現(xiàn)代通信技術(shù)(第3版) 教學(xué)課件

第8章

衛(wèi)星通信系統(tǒng)信號傳輸技術(shù)

8.1

概述8.2信道復(fù)用技術(shù)8.3信道分配8.4差錯控制技術(shù)8.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)8.6衛(wèi)星電視傳輸技術(shù)本章主要內(nèi)容第8章

衛(wèi)星通信系統(tǒng)信號傳輸技術(shù)8.1

概述本章主要8.1

概述

信號傳輸方式1.模擬方式還是數(shù)字方式

數(shù)字方式的優(yōu)點2.調(diào)制技術(shù)3.信道復(fù)用技術(shù)或多址聯(lián)接方式4.信道分配技術(shù)8.1

概述 信號傳輸方式8.2信道復(fù)用技術(shù)8.2.1頻分多址方式（FDMA）1.基本原理

FDMA采用頻域正交分隔，把衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的可用頻帶在頻域上分割成若干互不重疊的部分，分配給各地球站使用。各地球站發(fā)射的載波頻率不同，接收地球站采用頻率選擇性的接收機。8.2信道復(fù)用技術(shù)8.2.1頻分多址方式（FDMA）2.交擾調(diào)制干擾及抑制（1）輸入/輸出特性非線性引起的交擾調(diào)制干擾（2）調(diào)幅一調(diào)相(AM／PM)轉(zhuǎn)換引起的交擾調(diào)制干擾（3）減小交擾調(diào)制干擾的方法

①載波不等間隔排列。當載波等間隔配置時，交擾調(diào)制產(chǎn)物會落在某些載波上形成嚴重干擾。因此可以不等間隔地配置載波，使交擾調(diào)制產(chǎn)物落在有用信號頻帶之外。

②對上行載波功率進行控制，合理選擇行波管的工作點。為了避免出現(xiàn)強信號抑制弱信號的現(xiàn)象，必須嚴格控制地球站發(fā)射功率，將其限制在容許范圍內(nèi)。

③為了使交擾調(diào)制影響降到允許的程度，TWTA的工作點要從飽和點回退一定數(shù)值。④加線性器，利用幅度、相位的失真修正功率放大器的非線性特性。⑤加能量擴散信號。2.交擾調(diào)制干擾及抑制（1）輸入/輸出特性非線性引起的交擾3.衛(wèi)星FDMA的類型(1)

頻分復(fù)用/調(diào)頻/頻分多址(FDM/FM/FDMA)方式(2)

每載波單路/頻分多址(SCPC/FDMA)方式話音激活(載波激活)技術(shù)；SCPC制式比較靈活(3)

時分復(fù)用/相移鍵控/頻分多址(TDM/PSK/FDMA)中速率數(shù)字業(yè)務(wù)（IDR）

IDR制式是為了解決FDM/FM/FDMA制式的模擬接口與數(shù)字程控交換機進行接口不方便而提出的。IDR主要應(yīng)用于國內(nèi)大城市之間或者國家之間的干線通信。每載波多路（MCPC）使用MCPC可以克服SCPC的缺點，因為使用一個載波而不是多個載波，不必考慮轉(zhuǎn)發(fā)器功率回退的問題，也無需預(yù)留保護頻帶，所以在功率利用率和頻帶利用率上都有顯著提高。CCTV的CCTV-3、CCTV-5、CCTV-6等7套電視信號復(fù)用成碼速率為27.5Mbps。3.衛(wèi)星FDMA的類型(1)

頻分復(fù)用/調(diào)頻/頻分4.FDMA的主要特點

優(yōu)點

技術(shù)成熟、設(shè)備簡單、不需網(wǎng)同步、工作可靠、可直接與地面FDM線路接口、工作于大容量線路時效率較高，特別適用于站少而容量大的場合。GACambellP(bornonNovember27,1870USAgraduatingfromM.I.T.in1891,receivingamaster’sdegreefromHarvardin1893.In1897hejoinedAT&TElectricWaveFilterpatent缺點(1)轉(zhuǎn)發(fā)器要同時放大多個載波，容易形成交擾調(diào)制干擾；(2)對功率放大電路要進行補償和工作點回退，降低了工作效率，浪費了轉(zhuǎn)發(fā)器的功率資源；(3)頻帶資源也得不到充分使用；另外各地球站上行功率電平要保持基本相等，否則會出現(xiàn)大信號抑制小信號的現(xiàn)象。4.FDMA的主要特點優(yōu)點缺點8.2.2時分多址方式（TDMA)

TDMA方式的原理：把衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的工作時間分割成周期性互不重疊的若干個時隙（時隙也稱為分幀），分配給各地球站的是一個特定時隙。在系統(tǒng)定時的控制下，各地球站只能在指定時隙內(nèi)向衛(wèi)星發(fā)射信號，各站發(fā)射的信號在時間上互不重疊。8.2.2時分多址方式（TDMA)TDMA方式的原理：把TDMA幀結(jié)構(gòu)舉例

TDMA的幀結(jié)構(gòu)是一個按一定次序排列的時隙集合。所有地球站分幀合在一起就構(gòu)成一個時幀。

在分幀之間要留有保護時間，以保證各子幀互不重疊?；鶞史謳琑是TDMA時幀基準，TDMA時幀要與基準分幀的重復(fù)周期相一致。TDMA幀結(jié)構(gòu)舉例TDMA的幀結(jié)構(gòu)是一個按TDMA的主要特點①采用全數(shù)字方式。TDMA主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)，基帶信號低速連續(xù)輸入并存貯在緩沖器里，而在分配時隙到來時以高速突發(fā)脈沖串調(diào)制載波發(fā)向衛(wèi)星。②所有地球站發(fā)射載波可以相同，即各地球站均可占用轉(zhuǎn)發(fā)器的整個帶寬。這樣轉(zhuǎn)發(fā)器始終處于單載波工作狀態(tài)，這樣就克服了FDMA系統(tǒng)中多載波工作帶來的問題。③信道資源的分配和管理容易實現(xiàn)。在TDMA系統(tǒng)中，各地球站所占用的信道資源即各自的時隙，可通過調(diào)整各站所占用時隙的長度實現(xiàn)信道資源的分配。④TDMA系統(tǒng)要有精確的同步。由于TDMA方式發(fā)射信號是突發(fā)的，所以接收端必須在接收每一個突發(fā)時隙時完成同步，同步包括載波同步和位同步，發(fā)送端必須在每個時隙幀中加上額外的同步開銷。⑤各站的突發(fā)信號之間要留有保護時間間隔，以保證各突發(fā)時隙到達轉(zhuǎn)發(fā)器的時間不發(fā)生重疊，避免造成鄰道干擾。TDMA的主要特點①采用全數(shù)字方式。TDMA主要用于數(shù)字通8.2.3擴頻多址方式（SSMA）各站發(fā)射的信號頻率、時間、空間上都可以重疊，站址區(qū)分——地址碼型結(jié)構(gòu)，準正交特性的PN碼作地址碼。SSMA方式的優(yōu)點是：由于通常采用擴頻方式，具有較強的抗窄帶噪聲干擾能力和抗多徑能力；每一個站發(fā)射的頻譜密度很低，有一定的保密能力；改變地址比較靈活。類型：FH-SS、TH-SS、DS-SS（CDMA）8.2.3擴頻多址方式（SSMA）各站發(fā)射的信號頻率、時8.2.4空分多址方式（SDMA）

