第二章卫星通信基本技术

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1、第第2 章卫星通信基本技术章卫星通信基本技术2.1 信号设计技术2.2 信号处理技术2.3 多址技术2.1 信号设计技术2.2 信号处理技术2.3 多址技术2.1 信号设计技术2.1 信号设计技术1.分类：1.分类：（1）编码技术：（1）编码技术：?信源编码：信源编码：去掉信号中的冗余部分，以达到压缩码元速率与带宽，实现信号的有效传输去掉信号中的冗余部分，以达到压缩码元速率与带宽，实现信号的有效传输?信道编码：信道编码：按一定的规律按一定的规律重新排列码元重新排列码元（交织）或者（交织）或者加入辅助码加入辅助码（纠错码），防止码元在无线信道传输过程中由于突发性错误和随机性错误引起的误差，并进行

2、检错和纠错，保证信号传输的可靠性（纠错码），防止码元在无线信道传输过程中由于突发性错误和随机性错误引起的误差，并进行检错和纠错，保证信号传输的可靠性（2）调制技术：（2）调制技术：将数字信息转换成适合在无线信道中传输的电磁波信号将数字信息转换成适合在无线信道中传输的电磁波信号基本概念基本概念2.信源编码技术（PCM技术）2.信源编码技术（PCM技术）（1）历史（1）历史：法国工程师Alce Reeres在1937年提出，1946年在Bell实验室第一台PCM数字电话终端机问世：法国工程师Alce Reeres在1937年提出，1946年在Bell实验室第一台PCM数字电话终端机问世（2）步骤（

3、2）步骤：?抽样：抽样：满足抽样定理满足抽样定理?量化：量化：瞬时抽样值用瞬时抽样值用最接近最接近的电平值表示（误差）的电平值表示（误差）?编码：编码：二进制码组表示电平的量化值二进制码组表示电平的量化值（3）量化方式（3）量化方式：均匀量化：小信号量化误差大A律压缩量化：欧洲，中国U律压缩量化：北美，日本：均匀量化：小信号量化误差大A律压缩量化：欧洲，中国U律压缩量化：北美，日本P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术均匀量化均匀量化思考：小信号量化误差大，为什么？举例：思考：小信号量化误差大，为什么？举例：采用采用“四舍五入四舍五入”的量化方法，最大绝对误差为的

4、量化方法，最大绝对误差为0.5，相对于大信号，相对于大信号“6”相对误差为相对误差为“1/12”，相对于小信号，相对于小信号“1”相对误差为相对误差为“1/2”P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术A律量化A律量化其中：A为压缩常数其中：A为压缩常数十三折线法十三折线法十三折线的由来？十三折线的由来？P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术A律与十三折线法的对比A律与十三折线法的对比P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术U律量化U律量化P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术（4

5、）基于PCM技术的TDMA多路复用（4）基于PCM技术的TDMA多路复用思考：每一路64kbit/s是怎么来的？为什么TDMA帧长都是125us的整数倍？思考：每一路64kbit/s是怎么来的？为什么TDMA帧长都是125us的整数倍？适用于话音信号的传输适用于话音信号的传输?人的话音频率？（4kHz）人的话音频率？（4kHz）?采样定理？量化比特？采样定理？量化比特？P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术课后作业：课后作业：使用Matlab平台编写均匀量化PCM、A律量化PCM和U律量化PCM的程序。使用Matlab平台编写均匀量化PCM、A律量化PCM和U律量

6、化PCM的程序。均匀量化均匀量化P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术（5）DPCM技术（广播电视信号）（5）DPCM技术（广播电视信号）概念：根据过去的信号值来预测下一个信号样值，并把预测值与现实值的差值加以量化，编码后进行传输概念：根据过去的信号值来预测下一个信号样值，并把预测值与现实值的差值加以量化，编码后进行传输?S(n)为输入语音信号S(n)为输入语音信号?S Sr r(n)为重建语音信号(n)为重建语音信号?S Sp p(n)为预测语音信号(n)为预测语音信号?d(n)为预测误差信号d(n)为预测误差信号DPCM实际就是对这个差值信号进行量化编码DPC

