調(diào)頻衛(wèi)星通信PPT課件

1、 調(diào)頻方式 FDM/FM系統(tǒng)話路中的噪聲 FDM/FM方式的熱噪聲信噪比 FDM/FM方式的失真噪聲 SCPC/FM方式 FDMA方式的交調(diào)與能量擴(kuò)散第1頁/共46頁調(diào)頻方式 單邊帶電話信號(hào) FDM技術(shù) 多路電話信號(hào)的主要特性 多路電話調(diào)頻波的特性第2頁/共46頁單邊帶電話信號(hào) 原始語音信號(hào):0.88kHz 話音頻帶:0.33.4kHz 在調(diào)頻話音傳輸時(shí),通常采用SSB調(diào)制,且利用話音消息頻譜較低的部分.第3頁/共46頁當(dāng)傳輸介質(zhì)的可用帶寬超過各路給定信號(hào)所需帶寬的總和時(shí)，可以把多個(gè)信號(hào)調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用。第4頁/共46頁FDM技術(shù)

2、 用途：主要用于模擬信道的復(fù)用。 原理：不 同的傳輸媒體具有不同的帶寬（信號(hào)不失真?zhèn)鬏數(shù)念l率范圍）.頻分多路復(fù)用技術(shù)對整個(gè)物理信道的可用帶寬進(jìn)行分割，并利用載波調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的頻譜 遷移，使得多路信號(hào)在整個(gè)物理信道帶寬允許的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)頻譜上的不重疊，從而共用一個(gè)信道。為了防止多路信號(hào)之間的相互干擾，使用隔離頻帶來隔離每個(gè)子 信道。 工作過程：先對多路信號(hào)的頻譜范圍進(jìn)行限制（分割頻帶）， 然后通過變頻處理，將多路信號(hào)分配到不同的頻段。 第5頁/共46頁頻分多路復(fù)用第6頁/共46頁頻分多路復(fù)用帶寬分配例fA第7頁/共46頁FDM 多路復(fù)用過程例FDM多適用于模擬信號(hào)傳輸 第8頁/共46頁

3、FDM 解多路復(fù)用過程例第9頁/共46頁FDM 中的移頻與疊加（頻譜）第10頁/共46頁FDM 多路復(fù)用與解復(fù)用全過程例第11頁/共46頁FDM 分層多路復(fù)用群群超群超群主群巨群第12頁/共46頁第13頁/共46頁圖 頻分復(fù)用系統(tǒng)組成框圖 第14頁/共46頁第15頁/共46頁例1 第16頁/共46頁第17頁/共46頁 頻分復(fù)用信號(hào)原則上可以直接在信道中傳輸，但在某些應(yīng)用中，還需要對合并后的復(fù)用信號(hào)再進(jìn)行一次調(diào)制。第一次對多路信號(hào)調(diào)制所用的載波稱為副載波，第二次調(diào)制所用的載波稱為主載波。原則上，兩次調(diào)制可以是任意方式的調(diào)制方式。如果第一次調(diào)制采用單邊帶調(diào)制，第二次調(diào)制采用調(diào)頻方式，一般記為SSB

4、/FM。第18頁/共46頁 頻分復(fù)用系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是信道復(fù)用路數(shù)多、分路方便。因此它曾經(jīng)在多路模擬電話通信系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用，國際電信聯(lián)盟（ITU）對此制定了一系列建議。例如，ITU將一個(gè)12路頻分復(fù)用系統(tǒng)統(tǒng)稱為一個(gè)“基群”，它占用48kHz帶寬；將5個(gè)基群組成一個(gè)60路的“超群”。用類似的方法可將幾個(gè)超群合并成一個(gè)“主群”；幾個(gè)主群又可合并成一個(gè)“巨群”。 頻分復(fù)用主要缺點(diǎn)是設(shè)備龐大復(fù)雜，成本較高，還會(huì)因?yàn)闉V波器件特性不夠理想和信道內(nèi)存在非線性而出現(xiàn)路間干擾，故近年來已經(jīng)逐步被更為先進(jìn)的時(shí)分復(fù)用技術(shù)所取代。不過在電視廣播中圖像信號(hào)和聲音信號(hào)的復(fù)用、立體聲廣播中左右聲道信號(hào)的復(fù)用，仍然采用頻分

5、復(fù)用技術(shù)。第19頁/共46頁多路電話信號(hào)的主要特性 多路電話信號(hào)電壓 工作的話路數(shù)目 多路電話信號(hào)的平均電平 多路電話信號(hào)的峰值電壓 多路電話信號(hào)的峰值因數(shù) 測試音頻率第20頁/共46頁多路電話信號(hào)電壓 多路電話信號(hào)按頻分制傳輸時(shí)，是先把各路電話信號(hào)分別變頻進(jìn)行頻帶的搬移，按頻率 高低的順序排列起來，再對高頻載波進(jìn)行調(diào)制。因此，在調(diào)制以前，多路電話信號(hào)電壓的瞬時(shí) 值是各路單邊帶信號(hào)電壓瞬時(shí)值之和，即：第21頁/共46頁 式中， 是多路電話信號(hào)電壓的瞬時(shí)值； 是第K路信號(hào)電壓的瞬時(shí)值。由于每路信號(hào)電壓皆可分解成為許多隨機(jī)振幅和相位的正弦分量，因此多路信號(hào)將包含更多的不同頻率、不同振幅的正弦分量。

