第5章--無線傳輸基本理論

1、1,,,胡慶 教授,第5章 無線傳輸基本理論,2,內容提要,無線電波傳播特征 無線電波傳播損耗無線信道噪聲與衰落無線通信的多址連接及工作方式,5.1 無線電波傳播特征,電磁波是一個總稱，如果按頻率和波長來劃分，除了無線電波之外，電磁波還包括紅外線、可見光、紫外線以及X射線等，并且都會產生電磁輻射，它們之間的區(qū)別僅僅是波的頻率不同而已。當前，能用于通信的無線電頻率范圍已經從大約100kHz擴展到了約100GHz以上。電

2、磁波的傳播主要分為中長波地表波傳播、超短波及微波視距傳播、短波電離層反射、對流層散射、電離層散射等，如圖1-18所示，但它們也具有如下的共同特性。,3,5.1 無線電波傳播特征,直線傳播電磁波在均勻媒質中沿直線傳播具有光似性。在均勻媒質中，電磁波在介質的各個位置受到的作用完全一致，或者說傳輸介質對電磁波中各個分量都產生同樣的影響，各個分量的變化趨勢完全一致，不會產生方向的變化，即電磁場方向不變，也就是傳播方向不變，即按原先的方向直線

3、向前傳播。反射與折射當電波由—種媒質傳播到另一種媒質時，在兩種媒質的交界面上，傳播方向會發(fā)生改變，產生反射和折射現象。電波的反射和折射同樣遵守光學的反射和折射定律。,4,5.1 無線電波傳播特征,電波的干涉由同一電波源所產生的電磁波，經過不同的路徑到達某接收點時，該接收點的場強由不同路徑的電波合成，這種現象叫做波的干涉，也稱為多經效應。合成電場強度與各射線電場的相位有關，當它們同相位時，合成場強最大；反相時，合成場強最小。繞射

4、現象電波在傳播過程中有一定的繞道障礙物的能力，這種現象稱為繞射。由于電波具有一定的繞射能力，所以能繞過高低不平的地面或有一定高度的障礙物，然后到達接收點。因而有時在障礙物后面也能收到無線電信號。,5,5.2 無線電波傳播損耗,在有線傳輸信道中，電信號將封閉在相對固定的導線中傳輸，其起點和終點的截面積近似相等，因此其單位面積上的功率變化僅僅受制于傳輸過程中介質對電信號的衰減。而在無線信道中，當電磁波離開天線后，便向四面八方擴散，隨著傳

5、播距離增加，電磁波能量分布在越來越大的面積上，在天線輻射的總能量—定時，離開天線的距離越遠，空間的電磁場就越來越弱。,6,5.2.1 能量的擴散與吸收,假設發(fā)射天線置于自由空間中，若天線無方向性，輻射功率為P（單位為W），則距離輻射天線d（單位為m）處的電場強度有效值E0為式（5.2）表明，電場強度與傳播距離成反比。這種隨著傳播距離的增加使電場強度逐漸減弱的現象，完全是出于電波在自由空間傳播時能量的擴散而引起的。實際上，電磁波在

6、大氣中傳播，會遇到各種介質、導體或半導體，因而會損耗一部分能量，這種現象叫做電磁波能量吸收。,7,,5.2,5.2.2 自由空間傳播損耗,自由空間傳播損耗的計算自由空間是一種抽象的空間，通常是指充滿均勻、無耗媒質的無限大空間，無線電波在自由空間傳播不會產生電磁波的吸收、散射、折射和反射等現象，因此我們只需要考慮無線電波從源點到目的點直接純粹的因為電波的傳播帶來的損耗。根據無線電波傳播的特征，電波在自由空間傳播時，其能量會因向四面八

7、方擴散，當然總能量保持不變，但是對于無線通信系統(tǒng)來說，其信號接收裝置的接收面積是有限的，只能接收其中的一部分能量，從而相對于發(fā)射端的發(fā)射能量來說，接收能量實際上減少了。,8,5.2.2 自由空間傳播損耗,由電磁場理論可知，若無方向性（也稱全向天線）天線的輻射功率為PT瓦，則距輻射源d米的接收點B處的單位面積上的電波平均功率（見圖5-1）為：由天線理論知道，一個各向均勻接收的天線，其有效接收面積為這樣，一個無方向性天線在B點收

