第三章 卫星通信的多址方式

1、 主要讲述的内容：主要讲述的内容： 信道分配技术和多址技术的概念；信道分配技术和多址技术的概念； 频分多址（频分多址（FDMA）、时分多址）、时分多址（TDMA）、空分多址（）、空分多址（SDMA）和码分）和码分多址（多址（CDMA）。）。 多址技术与信道分配技术的概念多址技术与信道分配技术的概念3.1频分多址技术（频分多址技术（FDMAFDMA） 3.2时分多址技术（时分多址技术（TDMATDMA） 3.3 所谓多址技术是指在卫星覆盖区内的所谓多址技术是指在卫星覆盖区内的多个地球站，通过同一颗卫星的中继建立多个地球站，通过同一颗卫星的中继建立两址和多址之间的通信技术。两址和多址之间的通信技术

2、。 在卫星移动通信系统中，处于同一颗在卫星移动通信系统中，处于同一颗通信卫星波束覆盖下的各地球通信卫星波束覆盖下的各地球 站和卫星移站和卫星移动终端均向处于大气层外的通信卫星发射动终端均向处于大气层外的通信卫星发射信号，因而要求卫星能够接收这些信号，信号，因而要求卫星能够接收这些信号，并及时地完成如放大、变频等处理任务和并及时地完成如放大、变频等处理任务和不同波束之间的交换任务，以便随后向地不同波束之间的交换任务，以便随后向地球的某个地区或某些地区进行转发。球的某个地区或某些地区进行转发。 此间关键的问题是以何种信号方式才此间关键的问题是以何种信号方式才能便于卫星识别与区分各地球站（或卫星能便

3、于卫星识别与区分各地球站（或卫星通信终端）的信号，同时各地球站（或卫通信终端）的信号，同时各地球站（或卫星移动通信终端）又能从卫星转发的信号星移动通信终端）又能从卫星转发的信号中识别出应接收的信号中识别出应接收的信号, 以免出现多个地球以免出现多个地球站由于同时以相同的方式访问卫星，造成站由于同时以相同的方式访问卫星，造成卫星上这些信号的相互碰撞，而不能正确卫星上这些信号的相互碰撞，而不能正确接收的现象。接收的现象。 实际上多址技术是建立在信号分割基实际上多址技术是建立在信号分割基础之上的，即在发射端利用信号之间参量础之上的，即在发射端利用信号之间参量的差别来进行信号设计，使接收端能够按的差别

4、来进行信号设计，使接收端能够按发端所设计的信号差别，从所接收信号中发端所设计的信号差别，从所接收信号中分离出各路信号，因而不同的控制策略构分离出各路信号，因而不同的控制策略构成不同的多址访问方式。通常多址技术包成不同的多址访问方式。通常多址技术包括多址方式和多址分配方式。括多址方式和多址分配方式。 3.1.1 信道分配方式信道分配方式 信道分配方式实际上就是指如何进行信道分配方式实际上就是指如何进行信道分配。所采用的多址方式不同，其信信道分配。所采用的多址方式不同，其信道的内含不同。道的内含不同。 在在FDMA方式中指的是各地球站所占方式中指的是各地球站所占用的转发器的频段；在用的转发器的频段

5、；在TDMA方式中指的方式中指的是各地球站所占用的时隙；在是各地球站所占用的时隙；在CDMA方式方式中指的是各地球站所使用的码型。中指的是各地球站所使用的码型。1预分配（预分配（PA）方式）方式预分配方式又分为固定预分配（预分配方式又分为固定预分配（FPA）和按时预分配（）和按时预分配（TPA）方式。）方式。(1) 固定预分配（固定预分配（FPA）方式）方式所谓固定预分配是指按事先规定半永久性地分配给每个地球站固定所谓固定预分配是指按事先规定半永久性地分配给每个地球站固定数量的信道，这样各地球站只能各自在特定的信道上完成与其它地数量的信道，这样各地球站只能各自在特定的信道上完成与其它地球站的通

6、信，其它地球站不得占用。如图球站的通信，其它地球站不得占用。如图3-1（a）所示。）所示。此分配制度仅适于业务量大的线路。此分配制度仅适于业务量大的线路。(2) 按时预分配（按时预分配（TPA）方式）方式根据统计，事先知道了各地球站间业务量随时间的变化规律，因而根据统计，事先知道了各地球站间业务量随时间的变化规律，因而在一天内可按约定对信道做几次固定的调整，这种方式就是按时预在一天内可按约定对信道做几次固定的调整，这种方式就是按时预分配（分配（TPA）方式。）方式。也仅适用于大容量的通信线路中。也仅适用于大容量的通信线路中。 下面以卫星移动通信系统为例来说明下面以卫星移动通信系统为例来说明目前

7、所使用的信道分配方式：目前所使用的信道分配方式： 2按需分配（按需分配（DA）方式）方式 按需分配方式是一种分配可变的制度，按需分配方式是一种分配可变的制度，这个可变是按申请进行信道分配变化的，这个可变是按申请进行信道分配变化的，通话完毕之后，系统信道又收归公有。通话完毕之后，系统信道又收归公有。 这种分配方式比较灵活，各站之间可这种分配方式比较灵活，各站之间可以通过协商进行通道调剂，因而可以用较以通过协商进行通道调剂，因而可以用较少的通道为较多的地球站服务，同时还可少的通道为较多的地球站服务，同时还可避免出现忙闲不均的现象，提高通道利用避免出现忙闲不均的现象，提高通道利用率。率。 但为了实现

