第4章：衛(wèi)星通信多址技術教材

《微波與衛(wèi)星通信》第四章：衛(wèi)星通信多址技術西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信1課程預覽西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信20什么是微波通信？什么是衛(wèi)星通信？1傳播通道？微波傳播2信息的發(fā)送？調(diào)制與編碼3地球站接入？多址技術4系統(tǒng)設計及應用主要內(nèi)容西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信34.1概述4.2頻分多址技術4.3時分多址技術4.4碼分多址技術4.5數(shù)字話音內(nèi)插技術4.6ALOHA隨機多址技術多址接入4.1概述西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信4本章主要介紹多址連接和信道分配技術多址連接是指多個地球站通過共同的衛(wèi)星，同時建立各自的通信鏈路，從而實現(xiàn)各地球站相互之間的通信的方式。多址方式的出現(xiàn)，大大的提高了衛(wèi)星通信線路的利用率和通信連接的靈活性。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信54.1.1多址連接的基本概念多址連接與多路復用二者既有相似之處，也有區(qū)別，容易混淆相似之處：

二者都是研究和解決信道復用問題，即多個信號混合傳輸及區(qū)分的技術問題。如何混合傳輸，并保證在需要的時候有效分離。兩者在通信過程中都包括多個信號的復合、復合信號在信道上的傳

輸及信號的分離三個過程。區(qū)別：多路復用更傾向于多個信號在基帶上進行復合和分離，并在同一個設備中進行發(fā)送和接收；多址連接則更傾向于多個信號在射頻信道上的復用和分離，并在不同的設備（地址）中進行發(fā)送或接收；--上行：多個地球站發(fā)送，同一個衛(wèi)星接收；--下行：同一個衛(wèi)星發(fā)送，多個地球站接收；西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信6常用的多址連接技術頻分多址（FDMA）：各站、臺發(fā)出的射頻信號在指定的射頻頻帶內(nèi)，但在頻譜上互不重疊地排列，共同分用該射頻頻帶，接收端用帶通濾波器分離各路射頻信號。時分多址（TDMA）：以不同的時隙來區(qū)分地址，每站有一指定時隙，各站只是在自己的時隙內(nèi)發(fā)射信號。碼分多址（CDMA）：每個用戶有一個特定結(jié)構(gòu)的擴頻碼作為地址，不同用戶的不同波形信號以同一頻率發(fā)射出去，各站的接收是根據(jù)相應的信號波形分離出自己需要的信號?？辗侄嘀罚⊿DMA）：利用天線的方向性和用戶的地區(qū)隔離性實現(xiàn)信號的分離。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信74.1.2多址方式的信道分配技術信道：在多址連接中，各地球站通信所占用的傳輸資源——在FDMA中為轉(zhuǎn)發(fā)器頻段，在TDMA中為時隙，在CDMA中為正交擴頻碼。多址信道分配制度是衛(wèi)星通信體制的重要組成部分，它與基帶復用方式、調(diào)制方式、多址連接方式相結(jié)合，共同決定衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和各地球站的信道配置、信道使用效率、線路組成和整個系統(tǒng)的通信容量，以及對用戶的服務質(zhì)量和設備復雜程度。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信8預分配方式(1)固定預分配方式(PAMA或PA)把信道按頻率、按時隙或按照其他無線電信號參量分配給各地球站，使用中不論各站忙閑，信道的歸屬一直固定不變。優(yōu)點：通信線路的建立和控制非常簡便；缺點：信道的利用率低；應用：適用于通信業(yè)務量大的系統(tǒng)。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信9按時預分配(TPA)方式對系統(tǒng)內(nèi)各地球站間的業(yè)務量隨“時差”在一天內(nèi)的變動規(guī)律進行分析，然后按網(wǎng)中各站業(yè)務量的重大變化規(guī)律，可預先約定作幾次站間信道重分。特點：信道利用率比固定預分配方式高，從時刻看屬于固定預分配方式，適用于大容量線路，在國際通信網(wǎng)中較多采用。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信10按需分配方式（DAMA）所有的信道為系統(tǒng)中所有的地球站公用，信道的分配要根據(jù)當時各站通信業(yè)務量而臨時安排，信道的分配靈活。優(yōu)點：信道的利用率高；缺點：通信的控制變得復雜；實現(xiàn)：在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上單獨規(guī)定一個信道作為專用的公用通信信道，以便各地球站進行申請、分配信道時使用。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信11常用的按需分配方式(1)全可變方式：