6、這時(shí)多路信號(hào)電壓的瞬時(shí)值可以寫成：式中， 是第i個(gè)正弦分量的角頻率； 是角頻率為 的分量的振幅； 是角頻率為 的分量的初始相位。這樣，多路信號(hào)電壓的波形則巳成為一種沒有規(guī)則的變化電壓。這是無法用一確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行表示的，必須用統(tǒng)計(jì)的方法來研究它的特性。多路電話信號(hào)波形示意圖如下：第22頁/共46頁多路電話信號(hào)波形圖第23頁/共46頁經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，多路信號(hào)的路數(shù)n大到一定數(shù)值（n16)，即上述q值很大時(shí)，它的特性與均勻分布的噪聲特性是相似的。并且多路信號(hào)瞬時(shí)值的概率密度 很接近于正交分布，即式中， 是多路信號(hào)電壓的有效值。因此，可以用等效的均勻頻譜的噪聲來代表。即可以把它看成是由無窮多個(gè)振

7、幅相同、隨機(jī)相位的正弦分星組成的。用下式表示為：第24頁/共46頁 這與實(shí)際是相符的。因此為了試驗(yàn)衛(wèi)星通信線路傳輸多路電話信號(hào)的性能，就是用白噪聲通過一帶寬等于基帶寬度的帶通濾波器后成為限帶白噪聲來模擬多路信號(hào)的。第25頁/共46頁工作的話路數(shù)目 在多路電話系統(tǒng)中，同時(shí)工作的話路數(shù)目與每一個(gè)話路單向通話的時(shí)間有關(guān)，而一個(gè)話路通話的時(shí)間是在最大負(fù)荷小時(shí)內(nèi)測量的。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在最大負(fù)荷小時(shí)內(nèi)，每一話路平均占用時(shí)間約為70。其中用戶講話和收聽的時(shí)間各占25，講話的間隙及找人等要用去20，因此，在最大負(fù)荷小時(shí)內(nèi)，一個(gè)單向話路中的工作時(shí)間只占全部時(shí)間的25左右，即相當(dāng)于任一話路在某一瞬間工作的概率為 。

8、 可見，在傳輸多路電話信號(hào)時(shí)，并不是在任一瞬間全部話路都在工作的。第26頁/共46頁對于一個(gè)n路系統(tǒng)，在某一瞬間工作的話路數(shù)目，可以是自0至n的任何整數(shù)。要想求出同時(shí)工作的話路數(shù)目，就要求出m路同時(shí)工作的概率 。假定在n路系統(tǒng)中，各個(gè)話路的工作是互不相關(guān)的，其中任一話路在某一瞬間工作的概率是 ，則根據(jù)概率論中的二項(xiàng)式分布律，便可寫出有m路同時(shí)工作，且僅有m路工作的概率為：第27頁/共46頁 當(dāng)n12，而 ，則計(jì)算出的 如下表所示。由表可看出，在一個(gè)12路系統(tǒng)中，12路同時(shí)工作的概率是很小的，即使在最大負(fù)荷小時(shí)內(nèi)，也僅占 。這相當(dāng)于12路同時(shí)工作的時(shí)間只有0216ms。而8路同時(shí)工作的概率也不超

9、過0.25%。所以，在實(shí)際工作中一個(gè)n路系統(tǒng)，并不需要考慮全部話路同時(shí)工作的情況，通常只考慮同時(shí)工作時(shí)間超過1%的路數(shù)。一般把它與系統(tǒng)總路數(shù)n的比值稱為話路利用系數(shù)，以 表示。話路利用系數(shù) 與總路數(shù)n的關(guān)系曲線如下圖所示。由圖可看出，當(dāng)n很大時(shí)， ，通常取 。這就是說，當(dāng)n很大時(shí)，同時(shí)通話的路數(shù)為n/4。第28頁/共46頁話路利用系數(shù) 與總路數(shù)n的關(guān)系曲線第29頁/共46頁多路電話信號(hào)的平均電平 一般規(guī)定，在個(gè)工作話路中傳輸?shù)脑捯羝骄娖?，是以?fù)用設(shè)備輸入端所測得的平均電平為標(biāo)準(zhǔn)的。這個(gè)話音的平均電平變化是很大的，它隨用戶線路的長度、電話機(jī)的靈敏度以及講話人的不同而各不相同。根據(jù)在大量話路及一