高級通信技術(shù)衛(wèi)星ACTS

8.2.4空分多址方式（SDMA）高級通信技術(shù)衛(wèi)星SDMA方式的特點優(yōu)點：衛(wèi)星配備的天線增益高，天線波束窄（點波束），衛(wèi)星的EIRP大，提高了功率利用率；不同區(qū)域地球站發(fā)射信號在空間互不重疊，故可以重復(fù)使用頻率資源，提高頻帶利用率；轉(zhuǎn)換開關(guān)使衛(wèi)星具有交換能力，各地球站之間可方便地實現(xiàn)多址通信；衛(wèi)星對其它地面通信系統(tǒng)的干擾有所減少，對地球站的技術(shù)要求也相應(yīng)降低。缺點：

SDMA方式對衛(wèi)星的位置穩(wěn)定性及姿態(tài)控制提出很高的要求；衛(wèi)星天線及饋線裝置也比較龐大和復(fù)雜；轉(zhuǎn)換開關(guān)不僅使設(shè)備復(fù)雜，而且一旦出現(xiàn)故障難以修復(fù)，增加了通信失效的風(fēng)險。SDMA方式的特點優(yōu)點：8.2.5.隨機多址(ALOHA)方式

純ALOHA（P-ALOHA）時隙ALOHA(S-ALOHA)具有捕獲效應(yīng)的ALOHA(C-ALOHA)選擇拒絕ALOHA(SREJ-ALOHA)預(yù)約ALOHA(R-ALOHA)自適應(yīng)TDMA(AA-TDMA)

8.2.5.隨機多址(ALOHA)方式純ALOHA（P-8.3信道分配

8.3.1

信道分配的含義FDMA：是指各地球站所占用的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶；TDMA：是指各地球站所占用的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的特定時隙；CDMA：是指各地球站所使用的偽隨機碼（地址碼）的碼型；SDMA：是指衛(wèi)星天線的窄波束。

信道分配的兩種方式

預(yù)先固定分配方式按需分配方式

8.3信道分配8.3.1

信道分配的含義

信8.3.2預(yù)分配（PA）方式

按事先規(guī)定，永久或半永久地分配給每個地球站固定的信道資源，即使某個地球站在某段時間的業(yè)務(wù)量為零，其它地球站也不能占用其空閑的信道資源。這種方式會造成衛(wèi)星信道資源的浪費。2.按時預(yù)分配方式

地區(qū)時差由于地區(qū)時差或地球站的業(yè)務(wù)性質(zhì)不同，使各地球站業(yè)務(wù)量在一天時間內(nèi)呈有規(guī)律的變化，如果各個地球站業(yè)務(wù)量的高峰恰好彼此錯開，則可以將一天分割為幾個固定的時隙，分配給各個地球站使用。這種方式與固定預(yù)分配方式相比，可提高衛(wèi)星信道資源利用率。

1.固定預(yù)分配方式優(yōu)點與應(yīng)用在長時間傳輸要求有序不變的情況下，固定分配方式是有效的；每個用戶業(yè)務(wù)量大小和時間固定，其QoS能夠得到最大保障；接續(xù)控制簡便。

適用于信道數(shù)目多、業(yè)務(wù)量大的干線通信；缺點

不能隨業(yè)務(wù)量的變化對信道進行調(diào)整以保持動態(tài)平衡，故信道利用率相對較低。

預(yù)分配方式的特點

8.3.2預(yù)分配（PA）方式按事先規(guī)定，永久或半永久地8.3.4按需分配（按申請分配）方式按各站業(yè)務(wù)量的大小動態(tài)分配信道資源；在按需分配方式中，各地面站根據(jù)實際需要向系統(tǒng)請求動態(tài)地分配上行鏈路信道。優(yōu)點：是信道利用率高，特別是在地球站數(shù)目較多，而各站業(yè)務(wù)量又較?。ㄏ÷酚桑┑那闆r下更是如此。原則上，這種方式可以滿足各地球站的時變帶寬要求，并且不會浪費信道資源。缺點在實現(xiàn)的技術(shù)難度上比預(yù)分配方式大得多。

8.3.4按需分配（按申請分配）方式按各站業(yè)務(wù)量的大小動態(tài)8.4差錯控制技術(shù)8.4.1差錯類型隨機差錯

隨機差錯隨機差錯的錯碼隨機出現(xiàn)，且錯碼之間統(tǒng)計獨立。隨機差錯通常是由信道加性高斯起伏噪聲產(chǎn)生的。

突發(fā)差錯突發(fā)差錯的錯碼是成串集中出現(xiàn)的，在某個較短的時間段內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)大量錯碼，而在另外某些時間段內(nèi)又沒有錯碼。突發(fā)性差錯主要是由脈沖干擾（如閃電、開關(guān)暫態(tài)響應(yīng)）及信道衰落引起的?；旌喜铄e混合差錯是指隨機差錯、突發(fā)差錯合在一起的差錯類型。衛(wèi)星信道基本上是高斯信道，差錯是隨機出現(xiàn)的，但也會出現(xiàn)少量突發(fā)性差錯。因此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用差錯控制技術(shù)首要考慮的是如何對付隨機性差錯，其次再考慮采取措施處理突發(fā)差錯。8.4差錯控制技術(shù)8.4.1差錯類型隨機差錯隨機差8.4.2差錯控制方法犧牲了傳輸效率冗余位編碼糾錯技術(shù)是用犧牲傳輸效率（傳輸信息的有效性）來換取提高可靠性。為什么要進行差錯控制？提高抗噪能力，抗干擾能力。比提高發(fā)射功率節(jié)約成本8.4.2差錯控制方法犧牲了傳輸效率為什么要進行差錯控制1.前向糾錯FEC方式FEC適用場合：①對信道的差錯類型、誤碼機理、統(tǒng)計特性有透徹了解，并能選出適當?shù)木幋a方法。②系統(tǒng)傳輸功率可能受限，但帶寬寬余。③系統(tǒng)的實時性強，或系統(tǒng)沒有反饋通道，是單向通信系統(tǒng)或廣播式通信系統(tǒng)。FEC方式是一種不需反饋通道的差錯控制方式。編碼必須選用糾錯碼，在接收端譯碼器不僅能檢錯，還能自動糾錯。1.前向糾錯FEC方式FEC適用場合：FEC方式是一種不需2.檢錯重發(fā)法ARQ原理：接收端譯碼發(fā)現(xiàn)有誤碼，由反向信道請求發(fā)送方重新發(fā)送。

特點：(1)只需要檢錯，不需要糾錯，編譯碼器簡單(2)反饋通道，雙向信道(3)通信延時長適用場合：①對信道的誤碼機理、統(tǒng)計特性不甚了解或信道特性變化范圍寬。②不要求系統(tǒng)具有較強的實時性。③點對點通信，非廣播式通信系統(tǒng)。2.檢錯重發(fā)法ARQ原理：接收端譯碼發(fā)現(xiàn)有誤碼，由反向信3.混合自動請求重傳HARQ

在接收端，F(xiàn)EC子系統(tǒng)用來糾正信道中經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤（如隨機差錯），這樣可以減少重傳的次數(shù)，提高系統(tǒng)的傳輸效率。ARQ部分是用來糾正那些不經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤，或差錯圖樣超過了FEC子系統(tǒng)的糾錯能力，此時，ARQ技術(shù)可以顯著系統(tǒng)的通信可靠性。顯然，這種方法更靈活更可靠，可達到最佳的容錯效果，當然實現(xiàn)起來也更復(fù)雜。HARQ是將FEC和ARQ兩種差錯控制方式相結(jié)合，即在ARQ系統(tǒng)中包含一個FEC子系統(tǒng)。3.混合自動請求重傳HARQ在接收端，F(xiàn)EC子系統(tǒng)用來糾8.4.3信道編碼技術(shù)

選擇編碼方法，取決于三方面因素：①對誤碼率改善程度（糾錯能力）的要求。②對編碼冗余度（編碼效率）的要求。③對編譯碼器復(fù)雜程度（設(shè)備成本）的要求。