7、M实际就是对这个差值信号进行量化编码P C M 信 源 编 码 技 术P C M 信 源 编 码 技 术3.信道编码技术3.信道编码技术（1）香农定理：对于一个给定的有扰信道，它的（1）香农定理：对于一个给定的有扰信道，它的极限的信息传输能力C（香农信道容量定理）极限的信息传输能力C（香农信道容量定理），只要信息速率，只要信息速率不超过这个极限信道容量不超过这个极限信道容量（RC），则一定存在一种编译码方法，使得译码错误概率Pe随着码长N的增加，按指数（R=e+1最小距离d=e+1纠正t个错误，只要求码的纠正t个错误，只要求码的最小距离d=2t+1最小距离d=2t+1纠正t个错误同时检测e（=

8、t）个错误，则纠正t个错误同时检测e（=t）个错误，则要求d=t+e+1要求d=t+e+1信道编码技术信道编码技术举例：举例：一个（7,4）线性分组码，信息码元为a一个（7,4）线性分组码，信息码元为a6 6,a,a5 5,a,a4 4,a,a3 3，监督码元为c，监督码元为c2 2,c,c1 1,c,c0 0监督码元与信息码元之间的监督码元与信息码元之间的线性关系线性关系为：为：移项变为：移项变为：信道编码技术信道编码技术改写为矩阵形式：改写为矩阵形式：其中：其中：一致监督矩阵：一致监督矩阵：编码器的组成：编码器的组成：信道编码技术信道编码技术纠（检）错码关系式与校正子及错码位置：纠（检）错

9、码关系式与校正子及错码位置：校正子：校正子：（7,4）线性分组码能够纠正一位差错的码（7,4）线性分组码能够纠正一位差错的码信道编码技术信道编码技术（3）循环码：循环冗余校验码（CRC），线性分组码的一个分支（3）循环码：循环冗余校验码（CRC），线性分组码的一个分支?二进制比特串的代数表示：1010111：x二进制比特串的代数表示：1010111：x6 6+x+x4 4+x+x2 2+X+1X+X+1X5 5+X+X3 3+X+X2 2+X+1:101111+X+1:101111?信息字段K位，校验字段位R位，码字长度为N=K+R位信息字段K位，校验字段位R位，码字长度为N=K+R位V(x)

10、=xV(x)=xR Rm(x)+r(x)m(x)+r(x)其中：m(x)为K次信息多项式，r(x)为R次校验多项式其中：m(x)为K次信息多项式，r(x)为R次校验多项式如何生成校验多项式？如何生成校验多项式？信道编码技术信道编码技术?生成多项式g(x):长除法生成多项式g(x):长除法取余数得到r(x)取余数得到r(x)例：信息字段：1011001，m(x)=x例：信息字段：1011001，m(x)=x6 6+x+x4 4+x+x3 3+1生成多项式g(x)=x4+x3+1,11001(+1生成多项式g(x)=x4+x3+1,11001(最高次方为4最高次方为4)x)x4 4m(x)=xm(

11、x)=x1010+x+x8 8+x+x7 7+x+x4 4:1011010000校验字段r(x)：:1011010000校验字段r(x)：x x4 4m(x)对g(x)=取余数，得到1010m(x)对g(x)=取余数，得到1010则传输字段：则传输字段：101100110110011010校验：1010校验：接收端使用相同的生成多项式校验接收端使用相同的生成多项式校验接收字段/生成码接收字段/生成码，除尽（正确）否则（错误），除尽（正确）否则（错误）信道编码技术信道编码技术课后作业：课后作业：1.发送信息比特串为：1101011011，生成多项式为：10011则发送信息比特串为？2.接收端接收

12、比特串为：11010110101110，生成多项式为：10011，判断接收信息是否出错？1.发送信息比特串为：1101011011，生成多项式为：10011则发送信息比特串为？2.接收端接收比特串为：11010110101110，生成多项式为：10011，判断接收信息是否出错？答案：11010110111110答案：接收出错答案：11010110111110答案：接收出错信道编码技术信道编码技术（4）卷积码：监督码元不仅仅与本字段内的信息码相关，（4）卷积码：监督码元不仅仅与本字段内的信息码相关，还与前N-1个规定的字段内的信息码相关还与前N-1个规定的字段内的信息码相关。?非分组码:非分组码