8、按需分配方式，则必须在但为了实现按需分配方式，则必须在卫星转发器上单独划出一频段，专门作为卫星转发器上单独划出一频段，专门作为公用信道，各地球站可通过此公用信道进公用信道，各地球站可通过此公用信道进行申请和完成通道分配工作。根据信道分行申请和完成通道分配工作。根据信道分配可变的程度不同，按申请分配制度又可配可变的程度不同，按申请分配制度又可分为以下几种类型：分为以下几种类型： (1) 收端可变、发端固定的收端可变、发端固定的DA方式方式 如图如图3-1（b）所示。举例：地球站）所示。举例：地球站1只只发送信道发送信道f1，却可接收系统的全部信道，却可接收系统的全部信道f2、f3。 所谓发端固定

9、是相对系统而言的，各所谓发端固定是相对系统而言的，各地球站所能使用哪些发射频率是固定的。地球站所能使用哪些发射频率是固定的。而对一个地球站来说，用其中哪一个频率而对一个地球站来说，用其中哪一个频率则是由它自己来决定。显然此方式要比预则是由它自己来决定。显然此方式要比预分配方式的信道利用率高。分配方式的信道利用率高。 (2) 收端固定、发端可变的收端固定、发端可变的DA方式方式 所谓收端固定、发端可变就是指各地所谓收端固定、发端可变就是指各地球站所能使用的接收频率是固定分配的，球站所能使用的接收频率是固定分配的，而发射载频则在转发全部可用频带内变动。而发射载频则在转发全部可用频带内变动。 如图如

10、图3-1（c）所示。地球站）所示。地球站1只接收只接收f1信道信号，而可以使用信道信道信号，而可以使用信道f2或或f3作为发作为发射信道。射信道。 因为各站的发射频率要在很宽的频率因为各站的发射频率要在很宽的频率范围内变化，使得每个发射载频都不易做范围内变化，使得每个发射载频都不易做得很准确。而得很准确。而SCPC/FDMA（单载波单路（单载波单路信道的信道的FDMA）的每个通道的频率都是相）的每个通道的频率都是相当窄的，这容易产生频谱失真及干扰邻近当窄的，这容易产生频谱失真及干扰邻近通道。通道。 (3) 收、发可变收、发可变DA方式方式 所谓收发可变方式是指发送载频与接所谓收发可变方式是指发

11、送载频与接收载频都是临时申请临时分配的，选择范收载频都是临时申请临时分配的，选择范围包括转发器的整个频带。围包括转发器的整个频带。 当通话结束之后，将释放全部载频，当通话结束之后，将释放全部载频，以供其他终端使用。以供其他终端使用。 显然当系统工作于此方式时信道利用显然当系统工作于此方式时信道利用率最高，接近于率最高，接近于1，设备也最复杂。，设备也最复杂。 3动态分配动态分配 动态分配是系统根据终端申请要求，动态分配是系统根据终端申请要求，将系统的频带资源（传输速率）实时地分将系统的频带资源（传输速率）实时地分配给地球站或卫星移动通信终端，从而能配给地球站或卫星移动通信终端，从而能高效率地利

12、用转发器的频带。这种分配制高效率地利用转发器的频带。这种分配制度主要是与结合度主要是与结合TDMA方式结合起来使用，方式结合起来使用，可用于数字语音及数据传输。可用于数字语音及数据传输。 4随机分配随机分配 它是指通信中各种终端随机地占用卫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。这种多址分星信道的一种多址分配制度。这种多址分配方法适用于卫星移动通信中的分组通信配方法适用于卫星移动通信中的分组通信方式。方式。 3.1.2 多址技术多址技术 在多址方式中，为了使多个地球站共在多址方式中，为了使多个地球站共用一颗通信卫星同时进行多边通信，则要用一颗通信卫星同时进行多边通信，则要求各

13、地球站发射的信号互不干扰。求各地球站发射的信号互不干扰。 为此，就需要合理地划分传输信息所为此，就需要合理地划分传输信息所必需的频率、时间、波形或空间，并合理必需的频率、时间、波形或空间，并合理地分配给各地球站。按划分的对象不同，地分配给各地球站。按划分的对象不同，卫星通信中应用的基本多址方式有：频分卫星通信中应用的基本多址方式有：频分多址（多址（FDMA）、时分多址（）、时分多址（TDMA）、）、码分多址（码分多址（CDMA）和空分多址）和空分多址（SDMA）。下面就分别进行介绍。）。下面就分别进行介绍。 1频分多址访问方式（频分多址访问方式（FDMA） 在在FDMA中是以频率来进行分割的，

14、中是以频率来进行分割的，其在时间和空间上无法分开，故此不同的其在时间和空间上无法分开，故此不同的信道占用不同的频段，互不重叠。这样同信道占用不同的频段，互不重叠。这样同一个卫星覆盖下的各地球站发送的上行链一个卫星覆盖下的各地球站发送的上行链路载波可由该卫星转发给不同下行链路的路载波可由该卫星转发给不同下行链路的地球站。地球站。 2时分多址访问方式（时分多址访问方式（TDMA） 在在TDMA中是以时间为参量来进行分中是以时间为参量来进行分割的，其频率和空间无法分开的，那么不割的，其频率和空间无法分开的，那么不同的信号占据不同时间段，彼此互不重叠。同的信号占据不同时间段，彼此互不重叠。这样卫星转发

15、器可根据时间段来接收其覆这样卫星转发器可根据时间段来接收其覆盖区域中的各地球站发送的上行链路信号。盖区域中的各地球站发送的上行链路信号。但要求使用此方式工作的系统中能够提供但要求使用此方式工作的系统中能够提供定时与同步功能。定时与同步功能。 3空分多址访问方式（空分多址访问方式（SDMA） 在在SDMA中是以空间作为参量来进行中是以空间作为参量来进行分割的，其频率和时间无法分开，因而不分割的，其频率和时间无法分开，因而不同的信道占据不同的空间，这样卫星可根同的信道占据不同的空间，这样卫星可根据空间位置接收相应覆盖区域中的各地球据空间位置接收相应覆盖区域中的各地球站发送的上行链路信号。但值得说明

