卫星通信中多址技术15页PPT

①GPS系统、②GLONASS系统、③北斗系统
卫星通信的多址方式
7.2.5 卫星通信多址方式


频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 空分多址（SDMA） 码分多址（CDMA）
7.2.6 动通信系统

我国经营卫星通信业 美国摩托罗拉公司的“铱”系统和美国 Loral Qual务的电信运营商主要 comm卫星业务公司的全球星系统。 是中国卫星通信集团 （3）直播卫星系统 公司，具体业务包括 “中卫1号”、“鑫诺1号”、“鑫诺 3号”、“中星 卫星移动通信业务、 6B”和“中星9号”等在轨卫星和“鑫诺 4号”、“鑫 卫星国际专线业务和 诺5号”、“鑫诺6号”等多颗在建卫星资源。 卫星转发器出租及出 售业务。 （4）全球导航卫星系统

卫星通信中的多址技术 及其发展
1．多址技术的概念和问题的本质
• 多址技术一直都是无线通信的关键技术之一， 甚至是移动通信换代的一个重要标志。 • 多址技术所要解决问题的特点是：通信（子） 网中的登记用户数常常远大于同一时刻实际请 求服务的用户数。其实就是研究如何将有限的 通信资源在多个用户之间进行有效的切割与分 配，在保证多用户之间通信质量的同时尽可能 地降低系统的复杂度并获得较高系统容量的一 门技术。其中对通信资源的切割与分配也就是 对无线信号空间的划分，在不同的维上进行不 同的划分就对应着不同的多址技术。
• 扩频多址（SSMA）系统的共同特点之一是扩 频，也就是说用于传输信息的信号带宽远大于 信息带宽；共同特点之二是在扩频的实现上， 不论通过什么途径扩频，但基本都是用一组优 选的扩频码进行控制，正因为此，扩频多址又 称为码分多址（CDMA）。或者说，CDMA是 在信号的扩展维——编码维上对无线信号空间 进行划分。顾名思义，码分多址就是给每个用 户分配一个唯一的扩频码（或称地址码），通 过该扩频码的不同来识别用户。
1.2 跳频码分多址（FH－CDMA）
• 跳频码分多址（FH－CDMA）在民用 通信中并不多见，但在军事抗干扰通 信中则是一种常见的通信方式。FH－ CDMA的基本原理是优选一组正交跳 频码（地址码/扩频码），为每个用户 分配一个唯一的跳频码，并用该跳频 码控制信号载频在一组分布较宽的跳 频集中进行跳变。事实上，我们可以 简单地将FH－CDMA看作是一种由跳 频码控制的多进制频移键控（MFSK）。
CDMA（DSቤተ መጻሕፍቲ ባይዱCDMA）
• ---OFDM与多址技术的融合往往可以起到优 势互补的作用，是未来移动通信技术应用 的方向。具体的融合方案有多种，比较多 的是OFDM与DS－CDMA的融合，而这又 有三种[12]：MC－CDMA、MC－DS－ CDMA和MT－CDMA。此外还有FH－ OFDM（慢跳频与OFDM的融合）和TDMA －OFDM（TDMA与OFDM的融合）。

时分多址技术 (TDMA)
时分多址技术通过将时间划分为不同的时隙，让不同的用户在不同的时隙上进行通信，从而实现多用户 同时通信。
码分多址技术 (CDMA)
码分多址技术利用不同的扩频码来区分不同的用户，使它们能够在同一时间和频率上进行通信。
多址技术的应用
多址技术在通信系统中被广泛应用，如移动通信、卫星通信和无线局域网。 此外，多址技术也在其他领域如无线传感器网络和物联网中发挥着重要作用。
多址技术的发展趋势
通过对现状的分析，我们可以看到多址技术在通信领域的发展仍然具有巨大的潜力。随着无线通信的不 断发展，多址技术将继续向更高效、更可靠的方向发展。
结论
多址技术具有各自的优缺点，能够满足不同通信需求。我们建议继续深入研 究多址技术，并根据不同应用场景提出相应的改进和发展方向。
参考文献
• 文献1 • 文献2
多址技术 PPT课件
在这份《多址技术》PPT课件中，我们将深入探讨多址技术的原理、分类、 优缺点以及应用领域，并展望其未来的发展趋势。
什么是多址技术
多址技术是一种在通信中许多个用户同时使用同一频率或时间资源的技术。它可以通过分频、分时或 分码的方式来实现。
频分多址技术 (FDMA)
频分多址技术通过将频谱划分为不同的频带，使不同用户在不同的频段上进行通信，从而实现多用户同 时通信。