13、:表示成(n,k,N)表示成(n,k,N)?纠错能力随着N的增加而增加，纠错能力随着N的增加而增加，?复杂度相同的情况下复杂度相同的情况下优于分组码优于分组码?生成器:生成器:信道编码技术信道编码技术（5）交织：把一个较长的突发差错（5）交织：把一个较长的突发差错离散成随机差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的信道编码技术消除随机差错。，再用纠正随机差错的信道编码技术消除随机差错。?分类：分类：线性交织、卷积交织和伪随机交织线性交织、卷积交织和伪随机交织?线性交织：线性交织：设置缓存，设置缓存，行存列读的方法行存列读的方法?特点：特点：交织交织深度越大深度越大，则离散度越大，抗突发差错能力也就

14、越强。，则离散度越大，抗突发差错能力也就越强。?代价：代价：交织深度越大，交织编码处理时间越长交织深度越大，交织编码处理时间越长信道编码技术信道编码技术举例说明：举例说明：信道编码技术信道编码技术4.差错控制方式4.差错控制方式（1）卫星信道干扰（1）卫星信道干扰?白噪声：白噪声：加性干扰加性干扰，使信号产生随机性错误，使信号产生随机性错误?衰落：衰落：乘性干扰乘性干扰，使信号产生突发错误（2）差错控制：包括信道编码在内的一切纠正错误的手段，使信号产生突发错误（2）差错控制：包括信道编码在内的一切纠正错误的手段?自动重发请求（ARQ）：自动重发请求（ARQ）：重发协议重发协议?前向纠错（FEC

15、）：前向纠错（FEC）：纠错码纠错码?混合纠错（HEC）：混合纠错（HEC）：结合前两种方法结合前两种方法信道编码技术信道编码技术（3）不同差错控制手段性能：（3）不同差错控制手段性能：?前向纠错：前向纠错：接收端对数据检错和纠正错误，纠错码冗余位较多，系统传输效率较低，这种方法也只能解决部分出错的数据接收端对数据检错和纠正错误，纠错码冗余位较多，系统传输效率较低，这种方法也只能解决部分出错的数据?自动重发请求：自动重发请求：发送端进行差错编码，接收端根据校验序列判断是否错误，如无错接收，如有错拒绝接收，并通知发送方重新发送，直到正确发送端进行差错编码，接收端根据校验序列判断是否错误，如无错接

16、收，如有错拒绝接收，并通知发送方重新发送，直到正确?混合方法：混合方法：结合了上述两种方法的特点结合了上述两种方法的特点信道编码技术信道编码技术（4）ARQ协议：通过收发双发协议确保接收信息的正确（4）ARQ协议：通过收发双发协议确保接收信息的正确协议流程图协议流程图信道编码技术信道编码技术ARQ协议的四种情况：ARQ协议的四种情况：信道编码技术信道编码技术ARQ协议的优缺点：ARQ协议的优缺点：?很低的未检出差错概率很低的未检出差错概率?在任何信道都有效在任何信道都有效?编译码器简单编译码器简单（CRC校验）（CRC校验）?需要反向信道需要反向信道?一帧出错，可能一帧出错，可能导致多帧重发导

17、致多帧重发?发送的帧需要采用多为二进制加以区分，增加系统开销发送的帧需要采用多为二进制加以区分，增加系统开销?未被确认的帧都未被确认的帧都需要保存在缓冲器需要保存在缓冲器?译码时延不恒定译码时延不恒定信道编码技术信道编码技术前向纠错码的优缺点：前向纠错码的优缺点：?无需反向信道无需反向信道?获得恒定的信息流速率（译码时延恒定）获得恒定的信息流速率（译码时延恒定）?获得恒定的信息量获得恒定的信息量?编译码器复杂编译码器复杂?使用纠错能力强的纠错码，信息流量大大降低使用纠错能力强的纠错码，信息流量大大降低?信道传输条件的变化，会对接收数据的正确性产生影响信道传输条件的变化，会对接收数据的正确性产生