隨時的進行信道的申請和分配，可選取全部信道，信道使用結(jié)束后，立即歸還；(2)分簇全可變方式：

地球站根據(jù)業(yè)務聯(lián)系的密切程度分成若干簇，信道也分成若干個簇，各簇內(nèi)信道采用全可變方式，但簇間信道分配固定不變；

(3)隨機分配方式：

網(wǎng)中各站隨機占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信道，有可能發(fā)生碰撞，導致通信失敗，但控制簡單，適于短數(shù)據(jù)、突發(fā)業(yè)務較多的系統(tǒng)。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信12單向和雙向通信按信息信號傳送的方向，通信的工作方式可以分為單向通信和雙向通信：在單向通信方式中，信息只能向一個方向傳送。例如，廣播、電視、遙控、無線尋呼等；在雙向通信方式中，信息可以雙向傳送，通信雙方都能收發(fā)信息。例如，移動用戶之間的通信，移動用戶和固定用戶之間的通信等。雙向通信按信息信號傳送的時間又分為單工、雙工和半雙工通信方式。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信13雙工方式：頻分雙工（FDD）收發(fā)頻率分開，接收設備通過濾波器分離各路信號特點：需要合理安排頻率時分雙工（TDD）收發(fā)共用一個頻率，收發(fā)信號通過開關來控制特點：收發(fā)存在時間間隔4.2頻分多址方式西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信14頻分多址（FDMA）是衛(wèi)星通信中最普遍采用的一種多址方式。它是按照頻率劃分，把各地球站發(fā)射的信號配置在指定頻帶。為了避免不同信道間的干擾，各信道的中心頻率必須有足夠的間隔，而且要留有保護頻帶。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信15(1)三個地球站A、B、C;根據(jù)頻段可區(qū)分是那個地球站發(fā)射的信號;原理上講，利用帶通濾波器即可分離出(識別)這些信號。(2)在點對點的衛(wèi)星通信中，各地球站只有一個方向，故只發(fā)一個載波。(3)要是點到多點通信，即一個地球站同多個地球站通信，如B站發(fā)的信號，有給A站和C站的，A站和C站如何取出發(fā)給自己的信號，即如何實現(xiàn)頻分多址？根據(jù)各站發(fā)射載波的方式不同，有以下幾種實現(xiàn)方法：單址載波，多址載波，單路單載波。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信16單址載波每個地球站對不同地球站的通信要使用不同的載波頻率，每個載波代表一個通信方向。如有N個地球站，每個地球站都與其它N-1個地球站通信，這樣每個地球站都要發(fā)N-1個載波，則轉(zhuǎn)發(fā)器中要轉(zhuǎn)發(fā)N×(N-1)個載波，如下頁圖示例。特點：任何兩個地球站之間都構(gòu)成雙向線路，線路容量改動比較容易，只需改動對應的載波即可；比較適合用于大小站兼容的衛(wèi)星通信網(wǎng)中，如大載波分給容量大的大站，小載波分給容量小的站；轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站中工作載波數(shù)目太多，設備多，交調(diào)大。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信17FDMA中單址載波的實現(xiàn)方式西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信18多址載波各地球站將其要發(fā)送給其他各站的信號采用多路復用的方法形成基帶多路信號，然后調(diào)制到一個載波頻率上發(fā)射，其他各站接收時，經(jīng)解調(diào)后只取與本站有關的信號。每個地球站只發(fā)一個載波(不論多少通信方向)，N個地球站，每站只發(fā)一個載波，因而轉(zhuǎn)發(fā)器只需轉(zhuǎn)發(fā)N個載波特點：