16、的是站发送的上行链路信号。但值得说明的是SDMA多址访问技术通常是与其他多址访多址访问技术通常是与其他多址访问技术配合在一起使用，而不会单独使用。问技术配合在一起使用，而不会单独使用。 4码分多址访问方式（码分多址访问方式（CDMA） 在在CDMA中是以信号的波形、码型为中是以信号的波形、码型为参量来实现多址访问的，其频率、时间、参量来实现多址访问的，其频率、时间、空间上均无法分开，因而不同的地球站使空间上均无法分开，因而不同的地球站使用不同的码型作为地址码，并且这些码型用不同的码型作为地址码，并且这些码型相互正交或准正交。这样卫星可根据码型相互正交或准正交。这样卫星可根据码型上的差别来区别其

17、覆盖区域中的各地球站上的差别来区别其覆盖区域中的各地球站发送的上行链路信号。发送的上行链路信号。 3.2.1频分多址技术原理与应用频分多址技术原理与应用特点特点 1工作原理工作原理 在以此种方式工作的卫星通信网中，在以此种方式工作的卫星通信网中，每个地球站向卫星转发器发射一个或多个每个地球站向卫星转发器发射一个或多个载波，每个载波都具有一定的频带，它们载波，每个载波都具有一定的频带，它们互不重叠地占用卫星转发器的带宽。如图互不重叠地占用卫星转发器的带宽。如图3-2所示。所示。 3.2.2 FDMA的分类的分类 根据每个地球站在其发送载波中是否根据每个地球站在其发送载波中是否采用复用技术，又可将

18、采用复用技术，又可将FDMA分为两大类：分为两大类：每载波多路信道的每载波多路信道的FDMA（MCPC-FDMA）和每载波单路信道的和每载波单路信道的FDMA（SCPC-FDMA）。另外，在多波束环境中，通常）。另外，在多波束环境中，通常采用卫星交换采用卫星交换FDMA（SS-FDMA）以实现）以实现不同波束区内地球站之间的互通。不同波束区内地球站之间的互通。 1每载波多路每载波多路MCPC-FDMA方方式式 在图在图3-3中给出了采用每载波多路中给出了采用每载波多路MCPC-FDMA方式的系统工作原理示意图方式的系统工作原理示意图,它是利用它是利用A、B地球站实现地球站实现A、B、C、D地地

19、球站通信的事例。球站通信的事例。 从图中可以看出，在发送地球站从图中可以看出，在发送地球站A，首先基带复用器按接收站归类将发往首先基带复用器按接收站归类将发往B，C和和D地球站的几路数据信号复用成基带复地球站的几路数据信号复用成基带复用信号，其频谱如图所示，然后将其送往用信号，其频谱如图所示，然后将其送往调制器和发射机进行信号调制、上变频，调制器和发射机进行信号调制、上变频，使之位于分配给使之位于分配给A站的射频频带站的射频频带BA之中，之中，并沿上行链路发送给卫星接收器。并沿上行链路发送给卫星接收器。 在卫星上通常所接收的信号中含许多在卫星上通常所接收的信号中含许多频谱互不重叠的载波。频谱互

20、不重叠的载波。 当经过卫星合路、变频和放大处理之当经过卫星合路、变频和放大处理之后，转发到下行链路之中，发往目的地。后，转发到下行链路之中，发往目的地。 为避免多条载波间的相互干扰，因此为避免多条载波间的相互干扰，因此必须在相邻载波之间设置一定的保护带，必须在相邻载波之间设置一定的保护带，这样接收地球站这样接收地球站B很容易取出射频频谱很容易取出射频频谱BA，并经过下变频、中频滤波和解调后，可获并经过下变频、中频滤波和解调后，可获得一个由得一个由A站发送站发送B，C，D三站的基带复三站的基带复用信号。用信号。 最后再利用一个基带解复用器对多路最后再利用一个基带解复用器对多路信号进行分路，之后将

21、各路信号送往地面信号进行分路，之后将各路信号送往地面通信网。这样地球站通信网。这样地球站B，C，D可以接到可以接到A站发来的信号。站发来的信号。 由以上分析可以看出，在以由以上分析可以看出，在以MCPC-FDMA方式工作的系统中，要求接收地球方式工作的系统中，要求接收地球站中的基带滤波器（位于基带解调器中）站中的基带滤波器（位于基带解调器中）能够滤出特定地球站发来的信号，当该信能够滤出特定地球站发来的信号，当该信号速率发生变化时，则要求对此滤波器迅号速率发生变化时，则要求对此滤波器迅速进行重新调谐。速进行重新调谐。 实际上这是很难做到的，因此实际上这是很难做到的，因此MCPC使用起来不够灵活，

22、但适用于业务量比较使用起来不够灵活，但适用于业务量比较大、通信对象相对固定的点大、通信对象相对固定的点-点或点点或点-多点多点的干线通信。的干线通信。 如果按所采用的基带信号类型，如果按所采用的基带信号类型，MCPC又可划分为又可划分为FDM-FM-FDMA和和TDM-PSK-FDMA方式。方式。 在在FDM-FM-FDMA方式中，首先基带方式中，首先基带模拟信号以频分复用方式复用在一起，然模拟信号以频分复用方式复用在一起，然后以调频方式调制到一个载波频率上，最后以调频方式调制到一个载波频率上，最后再以后再以FDMA方式发射和接收。方式发射和接收。 在在TDM-PSK-FDMA方式中，首先将方