信道編碼的理論基礎(chǔ)是:

仙農(nóng)有噪信道編碼定理

8.4.3信道編碼技術(shù)選擇編碼方法，取決于三方面因素1.分組碼

BCH碼格雷（Golay）碼RS碼分組碼是先將二進制信息碼序列進行分段，每一段由k個信息碼元后面加上N-k個監(jiān)督碼元，構(gòu)成長度為N的碼組1.分組碼BCH碼分組碼是先將二進制信息碼序列進行分段，每2.卷積碼

非分組碼，它與分組碼的區(qū)別在于：在分組碼中，任何一段規(guī)定的時間內(nèi)編碼器產(chǎn)生的N位碼元的碼組，僅取決于這段時間中的k位信息碼元，碼組中的監(jiān)督位只監(jiān)督本碼組的k個信息位；而卷積碼不同，編碼器在任何一段時間內(nèi)產(chǎn)生的N個碼元，不僅取決于這段時間中的k個信息位，還取決于前(N一1)段規(guī)定時間內(nèi)的信息位，此時，監(jiān)督碼元監(jiān)督著這N段時間內(nèi)的信息位。卷積碼既可以檢錯也可以糾錯，通常它更適合用于前向糾錯。實踐證明，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼，而且編碼器設(shè)備只需用簡單的移位寄存器和模2加法器等部件組成即可。2.卷積碼非分組碼，3.Turbo碼Turbo碼是一種特殊的級聯(lián)碼，它是由兩個并聯(lián)或串聯(lián)的分量碼編碼器之間增加一個交織器，使其具有很長的碼組長度，能夠在較低的信噪比條件下得到接近理想的性能。編碼器:采用遞歸系統(tǒng)卷積碼（RSC）作為分量碼。信息序列bi首先經(jīng)過RSC編碼器1得到c1i，同時，信息序列經(jīng)過交織器交織后，由RSC編碼器2進行編碼得到c2i，然后信息序列bi與c1i及c2i一起經(jīng)過截短和復(fù)用（并/串轉(zhuǎn)換），合成Turbo碼信道碼組。3.Turbo碼Turbo碼是一種特殊的級聯(lián)碼，它是由兩個3.Turbo碼譯碼器:采用迭代譯碼的軟輸入軟輸出（SISO）算法，分量譯碼器用來對選定的Turbo碼中的RSC子碼進行譯碼，其中分量譯碼器1將分量譯碼器2獲得的信息比特的外信息作為信息比特xk的先驗信息對RSC1進行譯碼，獲得有關(guān)信息比特改進的外信息，經(jīng)過交織后得到外信息作為分量譯碼器2對RSC2譯碼的先驗信息，譯碼器2用與譯碼器1相同的方法再次產(chǎn)生信息比特改進的外信息，經(jīng)過解交織后的外信息作為下一次迭代中的譯碼器1的先驗值。經(jīng)過多次迭代后，對譯碼器2輸出解交織后進行硬判決，得到信息比特的估計值。3.Turbo碼譯碼器:采用迭代譯碼的軟輸入軟輸出（SI4.LDPC碼LDPC碼最早是由Gallager于1962年發(fā)現(xiàn)的，1996年重新被人認識該碼是一種線性分組碼，與Turbo碼同屬于復(fù)合碼類，但是LDPC碼比Turbo碼譯碼簡單，更容易實現(xiàn)。LDPC碼分為規(guī)則LDPC碼和非規(guī)則LDPC碼兩類。規(guī)則LDPC碼中的監(jiān)督矩陣H每列具有相同數(shù)量的“1”，否則就成為非規(guī)則LDPC碼。LDPC碼的一個重要特點是碼長越長，性能越好。LDPC碼和普通的奇偶校驗碼一樣，可以由m行n列的奇偶監(jiān)督矩陣H確定。n是碼長，m是校正子的數(shù)量。其H矩陣和普通的奇偶監(jiān)督矩陣有所不同：（1）H陣每行有k個“1”；（2）H陣每列有j個“1”；（3）H陣任意兩行（或兩列）間相同位置上為“1”的個數(shù)不超過1，即H矩陣中沒有四角由“1”構(gòu)成的矩形。（4）與碼長n和H矩陣的行數(shù)m相比，j<<m，k<<n。與H矩陣對應(yīng)的LDPC碼一般表示形式為（n,j,k）。與普通分組碼類似，在編碼時，設(shè)計出H矩陣后，由H矩陣可以導(dǎo)出生成矩陣G。這樣，對于給定的信息位，可以計算出監(jiān)督位，得到整個碼組。譯碼的基本算法稱為置信傳播（BP）算法，即通過多次迭代運算求最大后驗概率，逐步逼近最優(yōu)的譯碼結(jié)果。4.LDPC碼LDPC碼最早是由Gallager于19628.4.4交織技術(shù)將突發(fā)差錯類型轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機差錯類型的有效方法發(fā)送端按行寫入，按列讀出發(fā)送：接收端依次將接收的消息碼元按列寫入交織矩陣，再解交織則突發(fā)錯誤會被分散到每一行的碼組中，而且每個碼組最多只有一位誤碼，所以可以被譯碼器糾正。m越大，所能糾正的突發(fā)長度b也越長，故稱m為交織深度。1.交織的基本原理8.4.4交織技術(shù)將突發(fā)差錯類型轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機差錯類型的有效8.4.4交織技術(shù)交織的好處：交織本身沒有改變碼率就實現(xiàn)了抗突發(fā)差錯，也就是沒有增加冗余。2.交織的類型①規(guī)則交織②非規(guī)則交織③隨機交織交織的代價：交織延時m值越大，傳輸及處理時延也越長，所以在實際使用中對于交織深度m的取值需要在抗突發(fā)長度和交織延時之間進行折衷考慮。8.4.4交織技術(shù)交織的好處：2.交織的類型①規(guī)則交8.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)8.5.1概述什么是調(diào)制調(diào)制是按調(diào)制信號（或稱為基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程。

2.調(diào)制的目的

①提高頻率便于天線輻射。②實現(xiàn)頻分多路復(fù)用。必須通過調(diào)制實現(xiàn)頻譜搬移，才能實現(xiàn)信道頻分復(fù)用（FDMA）。③改善系統(tǒng)性能。另外通過調(diào)制可以實現(xiàn)擴頻通信，在頻帶寬余的系統(tǒng)中可提高抗干擾性能。8.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)8.5.1概述3.調(diào)制的分類

①按照調(diào)制信號的類型可分為模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制。②按所使用載波的性質(zhì)可分為連續(xù)波調(diào)制、脈沖調(diào)制，連續(xù)波調(diào)制是指被調(diào)制的載波是標準的正弦信號；脈沖調(diào)制則是指所使用的載波是脈沖波形，如方波、三角波等。脈沖波調(diào)制一般很少用于無線通信系統(tǒng)。③按所調(diào)制載波參量的不同，可分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。④按照已調(diào)信號的時域波形或頻譜特性的不同，可分為線性調(diào)制技術(shù)和恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。3.調(diào)制的分類①按照調(diào)制信號的類型可分為模擬調(diào)制8.5.2數(shù)字調(diào)制的基本原理

三種基本類型：振幅上調(diào)制——用基帶數(shù)字信號調(diào)制載波振幅，稱為幅移鍵控（ASK）或通斷鍵控（OOK）；頻率上調(diào)制——用基帶數(shù)字信號調(diào)制載波頻率，稱為頻移鍵控（FSK）；相位上調(diào)制——用基帶數(shù)字信號調(diào)制載波相位，稱為相移鍵控（PSK）。8.5.2數(shù)字調(diào)制的基本原理三種基本類型：1.二進制通斷鍵控(OOK)