18、影响信道编码技术信道编码技术5.调制技术5.调制技术将数字符号转换成适合无线信道传输的电磁波信号将数字符号转换成适合无线信道传输的电磁波信号数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?通常一个正弦电磁波信号可以表示为：通常一个正弦电磁波信号可以表示为：?所谓调制就是用基带信号，所谓调制就是用基带信号，改变正弦波的三个参量改变正弦波的三个参量（1）数字调制技术分类：（1）数字调制技术分类：ASK，PSK，FSKASK，PSK，FSK（2）卫星通信系统要求：（2）卫星通信系统要求：?频带利用率高频带利用率高（bit/s/Hz）（bit/s/Hz），抗衰落干扰性能强，抗衰落干扰性能强?调制信号旁瓣

19、小，减小对相邻频带的干扰调制信号旁瓣小，减小对相邻频带的干扰（3）卫星通信主要采用的调制技术：（3）卫星通信主要采用的调制技术：调相信号（PSK）和调幅调相信号（QAM）调相信号（PSK）和调幅调相信号（QAM）（4）BPSK调制信号（4）BPSK调制信号二进制相移键控（BPSK）根据数字基带信号的信息码，使载波相位在0和pi之间切换的相位调制方法二进制相移键控（BPSK）根据数字基带信号的信息码，使载波相位在0和pi之间切换的相位调制方法?信号表达式：a信号表达式：an n=+1,a=+1,an n=-1,=-1,?信号星座图：信号星座图：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?信号流

20、程：信号流程：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?BPSK信号接收BPSK信号接收不考虑噪声的输入信号：本地同相和正交鉴相器输出：不考虑噪声的输入信号：本地同相和正交鉴相器输出：同相输出：同相输出：LPF只取低频分量LPF只取低频分量正交输出：正交输出：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术注意：注意：锁相环每次工作锁定在0或者pi稳定平衡点，是随机的，这就是0和pi的相位模糊。锁相环每次工作锁定在0或者pi稳定平衡点，是随机的，这就是0和pi的相位模糊。数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?差分BPSK信号差分BPSK信号不是利用载波相位的绝对值，而是利用前后码元之间

21、相位的相对变化传输数字信息，称为差分相移键控（DBPSK），不需要产生相干参考信号，接收机容易实现不是利用载波相位的绝对值，而是利用前后码元之间相位的相对变化传输数字信息，称为差分相移键控（DBPSK），不需要产生相干参考信号，接收机容易实现信号流程：信号流程：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术DBPSK信号接收：DBPSK信号接收：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术（5）QPSK信号（5）QPSK信号四进制相移键控（QPSK），将发射比特串每两个分为一组，双比特的四种状态用载波的四个不同相位表示四进制相移键控（QPSK），将发射比特串每两个分为一组，双比特的四种状态用载波

22、的四个不同相位表示?信号表达式：信号表达式：?信号星座图：信号星座图：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?QPSK信号发射机框图：QPSK信号发射机框图：根据发射机框图QPSK信号的表达式：根据发射机框图QPSK信号的表达式：a an na an-1n-1=+1+1,对应的相位pi/4a=+1+1,对应的相位pi/4an na an-1n-1=+1-1,对应的相位-pi/4a=+1-1,对应的相位-pi/4an na an-1n-1=-1+1,对应的相位3pi/4a=-1+1,对应的相位3pi/4an na an-1n-1=-1-1,对应的相位-3pi/4=-1-1,对应的相位-3p

23、i/4为了保证IQ两个通道的平衡性，一般采用第二个方式的星座图正交调制器为了保证IQ两个通道的平衡性，一般采用第二个方式的星座图正交调制器数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术信号流程：信号流程：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?QPSK信号接收：QPSK信号接收：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术（6）OQPSK信号（6）OQPSK信号?问题的提出：问题的提出：QPSK信号频带利用率高，但当码组+1+1变化为-1-1或+1-1变化为-1+1时，QPSK信号频带利用率高，但当码组+1+1变化为-1-1或+1-1变化为-1+1时，将产生180度的载波相位跳变将产生18