(1)網(wǎng)中的各站最好為容量較大的大站，且站數(shù)少；

(2)各站電路數(shù)目不能相差懸殊，也就是不適合大小站兼容；

(3)主要用于干線電路上西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信19多址載波的實現(xiàn)方式A站的載波中，發(fā)往B站的24路話安排在基帶頻譜12～108KHz頻帶內(nèi)，而發(fā)往C站的24路安排在基帶頻譜108～204KHz的頻帶內(nèi)，這樣B站收到A站發(fā)來的載波，只要解調(diào)出基帶，就收到應該收的信號西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信20單路單載波(SCPC)每個載波只傳送一路話或數(shù)據(jù)，不需基帶復用，如下面圖所示。特點：一個載波傳送一路，比較靈活，小功率下工作；適用于網(wǎng)內(nèi)站址多，各站業(yè)務量少的情況(如邊遠地區(qū)，專網(wǎng)等)；

由于每個載波只有一路話，可以根據(jù)需要在每個通信方向分配若干載波，工作原理與前面的單址載波方式類似。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信21FDMA的主要特點由于采用非常成熟的頻率分割技術，所以FDMA簡單，可靠，便于實現(xiàn)，且一直在使用。但采用FDMA方式，必須妥善解決好以下幾個問題：(1)進行嚴格的功率控制；各站嚴格按預定的載波功率發(fā)射(不能大也不能小)；(2)設置適當?shù)谋Ｗo帶；

實際濾波器不可能具有理想矩形的頻率特性；各載波頻率漂移，可能導致部分頻譜重疊，形成干擾；

(3)互調(diào)的影響；

采取一些辦法減少互調(diào)干擾，互調(diào)噪聲既浪費功率，又影響通信質(zhì)量，有些頻帶不得不禁止使用時又造成了頻帶的浪費。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信224.2.1頻分多址中的交調(diào)干擾交調(diào)的產(chǎn)物(1)只要是頻分多址，就會產(chǎn)生交調(diào)干擾，產(chǎn)物主要為：2f1-f2，2f2-f1和f1+f2-f3等形式；(2)只要以上產(chǎn)物落入有用頻帶內(nèi)，就會形成干擾。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信23產(chǎn)生交調(diào)的原因(1)輸入-輸出非線性引起的干擾；為提高輸出功率，希望放大器(地球站或衛(wèi)星上，行波管或速調(diào)管)工作在飽和輸出狀態(tài)；有多個載波時，由于非線性，出現(xiàn)壓縮并產(chǎn)生交調(diào)產(chǎn)物西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信24(2)調(diào)幅-調(diào)相變換引起的交調(diào)干擾；寄生調(diào)幅進入放大器的輸入載波中的任意一個，如具有與調(diào)頻分量相應的寄生調(diào)幅分量時，則此調(diào)幅分量由于放大器的調(diào)幅-調(diào)相變換作用，在輸出產(chǎn)生相應的寄生相位調(diào)制，給調(diào)制信號帶來干擾噪聲。多載波包絡當輸入信號為多載波時，其合成信號包絡必有幅度變化，經(jīng)過調(diào)幅-調(diào)相變換的非線性，在輸出信號的相位上產(chǎn)生非線性畸變，結(jié)果產(chǎn)生三階，五階交調(diào)，產(chǎn)生干擾。這種干擾消除不了，只要放大多載波時，就必然會產(chǎn)生。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信25減小互調(diào)干擾的方法(1)在衛(wèi)星中采用多轉(zhuǎn)發(fā)器；(2)限制小容量用戶(小容量用戶越多，載波數(shù)越多)；(3)以減少或消除三階交調(diào)干擾為目的，可認真選擇各載波中心頻率的間隔(優(yōu)化排列中心頻率)；分析幅度和帶寬相等的情況下互調(diào)干擾的分布；優(yōu)化各載波位置的配置；對功率大小不同的載波，在位置上大載波放邊上，小載波放中間。優(yōu)化載波間隔減小交調(diào)干擾西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信26