8、到的功率為,9,,,,或,,5.2.2 自由空間傳播損耗,自由空間的傳播損耗定義為 式中，d為收、發(fā)天線的距離，f為發(fā)信頻率。 若發(fā)射天線的增益為GT，接收天線的增益為GR，則式（5.5）應改寫為,10,,5.5,,5.6,5.2.2 自由空間傳播損耗,例5-1 某微波中繼傳輸信道，發(fā)射天線的增益為22dB，接收天線的的增益為18dB，收發(fā)距離為14500 km，載波中心頻率為5.904GHz。求：（1）該信道

9、的基本傳輸損耗為多少? （2）若發(fā)射功率為25W，接收機接收到的功率為多少?解：（1）該信道的基本傳輸損耗為：（2）接收機的接收到的功率為：,11,,,5.2.2 自由空間傳播損耗,自由空間傳播條件下收信功率的計算無線通信中如微波中繼通信，實際使用的天線均為定向天線，當收發(fā)天線增益分別為[GR]（dB），[GT]（dB）；收發(fā)天線饋線系統(tǒng)損耗分別為[Lr]（dB），[Lt]（dB）時，則自由空間傳播條件下，接

10、收機接收功率為,12,,5.2.2 自由空間傳播損耗,例5-2 某微波中繼傳輸信道，已知發(fā)射功率PT=1W，發(fā)信頻率f =3800MHz，收發(fā)距離為45 km，[GT]=38 dB，[GR]=40 dB，饋線系統(tǒng)損耗[Lr]=1（dB），[Lt]=3（dB），求自由空間傳播條件下的收信功率。解：將PT=1W換成電平值，,13,,,,,5.2.3 自然現象引起的損耗,大氣吸收損耗產生大氣吸收損耗的氣體主要是氧氣、水蒸氣以及水

11、氣凝結物。原因有兩個：一是電波的吸收，即電波的電磁能轉變?yōu)闊崮?；二是電波因水氣及凝結物產牛的散射，如圖5-2所示。,14,圖5-2 水蒸氣和氧吸收衰減,5.2.3 自然現象引起的損耗,由圖5-2可知，水蒸氣的最大吸收峰在? =1.3cm (f=23GHz）處；氧的最大吸收峰在? =0.5cm (f=60GHz）處。從總吸收曲線（c）可以查出，當微波頻率為12GHz時（波長2.5cm)，水蒸氣和氧分子總的吸收衰耗約為0.015dB/k

12、m。若站距為50km，則一個中繼段的衰耗約為0.75dB。因此，微波工作頻率小于12GHz時，和自由空間傳播損耗相比，可以忽略不計。,15,5.2.3 自然現象引起的損耗,雨霧引起的散射損耗降雨引起的電波傳播損耗的增加稱為雨衰，雨衰是由于雨滴和霧對無線電波能量的吸收和散射產生的。雨霧中的小水滴能散射電磁波能量而造成散射衰耗，如圖5-3所示。,16,圖5-3 雨霧的散射損耗,5.2.3 自然現象引起的損耗,從圖5-3中曲線（e）

13、可見，在濃霧情況下，波長大于4cm (7500MHz)、站距為50km的散射損耗約為3.3dB。一般來說，10GHz以下頻段，雨霧的散射衰耗還不太嚴重，通常兩站之間的衰耗也只有幾分貝。但是10GHz以上頻段，中繼站之間距離將主要受降雨衰耗所限制，在20GHz（波長為1.5cm）以上時，中繼站站距只好縮減到幾千米。因此，在設計微波或者衛(wèi)星等通信系統(tǒng)時，為考慮降雨引起的影響，應事先留有2dB左右的發(fā)射功率余量。,17,5.2.3 自然現象

14、引起的損耗,大氣折射引起的損耗 在大氣層中，離地球表面越高，空氣密度越低，對電波的折射率也隨之減小，使電磁波在大氣層中的傳播路徑出現彎曲。于是地球站在幾何上直線對準的只是在衛(wèi)星實際位置上方的一個虛的衛(wèi)星位置。由于大氣層的不穩(wěn)定因素，如溫度的變化、云層和霧等導致大氣密度分布的不連續(xù)變化和起伏，使傳播路徑產生了隨機的、時變的彎曲，從而引起接收信號的起伏。在低仰角的情況下，由于星—地傳播路徑與地面視距微波的路徑近于平行，折射還可能形成相互