23、式中，首先将多路数字基带信号用时分复用方式复用在多路数字基带信号用时分复用方式复用在一起，然后以一起，然后以PSK方式调制到一个载波上，方式调制到一个载波上，最后再以最后再以FDMA方式发射和接收。方式发射和接收。 2每载波单路每载波单路SCPC-FDMA方式方式 所谓每载波单路所谓每载波单路FDMA方式是指在方式是指在SCPC系统中，每个载波中仅传送一路信系统中，每个载波中仅传送一路信号，这样在号，这样在SCPC工作过程中，将无需进工作过程中，将无需进行基带复用、基带滤波和基带去复用处理。行基带复用、基带滤波和基带去复用处理。 发射地球站发射地球站A只进行单路信号的调制、只进行单路信号的调制

24、、变频、放大处理，并以一个载波发射出去。变频、放大处理，并以一个载波发射出去。 通常卫星能够接收到许多这样的载波通常卫星能够接收到许多这样的载波信号，当经过卫星合路、变频、放大之后，信号，当经过卫星合路、变频、放大之后，则沿下行链路发送给接收地球站则沿下行链路发送给接收地球站B。这样。这样在接收站在接收站B经下变频之后，送往中频滤波经下变频之后，送往中频滤波器。器。 接收地球站接收地球站B将中频滤波器的中心频将中频滤波器的中心频率调制到发送地球站率调制到发送地球站A的发射频率，当通的发射频率，当通过该中频滤波器之后，只有过该中频滤波器之后，只有A站发射的信站发射的信号被送往解调器，从而可获得号

25、被送往解调器，从而可获得A站所发送站所发送的信号。的信号。 SCPC系统的信道分配不再采用固定系统的信道分配不再采用固定方式，而采用按申请分配的方式，即用户方式，而采用按申请分配的方式，即用户欲进行通信时，需预先发出一个使用信道欲进行通信时，需预先发出一个使用信道申请，当使用完毕之后，便将其释放，此申请，当使用完毕之后，便将其释放，此后其他用户可以申请使用该通道。后其他用户可以申请使用该通道。 由以上分析可知，在由以上分析可知，在SCPC系统中允系统中允许任意两个地球站直接通过卫星进行通信，许任意两个地球站直接通过卫星进行通信，可见易于扩展网络，但它要求每路信道使可见易于扩展网络，但它要求每路

26、信道使用一个调制解调器（用一个调制解调器（modem），同时相邻），同时相邻载波之间还应提供保护带。载波之间还应提供保护带。 这样当某地球站有多条非同时工作的这样当某地球站有多条非同时工作的信道时，使得设备的利用率较低，相应的信道时，使得设备的利用率较低，相应的卫星转发器的频带利用率也较低，致使设卫星转发器的频带利用率也较低，致使设备成本相对较高。备成本相对较高。 3星上交换星上交换SS-FDMA 在图在图3-4中给出中给出SS-FDMA卫星转发器卫星转发器方框图，从图中可以看出，上行链路和下方框图，从图中可以看出，上行链路和下行链路各包含行链路各包含3个波束（空分频率复用）。个波束（空分频率

27、复用）。 其星上交换功能是由一组滤波器和一其星上交换功能是由一组滤波器和一个由微波二极管门电路组成的交换矩阵完个由微波二极管门电路组成的交换矩阵完成的。成的。 如图如图3-5所示，卫星上的每个滤波器都所示，卫星上的每个滤波器都与每个上行链路中的载波相对应，这样能与每个上行链路中的载波相对应，这样能够将指定上行链路中的对应载波的带通信够将指定上行链路中的对应载波的带通信号提取出来，并在星上进行选路操作，然号提取出来，并在星上进行选路操作，然后将其送往覆盖接收地球站的下行链路波后将其送往覆盖接收地球站的下行链路波束中。束中。 从图从图3-5中可以看出，每个波束均使用中可以看出，每个波束均使用同一组

28、频率。同一组频率。 由于星上是按预先的规定进行选路操由于星上是按预先的规定进行选路操作的，因而发往某特定地球站的信号都要作的，因而发往某特定地球站的信号都要求地球站的上行链路为其分配一个专门的求地球站的上行链路为其分配一个专门的频带（一条上行链路），如地球站频带（一条上行链路），如地球站A发送发送给地球站给地球站D的信息，就要求地球站的信息，就要求地球站A在上行在上行链路中为其提供载波频率为链路中为其提供载波频率为f3的一个频段。的一个频段。 由图可见，不同地球站的上行链路中由图可见，不同地球站的上行链路中为发送到同一地球站信号所提供的频带不为发送到同一地球站信号所提供的频带不同。同。 例如，

29、地球站例如，地球站B发往地球站发往地球站D的信息占的信息占据上行链路中载波频率为据上行链路中载波频率为f1的一个频段，的一个频段，而地球站而地球站C发往地球站发往地球站D 的信息以载波频的信息以载波频率为率为f2的一个频段作为上行链路。的一个频段作为上行链路。 星上滤波器则根据此设计的，滤出每星上滤波器则根据此设计的，滤出每个独立的频段，然后由二极管交换矩阵将个独立的频段，然后由二极管交换矩阵将每个滤出的频段连接到相应的覆盖接收地每个滤出的频段连接到相应的覆盖接收地球站的相应下行链路波束之中。球站的相应下行链路波束之中。 此时不同上行链路波束中，相同频段此时不同上行链路波束中，相同频段的信号被

30、送往不同的下行链路波束。的信号被送往不同的下行链路波束。 这样，对于要求发往某地球站的信息，这样，对于要求发往某地球站的信息，其地球站将为其提供相应载波频段的上行其地球站将为其提供相应载波频段的上行链路，可见任何一个波束中的每条上行链链路，可见任何一个波束中的每条上行链路都可以在任何时候被连接到任一波束中路都可以在任何时候被连接到任一波束中的下行链路之中。的下行链路之中。 不同上行链路波束中，相同频段的信不同上行链路波束中，相同频段的信号被送往不同的下行链路波束。号被送往不同的下行链路波束。 可见，在此方案中路由选择方式是预可见，在此方案中路由选择方式是预先确定的，因而其频率分配方案也是事先先