(4)利用幅度和相位預失真修正放大器特性;接入與放大器特性相反的器件或網(wǎng)絡用于校正放大器輸出。(5)對各地球站發(fā)射的載波功率進行嚴格控制。

4.3時分多址西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信274.3.1時分多址基本概念TDMA就是以特定的時間間隔(時間間隙)來區(qū)分地球站的站址。在系統(tǒng)中，只允許各地球站在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)射信號，射頻信號通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)時，在時間上嚴格依次排列，互不重疊。因而，各地球站使用相同的射頻，任一時刻只有一個站的信號通過轉(zhuǎn)發(fā)器，因此衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的HPA可以工作在最大輸出功率處，或接近飽和輸出電平處西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信28系統(tǒng)構(gòu)成組成地球站群：每個分

幀代表一個地球站；基準站R：基準分

幀(或一個地球站

兼做)。

幀基準站相繼兩次發(fā)射基準信號的時間間隔稱為一幀；在一幀內(nèi)，有一個基準分幀和若干個消息分幀。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信29突發(fā)式發(fā)送與接收

突發(fā)式發(fā)射與接收主要是在定時器的控制下，通過緩沖存儲器來完成的，以電話信號傳輸為例說明。發(fā)射過程：(1)模擬話音信號經(jīng)過PCM編碼數(shù)字化，發(fā)往同一方向的各路以時分復用方式合成為多路數(shù)字信號(編碼時鐘與TDMA幀時鐘同步)。(2)各編碼合成后的輸出連續(xù)碼流(設速率為Rs)分別送到各自的壓縮緩沖存儲器。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信30發(fā)射過程（續(xù)）

(3)在TDMA定時單元的控制下，在每一幀規(guī)定發(fā)送突發(fā)的時間，合成器將報頭產(chǎn)生器內(nèi)容，各緩沖存儲器的內(nèi)容依次讀出，并將此壓縮的信碼送到調(diào)制器。(4)每幀讀一次，各時隙讀出的速率設為Rb，Rb要比Rs大得多，也就是碼速率由低速變?yōu)楦咚?，原來的連續(xù)碼流變成了窄脈沖串了。(5)合路后的窄脈沖串對載波調(diào)制，再經(jīng)過變頻，高功率放大，由天線發(fā)射出去。