（1）表達式

eo(t)=s(t)cos(ct)（2）調(diào)制電路模型（3）時域波形1.二進制通斷鍵控(OOK)（1）表達式1.二進制通斷鍵控OOK

（4）頻譜功率譜表達式（8-3）功率譜圖1.二進制通斷鍵控OOK（4）頻譜功率譜表達式（8-3）2.二進制頻移鍵控（BFSK）（1）表達式

eo(t)=cos(1t)“1”eo(t)=cos(2t)“0”（2）調(diào)制電路模型（3）時域波形2.二進制頻移鍵控（BFSK）（1）表達式（2.二進制頻移鍵控（BFSK）（4）頻譜功率譜圖BFSK的頻域分析可以簡單地等效為兩個載波頻率不同的OOK已調(diào)信號的疊加，BFSK已調(diào)信號的第一過零點帶寬為|f2f1|+2rb2.二進制頻移鍵控（BFSK）（4）頻譜功率譜圖BFSK3.二進制相移鍵控（BPSK）（1）表達式

eo(t)=cos(1t)“1”eo(t)=cos(2t)“0”（2）調(diào)制電路模型（3）時域波形3.二進制相移鍵控（BPSK）（1）表達式（3.二進制相移鍵控（BPSK）（4）頻譜功率譜圖BPSK已調(diào)信號的功率譜仍可用式（8-3）表示，只是BPSK系統(tǒng)中的基帶數(shù)字信號S(t)是雙極性非歸零碼，而OOK的基帶數(shù)字信號S(t)是單極性非歸零碼，所以式（8-3）中的基帶數(shù)字信號的功率譜PS（

f

）與OOK不同.3.二進制相移鍵控（BPSK）（4）頻譜功率譜圖8.5.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對調(diào)制方式的要求是：①已調(diào)信號頻譜能量相對集中，包絡(luò)恒定。已調(diào)信號的頻譜能量主要集中于主瓣，頻譜旁瓣小，經(jīng)過限帶處理（如帶通濾波器濾波）后波形失真。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，為了使射頻功率放大器具有較高的工作效率，往往功率放大電路工作于非線性狀態(tài)，另外也可能存在的衰落等非線性特性，如果所使用的調(diào)制方式具有恒定包絡(luò)特性，則可以有效抑制限帶處理及非線性特性對信號的影響。②具有較好的抗噪能力，功率利用率高。在接收端解調(diào)后要求能在各種干擾下正確判決出原基帶信號，評價傳輸質(zhì)量的指標是誤碼率，所以在Eb/n0（信號每比特能量與單邊噪聲功率譜密度比）相同的條件下，要盡量使用抗干擾能力強的調(diào)制技術(shù)，以節(jié)省衛(wèi)星功率；③具有較高的頻帶利用率。盡量選擇能占用帶寬小調(diào)制技術(shù)，提高無線電頻譜的使用效率，以節(jié)省衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶，擴大衛(wèi)星信道容量。最常用：QPSK、8PSK8.5.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對調(diào)制1.四相相移鍵控QPSK四進制，兩兩分組，正交載波BPSK調(diào)制，再合成。1.四相相移鍵控QPSK四進制，兩兩分組，正交載波BPSQPSK相位路徑優(yōu)點：提高了頻帶利用率缺點：存在相位突變QPSK相位路徑優(yōu)點：提高了頻帶利用率2.偏移四相相移鍵控OQPSK

對QPSK進行改進：改進其包絡(luò)特性圖中關(guān)鍵：延時器TS，使已調(diào)信號的相位突變只有/2

2.偏移四相相移鍵控OQPSK對QPSK進行改進：

OQPSK的優(yōu)點?

OQPSK的優(yōu)點沒有相位突變，只有/2相位突變；包絡(luò)特性好；頻譜集中，頻帶利用率高等。OQPSK的解調(diào)電路需采用相干解調(diào)，即從接收信號中提取基準載波，與接收信號進行相位比較實現(xiàn)解調(diào)。OQPSK的優(yōu)點?OQPSK的優(yōu)點3./4QPSK

圖中關(guān)鍵：信號映射器，顯然相位變化值為為/4或3/4

3./4QPSK圖中關(guān)鍵：信號映射器，顯然相位變化值/4QPSK時域分析

已調(diào)信號：圖中LPF實際上是時域整形濾波器，其特性：圖中，上下支路：/4QPSK時域分析已調(diào)信號：圖中LPF實際上是時域整形/4QPSK的特點最大相位跳變值為3/4，其已調(diào)信號的包絡(luò)特性比QPSK要好一些，但是比OQPSK的最大/2相位跳變值的包絡(luò)性能要差。由于/4QPSK是一種差分相位調(diào)制技術(shù)，所以接收端解調(diào)器可以使用差分檢測，不必使用相干本振，簡化了接收機電路的設(shè)計，而且還可以避免“相位模糊”問題，以及抗頻率漂移等優(yōu)點。所以/4QPSK技術(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用比QPSK和OQPSK要廣泛。/4QPSK的特點最大相位跳變值為3/4，其已調(diào)信號的4.8PSK

星座映射調(diào)制電路

星座圖已調(diào)信號時域表達式

4.8PSK星座映射調(diào)制電路星座圖已調(diào)信號時域表達式4.8PSK

解調(diào)電路

解調(diào)電路的工作過程是調(diào)制的逆過程，其中的軟判決就是根據(jù)相位映射表8-5的對應(yīng)關(guān)系，恢復(fù)出3位二進制數(shù)據(jù)。4.8PSK解調(diào)電路解調(diào)電路的工作過程是調(diào)制的逆過程5.幅度相位聯(lián)合調(diào)制APK調(diào)制電路

星座圖已調(diào)信號時域表達式y(tǒng)(t)=Amcos(ct)+Bmsin(ct)0≤t<T

（8-15）

5.幅度相位聯(lián)合調(diào)制APK調(diào)制電路星座圖已調(diào)信號時域表8.6衛(wèi)星電視傳輸技術(shù)8.6.1概述電視信號傳輸業(yè)務(wù)是衛(wèi)星通信的重要應(yīng)用領(lǐng)域。衛(wèi)星電視傳輸經(jīng)歷了從模擬方式到數(shù)字方式的變革。數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展是建立在各種數(shù)字電視技術(shù)的基礎(chǔ)上。關(guān)鍵技術(shù)主要包括：電視信號的數(shù)字壓縮編碼，差錯控制編碼，數(shù)字調(diào)制等方面。8.6衛(wèi)星電視傳輸技術(shù)8.6.1概述8.6.2數(shù)字電視編碼標準1．視頻圖像壓縮的概念（1）空間冗余度的壓縮（2）時間冗余度的壓縮（3）統(tǒng)計冗余度壓縮（4）視覺冗余壓縮2．視頻圖像壓縮的相關(guān)標準（1）H.261（2）H.263（3）H.264（4）MPEG-1（5）MPEG-2（6）MPEG-4（7）MPEG-7與MPEG-218.6.2數(shù)字電視編碼標準1．視頻圖像壓縮的概念2．視頻8.6.3數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸標準1．Digicipher標準

