卫星通信系统3卫星通信体制导论.ppt

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、着的信号中选择出本站所需的信号。,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

7、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) FDMA,F：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

8、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

9、、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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。,

15、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

16、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(

17、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

18、他站不能占用这些频率。,(i1),固定预分配方式（FPA）,(12),(13),(1k),(21),(2k),(ik),(k1),(kk-1),1#站,1#站,2#站,3#站,i#站,k#站,固定预分配制度的优点是：由于载波是专用的，故实施连接简单，建立通信快，基本上不需要控制设备。 主要缺点是：使用不灵活，通道不能互相调剂，在业务量较轻时通道的利用率低。只有在网中各站业务量繁重、每个通道大部分时间都在工作时，通道效率才高，所以这种制度只适用于业务量大的线路。,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

19、制类型,（2）按时预分配方式(TPA),事先知道各地球站间业务量随“时差”及其它因素作周期性变动时，可约定一天内通道分配作几次固定的调整。这种方式称为按时预分配方式。显然其通道利用率比固定时要高，但从每一时刻看，它仍然是固定分配的。这种方式只适用于大容量线路，而且多用于国际通信场合。,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,按申请分配（DA）,固定分配的主要矛盾是业务量随机变化而通道的分配却是固定的，两者难以达到很好的匹配。对于业务量较小且地球站较多的卫星通信网，最好采用分配可变的制度，即卫星

20、的通道不是或不完全是固定分配给各站专用的，而是根据地球站的申请临时分配给其使用，通话完毕又收归公用，通常称之为按申请分配或按需分配。,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 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,它是对固定预分配的一种重大改进，比较灵活，各站之间可以互相调剂通道，因而可用较少的通道为较多的站服务，这就基本上可以避免忙闲不均的不合理现象。在站多而业务量都较小的情况下，这种制度的通道效率是很高的。但是为了实现按需分配，要使用比较复杂的控制设备，并且一般要在转发器上单独开辟一专用频段作为公用传信通道（CSC），供各站申请

21、、分配通道时使用。,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,CSC是广播式的公用传信通道。系统中各站都监视、接收这个频率的信号。各站对CSC的占用可以采取TDMA方式，即各站在规定的时隙用CSC的载频发出申请码组；也可以使用随机占用方式，即各站在任意时刻发射申请码组，当然有可能几个站同时申请而发生碰撞，这就需要重新申请。,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,一、卫星通信体制的基本内容 二、

22、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,根据通道分配可变程度的不同， 申请分配制有以下几种类型：,发端固定收端可变方式(FT-VR),收端固定发端可变方式(FR-VT),全可变方式(VT-VR),分群可变方式(G-VT-VR),整个系统中，各地球站能使用的发射载频是固定预分配的。但各个地球站所用的接收频率可以在转发器（除CSC外）的整个频带内进行变动根据主叫方的要求临时选定。,发端固定收端可变方式(FT-VR),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

23、度 四、几种常用的体制类型,发端固定收端可变方式(FT-VR),1站(发),i站(发),k站(发),公用传信通道CSC,i站,k站,注意：所谓发端固定是对系统而言，各站能使用哪几个发射频率是固定的：对于一个站来讲，它要用其中哪一个频率则由它自己决定 ，而它的接收频率是由通信对方的发射频率决定。,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,收端固定发端可变方式(FR-VT),这种方式是各站所能使用的接收频率是固定分配的，而发射频率则可在转发器整个可用频带内变动。按照需不需要CSC，它又分为A型和B型

24、两类。FR-VT-A型要CSC；FR-VT-B型不需要CSC，而用空闲频率搜索装置来完成CSC的任务。,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,收端固定发端可变方式(FR-VT-A),1站(收),i站(收),k站(收),公用传信通道CSC,i站,k站,FR-VT-B型系统中不设CSC，而在各站设有一存贮器(存贮整个系统中各站所预分配的接收频率值，也就是建立一张频率表)及一搜索空闲频率的装置(选频接收机)。,FR-VT-B,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

25、、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,收端固定发端可变方式(FR-VT-B),1站(收),i站(收),k站(收),存贮器,存贮器,选频接收机,选频接收机,i站,k站,FRVTB型虽不要CSC，但每个站需要一个计算机来完成存贮和控制功能，并且要花一定时间来查询频率和搜索空闲频率，因而成本增加、通信线路的建立时间加长。,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,须指出，上述的两种半可变通道分配方式的呼叫过程，站与站之间都是通过转发器进行直接联络实现申请与分配的，系统中

26、没有设立路由控制中心。,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,上述两种半可变方式相比较,一般认为FTVR方式较适合实际使用。因为FR-VT方式中，各站的发射频率要在很宽的频率范围内变化，每个发射载频都不易做得很准确，而FDMA的每个通道的频带都是相当窄的，这样容易产生频谱失真及干扰邻近通道。,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,全可变方式是发送载频与接收载频都是临时申请临时分配的，选择范

27、围是整个转发器可用频带。一旦通话完毕，所用载频便交出，供其它各站申请使用。,全可变方式(VT-VR),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,全可变分配系统可以采用三种不同的路由控制方式，即集中控制方式，分散控制方式和混合控制方式。 以混合控制路由方式为例，系统中除有CSC外，设有一个路由控制中心，它通常由一个通信地球站兼任，设备比一般站要复杂一些，这样的地球站通常称为主站。,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,CSC,f1,f2,i站,k站,全可变方式,路由控制中心,全可变系统呼叫过程中，不仅主叫站、被叫站可能发生阻塞，当转发器可供使用的载频（通道）数不足时，也会引起阻塞，所以这种分配方式中，系统存在三个阻塞点。而半可变方式则不同，由于转发器全部通道频率已预先分配给各站（不是发射就是接收频率已分配），因而转发器不存在阻塞问题。,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,把系统内的地球站分为若干群（一般来说，群内诸地球站相互间的业务联系是较密切的），卫星转发器的