31、确定的，因而其频率分配方案也是事先设计的。设计的。 3.2.3 SCPC系统系统 SCPC是英文是英文Single Channel Per Carrier的缩写，它是每载波单路的的缩写，它是每载波单路的FDMA方式，它既可以采用固定预分配线路方式，方式，它既可以采用固定预分配线路方式，也可以采用按需分配线路方式。也可以采用按需分配线路方式。 在此方式下工作的话音线路中可以采在此方式下工作的话音线路中可以采用话音激活技术，从而更有效地利用卫星用话音激活技术，从而更有效地利用卫星转发器。这种方式适用于共用一个卫星转转发器。这种方式适用于共用一个卫星转发器的包含大量小业务量的地球站之中。发器的包含大

32、量小业务量的地球站之中。 根据基带体制和对载波调制方式的不根据基带体制和对载波调制方式的不同，同，SCPC可分为模拟制（可分为模拟制（FM-SCPC）及）及数字制（预分配数字制（预分配SCPC和按需分配的和按需分配的SCPC（即即SPADE）两种，下面我们仅着重介）两种，下面我们仅着重介绍数字制的绍数字制的SCPC系统。系统。 1预分配的预分配的SCPC 数字制的预分配数字制的预分配SCPC又包括又包括PCM-PSK-SCPC（脉冲编码调制）和（脉冲编码调制）和DM-PSK-SCPC（增量调制）方式。（增量调制）方式。 在预分配在预分配SCPC方式中，任意两地球方式中，任意两地球站之间进行通信

33、时，链路上的载波只携带站之间进行通信时，链路上的载波只携带一路信号，占用一条卫星通道。可见是以一路信号，占用一条卫星通道。可见是以指定通道完成相应两个地球站之间通信的，指定通道完成相应两个地球站之间通信的，因此通道的划分便尤为重要。因此通道的划分便尤为重要。 (1) PCM-PSK-SCPC SCPC的频率配置的频率配置 国际通信卫星组织分配各大洋区域的国际通信卫星组织分配各大洋区域的全球波束转发器至少有一个用于全球波束转发器至少有一个用于SCPC方方式。式。 在采用在采用SCPC方式工作的方式工作的IS-IV卫星通卫星通信系统中，由于一路数字电话或数据信号信系统中，由于一路数字电话或数据信号

34、是用是用64kb/s传输速率的传输速率的PSK载波传输的，载波传输的，因此在一个带宽为因此在一个带宽为36MHz的卫星转发器内的卫星转发器内可以设置频率间隔为可以设置频率间隔为45KHz 的的SCPC载波载波800个（即有个（即有800个通道），其频率分配如个通道），其频率分配如图图3-6所示。所示。 其中，以导频（其中，以导频（115.9875MHz）为界，）为界，高、低频段中各排列高、低频段中各排列400条通道。导频用作条通道。导频用作为各站自动频率控制（为各站自动频率控制（AFC）的基准，为）的基准，为使导频不受相邻通道的干扰，便于各地球使导频不受相邻通道的干扰，便于各地球站进行导频的接

35、收和提取，因而不使用与站进行导频的接收和提取，因而不使用与之相邻的第之相邻的第400和第和第401号通道。号通道。 SCPC终端设备结构终端设备结构 图图3-7给出了在给出了在SCPC方式下工作的各方式下工作的各地球站的终端设备结构图，可以看出，地球站的终端设备结构图，可以看出，SCPC终端设备包括地面接口单元、信道终端设备包括地面接口单元、信道单元和公用单元三大部分。单元和公用单元三大部分。 地面接口单元：负责话音业务和数地面接口单元：负责话音业务和数据业务的输入与输出功能。据业务的输入与输出功能。 信道单元：包含话音接口、数据接信道单元：包含话音接口、数据接口、话音编码口、话音编码/译码器

36、、数据编码译码器、数据编码/译码器、译码器、话音检测器、信道同步器、频率合成器和话音检测器、信道同步器、频率合成器和相位调制相位调制/解调器等用来完成语音信号和数解调器等用来完成语音信号和数据信号的编码、调制功能的设备。据信号的编码、调制功能的设备。 公用单元：主要包括中频单元和定公用单元：主要包括中频单元和定时与频率单元等。时与频率单元等。 中频单元是中频单元是SCPC终端设备与地球站终端设备与地球站的上、下变频器的接口。通过该单元可将的上、下变频器的接口。通过该单元可将来自信道单元的信号上变频到来自信道单元的信号上变频到6GHz的上行的上行频率，也可以将经卫星转发器传来的频率，也可以将经卫

37、星转发器传来的4GHz下行频率的信号转换到下行频率的信号转换到70MHz的中频，并的中频，并将它们分别送到相应的信道单元。将它们分别送到相应的信道单元。 除此之外其中还完成了包括自动功率除此之外其中还完成了包括自动功率控制和自动频率控制功能。控制和自动频率控制功能。 定时与频率单元可为定时与频率单元可为SCPC系统提供系统提供标准频率和定时信号。标准频率和定时信号。 话音信号的传输过程话音信号的传输过程 a话音信号的传输格式话音信号的传输格式 在采用脉冲编码调制（在采用脉冲编码调制（PCM）的系统）的系统中，为在接收端能够正确恢复出原话音信中，为在接收端能够正确恢复出原话音信号，话音信号的抽样