(6)在規(guī)定發(fā)送突發(fā)的以外時間是不發(fā)射信號的。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信31接收過程接收是發(fā)射的逆過程。(1)系統(tǒng)中各站發(fā)射突發(fā)使用相同的射頻，接收站能接收所有突發(fā)，并經(jīng)解調(diào)后送分路器。(2)由TDMA定時單元提供的信息適時控制時間閘門，把發(fā)給本站的窄脈沖串送到相應的緩沖存儲器中。(3)接收端也是每幀讀一次，讀出速率為Rs，于是恢復成連續(xù)的時分復用多路數(shù)字電話信號，再經(jīng)PCM譯碼器后送出模擬話音。報頭中的載波同步與比特定時同步信息是同步檢測所必須的,獨特碼是作為定時時間的基準。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信32突發(fā)式傳輸基本原理由上圖可見，從外部看，傳輸仍呈現(xiàn)連續(xù)特性，因為輸入、輸出比特率是連續(xù)且相等的，但是在信道內(nèi)，輸入比特被暫時存儲，然后以突發(fā)方式發(fā)送。緩沖存儲器的容量為：，復接速率Rs，每個站的發(fā)送時間Ts，則數(shù)字序列比特率為Rb＝M/Ts＝Rs(Tf/Ts)，Tf/Ts表示衛(wèi)星網(wǎng)絡能容納的地球站最大數(shù)目；幀周期通常取為125微秒的倍數(shù)，保證與PCM抽樣周期相同；TDMA適于數(shù)字傳輸，因為需要進行數(shù)字緩沖存儲，在模擬系統(tǒng)中不易處理。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信334.3.2TDMA幀結(jié)構(gòu)西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信34TDMA幀的基本組成基準站相繼兩次發(fā)射基準信號的時間間隔叫做一幀，在一幀內(nèi)有一個基準分幀和若干信息分幀，每個分幀占據(jù)一個時隙，基準分幀由基準站的突發(fā)信號構(gòu)成；信息分幀由地球站的突發(fā)信號構(gòu)成。一個信息分幀對應一個地球站的突發(fā)信號。信息分幀中的信道定向采用逐字復用的時分多路復用方式(TDM)。這樣，一個地球站發(fā)射的信號可由該站的消息分幀在一幀中的位置來確定。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信35基準分幀(突發(fā))：分成多個時隙執(zhí)行各種功能。(1)保護時間：避免脈沖列相互重疊，保護時間長度隨定位準確度不同而改變，但必須使各個脈沖列保持定位在每幀內(nèi)部；(2)載波和比特定時恢復(CBR)用于在相關解調(diào)中，從脈沖列中恢復相關載波信號。在CBR序列第一部分，提供一個未調(diào)制的載波，用來作為本地振蕩的同步信號產(chǎn)生一個與載波相關的輸出。在CBR的后續(xù)部分，載波用一個已知相位變化的序列來調(diào)制，從它提取比特定時，在檢測電路中執(zhí)行抽樣和保持功能時需要準確的比特定時。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信36(3)獨特碼(UW)獨特碼有三個用途:(1)作為幀的時間基準，因為UW的最后一位標志幀的開始；（2）用于在基準子幀和業(yè)務子幀之間區(qū)分，當接收到的一組比特流與UW完全匹配時，接收機就被確認檢測到基準脈沖列的UW；（3）它為各站的子幀在幀中的位置提供了一個準確的時間基準。同時利用此能夠去除相干檢測的相位模糊。對獨特碼的要求主要是漏檢和誤檢的概率要小。(4)站址識別(SIC)其中6bit是地址碼，不同地球站采用不同的編碼用來標識不同的地球站。(5)指令信號(OW)用來傳送網(wǎng)絡管理信息和控制信息。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信37信息分幀信息分幀由報頭(也稱前置碼，用來保證消息的正確傳輸)和消息信號兩大部分組成。報頭報頭部分帶有的信息與基準脈沖列類似，提供載波和比特定時恢復信道和一條用于脈沖列定時目的的獨特碼信道，它與基準分幀的獨特碼不同，便于兩種脈沖列很快區(qū)分；消息消息部分傳送的是各種通信站發(fā)給其它站的消息信號，用的是時分多路復用形式，一般預先分配好通道。如一路PCM數(shù)字話路的傳輸速率為64kbit/s。如果幀長為2ms，則該PCM數(shù)字話路的子脈沖序列長度為128bit西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信38TDMA的載波恢復一般采用鎖相環(huán)和窄帶濾波的方法。對脈沖信號，鎖相環(huán)電路的缺點是提取(捕捉)時間較長。窄帶調(diào)諧電路濾波器進行載波提取