改進版Digicipher-II

(1)支持多頻道數(shù)字電視傳輸。

(2)可以進行數(shù)字音頻、數(shù)據(jù)和圖文傳送。

(3)圖像壓縮編碼方式與MPEG-2標準兼容，伴音信號壓縮采用AC-3技術(shù)。(4)可直接傳輸PAL制電視信號，無需制式轉(zhuǎn)換。Digicipher-I美國GI公司在20世紀90年代提出(1)圖像壓縮編碼方式類似MPEG-1標準，但不兼容MPEG-1。(2)采用Digicipher-I標準編碼的圖像分辨率低。(3)標準只能傳輸NTSC制式的電視信號，如果傳輸SECAM和PAL則需經(jīng)過電視制式轉(zhuǎn)換。8.6.3數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸標準1．Digicipher標8.6.3數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸標準2．DVB-S標準歐洲的數(shù)字視頻廣播（DVB）主要分三部分：DVB-S、DVB-C和DVB-T，分別用于衛(wèi)星廣播、有線電纜電視和地面（無線）廣播。其中的DVB-S已經(jīng)被包括中國在內(nèi)的許多國家采用，已成為數(shù)字衛(wèi)星廣播的主流技術(shù)。DVB-S的技術(shù)要點：圖像壓縮編碼采用MPEG-2標準；信道編碼采用了卷積碼和Reed-Solomon碼(R-S碼)；信道調(diào)制方式為QPSK；適用于不同帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器；允許節(jié)目的復(fù)用，在傳輸電視節(jié)目的同時，可以傳輸聲音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。DVB-S被中國確定為衛(wèi)星電視傳輸?shù)脑囆袠藴?，同時，DVB-S標準推廣以后，很快取代了模擬調(diào)頻衛(wèi)星電視傳輸技術(shù)。8.6.3數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸標準2．DVB-S標準DVB-8.6.3數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸標準3．DVB-S2標準DVB-S2是DVB-S的改進版DVB-S2的技術(shù)要點：(1)可變的消息碼流，可以傳輸一路或多路MPEG-2或MPEG-4音視頻流，支持高清電視業(yè)務(wù)；(2)在廣播方面，DVB-S2提供DTH業(yè)務(wù)，同時也考慮了地面有線電纜電視的需求；(3)支持交互式業(yè)務(wù)，包括互聯(lián)網(wǎng)接入、數(shù)字衛(wèi)星新聞采集（DSNG）、數(shù)據(jù)分配中繼等；(4)采用性能更好的差錯控制編碼技術(shù)和編碼碼率自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)，差錯控制編碼方案為外碼BCH與內(nèi)碼LDPC級聯(lián)方案，誤碼性能更好，可適應(yīng)的碼率從1/4～9/10共十余種碼率值；(5)采用可變編碼調(diào)制和自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)，系統(tǒng)中使用的數(shù)字調(diào)制方式包括QPSK、8PSK、16QAM、32QAM等。DVB-S2在支持的業(yè)務(wù)種類、信道利用率、交互性能、可擴展性、信息碼速率調(diào)制等諸多方面比DVB-S有了很大改進。8.6.3數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸標準3．DVB-S2標準DVB4.ABS-S標準EndofCH8ABS-S標準是中國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星電視信號傳輸標準，在性能上與DVB-S2相當，部分性能指標更優(yōu)，而復(fù)雜度低于DVB-S2，更適合DTH業(yè)務(wù)的開展。ABS-S的主要技術(shù)要點：(1)差錯控制編碼為LDPC；(2)調(diào)制方式為QPSK、8PSK、16QAM、32QAM等，可根據(jù)消息碼速率進行自適應(yīng)選擇調(diào)整；(3)14種不同的編碼調(diào)制方案，結(jié)合多種滾降系數(shù)選擇，能更好地適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用需球；(4)支持的業(yè)務(wù)類型包括DTH、高清電視、DSNG、雙向交互業(yè)務(wù)（Internet）等。4.ABS-S標準EndofCH8ABS-S標準是中第8章

衛(wèi)星通信系統(tǒng)信號傳輸技術(shù)

8.1

概述8.2信道復(fù)用技術(shù)8.3信道分配8.4差錯控制技術(shù)8.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)8.6衛(wèi)星電視傳輸技術(shù)本章主要內(nèi)容第8章

衛(wèi)星通信系統(tǒng)信號傳輸技術(shù)8.1

概述本章主要8.1

概述

信號傳輸方式1.模擬方式還是數(shù)字方式

數(shù)字方式的優(yōu)點2.調(diào)制技術(shù)3.信道復(fù)用技術(shù)或多址聯(lián)接方式4.信道分配技術(shù)8.1

概述 信號傳輸方式8.2信道復(fù)用技術(shù)8.2.1頻分多址方式（FDMA）1.基本原理

FDMA采用頻域正交分隔，把衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的可用頻帶在頻域上分割成若干互不重疊的部分，分配給各地球站使用。各地球站發(fā)射的載波頻率不同，接收地球站采用頻率選擇性的接收機。8.2信道復(fù)用技術(shù)8.2.1頻分多址方式（FDMA）2.交擾調(diào)制干擾及抑制（1）輸入/輸出特性非線性引起的交擾調(diào)制干擾（2）調(diào)幅一調(diào)相(AM／PM)轉(zhuǎn)換引起的交擾調(diào)制干擾（3）減小交擾調(diào)制干擾的方法

①載波不等間隔排列。當載波等間隔配置時，交擾調(diào)制產(chǎn)物會落在某些載波上形成嚴重干擾。因此可以不等間隔地配置載波，使交擾調(diào)制產(chǎn)物落在有用信號頻帶之外。

②對上行載波功率進行控制，合理選擇行波管的工作點。為了避免出現(xiàn)強信號抑制弱信號的現(xiàn)象，必須嚴格控制地球站發(fā)射功率，將其限制在容許范圍內(nèi)。

③為了使交擾調(diào)制影響降到允許的程度，TWTA的工作點要從飽和點回退一定數(shù)值。④加線性器，利用幅度、相位的失真修正功率放大器的非線性特性。⑤加能量擴散信號。2.交擾調(diào)制干擾及抑制（1）輸入/輸出特性非線性引起的交擾3.衛(wèi)星FDMA的類型(1)

頻分復(fù)用/調(diào)頻/頻分多址(FDM/FM/FDMA)方式(2)

每載波單路/頻分多址(SCPC/FDMA)方式話音激活(載波激活)技術(shù)；SCPC制式比較靈活(3)

時分復(fù)用/相移鍵控/頻分多址(TDM/PSK/FDMA)中速率數(shù)字業(yè)務(wù)（IDR）

IDR制式是為了解決FDM/FM/FDMA制式的模擬接口與數(shù)字程控交換機進行接口不方便而提出的。IDR主要應(yīng)用于國內(nèi)大城市之間或者國家之間的干線通信。每載波多路（MCPC）使用MCPC可以克服SCPC的缺點，因為使用一個載波而不是多個載波，不必考慮轉(zhuǎn)發(fā)器功率回退的問題，也無需預(yù)留保護頻帶，所以在功率利用率和頻帶利用率上都有顯著提高。CCTV的CCTV-3、CCTV-5、CCTV-6等7套電視信號復(fù)用成碼速率為27.5Mbps。3.衛(wèi)星FDMA的類型(1)

頻分復(fù)用/調(diào)頻/頻分4.FDMA的主要特點

優(yōu)點

技術(shù)成熟、設(shè)備簡單、不需網(wǎng)同步、工作可靠、可直接與地面FDM線路接口、工作于大容量線路時效率較高，特別適用于站少而容量大的場合。GACambellP(bornonNovember27,1870USAgraduatingfromM.I.T.in1891,receivingamaster’sdegreefromHarvardin1893.In1897hejoinedAT&TElectricWaveFilterpatent缺點(1)轉(zhuǎn)發(fā)器要同時放大多個載波，容易形成交擾調(diào)制干擾；(2)對功率放大電路要進行補償和工作點回退，降低了工作效率，浪費了轉(zhuǎn)發(fā)器的功率資源；(3)頻帶資源也得不到充分使用；另外各地球站上行功率電平要保持基本相等，否則會出現(xiàn)大信號抑制小信號的現(xiàn)象。4.FDMA的主要特點優(yōu)點缺點8.2.2時分多址方式（TDMA)