38、必须按照奈奎斯特准号，话音信号的抽样必须按照奈奎斯特准则进行，即以则进行，即以8KHz进行抽样。进行抽样。 量化时采用量化时采用A律律13折线压扩特性，编折线压扩特性，编码时采用码时采用7bits构成一个码字。以此进行抽构成一个码字。以此进行抽样、量化和编码构成的样、量化和编码构成的PCM信源编码速率信源编码速率为为56kb/s（7800056kb/s），如图），如图3-8所所示，然后在每示，然后在每32个码字（个码字（732=224bits）的前面插入一个的前面插入一个32bit的消息开始代码的消息开始代码（SOM），从而构成一帧。），从而构成一帧。 可见一帧的长度为可见一帧的长度为256b

39、its。又因为一。又因为一般的讲话中间有停顿，因而此时需在般的讲话中间有停顿，因而此时需在PCM数据码前加上一个数据码前加上一个120bits（包含（包含40bits载波载波恢复和恢复和80bits的位定时恢复码）的字头，通的位定时恢复码）的字头，通常计算比特率时报头的比特数可忽略不计。常计算比特率时报头的比特数可忽略不计。 PCM的传输速率达到的传输速率达到64kb/s（256bits250个个=64kb/s）。）。 载波恢复和位定时恢复码：载波恢复和位定时恢复码： 为了提高卫星功率的利用率，利用话为了提高卫星功率的利用率，利用话音传送时的不连续或间歇的这一性质，在音传送时的不连续或间歇的这

40、一性质，在信道单元内设置信道单元内设置“话音检测器话音检测器”，在话音，在话音检测器中设置了一个话音电平的低端阈值。检测器中设置了一个话音电平的低端阈值。 这样当输入话音的大小超过此阈值时这样当输入话音的大小超过此阈值时（例如（例如PCM编码信号中连续编码信号中连续4个样值超过个样值超过此阈值（此阈值（-24dBm或或-28dBm）就发送载波）就发送载波信号，称为话音激活。信号，称为话音激活。 从而使卫星转发器中同时存在的有效从而使卫星转发器中同时存在的有效载波数减少，并相应地减少了交调干扰，载波数减少，并相应地减少了交调干扰，提高了卫星功率的利用。提高了卫星功率的利用。 由于话音激活和不断形

41、成的载波通由于话音激活和不断形成的载波通/断断（即脉冲性）发射，为了在接收端能够对（即脉冲性）发射，为了在接收端能够对这种不连续波进行相干解调，在各分帧的这种不连续波进行相干解调，在各分帧的前面加字头，字头中含有载波和位定时恢前面加字头，字头中含有载波和位定时恢复码从而正确恢复出原话音信号。复码从而正确恢复出原话音信号。 SOM的作用：的作用： 由于在由于在PCM-PSK-SCPC系统中使用的系统中使用的是绝对是绝对QPSK调制方式。调制方式。 为克服相干解调中，存在的载波相位为克服相干解调中，存在的载波相位模糊现象，接收端首先应确定相干检波所模糊现象，接收端首先应确定相干检波所需要的基准相干

42、载波相位，因此在需要的基准相干载波相位，因此在224bit的的PCM信号中插入信号中插入32bit的消息开始代码的消息开始代码SOM，利用此代码来确定帧同步，同时按，利用此代码来确定帧同步，同时按所接收的所接收的SOM模式消除相干载波的相位模模式消除相干载波的相位模糊。糊。 b话音信号的传输过程话音信号的传输过程 如图如图3-7所示，话音信号首先通过话音所示，话音信号首先通过话音接口被送入接口被送入PCM编码编码/译码器进行编码，其译码器进行编码，其输出信号为输出信号为64kb/s的的PCM数据码流，该数数据码流，该数据流一方面被送入语音检测器，另一方面据流一方面被送入语音检测器，另一方面被送

43、入信道同步器中。被送入信道同步器中。 这样在这样在PSK调制器的输出端将根据话调制器的输出端将根据话音电平的高低来决定是否有信号输出。音电平的高低来决定是否有信号输出。 再由多个信道单元的输出信号在中频再由多个信道单元的输出信号在中频合路器上进行合路，然后经过公用单元将合路器上进行合路，然后经过公用单元将所合路的信号调制到所合路的信号调制到70MHz的中频上，并的中频上，并送往地球站的发送设备，最后将信号上变送往地球站的发送设备，最后将信号上变频到频到6GHz的频率，通过天线向卫星发射。的频率，通过天线向卫星发射。 接收过程是发送过程的反过程。首先接收过程是发送过程的反过程。首先由地球站的接收

44、设备接收来自卫星转发器由地球站的接收设备接收来自卫星转发器的的4GHz的下行信号，并将其送往公用单元，的下行信号，并将其送往公用单元，在公用单元中经过下变频处理，从而获得在公用单元中经过下变频处理，从而获得70MHz中频。中频。 同时进行自动频率控制（同时进行自动频率控制（AFC）和自）和自动增益控制（动增益控制（AGC），然后经过中频分路），然后经过中频分路器进行分路，各分路信号被送入相应的信器进行分路，各分路信号被送入相应的信道单元，在信道单元中首先进行相干解调，道单元，在信道单元中首先进行相干解调，其输出送往其输出送往PCM解码器，经过解码便可恢解码器，经过解码便可恢复出原话音信号，最后

45、通过话音接口、地复出原话音信号，最后通过话音接口、地面接口单元送往电信局。面接口单元送往电信局。 定时与频率单元可为定时与频率单元可为SCPC系统提供系统提供标准频率和定时信号。标准频率和定时信号。 数据信号的传输过程数据信号的传输过程 在在SCPC系统中，也可以传输数据信系统中，也可以传输数据信息，但由于数据信号是以连续发送的形式息，但由于数据信号是以连续发送的形式进行的，因而在接收端不存在相位模糊问进行的，因而在接收端不存在相位模糊问题，因此无需为恢复载波和相位定时而增题，因此无需为恢复载波和相位定时而增加附加字头。加附加字头。 但当所传输的数据信号中出现长连但当所传输的数据信号中出现长连