10、個(gè)話路的許多時(shí)間進(jìn)行測量的結(jié)果，一個(gè)話路在工作時(shí)間的平均電平為-1dBmW。這相當(dāng)于平均功率為100微瓦。第30頁/共46頁當(dāng)通話最繁忙時(shí)，一個(gè)話路的工作時(shí)間只占全部時(shí)間的14，此時(shí)，一個(gè)話路的平均電平為：當(dāng)考慮到話音電流以外的其他業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)等，每一話路需要提高1dB。這樣，每一話路在忙時(shí)的平均電平被規(guī)定為：這相當(dāng)于平均功率為：第31頁/共46頁對于n路電話信號(hào)，在忙時(shí)的平均功率等于：其平均電平為：上式適用于路數(shù)很多的情況 。當(dāng)線路容量較小時(shí)，忙時(shí)的平均電平值可改用下式計(jì)算：第32頁/共46頁多路電話信號(hào)的峰值電壓 多路電話信號(hào)在通信線路中傳輸時(shí)，通常應(yīng)保證它的峰值電壓在傳輸過程中不要使群路

11、設(shè)備過載，以免造成相當(dāng)大的失真和噪聲。但是，多路電話的瞬時(shí)振幅總是時(shí)大時(shí)小的。因而無法確定其絕對峰值，只能采用在百分比時(shí)間 內(nèi)的峰值電壓，即把在百分比 時(shí)間內(nèi)為信號(hào)的瞬時(shí)值所超過的電壓值，叫峰值電壓。 通常，此百分比時(shí)間為0.1或者更小些。如果能保證在傳輸此峰值電壓時(shí)線路設(shè)備不過載，則不能保證的時(shí)間就小于0.1，由此而產(chǎn)生的失真和噪聲就很小了。第33頁/共46頁多路電話信號(hào)的峰值因數(shù)設(shè)多路信號(hào)的峰值電壓為 ，多路信號(hào)電壓的有效值為 ，則峰值因素 定義為：若以負(fù)載 上的功率表示，則為第34頁/共46頁式中， 為多路信號(hào)的峰值功率， 為多路信號(hào)的平均功率。上式表明，多路信號(hào)的峰值因素的平方等于峰值

12、功率與平均功率之比。若以電平表示，則為：式中， 為多路信號(hào)的峰值電平； 為多路信號(hào)的平均電平； 為多路信號(hào)以分貝表示的峰值因素。由此可見，多路電話信號(hào)的峰值電平與多路電話信號(hào)的平均電平和峰值因素有關(guān)。第35頁/共46頁 多路信號(hào)的瞬時(shí)值是隨時(shí)間變化的隨機(jī)電壓，因而無法用確定的函數(shù)表示，也無法確定其絕對峰值，只能采用百分比時(shí)間 內(nèi)的峰值，即在百分比 的時(shí)間內(nèi)被多路信號(hào)瞬時(shí)值所超過的電壓值 ，如下圖所示。第36頁/共46頁 這是根據(jù)統(tǒng)一方法繪出的多路信號(hào)振幅分布的規(guī)律。不難看出，在 時(shí)間內(nèi)，多路電話信號(hào)電壓將小于此峰值電壓。設(shè)該多路電話信號(hào)的時(shí)間平均值為0，電壓有效值為 ，可計(jì)算出多路信號(hào)的瞬時(shí)值

13、 超過某一給定電壓數(shù)值u的概率為： 若給定不同的u值，即可按上式計(jì)算出概率 與u的關(guān)系如下圖所示。其中某些典型數(shù)據(jù)已列于下表中。第37頁/共46頁第38頁/共46頁由表可知， 的概率已經(jīng)很小了，只有00064，而通常人們規(guī)定時(shí)間百分比為0.1?？梢?時(shí)已經(jīng)超過規(guī)定的指標(biāo)即這一數(shù)字表明峰值電壓 超過 的可能性是很小的，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只有023s的時(shí)間。若取峰值電壓Up為有效值電壓的4倍，即峰值因數(shù)Fp 4。如用電平表示則為在一般情況下，多路信號(hào)的峰值因素 與工作活路數(shù)目n的關(guān)系如下圖所示。它是根據(jù)實(shí)驗(yàn)求出的對應(yīng)的時(shí)間百分比為0.1。不難理解，在n很小的情況下，峰值因素是很大的。第39頁/共46頁因此，峰值因數(shù)便隨著n的增大而降低，并且當(dāng)n的數(shù)值很大時(shí)， 將接近于12dB。第40頁/共46頁多路電話調(diào)頻波特性 多路電話調(diào)頻信號(hào)的頻偏 多路電話調(diào)頻信號(hào)的射頻傳輸帶寬第41頁/共46頁 調(diào)頻波的頻偏是調(diào)頻制通信線路設(shè)計(jì)的一個(gè)基本參量。在調(diào)頻多路電