四次倍頻去除相位調(diào)制；自動頻率控制(AFC)使單調(diào)諧回路的輸入和輸出信號相差為0；

VCO：任何不等于零的相位偏差都會產(chǎn)生控制電壓作用于VCO使頻率回到要求的值上。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信39獨特碼的檢測用于檢測獨特碼(UW)的基本電路接收到的比特流通過移位寄存器；比特流移位通過寄存器時，與存儲在該站的UW版本比較；相關時，閾值檢測器高輸出，UW的最后比特提供定時參考點。UW檢測中要考慮漏檢測概率和錯檢測概率。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信40獨特碼的漏檢和誤檢獨特碼用以指示TDMA幀內(nèi)子幀的起始位置、子幀內(nèi)各信息的位置以及站址識別。獨特碼的正確檢測對于TDMA系統(tǒng)具有重要的意義。發(fā)生漏檢，意味系統(tǒng)丟失定位脈沖序列；發(fā)生誤檢，意味著產(chǎn)生了虛假的示位脈沖；這些都將導致系統(tǒng)同步不正常。因此我們需要考慮兩個概率值：漏檢率和誤檢率西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信41獨特碼的漏檢概率設UW長度為N比特，E為允許該UW檢驗正確的最大差錯數(shù)量。令I為在接收UW時的實際差錯數(shù)量。那么當I≤E，UW可以正確檢驗；當I>E，認為被檢測的序列N不是UW，則發(fā)生漏檢。令p表示傳輸平均差錯率（BER），那么長度為N的序列中包含有任何一種特定排列的I個錯誤的概率為pI=pI(1-p)N-I。而N中取I的組合方式有CNI=N!/(I!(N-I)!)。所以接收到長為N的序列中含有I個的錯誤的概率為PI=CNIpI。所以漏檢概率Pmiss=∑NI=E+1PI西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信42獨特碼的誤檢概率一個長度為N比特的序列（它實際上并不是一個UW，但即使在E個比特位置上不同于UW，它仍被誤認為是UW），令I表示隨機序列不同于UW的比特位置數(shù)，這樣E代表了從UW角度考慮可以接受的“比特差錯”個數(shù)，而I代表了從UW角度考慮實際的“比特差錯”個數(shù)。從N中取I的組合個數(shù)為CNI

，因此能夠接受作為UW的碼字數(shù)為∑EI=0CNI。一個長為N比特的隨機序列可組成的碼字數(shù)為2N，假定所有碼字是等概的，則接收到任何一個特定碼字的概率為2-N。所以誤檢率為西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信43例：設UW長度為N比特，E為允許該UW檢驗正確的最大差錯數(shù)量。令I為在接收UW時的實際差錯數(shù)量。令p表示傳輸平均差錯率（BER），求當N=40,E=5，p=10-3時的漏檢率。解：