24、0度的载波相位跳变，引起包络起伏，经过放大器，引起包络起伏，经过放大器导致频谱扩展导致频谱扩展，增加了对相邻频段的干扰。，增加了对相邻频段的干扰。?恒包络：恒包络：已调电磁波的包络恒定已调电磁波的包络恒定包络恒定或起伏小，通过非线性器件，频谱扩展小包络恒定或起伏小，通过非线性器件，频谱扩展小频谱具有快速滚降特性，已调波旁瓣很小频谱具有快速滚降特性，已调波旁瓣很小数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?频谱特性与相位关系：频谱特性与相位关系：一个已调波的频谱特性一个已调波的频谱特性与其相位路径与其相位路径有着密切的关系所以恒包络调制技术的发展正是始终围绕着有着密切的关系所以恒包络调制技术的

25、发展正是始终围绕着如何改善已调波的相位路径如何改善已调波的相位路径这一中心进行的。这一中心进行的。?OQPSK信号：OQPSK信号：OQPSK信号称为OQPSK信号称为偏移四相相移键控偏移四相相移键控，采用，采用错开同相和正交两路的码流时间错开同相和正交两路的码流时间，使得合成信号在码元周期内，使得合成信号在码元周期内只会有一路信号发生极性的翻转只会有一路信号发生极性的翻转，这样，这样不会产生180度的相位跳变不会产生180度的相位跳变，只会产生0度，+90度和-90度的相位跳变，只会产生0度，+90度和-90度的相位跳变数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术OQPSK信号相位跳变：OQ

26、PSK信号相位跳变：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?OQPSK信号发生器OQPSK信号发生器Q支路的延迟Q支路的延迟?I支路Q支路的设计I支路Q支路的设计数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?OQPSK信号的接收OQPSK信号的接收判决延迟判决延迟数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术（7）pi/4-QPSK信号（7）pi/4-QPSK信号?星座图：星座图：每次相位在两个不同的QPSK信号星座点子集之间跳变，这样保证载波相位的最大跳变为+135度和-135度，相位跳变幅度在QPSK信号和OQPSK信号之间每次相位在两个不同的QPSK信号星座点子集之间跳变，这样保证载

27、波相位的最大跳变为+135度和-135度，相位跳变幅度在QPSK信号和OQPSK信号之间数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?发射机框图：发射机框图：?Pi/4-QPSK信号比QPSK信号具有更好的恒包络性质，但是包络变化比OQPSK信号敏感Pi/4-QPSK信号比QPSK信号具有更好的恒包络性质，但是包络变化比OQPSK信号敏感?Pi/4-QPSK信号可以与差分编码结合成为Pi/4-DQPSK信号，接收采用非相干检测大大简化接收机的设计，避免载波恢复中的相位模糊Pi/4-QPSK信号可以与差分编码结合成为Pi/4-DQPSK信号，接收采用非相干检测大大简化接收机的设计，避免载波恢复中

28、的相位模糊数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术（8）MSK信号（8）MSK信号?问题的提出：OQPSK信号虽然消除了QPSK信号中的180度相位跳变，改善了包络起伏，但没有从根本上解决包络起伏的问题，已调信号的问题的提出：OQPSK信号虽然消除了QPSK信号中的180度相位跳变，改善了包络起伏，但没有从根本上解决包络起伏的问题，已调信号的相位仍然是非连续变化的相位仍然是非连续变化的?MSK信号：最小频移键控，一种MSK信号：最小频移键控，一种产生恒定包络，连续相位产生恒定包络，连续相位信号的高效调制方法信号的高效调制方法?MSK信号是一种MSK信号是一种特殊的2FSK信号特殊的2FSK