TDMA方式的原理：把衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的工作時間分割成周期性互不重疊的若干個時隙（時隙也稱為分幀），分配給各地球站的是一個特定時隙。在系統(tǒng)定時的控制下，各地球站只能在指定時隙內(nèi)向衛(wèi)星發(fā)射信號，各站發(fā)射的信號在時間上互不重疊。8.2.2時分多址方式（TDMA)TDMA方式的原理：把TDMA幀結(jié)構(gòu)舉例

TDMA的幀結(jié)構(gòu)是一個按一定次序排列的時隙集合。所有地球站分幀合在一起就構(gòu)成一個時幀。

在分幀之間要留有保護時間，以保證各子幀互不重疊。基準分幀R是TDMA時幀基準，TDMA時幀要與基準分幀的重復(fù)周期相一致。TDMA幀結(jié)構(gòu)舉例TDMA的幀結(jié)構(gòu)是一個按TDMA的主要特點①采用全數(shù)字方式。TDMA主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)，基帶信號低速連續(xù)輸入并存貯在緩沖器里，而在分配時隙到來時以高速突發(fā)脈沖串調(diào)制載波發(fā)向衛(wèi)星。②所有地球站發(fā)射載波可以相同，即各地球站均可占用轉(zhuǎn)發(fā)器的整個帶寬。這樣轉(zhuǎn)發(fā)器始終處于單載波工作狀態(tài)，這樣就克服了FDMA系統(tǒng)中多載波工作帶來的問題。③信道資源的分配和管理容易實現(xiàn)。在TDMA系統(tǒng)中，各地球站所占用的信道資源即各自的時隙，可通過調(diào)整各站所占用時隙的長度實現(xiàn)信道資源的分配。④TDMA系統(tǒng)要有精確的同步。由于TDMA方式發(fā)射信號是突發(fā)的，所以接收端必須在接收每一個突發(fā)時隙時完成同步，同步包括載波同步和位同步，發(fā)送端必須在每個時隙幀中加上額外的同步開銷。⑤各站的突發(fā)信號之間要留有保護時間間隔，以保證各突發(fā)時隙到達轉(zhuǎn)發(fā)器的時間不發(fā)生重疊，避免造成鄰道干擾。TDMA的主要特點①采用全數(shù)字方式。TDMA主要用于數(shù)字通8.2.3擴頻多址方式（SSMA）各站發(fā)射的信號頻率、時間、空間上都可以重疊，站址區(qū)分——地址碼型結(jié)構(gòu)，準正交特性的PN碼作地址碼。SSMA方式的優(yōu)點是：由于通常采用擴頻方式，具有較強的抗窄帶噪聲干擾能力和抗多徑能力；每一個站發(fā)射的頻譜密度很低，有一定的保密能力；改變地址比較靈活。類型：FH-SS、TH-SS、DS-SS（CDMA）8.2.3擴頻多址方式（SSMA）各站發(fā)射的信號頻率、時8.2.4空分多址方式（SDMA）

高級通信技術(shù)衛(wèi)星ACTS

8.2.4空分多址方式（SDMA）高級通信技術(shù)衛(wèi)星SDMA方式的特點優(yōu)點：衛(wèi)星配備的天線增益高，天線波束窄（點波束），衛(wèi)星的EIRP大，提高了功率利用率；不同區(qū)域地球站發(fā)射信號在空間互不重疊，故可以重復(fù)使用頻率資源，提高頻帶利用率；轉(zhuǎn)換開關(guān)使衛(wèi)星具有交換能力，各地球站之間可方便地實現(xiàn)多址通信；衛(wèi)星對其它地面通信系統(tǒng)的干擾有所減少，對地球站的技術(shù)要求也相應(yīng)降低。缺點：

SDMA方式對衛(wèi)星的位置穩(wěn)定性及姿態(tài)控制提出很高的要求；衛(wèi)星天線及饋線裝置也比較龐大和復(fù)雜；轉(zhuǎn)換開關(guān)不僅使設(shè)備復(fù)雜，而且一旦出現(xiàn)故障難以修復(fù)，增加了通信失效的風(fēng)險。SDMA方式的特點優(yōu)點：8.2.5.隨機多址(ALOHA)方式

純ALOHA（P-ALOHA）時隙ALOHA(S-ALOHA)具有捕獲效應(yīng)的ALOHA(C-ALOHA)選擇拒絕ALOHA(SREJ-ALOHA)預(yù)約ALOHA(R-ALOHA)自適應(yīng)TDMA(AA-TDMA)

8.2.5.隨機多址(ALOHA)方式純ALOHA（P-8.3信道分配

8.3.1

信道分配的含義FDMA：是指各地球站所占用的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶；TDMA：是指各地球站所占用的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的特定時隙；CDMA：是指各地球站所使用的偽隨機碼（地址碼）的碼型；SDMA：是指衛(wèi)星天線的窄波束。

信道分配的兩種方式

預(yù)先固定分配方式按需分配方式

8.3信道分配8.3.1

信道分配的含義

信8.3.2預(yù)分配（PA）方式

按事先規(guī)定，永久或半永久地分配給每個地球站固定的信道資源，即使某個地球站在某段時間的業(yè)務(wù)量為零，其它地球站也不能占用其空閑的信道資源。這種方式會造成衛(wèi)星信道資源的浪費。2.按時預(yù)分配方式

地區(qū)時差由于地區(qū)時差或地球站的業(yè)務(wù)性質(zhì)不同，使各地球站業(yè)務(wù)量在一天時間內(nèi)呈有規(guī)律的變化，如果各個地球站業(yè)務(wù)量的高峰恰好彼此錯開，則可以將一天分割為幾個固定的時隙，分配給各個地球站使用。這種方式與固定預(yù)分配方式相比，可提高衛(wèi)星信道資源利用率。

1.固定預(yù)分配方式優(yōu)點與應(yīng)用在長時間傳輸要求有序不變的情況下，固定分配方式是有效的；每個用戶業(yè)務(wù)量大小和時間固定，其QoS能夠得到最大保障；接續(xù)控制簡便。

適用于信道數(shù)目多、業(yè)務(wù)量大的干線通信；缺點

不能隨業(yè)務(wù)量的變化對信道進行調(diào)整以保持動態(tài)平衡，故信道利用率相對較低。

預(yù)分配方式的特點

8.3.2預(yù)分配（PA）方式按事先規(guī)定，永久或半永久地8.3.4按需分配（按申請分配）方式按各站業(yè)務(wù)量的大小動態(tài)分配信道資源；在按需分配方式中，各地面站根據(jù)實際需要向系統(tǒng)請求動態(tài)地分配上行鏈路信道。優(yōu)點：是信道利用率高，特別是在地球站數(shù)目較多，而各站業(yè)務(wù)量又較?。ㄏ÷酚桑┑那闆r下更是如此。原則上，這種方式可以滿足各地球站的時變帶寬要求，并且不會浪費信道資源。缺點在實現(xiàn)的技術(shù)難度上比預(yù)分配方式大得多。