15、干擾。,18,5.2.3 自然現象引起的損耗,電離層、對流層閃爍引起的損耗電離層內存在電子密度的隨機不均勻性而引起閃爍，其強度大致與頻率的平方成反比。因此，電離層閃爍會對較低頻段（1GHz以下）的電波產生明顯的散射和折射，從而引起信號的衰落。比如，對于200MHz的工作頻率，電離層閃爍使信號損耗有10％的時間大于6dB。,19,5.2.4 多經傳播引起損耗,地面和環(huán)境設施對信號的反射，可形成信號的多經傳播。對于天線高度低，增益小的

16、移動終端更容易出現這樣的情況。信號通過多經信道到達接收端時，由于不同路徑的信號延時不一樣，接收端多經信號可能同相疊加，合成信號增強；也可能各個多經信號反相抵消，合成信號被減弱，從而形成接收信號的衰落。在多徑傳輸中，我們可以考慮地面折射這種非常普遍的現象來分析多徑信號帶來的影響。如圖5-4所示，接收點除收到直射波外，還會收到由地面反射的波（反射角等于入射角），下面推導一下由直射波和反射波在收信點產生的合成場強。,20,5.2.4 多經

17、傳播引起損耗,設E0為自由空間傳播時，直射波到達R處的電場強度有效值，則直射波電場強度的瞬時值為：由于反射波與直射波有路程差,21,圖5-4 平坦地面的電波反射,,,=r2-r1,5.2.4 多經傳播引起損耗,故反射波場強的落后瞬時值為式中，? 為反射系數的模；?ρ為反射系數的相位；（ ）為反射波與直射波之間的總相位差。 按平行四邊形法則求得在接收點R處的 ， 電場強度的

18、矢量和的有效值E為,22,,,,,,5.2.4 多經傳播引起損耗,將合成電場強度有效值E與自由空間的直射波電場強度有效值E0之比稱為地面反射引起的衰落因子Lk，表示為一般入射角 很小， 而 （全反射），于是：考慮地面發(fā)射影響，實際的收信點功率電平為：[Pr](dBm)=[Pr0](dBm)+[Lk](dB) 5.14）式中，Pr0(dBm)為未考慮地面影響時的直射波收信

19、功率。,23,,,,,,,5.13,5.2.4 多經傳播引起損耗,將式（5.13）的Lk～Δr關系，繪出曲線如圖5-5所示。由圖可見，隨著Δr 的變化，收信點點電場E可從零變化到2E0，E=0出現在Δr=λ，2λ，…時，應盡量避免。,24,圖5-5 Lk～?r關系曲線,5.2.5 無線傳播模型,有兩種方法可以用來建立傳播模型：歸納法和演繹法。所謂歸納法就是通過收集和整理實際環(huán)境下傳播損耗與空間之間關系的數據，得到一個傳播模型；而演

20、繹法就是分析無線信號傳播各種方式（直射、反射和衍射等）的效應，疊加后得到一個傳播模型。一個有效的傳播模型能很好地預測出傳播的損耗，該損耗是距離、工作頻率和環(huán)境參數的函數。由于實際環(huán)境的影響，傳播損耗也有所變化，因此預測結果必須在實際測量工程中進一步驗證。我們可以按照下述各種特定傳播環(huán)境的傳播模型來估算電波的傳播損耗。,25,5.2.5 無線傳播模型,自由空間傳播模型　自由空間傳播模型應用的頻率范圍為0~300GHz，是最簡單的幾何光

21、學模型。在某些環(huán)境中，假定有用信號只是由于在自由空間所產生的傳播損耗，也就是說，把大氣看成為近似真空的均勻介質，電磁波沿直線傳播，不發(fā)生反射、折射、繞射和散射等現象，這時在大氣中的傳播就等效于自由空間傳播。它只與頻率f和距離d有關。,26,5.2.5 無線傳播模型,平坦大地的繞射模型　適合大于視距的傳播范圍，對有用信號的預測需要考慮地球的曲率。粗糙大地上的傳播模型適合于世界特定地區(qū)和特別粗糙大地上的傳播。Longley-Ric

22、e傳播模型 Longley-Rice模型應用于頻率范圍為40MHz～100 GHz，不同種類的地形中點對點的通信系統(tǒng)。這個模型是統(tǒng)計模型，可用來估算地波和對流層散射的傳播衰減，使用地形地貌的路徑幾何學和對流層的繞射性，預測中值場強和估計信號隨時間與空間的變化。,27,5.2.5 無線傳播模型,SUI模型是斯坦福大學提出的，該模型是在Ereeg模型和COST231-Hata模型基礎上修改而來半確定性經驗模型，適用于WiMAX無線接入系