基本的参量，包括频率、时间以及信号所处的 空间。 信号的设计和识别可以利用信号的任一种参量 来实现。 最有效的设计和识别方法则是设法利用某些信 号参量所具有的正交性进行正交设计，来实现 多址联接。
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3.1 多址联接方式概述
2）频分多址(FDMA)
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3.1 多址联接方式概述
2）频分多址(FDMA) 接收端的信号选择
制弱信号现象，因此，大站、小站不易兼容； (5)灵活性小，要重新分配频率比较困难； (6)需要设置保护频带，频带利用不充分； (7)转发器存在交调于扰。
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3.3 时分多址（TDMA）
1) 基本原理
TDMA方式示意图
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3.3 时分多址（TDMA）
2) 帧结构与帧长选择
帧结构示意图
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3.3 时分多址（TDMA）
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3.2 频分多址(FDMA)
1) 基本原理 地球站传输多路信号方式
① 每载波单路方式(SCPC，Single-Channel-PerCarrier )。
② 每载波多路(MCPC，Mutiple-Channel-PerCarrier )。
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3.2 频分多址(FDMA)
2) FDMA方式的类型 (1) 频分复用/调频/频分多(FDM/FM/FDMA)
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3.2 频分多址(FDMA)
2) FDMA方式的类型 (3)按申请分配/单路单载波/频分多址SPADE 按申请分配：分散控制。
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3.2 频分多址(FDMA)
频分多址系统的特点
(1)设备简单，技术成熟； (2)系统工作时不需要网同步，且性能可靠； (3)在大容量线路工作时效率较高； (4)各站的发射功率要求基本一致，否则会引起强信号抑

多址联接和多路复用的理论基础都是信号的 正交分割原理。 多址联接是指多个电台或通信站发射的信号 在射频信道上的复用，以达到各台、站之间 同一时间、同一方向的用户间的多边通信； 多路复用是指一个电台或通信站内的多路低 频信号在群频信道(即基带信道)上的复用， 以达到两个台、站之间双边点对点的通信。
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TDMA系统的不足
(1) 必须保持各地球站之间的精确同步，才 能让所有用户实现共享卫星资源的目的。 (2) 为了保证用户信息传递的连续性，要求 采用突发解调器（系统中各站在规定的 时隙内以突发的形式发射其已调信号）。 (3) 初期的投资较大，系统实现复杂，技术 设备复杂。
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帧：整个系统的所有地球站时隙在卫星内占 据的整个时间段称为卫星的一个(TDMA)时帧。 一个TDMA帧是由一个同步分帧和若干个业 务分帧组成的。 基准分帧(同步分帧) ：TDMA帧内的第一 个时隙，不含任何业务信息，仅用作同步 和网络控制。 数据分帧 ：除基准地球站外其他地球站占 据的时隙。 保护时间：在各个时隙之间留有很小的时间 32 间隔，称为“保护时间”。
3.4.2 跳频码分多址系统

跳频(FH，Frequency Hopping)。在发送端， 利用PN码控制频率合成器，使频率在一个宽 范围内伪随机地跳变，跳频系统占用了比信 息带宽要宽得多的频带。在接收端，本地PN 码产生器提供一个和发端相同的 PN码，驱动 本地频率合成器产生同样规律的频率跳变， 和接收信号混频获得已调信号。

3.3.4 频分多址-时分多址 (FDMA-TDMA)方式 是指若干个窄带TDMA方式工作的地球站， 以频分多址方式共用一个转发器的一种技术。 传送相对较低速率（10Mbit/s以下）的信号。 特点：改变业务样式灵活，特别适合传输数 据，每个帧内的信道都可以采用按需分配方 式。但是由于要求功率放大器有输出补偿， 所以卫星转发器的效率低于单纯的TDMA系 统。 37