8.3.4按需分配（按申請分配）方式按各站業(yè)務(wù)量的大小動態(tài)8.4差錯控制技術(shù)8.4.1差錯類型隨機差錯

隨機差錯隨機差錯的錯碼隨機出現(xiàn)，且錯碼之間統(tǒng)計獨立。隨機差錯通常是由信道加性高斯起伏噪聲產(chǎn)生的。

突發(fā)差錯突發(fā)差錯的錯碼是成串集中出現(xiàn)的，在某個較短的時間段內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)大量錯碼，而在另外某些時間段內(nèi)又沒有錯碼。突發(fā)性差錯主要是由脈沖干擾（如閃電、開關(guān)暫態(tài)響應(yīng)）及信道衰落引起的。混合差錯混合差錯是指隨機差錯、突發(fā)差錯合在一起的差錯類型。衛(wèi)星信道基本上是高斯信道，差錯是隨機出現(xiàn)的，但也會出現(xiàn)少量突發(fā)性差錯。因此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用差錯控制技術(shù)首要考慮的是如何對付隨機性差錯，其次再考慮采取措施處理突發(fā)差錯。8.4差錯控制技術(shù)8.4.1差錯類型隨機差錯隨機差8.4.2差錯控制方法犧牲了傳輸效率冗余位編碼糾錯技術(shù)是用犧牲傳輸效率（傳輸信息的有效性）來換取提高可靠性。為什么要進行差錯控制？提高抗噪能力，抗干擾能力。比提高發(fā)射功率節(jié)約成本8.4.2差錯控制方法犧牲了傳輸效率為什么要進行差錯控制1.前向糾錯FEC方式FEC適用場合：①對信道的差錯類型、誤碼機理、統(tǒng)計特性有透徹了解，并能選出適當?shù)木幋a方法。②系統(tǒng)傳輸功率可能受限，但帶寬寬余。③系統(tǒng)的實時性強，或系統(tǒng)沒有反饋通道，是單向通信系統(tǒng)或廣播式通信系統(tǒng)。FEC方式是一種不需反饋通道的差錯控制方式。編碼必須選用糾錯碼，在接收端譯碼器不僅能檢錯，還能自動糾錯。1.前向糾錯FEC方式FEC適用場合：FEC方式是一種不需2.檢錯重發(fā)法ARQ原理：接收端譯碼發(fā)現(xiàn)有誤碼，由反向信道請求發(fā)送方重新發(fā)送。

特點：(1)只需要檢錯，不需要糾錯，編譯碼器簡單(2)反饋通道，雙向信道(3)通信延時長適用場合：①對信道的誤碼機理、統(tǒng)計特性不甚了解或信道特性變化范圍寬。②不要求系統(tǒng)具有較強的實時性。③點對點通信，非廣播式通信系統(tǒng)。2.檢錯重發(fā)法ARQ原理：接收端譯碼發(fā)現(xiàn)有誤碼，由反向信3.混合自動請求重傳HARQ

在接收端，F(xiàn)EC子系統(tǒng)用來糾正信道中經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤（如隨機差錯），這樣可以減少重傳的次數(shù)，提高系統(tǒng)的傳輸效率。ARQ部分是用來糾正那些不經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤，或差錯圖樣超過了FEC子系統(tǒng)的糾錯能力，此時，ARQ技術(shù)可以顯著系統(tǒng)的通信可靠性。顯然，這種方法更靈活更可靠，可達到最佳的容錯效果，當然實現(xiàn)起來也更復(fù)雜。HARQ是將FEC和ARQ兩種差錯控制方式相結(jié)合，即在ARQ系統(tǒng)中包含一個FEC子系統(tǒng)。3.混合自動請求重傳HARQ在接收端，F(xiàn)EC子系統(tǒng)用來糾8.4.3信道編碼技術(shù)

選擇編碼方法，取決于三方面因素：①對誤碼率改善程度（糾錯能力）的要求。②對編碼冗余度（編碼效率）的要求。③對編譯碼器復(fù)雜程度（設(shè)備成本）的要求。

信道編碼的理論基礎(chǔ)是:

仙農(nóng)有噪信道編碼定理

8.4.3信道編碼技術(shù)選擇編碼方法，取決于三方面因素1.分組碼

BCH碼格雷（Golay）碼RS碼分組碼是先將二進制信息碼序列進行分段，每一段由k個信息碼元后面加上N-k個監(jiān)督碼元，構(gòu)成長度為N的碼組1.分組碼BCH碼分組碼是先將二進制信息碼序列進行分段，每2.卷積碼

非分組碼，它與分組碼的區(qū)別在于：在分組碼中，任何一段規(guī)定的時間內(nèi)編碼器產(chǎn)生的N位碼元的碼組，僅取決于這段時間中的k位信息碼元，碼組中的監(jiān)督位只監(jiān)督本碼組的k個信息位；而卷積碼不同，編碼器在任何一段時間內(nèi)產(chǎn)生的N個碼元，不僅取決于這段時間中的k個信息位，還取決于前(N一1)段規(guī)定時間內(nèi)的信息位，此時，監(jiān)督碼元監(jiān)督著這N段時間內(nèi)的信息位。卷積碼既可以檢錯也可以糾錯，通常它更適合用于前向糾錯。實踐證明，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼，而且編碼器設(shè)備只需用簡單的移位寄存器和模2加法器等部件組成即可。2.卷積碼非分組碼，3.Turbo碼Turbo碼是一種特殊的級聯(lián)碼，它是由兩個并聯(lián)或串聯(lián)的分量碼編碼器之間增加一個交織器，使其具有很長的碼組長度，能夠在較低的信噪比條件下得到接近理想的性能。編碼器:采用遞歸系統(tǒng)卷積碼（RSC）作為分量碼。信息序列bi首先經(jīng)過RSC編碼器1得到c1i，同時，信息序列經(jīng)過交織器交織后，由RSC編碼器2進行編碼得到c2i，然后信息序列bi與c1i及c2i一起經(jīng)過截短和復(fù)用（并/串轉(zhuǎn)換），合成Turbo碼信道碼組。3.Turbo碼Turbo碼是一種特殊的級聯(lián)碼，它是由兩個3.Turbo碼譯碼器:采用迭代譯碼的軟輸入軟輸出（SISO）算法，分量譯碼器用來對選定的Turbo碼中的RSC子碼進行譯碼，其中分量譯碼器1將分量譯碼器2獲得的信息比特的外信息作為信息比特xk的先驗信息對RSC1進行譯碼，獲得有關(guān)信息比特改進的外信息，經(jīng)過交織后得到外信息作為分量譯碼器2對RSC2譯碼的先驗信息，譯碼器2用與譯碼器1相同的方法再次產(chǎn)生信息比特改進的外信息，經(jīng)過解交織后的外信息作為下一次迭代中的譯碼器1的先驗值。經(jīng)過多次迭代后，對譯碼器2輸出解交織后進行硬判決，得到信息比特的估計值。3.Turbo碼譯碼器:采用迭代譯碼的軟輸入軟輸出（SI4.LDPC碼LDPC碼最早是由Gallager于1962年發(fā)現(xiàn)的，1996年重新被人認識該碼是一種線性分組碼，與Turbo碼同屬于復(fù)合碼類，但是LDPC碼比Turbo碼譯碼簡單，更容易實現(xiàn)。LDPC碼分為規(guī)則LDPC碼和非規(guī)則LDPC碼兩類。規(guī)則LDPC碼中的監(jiān)督矩陣H每列具有相同數(shù)量的“1”，否則就成為非規(guī)則LDPC碼。LDPC碼的一個重要特點是碼長越長，性能越好。LDPC碼和普通的奇偶校驗碼一樣，可以由m行n列的奇偶監(jiān)督矩陣H確定。n是碼長，m是校正子的數(shù)量。其H矩陣和普通的奇偶監(jiān)督矩陣有所不同：（1）H陣每行有k個“1”；（2）H陣每列有j個“1”；（3）H陣任意兩行（或兩列）間相同位置上為“1”的個數(shù)不超過1，即H矩陣中沒有四角由“1”構(gòu)成的矩形。（4）與碼長n和H矩陣的行數(shù)m相比，j<<m，k<<n。與H矩陣對應(yīng)的LDPC碼一般表示形式為（n,j,k）。與普通分組碼類似，在編碼時，設(shè)計出H矩陣后，由H矩陣可以導(dǎo)出生成矩陣G。這樣，對于給定的信息位，可以計算出監(jiān)督位，得到整個碼組。譯碼的基本算法稱為置信傳播（BP）算法，即通過多次迭代運算求最大后驗概率，逐步逼近最優(yōu)的譯碼結(jié)果。4.LDPC碼LDPC碼最早是由Gallager于19628.4.4交織技術(shù)將突發(fā)差錯類型轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機差錯類型的有效方法發(fā)送端按行寫入，按列讀出發(fā)送：接收端依次將接收的消息碼元按列寫入交織矩陣，再解交織則突發(fā)錯誤會被分散到每一行的碼組中，而且每個碼組最多只有一位誤碼，所以可以被譯碼器糾正。m越大，所能糾正的突發(fā)長度b也越長，故稱m為交織深度。1.交織的基本原理8.4.4交織技術(shù)將突發(fā)差錯類型轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機差錯類型的有效8.4.4交織技術(shù)交織的好處：交織本身沒有改變碼率就實現(xiàn)了抗突發(fā)差錯，也就是沒有增加冗余。2.交織的類型①規(guī)則交織②非規(guī)則交織③隨機交織交織的代價：交織延時m值越大，傳輸及處理時延也越長，所以在實際使用中對于交織深度m的取值需要在抗突發(fā)長度和交織延時之間進行折衷考慮。8.4.4交織技術(shù)交織的好處：2.交織的類型①規(guī)則交8.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)8.5.1概述什么是調(diào)制調(diào)制是按調(diào)制信號（或稱為基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程。