23、統(tǒng)網絡設計，適用頻率范圍3.40GHz～3.53GHz。Okumura-Hata、COST231-Hata、Walfish-Ikegami和LEE等傳播模型主要應用于計算陸地移動通信中路徑的傳播損耗，確定無線蜂窩小區(qū)的服務覆蓋區(qū)，適用頻率范圍為1.50GHz～2.0 0GHz。,28,5.3 無線信道噪聲與衰落,信道噪聲衰落原因與分類抗衰落技術,29,5.3.1 信道噪聲,按照噪聲來源來分（1）人為噪聲人為噪聲是指人類活動所

24、產生的對通信造成干擾的各種噪聲。其中包括工業(yè)噪聲和無線電噪聲。如各種電器開關通斷時產生的短脈沖、熒光燈閃爍產生的脈沖串、其他無線電系統(tǒng)產生的信號等。（2）自然噪聲自然噪聲是指自然界存在的各種電磁波源所產生的噪聲。如雷電、磁暴、太陽黑子、銀河系噪聲、宇宙射線等。（3）內部噪聲內部噪聲是指通信設備本身產生的各種噪聲，它來源于通信設備的各種電子器件、傳輸線、天線等。,30,5.3.1 信道噪聲,按照噪聲性質來分（1）單頻噪聲單頻

25、噪聲主要是無線電干擾，頻譜特性可能是單一頻率，也可能是窄帶譜。單頻噪聲的特點是一種連續(xù)波干擾。（2）脈沖噪聲脈沖噪聲是在時間上無規(guī)則的突發(fā)脈沖波形。包括工業(yè)干擾中的電火花、汽車點火噪聲、 雷電等（3）起伏噪聲 起伏噪聲是一種連續(xù)波隨機噪聲，包括熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲。對其特性的表征可以采用隨機過程的分析方法。,31,5.3.1 信道噪聲,熱噪聲熱噪聲是由傳導媒質中電子的隨機運動而產生的，這種在原子能量級上的隨機運動是物質

26、的普遍特性。在傳輸（通信）系統(tǒng)中，電阻器件噪聲、天線噪聲、饋線噪聲以及接收機產生的噪聲均可以等效成熱噪聲。熱噪聲均勻分布在0～1012Hz的頻率范圍內，其電壓有效值為式中，波茲曼常數k = 1.38 ? 10-23（J/K），T為熱力學溫度（ºK），阻值R（?），帶寬B（Hz）。,32,,5.3.1 信道噪聲,功率譜密度為式中，h=6.6254×10-34(J/s)為普朗克常數，頻率f。功率譜密度曲線如

27、圖5-6所示?？梢钥闯?，在頻率f＜0.2(kT/h)范圍內，功率譜密度Pn(f )基本上是平坦的。,33,,圖5-6 熱噪聲的功率譜密度,5.3.2 衰落原因與分類,當電波傳播空間的參數變化時，收信端的收信電平會偏離設計值，稱為傳播衰落。引起衰落的原因是多方面的，大體上可以歸為兩大類：第一類是由氣象條件的不平穩(wěn)變化引起的，如大氣折射的慢變化，雨霧衰減以及大氣中不均勻體的散射等引起的衰落；第二類是由多徑傳播引起的衰落。對衰落沒有統(tǒng)一

28、的分類方法。比較普遍的方法是按衰落周期的時間快慢，分為快衰落與慢衰落，如圖5-7所示。下面先按這種方法來說明形成這兩類衰落的原因及其互相關系。,34,5.3.2 衰落原因與分類,,35,圖5-7 衰落示意圖,5.3.2 衰落原因與分類,慢衰落大量統(tǒng)計測試表明：慢衰落是隨時間變化接收機接收的場強中值呈現較慢變動，其衰落周期以秒計算，往往是慢慢形成，慢慢消失。它常由大氣折射的緩慢變化引起。因為在一個較大的范圍內(例如一段中繼線路)大

29、氣折射條件的變化和恢復不是在極短的時間內發(fā)生的，所以形成了慢衰落。如繞射衰落就是屬于這一類型?？焖ヂ浯罅拷y(tǒng)計測試表明：快衰落是隨時間變化接收機接收的場強中值呈現快速起伏變動，其衰落速度約30~40次/秒。它與大氣中存在的波導、薄層以及湍流等引起的多徑傳播有關。在微波范圍內只要每條射線的路徑稍有變動，它們的合成信號就會產生明顯的起伏。,36,5.3.2 衰落原因與分類,工程應用中常按快衰落產生的機制分為以下幾種類型（1）K型衰落。