西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信44例：計算當N=40，E=5時的誤檢率比較例六和例七的結(jié)果，可以看出誤檢概率要遠遠高于漏檢概率。在實際系統(tǒng)中，一旦幀同步建立起來，可以在預期的UW到達時間上設置一時間窗，相關器只在這個時間窗內(nèi)工作，這樣可以大大降低誤檢概率。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信454.3.3TDMA系統(tǒng)的定時與同步TDMA是以時分復用為基礎的，因此如何保證全網(wǎng)的同步是系統(tǒng)能否正常工作的關鍵問題。它涉及到地球站開始發(fā)射子幀時，怎樣保證此子幀正確地進入指定的時隙，而不會誤入其它時隙造成干擾，即子幀初始捕獲問題；其次，由于存在衛(wèi)星位置漂移和地球站始終相對于基準始終的偏差，各地球站需維持其分幀與全網(wǎng)基準子幀之間精確的時間關系(不會發(fā)生重疊)，即子幀同步問題。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信46子幀初始捕獲初始捕獲的方法有多種，它們的本質(zhì)是測距和瞄準，并在反饋過程中完成。對初始捕獲的要求是速度快，精度高，設備簡單。通常要求系統(tǒng)初始捕獲時間應不超過3s，捕獲精度約為2us。主要的實現(xiàn)方法有：軌道預測法，相對測距法，被動同步法。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信47（1）軌道預測法首先將監(jiān)控站提供的衛(wèi)星運動軌跡數(shù)據(jù)及本站地理位置數(shù)據(jù)輸入計算機，算出現(xiàn)在和未來的衛(wèi)星與本站的距離，距離變化率以及單程傳播時延等數(shù)據(jù)；然后根據(jù)所接收到的基準時間及預先分配給本站的時隙，定出發(fā)射時間，這都是以獨特碼作為時間基準進行比較的；向衛(wèi)星發(fā)射并接收報頭，利用獨特碼對定時細調(diào)，使子幀到達分配時隙的初始時間(t0)，最后達到發(fā)射的時間要求并鎖定；當網(wǎng)中站數(shù)較多時，此法是不經(jīng)濟的，因為每個站都要有上述工作過程。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信48(2)相對測距法在不影響其它站的通信情況下，先用無線電探測測出本站到衛(wèi)星的傳播時延及其變化情況。通常是一個地球站接收它自己發(fā)送的信號，從而確定距離。業(yè)務站發(fā)送只由報頭組成的低電平突發(fā)，功率電平比正常電平低20～25dB，以避免對其它突發(fā)產(chǎn)生干擾，而且將此短突發(fā)在整個幀內(nèi)掃描，直到觀測到其落入該站分配的時隙內(nèi)為止。然后把短突發(fā)發(fā)射功率增大到正常值，并細調(diào)定時使它落在指定時隙開始處。一般情況下捕獲時間將可能達到近3s。完成捕獲后加上業(yè)務數(shù)據(jù)進行發(fā)送。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信49(3)被動同步法網(wǎng)中設有一中心控制站，一方面起基準站作用，發(fā)射基準突發(fā)信號，供網(wǎng)中各站接收，做時間基準用。一方面在監(jiān)控站協(xié)助下，廣播含有衛(wèi)星精確位置信息的控制數(shù)據(jù)。各站根據(jù)此信息及本站的地理位置，來確定本站的傳播時延，按時間基準定出本站確切發(fā)射時間。這種方法比較精確，只是中心站設備較復雜。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信50子幀同步進入通信后，因為衛(wèi)星到地球站之間的距離是有變化的，相應的延遲也是有變化的。為了不干擾，在工作過程中，各地球站需要不斷地進行子幀同步。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信51子幀同步一般采用與初始捕獲一致的方法開環(huán)定時同步：一個地球站按照突發(fā)時間計劃以固定時間間隔發(fā)送，突發(fā)間留有足夠的保護時間來吸收傳播時延的變化，使用這種方法的突發(fā)位置誤差可能非常大，就需要較長的保護時間，這會降低幀效率。改進方法是不斷測距修正發(fā)射定時，以此補償距離的變化閉環(huán)定時同步：在相對測距法中不斷檢測返回的發(fā)射信號與SORF標志之間的時間差來維持同步。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信524.3.4FDMA和TDMA的特點比較對于TDMA方式，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上任何時刻都只有一個載波工作，不會產(chǎn)生交調(diào)干擾，行波管可以工作在飽和狀態(tài)，能充分利用轉(zhuǎn)發(fā)器的功率；TDMA方式是對各地球站和轉(zhuǎn)發(fā)器進行時間分隔，無需FDMA方式的多次變頻，簡化了電路結(jié)構(gòu)；TDMA方式對地球站等效全向輻射功率變化的限制，沒有FDMA方式那樣嚴格；西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信53TDMA方式可根據(jù)各站業(yè)務量的大小來調(diào)整各站時隙的大小，大小站可以兼容，易于實現(xiàn)按需分配；TDMA方式與地面數(shù)字系統(tǒng)的接口方便，同時也便于做星上處理；TDMA方式可以與數(shù)字話音內(nèi)插（DSI）和自適應差分編碼（ADPCM)技術配合，形成數(shù)字電路倍增設備，使轉(zhuǎn)發(fā)器容量大大提高（達5倍）；TDMA系統(tǒng)的網(wǎng)同步復雜。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信54FDMA和TDMA系統(tǒng)要求上行功率比較FDMA：TDMA：誤比特率給定時，[Eb/N0]固定，[R]的增加要求載噪比增加，若傳播損耗和接收的品質(zhì)因子相同，只能通過增加地球站的有效全向輻射功率(EIRP)西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信554.4碼分多址CDMA基本概念在發(fā)射端：