（6-5）
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扩频方法
• 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）简称直接扩频或直扩 （DS）；
• 跳变频率扩频（Frequency Hopping），简称跳频（FH）； • 跳变时间扩频（Time Hopping），简称跳时（TH）；
上述基本调制方法可以进行组合，形成各种混合 系统，如跳频/直扩系统，跳时/直扩系统等。 • 目前，扩展频谱的带宽常在1MHz~100MHz的 范围，因此，系统的抗干扰性能非常好。
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理论基础（3）
• 用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基 本原理，其目的是为了提高通信系统的可靠 性
• 那么，是否可以一味地牺牲带宽来换取信噪比上性 能的提高呢？
•
仙农公式可以变形为
C 1.44W ln(1
S
)
N
（6-2）
对于干扰环境的典型情况，S/N<<1，那么公式可
以简化为
扩频通信技术是一种信息传输方式，用来传输信息的信号 带宽远远大于信息本身的带宽；频带的扩展由独立于信息的扩 频码来实现，并与所传输的信息数据无关；在接收端则用相同 的扩频码进行相关解调，实现解扩和恢复所传的信息数据。该 项技术称为扩频调制，而传输扩频信号的系统为扩频系统。 • 扩频通信技术的理论基础是仙农定理。 • IS-95系统是扩频系统商业化的光辉典范。
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扩频系统的特点
• 扩频系统有以下一些特点： ➢能实现码分多址复用（CDMA）； ➢信号的功率谱密度低，因此信号具有隐蔽性且功率污染小； ➢有利于数字加密、防止窃听； ➢抗干扰性强，可在较低的信噪比条件下，保证系统传输质量； ➢抗衰落能力强。

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FDMA的非线性效应
• 频谱扩展：相邻信道干扰； • 交调（IM） 谐波：邻近业务信道的干扰。
交调干扰主要是由行波管放大器的非线性特性引起的。 FDMA的一个卫星转发器的功率放大器，可以同时放大多个 载波信号(几个、十几个甚至几百个载波) 。 目前卫星转发 器的功放级大都采用行波管放大器(TWTA)，其单载波饱和 输出功率为5~40瓦，功率增益为30~40dB左右。多载波是为 了充分利用转发器资源，但是多载波工作却妨碍了卫星功率 的有效利用。在卫星转发器中，作为功放级的TWTA，是一 个非线性放大器，它的幅度特性是非线性的，它的相位特性 具有调幅－调相变换作用(简写为AM—PM变换)。
=27+30-196+228.6-75.56 =14 .04 dB
dB=-[back-off]，[K]= dB+ [BTR]-[Bc]，K=3；
如果没有back-off，那么K= BTR / Bc =12
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三、时分多址技术（TDMA）
卫星通信系统时分多址技术：用不同时隙来区分地球 站的地址，只允许各地球站在规定的时隙内发射信号，这 些射频信号通过卫星转发器时，在时间上是严格依次排列、 互不重叠的。
多载波波输入时，输出要受到“压缩”．这种压 缩是指，在输入总功率相等的情况下，多载波工作时 总输出功率比单载波工作时的输出功率要小。
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ห้องสมุดไป่ตู้
例一 采用FDMA的转发器交调（互调）频率IM＝ mf1+nf2，m,n为任意整数，如：f1=1930MHz， f2=1932MHz，求落在工作频率为1920～1940MHz的交 调频率。
解：可能的交调频率有：（2n+1）f1－2nf2， （2n+2）f1－（2n+1）f2或者（2n+1）f2－2nf1， （2n+2）f2－（2n+1）f1，n=0,1,2….

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3.1 多址技术与信道分配技术的概述
❖ 多址联接是指多个地球站通过同一颗卫星， 同时建立各自的信道，从而实现各地球站相 互之间通信的一种方式。
❖ “信道”的含义：
FDMA中是指各地球站占用的转发器频段。
TDMA中是指各地球站占用的时隙。
CDMA中是指各地球站使用的码型。
Байду номын сангаас
❖ 常见的信道分配方式主要有三种
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❖ 缺点：
任一地球站为了能接收其他地球站的信号， 都必须设有除本站外的所有下行频率的接 收电路；
转发器要同时放大多个载波，容易形成互 调干扰，功率利用率不高；
各上行链路功率电平要求基本一致，否则 容易引起强信号抑制弱信号现象，因此大 小站不易兼容；
需要保护频带，故频带利用率不高。
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3．随机分配(RA) ❖ 它是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。
❖ 常用于数据交换业务。因为数据通信一般间 断而不是连续地使用信道，且数据包发送的 时间也是随机的，因而如果仍使用固定预分 配甚至按需分配，则信道利用率就很低。采 用随机占用方式则可大大提高信道的利用率。
❖ “碰撞”。
❖ 给多个话路分配一个载波。各话路信号先进 行多路复用，然后调制、上变频，将频率变 换到指定频率。因此，经卫星转发的每个载 波所传送的是多路信号。
❖ 一般采用预分配方式，根据复用方式和对载 波调制方式不同，可以分为FDM-FM-FDMA 方式和TDM-PSK-FDMA方式。
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❖ 预分配频分复用-调频-频分多址 (FDM-FM-FDMA)
适合大容量系统。
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f1
f1
f2 f2
f3