46、“0”或长连或长连“1”时，接收端便无法从所接收的时，接收端便无法从所接收的数据信号中恢复出定时信号，这样会造成数据信号中恢复出定时信号，这样会造成误码，严重影响系统性能。误码，严重影响系统性能。 因此对所要传输的数据信号必须进行因此对所要传输的数据信号必须进行扰码，然后再进行纠错编码。扰码，然后再进行纠错编码。 通常对通常对48kb/s或或50kb/s的输入数据采用的输入数据采用R=3/4卷积编码，它可以纠正卷积编码，它可以纠正80个连续比特个连续比特中的中的2个误码，对于个误码，对于56kb/s的的PCM信源编码，信源编码，采用采用R=7/8卷积编码，它能纠正卷积编码，它能纠正384个连续

47、个连续码位中的码位中的2个错误。个错误。 由于数据传输是按连续发送方式进行由于数据传输是按连续发送方式进行的，而且在数据流中并未插入的，而且在数据流中并未插入SOM，因此，因此要达到帧同步和消除基准载波相位模糊问要达到帧同步和消除基准载波相位模糊问题，必须依靠纠错译码时伴随式计算器检题，必须依靠纠错译码时伴随式计算器检测出的误码率，并根据误码率低于某规定测出的误码率，并根据误码率低于某规定值的情况来修正同步状态和相位。值的情况来修正同步状态和相位。 导频和导频校正技术（导频和导频校正技术（AFC） 所谓导频是指在已调信号谱中额外地所谓导频是指在已调信号谱中额外地接入一个低功率的载波频率或与其有

48、关的接入一个低功率的载波频率或与其有关的频率信号谱线，其对应的正弦波就称为导频率信号谱线，其对应的正弦波就称为导频信号。频信号。 在在SCPC系统中为什么需要引入导频？系统中为什么需要引入导频？ 由图由图3-6可知，在可知，在SCPC系统中，相邻系统中，相邻通道之间的间隔仅有通道之间的间隔仅有45kHz，同时各地球，同时各地球站与卫星之间的相对位置不同，因而卫星站与卫星之间的相对位置不同，因而卫星与各地球站之间相对运动速率也不同，所与各地球站之间相对运动速率也不同，所产生的多普勒频移的大小也不同。产生的多普勒频移的大小也不同。 再加之各地球站的频率源的稳定度和再加之各地球站的频率源的稳定度和准

49、确度不同，因此一旦本地振荡器发生频准确度不同，因此一旦本地振荡器发生频率变动，会使其载波偏离其接收通带，严率变动，会使其载波偏离其接收通带，严重影响传输质量。为避免此类事件，因而重影响传输质量。为避免此类事件，因而在发射信号中插入导频。在发射信号中插入导频。 导频的插入与校正导频的插入与校正 导频插入的实现方法很简单，如图导频插入的实现方法很简单，如图3-9（a）所示。）所示。 可见由发射机送来的已调信号可见由发射机送来的已调信号S（t）与频率为与频率为fC的载波信号相乘，从而将已调的载波信号相乘，从而将已调信号调制到中心频率为信号调制到中心频率为fC的频段，然后经的频段，然后经过一个带通滤波

50、器，再与过一个带通滤波器，再与fC的载波信号相的载波信号相加，这样就在中心频率为加，这样就在中心频率为fC的频段的中央的频段的中央插入了一个插入了一个fC的导频。的导频。 在图在图3-9（b）中表示了）中表示了SCPC系统中的系统中的导频校正过程的原理图。导频校正过程的原理图。 是由地球站接是由地球站接收设备送来的中频信号，频率范围为收设备送来的中频信号，频率范围为5288MHz，其中包括，其中包括70MHz的导频。的导频。 是是中心频率为中心频率为45.985MHz的输出信号。的输出信号。 )(1tu)(2tu ， 经过混频后，其输出信号经过混频后，其输出信号 经过带通滤波器进入中频分路器，

51、经过带通滤波器进入中频分路器，由于由于 信号为信号为 ， 的合频信号，的合频信号，其频率应在其频率应在97.985(52+45.985) 133.985(88+45.985)之间（包含导频）。之间（包含导频）。 )(1tu)(2tu)(3tu)(3tu)(1tu)(2tu 由于卫星转发器的频漂和多普勒频移由于卫星转发器的频漂和多普勒频移的影响，使各地球站的中心频率偏离其发的影响，使各地球站的中心频率偏离其发送中心频率，当然导频也同样偏离其发送送中心频率，当然导频也同样偏离其发送导频频率。导频频率。 但无论中心频率如何偏离，各地球站但无论中心频率如何偏离，各地球站的中心频率之间以及它们与导频之间

52、的相的中心频率之间以及它们与导频之间的相对关系不会发生变化，因此如果我们将导对关系不会发生变化，因此如果我们将导频校正到发送导频频率的话，那么各地球频校正到发送导频频率的话，那么各地球站的中心频率也将校正到其发送中心频率。站的中心频率也将校正到其发送中心频率。下面我们就分析一下导频校正的原理。下面我们就分析一下导频校正的原理。 如图如图3-9（b）所示，中频分路器中有）所示，中频分路器中有一个带宽很窄的通带滤波器，可以取出一个带宽很窄的通带滤波器，可以取出97.985MHz单频信号单频信号 ，当，当 与本地与本地导频振荡器导频振荡器 鉴相后，经过低通滤波器，鉴相后，经过低通滤波器，则形成误差信