要發(fā)的話音信號(模擬或數(shù)字，單路或多路)和地址碼組合在一起(即經(jīng)編碼變換)，然后經(jīng)調(diào)制和發(fā)射機發(fā)往衛(wèi)星。在接收端：

接收機系統(tǒng)需要備有和發(fā)站相同的地址碼，并且在接收時應使本站和發(fā)來的地址碼保持同步才能利用相關解調(diào)從復合信號中分出所要接收的信號西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信56這種多址方式是利用碼型來區(qū)分站址，或者說是以碼型作為各站的獨特標志，也就是為什么要稱為地址碼；各地球站所發(fā)的信號常常占用轉(zhuǎn)發(fā)器的全部頻帶或很寬的頻帶，且發(fā)射時間是任意的，即各站的信號在時間和頻帶上都可能是重疊的；所用的碼型最好是正交碼，基于同步等方面的考慮，一般采用的是準正交碼(如偽隨機碼)。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信57實現(xiàn)碼分多址的三個條件要有數(shù)量足夠多、相關特性足夠好的地址碼。必須用地址碼對發(fā)射信號進行擴頻調(diào)制，使傳輸信號所占頻帶極大地展寬。在接收端必須要有與發(fā)送端地址碼完全一致的本地地址碼。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信58擴頻通信的幾種基本工作方式直擴方式：DirectSequenceSpreadSpectrum跳頻方式：FrequencyHopping跳時方式：TimeHopping寬帶線性調(diào)頻方式：ChirpModulation（主要用于雷達）西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信59直接序列調(diào)相擴頻方式西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信60西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信61跳頻擴頻方式先用地址碼控制一特別的頻率合成器，產(chǎn)生出頻率在較大范圍內(nèi)的周期性跳變的本振信號，再與信碼調(diào)制過的載波混頻后獲得；信碼調(diào)制用小頻偏的FSK。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信62CDMA的特點抗干擾性強，保密性好。信號特點是寬頻帶，其統(tǒng)計特性近似噪聲，抗干擾性強。如果掌握不了編碼規(guī)律，是接收不到信號的，有利于保密和隱蔽通信。

設備簡單這種多址方式，對轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站接收系統(tǒng)G/T要求較低。適于大量小站工作的情況，不需要網(wǎng)同步設備，任意站加入和退出十分方便。惟一要同步的是接收端產(chǎn)生的PN碼與接收到載波序列的PN碼。特別適用于軍事通信。西安交通大學信息與通信工程系微波與衛(wèi)星通信63三種多址技術的射頻利用方式4.5空分多址技術（SDMA）如果通信衛(wèi)星采用多波速天線，各波速指向不同區(qū)域的地球站,那么同一頻率可以被所有波速同時使用，這就是空分多址（SDMA）。實際應用中，一般不單獨使用SDMA方式，而將其與其他多址方式結(jié)合使用。由于TDMA方式的功率、頻率利用充分，且基本上無互調(diào)，并可使用性能良好的數(shù)字調(diào)制方式，通信容量比FDMA大等，所以SDMA與TDMA結(jié)合是提高系統(tǒng)容量的一種有效方法。特別是隨著通信業(yè)務量的不斷增長，通信聯(lián)絡的多變化，在站數(shù)多、業(yè)務量大、衛(wèi)星頻帶嚴重不足的場合，時分和空分相結(jié)合的典型方式SDMA－SS－TDMA引起了人們極大的關注。在IS－V衛(wèi)星系統(tǒng)中就使用了這種體制。

SS－TDMA方式中，為了在各不同波速覆蓋的區(qū)域之間進行通信，通常在星上必須設置一個交換局，如圖4