2.調(diào)制的目的

①提高頻率便于天線輻射。②實現(xiàn)頻分多路復(fù)用。必須通過調(diào)制實現(xiàn)頻譜搬移，才能實現(xiàn)信道頻分復(fù)用（FDMA）。③改善系統(tǒng)性能。另外通過調(diào)制可以實現(xiàn)擴頻通信，在頻帶寬余的系統(tǒng)中可提高抗干擾性能。8.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)8.5.1概述3.調(diào)制的分類

①按照調(diào)制信號的類型可分為模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制。②按所使用載波的性質(zhì)可分為連續(xù)波調(diào)制、脈沖調(diào)制，連續(xù)波調(diào)制是指被調(diào)制的載波是標準的正弦信號；脈沖調(diào)制則是指所使用的載波是脈沖波形，如方波、三角波等。脈沖波調(diào)制一般很少用于無線通信系統(tǒng)。③按所調(diào)制載波參量的不同，可分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。④按照已調(diào)信號的時域波形或頻譜特性的不同，可分為線性調(diào)制技術(shù)和恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。3.調(diào)制的分類①按照調(diào)制信號的類型可分為模擬調(diào)制8.5.2數(shù)字調(diào)制的基本原理

三種基本類型：振幅上調(diào)制——用基帶數(shù)字信號調(diào)制載波振幅，稱為幅移鍵控（ASK）或通斷鍵控（OOK）；頻率上調(diào)制——用基帶數(shù)字信號調(diào)制載波頻率，稱為頻移鍵控（FSK）；相位上調(diào)制——用基帶數(shù)字信號調(diào)制載波相位，稱為相移鍵控（PSK）。8.5.2數(shù)字調(diào)制的基本原理三種基本類型：1.二進制通斷鍵控(OOK)

（1）表達式

eo(t)=s(t)cos(ct)（2）調(diào)制電路模型（3）時域波形1.二進制通斷鍵控(OOK)（1）表達式1.二進制通斷鍵控OOK

（4）頻譜功率譜表達式（8-3）功率譜圖1.二進制通斷鍵控OOK（4）頻譜功率譜表達式（8-3）2.二進制頻移鍵控（BFSK）（1）表達式

eo(t)=cos(1t)“1”eo(t)=cos(2t)“0”（2）調(diào)制電路模型（3）時域波形2.二進制頻移鍵控（BFSK）（1）表達式（2.二進制頻移鍵控（BFSK）（4）頻譜功率譜圖BFSK的頻域分析可以簡單地等效為兩個載波頻率不同的OOK已調(diào)信號的疊加，BFSK已調(diào)信號的第一過零點帶寬為|f2f1|+2rb2.二進制頻移鍵控（BFSK）（4）頻譜功率譜圖BFSK3.二進制相移鍵控（BPSK）（1）表達式

eo(t)=cos(1t)“1”eo(t)=cos(2t)“0”（2）調(diào)制電路模型（3）時域波形3.二進制相移鍵控（BPSK）（1）表達式（3.二進制相移鍵控（BPSK）（4）頻譜功率譜圖BPSK已調(diào)信號的功率譜仍可用式（8-3）表示，只是BPSK系統(tǒng)中的基帶數(shù)字信號S(t)是雙極性非歸零碼，而OOK的基帶數(shù)字信號S(t)是單極性非歸零碼，所以式（8-3）中的基帶數(shù)字信號的功率譜PS（

f

）與OOK不同.3.二進制相移鍵控（BPSK）（4）頻譜功率譜圖8.5.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對調(diào)制方式的要求是：①已調(diào)信號頻譜能量相對集中，包絡(luò)恒定。已調(diào)信號的頻譜能量主要集中于主瓣，頻譜旁瓣小，經(jīng)過限帶處理（如帶通濾波器濾波）后波形失真。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，為了使射頻功率放大器具有較高的工作效率，往往功率放大電路工作于非線性狀態(tài)，另外也可能存在的衰落等非線性特性，如果所使用的調(diào)制方式具有恒定包絡(luò)特性，則可以有效抑制限帶處理及非線性特性對信號的影響。②具有較好的抗噪能力，功率利用率高。在接收端解調(diào)后要求能在各種干擾下正確判決出原基帶信號，評價傳輸質(zhì)量的指標是誤碼率，所以在Eb/n0（信號每比特能量與單邊噪聲功率譜密度比）相同的條件下，要盡量使用抗干擾能力強的調(diào)制技術(shù)，以節(jié)省衛(wèi)星功率；③具有較高的頻帶利用率。盡量選擇能占用帶寬小調(diào)制技術(shù)，提高無線電頻譜的使用效率，以節(jié)省衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶，擴大衛(wèi)星信道容量。最常用：QPSK、8PSK8.5.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)對調(diào)制1.四相相移鍵控QPSK四進制，兩兩分組，正交載波BPSK調(diào)制，再合成。1.四相相移鍵控QPSK四進制，兩兩分組，正交載波BPSQPSK相位路徑優(yōu)點：提高了頻帶利用率缺點：存在相位突變QPSK相位路徑優(yōu)點：提高了頻帶利用率2.偏移四相相移鍵控OQPSK

對QPSK進行改進：改進其包絡(luò)特性圖中關(guān)鍵：延時器TS，使已調(diào)信號的相位突變只有/2

2.偏移四相相移鍵控OQPSK對QPSK進行改進：

OQPSK的優(yōu)點?

OQPSK的優(yōu)點沒有相位突變，只有/2相位突變；包絡(luò)特性好；頻譜集中，頻帶利用率高等。OQPSK的解調(diào)電路需采用相干解調(diào)，即從接收信號中提取基準載波，與接收信號進行相位比較實現(xiàn)解調(diào)。OQPSK的優(yōu)點?OQPSK的優(yōu)點3./4QPSK

圖中關(guān)鍵：信號映射器，顯然相位變化值為為/4或3/4

3./4QPSK圖中關(guān)鍵：信號映射器，顯然相位變化值/4QPSK時域分析

已調(diào)信號：圖中LPF實際上是時域整形濾波器，其特性：圖中，上下支路：/4QPSK時域分析已調(diào)信號：圖中LPF實際上是時域整形/4QPSK的特點最大相位跳