53、号则形成误差信号 ，用，用 去控制压控去控制压控振荡器振荡器VCO，调整，调整 信号频率，从而达信号频率，从而达到平移到平移 信号谱的目的。信号谱的目的。 )(3tu)(3tu)(4tu)(tud)(tud)(2tu)(3tu 最终使最终使 信号谱与图信号谱与图3-6所示的频率所示的频率配置图一致，从而完成自动频率控制功能配置图一致，从而完成自动频率控制功能（AFC）。）。)(3tu (2) DM-PSK-SCPC 用用DM编码编码/译码器代替译码器代替PCM编码编码/译码器译码器 DM（delta modulation）是增量调制）是增量调制的英文缩写形式，也称为差值脉冲编码调的英文缩写形式

54、，也称为差值脉冲编码调制方式。制方式。 从抽样理论中可知，话音信号相邻的从抽样理论中可知，话音信号相邻的抽样值之间存在着很强的相关性，即信号抽样值之间存在着很强的相关性，即信号的一个抽样值与相邻的一个抽样值不会发的一个抽样值与相邻的一个抽样值不会发生迅速的变化。生迅速的变化。 这说明信源本身含有大量的冗余成份，这说明信源本身含有大量的冗余成份，也就是含有大量的无效或次要的成份。如也就是含有大量的无效或次要的成份。如果我们设法减少或消除这些冗余的成份，果我们设法减少或消除这些冗余的成份，则可大大提高通信的有效性。则可大大提高通信的有效性。 基于这样的思路便提出了增量调制的基于这样的思路便提出了增

55、量调制的概念。概念。 DM与与PCM的区别在于的区别在于DM是对相邻样是对相邻样值的差值进行量化、编码，而值的差值进行量化、编码，而PCM是对样是对样值进行量化、编码。值进行量化、编码。 由于样值差值的取值范围要比样值本由于样值差值的取值范围要比样值本身的取值范围小得多，因而在身的取值范围小得多，因而在DM中能够中能够在保证话音通信质量的前提下，降低数据在保证话音通信质量的前提下，降低数据传输速率，从而提高信道的利用率。传输速率，从而提高信道的利用率。 而且相对而且相对PCM方式而言，信号的自相方式而言，信号的自相关性越强，当采用关性越强，当采用DM方式时所获得的数方式时所获得的数据压缩率就越

56、大。据压缩率就越大。 在在DM-PSK-SCPC系统中由于我们采系统中由于我们采用了增量调制方式，因而可以用较低的速用了增量调制方式，因而可以用较低的速率信号就能够传送优质的话音信号。率信号就能够传送优质的话音信号。 从节省卫星功率的角度来分析，增量从节省卫星功率的角度来分析，增量调制门限误码率（调制门限误码率（10-3）比）比PCM的门限误的门限误码率（码率（10-4）大，因而）大，因而DM方式使得每路话方式使得每路话音传输所需的信号功率比音传输所需的信号功率比PCM的低。另外的低。另外采用采用DM增量调制的设备结构简单，易于增量调制的设备结构简单，易于实现，因此受到了广泛的关注。实现，因此

57、受到了广泛的关注。 采用采用BPSK调制调制/解调解调 在在PCM-PSK-SCPC系统中使用的是系统中使用的是QPSK调制解调技术，而在调制解调技术，而在DM-PSK-SCPC系统中，一般使用的是系统中，一般使用的是BPSK（2PSK）调）调制解调器。制解调器。 这是因为系统中采用的是增量调制语这是因为系统中采用的是增量调制语音编码技术，因而在保证相同语言传输质音编码技术，因而在保证相同语言传输质量的前提下，可大大降低信息传输速率，量的前提下，可大大降低信息传输速率，一般的一般的BPSK调制、解调器就足以支持这调制、解调器就足以支持这样速率的信号传输，同时又可进一步提高样速率的信号传输，同时

58、又可进一步提高系统的可靠性（与使用系统的可靠性（与使用QPSK的情况下的的情况下的可靠性相比）。可靠性相比）。 2按需分配的按需分配的SCPC系统系统（SPADE） SPADE是是Single Channel Per Carrier PCM Multiple Access Demand Assignment Equipment 的英文缩写。的英文缩写。 SPADE设备是采用按需分配的脉冲调设备是采用按需分配的脉冲调制、多址联接方式的制、多址联接方式的SCPC设备。设备。 （即（即SCPC/PCM/DA/FDMA方式）方式）正是由于在卫星线路的占用上采用的是按正是由于在卫星线路的占用上采用的是按

59、需分配方式，从而大大地提高了有限信道需分配方式，从而大大地提高了有限信道的利用率。的利用率。 (1) SPADE的频率配置的频率配置 如图如图3-10所示，在采用所示，在采用SPADE方式工方式工作的卫星通信系统中，通常将一个卫星转作的卫星通信系统中，通常将一个卫星转发器的一部分频率配置为公用传输信道发器的一部分频率配置为公用传输信道（CSC），而另一部分频率配置为话音通），而另一部分频率配置为话音通道（道（CH）。）。 其中话音通道的频率配置与其中话音通道的频率配置与PCM-PSK-SCPC系统中的频率配置相同，其相系统中的频率配置相同，其相邻两通道间的间隔为邻两通道间的间隔为45kHz，并

60、以导频为，并以导频为界划分为高频组和低频组，每组中各排列界划分为高频组和低频组，每组中各排列了了400条通道。条通道。 同样为使导频不受相邻通道的干扰，同样为使导频不受相邻通道的干扰，因而与之相邻的第因而与之相邻的第400号和第号和第401号通道始号通道始终保持空闲。公用传输信道配置在转发器终保持空闲。公用传输信道配置在转发器通带的最低端，共占用通带的最低端，共占用160KHz的带宽，其的带宽，其中占用了第中占用了第1通道。通道。 另外为了减少另外为了减少CSC和话音通道（和话音通道（CH）之间的干扰，因而将第二通道（之间的干扰，因而将第二通道（CH2）留）留空，或留为它用，所以这种空，或留为