30、這是一種由地面反射的多徑干涉所形成，常發(fā)生在水面和開闊平面地上的電波中。（2）波導型衰落。波導型衰落是由于各種氣象條件的影響，如地面被太陽曬熱，夜間地面的冷卻，以及海面和高氣壓地區(qū)，都會形成大氣層中的不均勻結構。閃爍衰落。閃爍衰落是由于對流層中的大氣無規(guī)則的漩渦運動，而形成的一些不均勻氣團所引起的散射衰落。（4）散射型衰落。散射型衰落由傳播路徑上的大氣層中不均勻體的散射所引起，其典型的衰落圖形如圖5-8（d）所示。（5）大氣雨霧

31、的吸收衰落。由大氣和雨霧的吸收所引起的衰落稱為吸收衰落，它的特點是直射波被衰減，所以信號電平總是低于而不會高出自由空間電平。,37,5.3.2 衰落原因與分類,,38,圖5-8 幾種典型的衰落示意圖,5.3.2 衰落原因與分類,,39,圖5-9 大氣波導形成的反射波,圖5-10 閃爍衰落,5.3.3 抗衰落技術,分集技術分集技術是指將同一個信號在發(fā)端分散發(fā)送、收端集中接收的技術。最常用的分集方法是空間分集和頻率分集。空間

32、分集分為空間分集發(fā)射和空間分集接收兩個系統(tǒng)，下面以空間分集接收為例說明這種技術。在不同的空間位置設置幾副天線，同時接收同一個發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選擇其中較強的信號，這種工作方式稱為空間分集接收。有幾副接收天線就稱為幾重分集。在微波傳輸系統(tǒng)中最常用的是二重垂直空間分集接收，如圖5-11所示。,40,5.3.3 抗衰落技術,頻率分集是采用兩個或兩個以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時發(fā)送和接收同一信號，然后進行合成或選擇，以減輕

33、衰落影響，這種工作方式叫做頻率分集接收。當采用兩個微波頻率時，稱為二重頻率分集。,41,圖5-11 二重垂直空間分集接收,5.3.3 抗衰落技術,頻率分集有同頻段分集和跨頻段分集兩種類型。 所謂同頻段分集是指發(fā)送和接收的兩個微波信號頻率f1和f2位于同一微波頻段之中，其分集系統(tǒng)的示意圖如圖5-12所示。,42,圖5-12 同頻段分集系統(tǒng),5.3.3 抗衰落技術,跨頻段分集是指發(fā)送和接收的兩個微波信號頻率f1、f2分別處于

34、不同的微波頻段之中，其分集系統(tǒng)的示意圖如圖5-13所示。,43,圖5-13 跨頻段分集系統(tǒng),5.3.3 抗衰落技術,自適應均衡技術頻域自適應均衡器是在模擬微波通信系統(tǒng)中，為了改善信道的群時延和微分增益特性，所使用的均衡器，但是該均衡器僅作為靜態(tài)特性的補償。而數字微波通信系統(tǒng)，因傳輸帶寬較寬，當發(fā)生多徑傳播衰落時，其通帶內的振幅特性是隨時間而變化的，這就必須使用能適應時間變化的自適應均衡器。圖5-14（a）所示為一個工作在中頻的頻

35、域自適應均衡器，它是一個諧振頻率fr和回路Q值可變的中頻諧振電路。該中頻諧振電路產生的與多徑衰落造成的幅頻特性相反的特性，可以抵消帶內振幅偏差。,44,5.3.3 抗衰落技術,,45,圖5-14 中頻可變調諧的自適應均衡器,5.3.3 抗衰落技術,圖5-14（b）是這種頻域均衡器的原理電路，均衡器電路用分布參數和變容二極管構成并聯諧振電路，當改變變容二極管的結電容時，可改變電路的中心諧振頻率。在數字微波通信系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)誤碼率

36、的主要原因是在收端取樣判決點處其前后信號對取樣判決樣值的干擾，稱為碼間干擾。故通常采用時域自適應均衡器以消除（減?。┤优袥Q點處的碼間干擾。時域自適應均衡器的方案很多，下面例舉的是一種應用較廣、加在基帶系統(tǒng)的由橫向濾波器構成的自適應均衡器，其結構如圖5-15所示。,46,5.3.3 抗衰落技術,自適應均衡器由2N階的橫向濾波器和權系數調整控制電路構成，橫向濾波器由2N級延遲單元T和可調的加權系數Ci（-N≤i≤N）組成，每級延遲一比特