29、信号，在相邻符号交界处相位连续，在相邻符号交界处相位连续数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?信号表达式：信号表达式：当a当ak k=+1时，MSK信号的载频为当a=+1时，MSK信号的载频为当ak k=-1时，MSK信号的载频为=-1时，MSK信号的载频为两者之差：两者之差：码元传输速率的一半码元传输速率的一半调制指数：调制指数：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?相位连续性：根据相位连续条件，要求在相位连续性：根据相位连续条件，要求在t=kTb时满足：时满足：代入得到：代入得到：代入代入可见MSK信号在第k个码元的起始相位不仅仅与当前的a可见MSK信号在第k个码元的起始相

30、位不仅仅与当前的ak k有关，还与前面的a有关，还与前面的ak-1k-1和和k-1k-1有关。有关。数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术设第一个码元的起始相位为设第一个码元的起始相位为数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术练习题：练习题：已知信息序列01100001，信息速率为1kbps，载频为1kHz，试画出MSK信号的波形图和相位轨迹图？已知信息序列01100001，信息速率为1kbps，载频为1kHz，试画出MSK信号的波形图和相位轨迹图？数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?正交调制器产生MSK信号正交调制器产生MSK信号其中：分析I其中：分析Ik k,Q,Qk

31、k和a和ak k之间的关系：之间的关系：结论：结论：I Ik k和Q和Qk k相同时，a相同时，ak k为-1I为-1Ik k和Q和Qk k相异时，a相异时，ak k为+1为+1数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术重要的结论公式：重要的结论公式：根据推导的公式对应的正交调制器框图根据推导的公式对应的正交调制器框图数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术MSK信号解调器框图：MSK信号解调器框图：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?GMSK信号GMSK信号问题的提出：MSK信号的相位虽然是连续变化的，但在信息代码发生变化时刻，问题的提出：MSK信号的相位虽然是连续变化的，但

32、在信息代码发生变化时刻，相位变化出现尖角，意味着导数不连续相位变化出现尖角，意味着导数不连续，这样就降低了MSK信号功率谱旁瓣的衰减速度，这样就降低了MSK信号功率谱旁瓣的衰减速度GMSK信号：对MSK信号基带信号GMSK信号：对MSK信号基带信号进行高斯滤波处理进行高斯滤波处理，称为高斯最小频移键控，称为高斯最小频移键控GMSK信号产生原理相位轨迹GMSK信号产生原理相位轨迹数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术（9）不同调制信号功率谱对比（9）不同调制信号功率谱对比思考问题：为什么QPSK和OQPSK一样？OQPSK不是比QPSK好的吗？是否与我们前面讲的矛盾？思考问题：为什么QPS

33、K和OQPSK一样？OQPSK不是比QPSK好的吗？是否与我们前面讲的矛盾？数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术（10）正交幅度调制（QAM）信号（10）正交幅度调制（QAM）信号?问题的提出：采用MPSK调制，虽然系统的传输效率提高了，但可靠性会降低，如何更优的设计信号空间中星座点之间的距离？问题的提出：采用MPSK调制，虽然系统的传输效率提高了，但可靠性会降低，如何更优的设计信号空间中星座点之间的距离？?APK信号：增加信号空间中各个状态点之间的距离，提高系统的可靠性，采用幅度和相位联合键控的方法APK信号：增加信号空间中各个状态点之间的距离，提高系统的可靠性，采用幅度和相位联合键

34、控的方法?信号的表达式：信号的表达式：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术展开表达式：展开表达式：式中：分别为式中：分别为同相和正交支路的基带信号同相和正交支路的基带信号x xn n和y和yn n为双极性m进制码元决定APK信号在信号空间中的坐标点为双极性m进制码元决定APK信号在信号空间中的坐标点可见，APK信号可以看做两个正交的幅度键控信号之和，故APK信号又称为正交幅度调制，QAM可见，APK信号可以看做两个正交的幅度键控信号之和，故APK信号又称为正交幅度调制，QAM数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?QAM信号星座图QAM信号星座图结论1：电平数m和信号状态M之间的