TDMA把时间分割成互不 重叠的时段（帧），再 将帧分割成互不重叠的 时隙（信道）与用户具 有一一对应关系，依据 时隙区分来自不同地址 的用户信号，从而完成 的多址连接。
CDMA是基于扩频技术，即将需 传送的具有一定信号带宽信息 数据，用一个带宽远大于信号 带宽的高速伪随机码进行调制 ，使原数据信号的带宽被扩展 ，再经载波调制并发送出去。 接收端使用完全相同的伪随机 码，与接收的带宽信号作相关 处理，把宽带信号换成原信息 数据的窄带信号即解扩，以实 现信息通信。
多 址 技 术
为什么要采用多址技术？
多址技术主要解决众多用户如何 高效共享给定频谱资源的问题， 也用此技术来区分不同的用户。
FDMA是将传输频带分成N 部分，每一个部分均可作为 一个独立的传输信道使用。 这样在一对传输线路上可有 N对话路信息传送，而每一 对话路所占用的只是其中的 一个频段。频分制通信又称 载波通信，它是模拟通信的 主要手段。第一代移动通信 系统便采用此方式。
时分 多址
码分 多址
1，采用数字制 2，各路信号按所需扩频码区分 3，各路信号在同一时力强，具有保密性 2，越区切换简单，可软切换 3，需严格的功率控制 4，有的方案需用GPS定时
类型 频分 多址
特点 1，每信道用一个载频 2，每信道传一路信号 3，小区及相邻小区各路信号频谱不重叠 4，可以是模拟制或是数字制 1，采用数字制 2，信道划分为若干不重叠的时隙 3，每时隙传一路信号
优缺点 1，技术成熟，移动台简单 2，基地台庞大，每信道要配一套 收发机，需用天线共用器 3，越区切换复杂，易丢失数据 1，速率高时需用自适应均衡以减 少码间串扰 2，移动台需用语音编解码器 3，基地台简单，越区切换简单 4，需要精确同步

第4章 卫星通信中的多址技术
3．随机分配方式 随机分配方式是指网中各站随机地占用卫星转发器的信道， 这种方式通常在卫星通信的数据交换业务中使用。 以上所讨论的信道分配方式都是在每个地球站各具有一台 交换机的条件下进行的，而卫星转发器没有交换和分配信道的 能力。随着通信业务的增长和卫星转发器技术的发展，某些信 道分配的功能已移到卫星上。这样的卫星就不再是“透明”的， 而具有了交换处理和信号加工的功能。
4.1.1 多址方式的概念及分类
多址方式是指在同一颗卫星覆盖范围内的多个地球站，可 以通过该卫星实现两站或多站之间的通信。多路复用是通信中 常用的提高信道利用率的方法，而多址技术是卫星通信中特有 的提高信道利用率的方法。两者之间的差异在于多路复用是多 路信号在基带信道上进行的复用，多址技术是指将多个地球站 发射的射频信号，在射频信道上进行的复用。两种技术在通信 过程中都包含多个信号的复合、复合信号在信道上的传输以及 复合信号在接收端的分离三个过程，如图4－1所示。其中最关 键的是如何在接收端从复合信号中提取出所需的信号。多路复 用信号在接收端的分离在其它相关课程中均有介绍，在此重点 介绍多址技术中信号在接收端的分离。
第4章 卫星通信中的多址技术
4.1.2 多址方式中的信道分配技术 1．预分配方式 在这种信道分配方式中，卫星信道是预先分配给各地球站
的。在使用过程中不再变动的预分配称为固定预分配方式。对 应于每日通信业务量的变化而在使用过程中不断改变的预分配 称为动态预分配方式。
第4章 卫星通信中的多址技术
1）固定预分配方式 在卫星通信系统设计时，按照通信业务量的多少分配信道 数目，每个站分到的数量可以不相等，分配后在使用过程中信 道的归属一直固定不变，即各地球站只能使用自己的信道，不 论业务量大小，线路忙、闲，都不能占用其他站的信道或借出 自己的信道。 固定预分配方式的优点是通信线路的建立和控制非常简便， 缺点是信道的利用率低。因此这种分配方式只适用于通信业务 量大的系统。