现•考虑了碰撞的因素。