35、关系是M=m2结论2：当M4时MQAM比MPSK具有更好的抗干扰能力结论1：电平数m和信号状态M之间的关系是M=m2结论2：当M4时MQAM比MPSK具有更好的抗干扰能力数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术例例:M=16，假定，假定16PSK和和16QAM星座图表示的信号最大功率相同星座图表示的信号最大功率相同相邻星座点之间的最小距离表示：相邻星座点之间的最小距离表示：数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?QAM信号的产生和解调QAM信号的产生和解调调制器解调器调制器解调器数 字 调 制 技 术数 字 调 制 技 术?QAM信号的性能QAM信号的性能数 字 调 制 技 术数 字

36、 调 制 技 术2.2 信号处理技术2.2 信号处理技术卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术1.分类：1.分类：（1）数字话音内插技术：（1）数字话音内插技术：多路数字话音信号内插成一帧信号，提高数字话音信号的传输效率多路数字话音信号内插成一帧信号，提高数字话音信号的传输效率（2）回波控制技术：（2）回波控制技术：利用滤波技术解决双工器收发端口不匹配造成的回波信号利用滤波技术解决双工器收发端口不匹配造成的回波信号（3）语音编码技术：（3）语音编码技术：信源编码技术，在相同话音质量条件下，降低了系统的传输速率信源编码技术，在相同话音质量条件下，降低

37、了系统的传输速率2.数字话音内插技术(DSI)2.数字话音内插技术(DSI)由于在两个人通过线路进行双工通话时，一般情况下通话双方总是一个讲，一个听，以及说话的停顿，双向通信线路至少有一半时间处于空闲状态。统计表明，有效通话时间与总时间之比由于在两个人通过线路进行双工通话时，一般情况下通话双方总是一个讲，一个听，以及说话的停顿，双向通信线路至少有一半时间处于空闲状态。统计表明，有效通话时间与总时间之比小于0.4小于0.4激发的想法：把空闲的线路暂时分配给其他的用户使用提高系统的通信容量激发的想法：把空闲的线路暂时分配给其他的用户使用提高系统的通信容量卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术卫

38、 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术（1）分类：（1）分类：?时分话音内插（TASI）：时分话音内插（TASI）：利用呼叫之间的空隙，说话空隙等空闲时间，把利用呼叫之间的空隙，说话空隙等空闲时间，把空闲的通路分配给其他的用户使用空闲的通路分配给其他的用户使用?语音预测编码（SPEC）：语音预测编码（SPEC）：当某一时刻的样值和前一时刻的样值的当某一时刻的样值和前一时刻的样值的PCM编码有不可预测的明显差异时，才发送该时刻的码组PCM编码有不可预测的明显差异时，才发送该时刻的码组，否则不发送，这样减少了需要

39、传输的码组数量，提高系统的通信容量，否则不发送，这样减少了需要传输的码组数量，提高系统的通信容量卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术（2）时分话音内插（TASI）（2）时分话音内插（TASI）?系统组成：系统组成：卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术?信号流程图：信号流程图：卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术卫 星 通 信 中 信 号 处 理 技 术话音剪切（clipping）话音剪切（clipping）剪切率：衡量话音丢失的程度指标。定义为剪音的平均时间与话音平均持续时间之比。一般在卫星通

40、信系统中，规定此指标=0.5%剪切率：衡量话音丢失的程度指标。定义为剪音的平均时间与话音平均持续时间之比。一般在卫星通信系统中，规定此指标0.1s时，与地球卫星单程传输时间0.27s在一个数量级，引入附加时延对通话不好（1）帧长一般选取125us的整数倍（2）帧越长效率越高。分析结果表明：增加到一定程度后，帧效率的改善不会超过10%，在其他参数一定的条件下，长帧就需要缓冲存储器存储量大，成本高（3）帧越长，帧与帧之间载波的相关性便越差，解调中会引入附加相位噪声（4）当Tf0.1s时，与地球卫星单程传输时间0.27s在一个数量级，引入附加时延对通话不好卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通

41、 信 中 多 址 技 术课后作业：书上的例题2-2，p113页作业题34 课后作业：书上的例题2-2，p113页作业题34 卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术?TDMA终端：TDMA终端：卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术TDMA终端功能：TDMA终端功能：（1）完成帧的发送和接收（2）实现网络同步：初始捕获和分帧同步（3）实现对卫星链路的分配和控制（1）完成帧的发送和接收（2）实现网络同步：初始捕获和分帧同步（3）实现对卫星链路的分配和控制帧的发送与接收：帧的发送与接收：（1）话音信号（2）数据信号（1）话音信号（2）数据信

42、号卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术系统的定时与同步：系统的定时与同步：（1）TDMA系统定时：（2）TDMA系统同步：（1）TDMA系统定时：（2）TDMA系统同步：?在地球站开始发射数据时，如何使其进入指定的时隙，而不会对其他分帧造成干扰，这就是分帧的初始捕获在地球站开始发射数据时，如何使其进入指定的时隙，而不会对其他分帧造成干扰，这就是分帧的初始捕获?是如何使进入指定时隙的分帧信号处于稳定的工作状态，即该分帧与其他分帧维持正确的时间关系，不至出现相互重叠的现象，这就是分帧同步技术是如何使进入指定时隙的分帧信号处于稳定的工作状态，即该分帧与其他分帧维持正确

43、的时间关系，不至出现相互重叠的现象，这就是分帧同步技术卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术TDMA系统的定时与同步TDMA系统的定时与同步卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术捕获过程捕获过程分帧同步分帧同步卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术5.SDMA/SS/TDMA方式：5.SDMA/SS/TDMA方式：（1）SDMA方式：（1）SDMA方式：?单一业务区分为多个高增益波束覆盖的小区单一业务区分为多个高增益波束覆盖的小区?多个不

44、同波束分别覆盖多个业务区域多个不同波束分别覆盖多个业务区域（2）SDMA与其他多址方式结合（2）SDMA与其他多址方式结合?TDMATDMA?FDMAFDMA思考问题：思考问题：哪种方式结合更能体现SDMA多址方式的优点？哪种方式结合更能体现SDMA多址方式的优点？（3）工作原理（3）工作原理TT&CTT&CDCUABCAA ABACBBBCBACCCACBDSMt1t2t3AACABABBABCBCCBCACABCABC111213142122232431323334t1t2t3卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通

45、信 中 多 址 技 术上下行帧结构：上下行帧结构： ifsifs AACABA上行帧结构下行帧结构上行帧结构下行帧结构卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术分帧排列：分帧排列：卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术分帧排列算法：分帧排列算法：（1）根据帧交换矩阵）根据帧交换矩阵D确定临界行确定临界行i0（2）从帧交换矩阵中各行各列选取元素，构成基本矩阵）从帧交换矩阵中各行各列选取元素，构成基本矩阵D1和剩余矩阵和剩余矩阵D2（3）观察基本分帧矩阵）观察基本分帧矩阵D1，进行修正（，进行修正（4）剩余矩阵的确定）剩余矩阵的确定卫 星 通

46、 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术例子：例子：已知某个3*3的交换矩阵如下所示，给出相应的分帧排列已知某个3*3的交换矩阵如下所示，给出相应的分帧排列272434515卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术SS/TDMA帧同步SS/TDMA帧同步?星载定时星载定时?地球定时地球定时6.ALOHA方式：6.ALOHA方式：（1）分类：（1）分类：随机多址访问和可控多址访问随机多址访问和可控多址访问（2）随机多址访问：（2）随机多址访问：?P-ALOHAP-ALOHA?S-ALOHAS-ALOHA?C-ALOHAC-ALOHA?SREJ-ALO

47、HASREJ-ALOHA（3）可控多址访问（3）可控多址访问?R-ALOHAR-ALOHA?AA-TDMAAA-TDMA卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫星分组通信数据分组格式卫星分组通信数据分组格式卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术（4）P-ALOHA（4）P-ALOHA卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术（5）S-ALOHA（5）S-ALOHA卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术（6）C-ALOHA（6）C-ALOHA卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术（7）SREJ-ALOHA（7）SREJ-ALOHA卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术（8）R-ALOHA（8）R-ALOHA卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术（9）AA-TDMA（9）AA-TDMA卫 星 通 信 中 多 址 技 术卫 星 通 信 中 多 址 技 术第二章内容结束，谢谢大家第二章内容结束，谢谢大家