37、，在中間（中心抽頭）脈沖S0的前后各有N個脈沖，一共有2N+1個脈沖。,47,圖5-15 橫向濾波器式均衡器結構,5.3.3 抗衰落技術,,48,圖5-16 橫向濾波器式均衡器原理框圖,5.4 無線通信的多址連接及工作方式,信號傳輸的一個很重要的問題就是如何充分地利用信道。在兩點之間的同一條信道上同時傳送不同的多個信號而不互相干擾，這是信道的“多路復用”。多路復用技術在地面微波中繼通信中已經普遍應用，目前常用的多路復用方式有頻分

38、多路復用（FDM）、時分多路復用（TDM）、碼分多路復用（CDM）、空分多路復用（SDM）等方式。在多點之間實現互不干擾和影響的多邊通信稱為“多址通信”或“多址連接”。它們的共同理論根據，就是信號分割的原理。,49,5.4.1 頻分多址（FDMA）方式,頻分多址（FDMA，Frequency Division Multiple Access）是使用較早也是使用較多的一種多址接入方式，被廣泛應用于衛(wèi)星通信、移動通信、一點多址微波通信系統(tǒng)

39、中。FDMA的技術核心是把傳輸頻帶劃分為較窄的且互不重疊的多個子頻帶，每個用戶都被分配到一個獨立的子頻帶中；各用戶采用濾波器，分別按分配的子頻帶從信道上提取信號，實現多址通信。,50,圖5-17 頻分多址方式的原理示意圖,5.4.1 頻分多址（FDMA）方式,頻分多址方式可以根據多路復用和調制方式的不同，分成如下幾種方式：① FDM／FM／FDMA方式是先把要傳送的電波信號進行頻分多路復用處理，即FDM；再對載波進行調頻，即FM；

40、然后按照載波頻率的不同來區(qū)分為是哪個地球站址，即FDMA。② SCPC／FDMA方式中，SCPC方式的含意是每一個話路使用一個載波。這種多址方式中的調制方法可以是PCM／PSK的，或增量調制（AM）／PSK的，也可以是比較簡單的FM的。SCPC多址方式是預分配的，如果采用按需分配，就叫做SPADE方式。③ PCM／TDM／PSK／FDMA方式是先把話音信號進行PCM，即脈碼調制，經過TDM，即時分多路復用；然后再對載波進行PSK、即

41、相移鍵控；最后FDMA，并根據載波頻率不同來區(qū)分站址。,51,5.4.2 時分多址（TDMA）方式,時分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）是在給定頻帶的最高數據傳輸速率的條件下，把傳遞時間劃分為若干時間間隙即時隙，各用戶按照分配的時隙，以突發(fā)脈沖序列方式接收和發(fā)送信號。,52,圖5-18 TDMA方式工作原理示意圖,5.4.3碼分多址（CDMA）方式,碼分多址（CDMA，Code Divis

42、ion Multiple Access）是一種利用信號結構的正文性來鑒別有用信號的多址方式。在碼分多址（CDMA）系統(tǒng)中，站址的劃分是根據各站的碼型結構不同來實現的。各地球站可以使用相同的載波頻率，占用同樣的射頻帶寬，在任意時間內發(fā)射信號。一般選擇偽隨機（PN）碼作地址碼。一個地球站發(fā)出的信號，只能用與它相關的接收機才能檢測出來。CDMA實際是一種擴頻系統(tǒng)。衛(wèi)星通信中較適用的擴頻系統(tǒng)有兩種基本類型：直接序列碼分多址（DS/CDMA）系

43、統(tǒng)，又叫做偽隨機碼擴頻多址方式（SSMA）；跳頻碼分多址（FH/CDMA）系統(tǒng)。,53,5.4.3碼分多址（CDMA）方式,直接序列碼分多址（DS／CDMA）系統(tǒng),54,圖5-19 DS/CDMA系統(tǒng),5.4.3碼分多址（CDMA）方式,跳頻碼分多址（FH/CDMA）系統(tǒng)與DS/CDMA相比，其主要差別是發(fā)射頻譜的產生方式不同，如圖5-20所示。在發(fā)端，利用PN碼去控制頻率合成器，使之在一個寬范圍內的規(guī)定頻率上偽隨機地跳動，然后再與

44、信碼調制過的中頻混頻，從而達到擴展頻譜的目的。跳頻圖案和跳頻速率分別由PN序列及其速率決定。在接收端，本地PN碼產生器提供一個和發(fā)端相同的PN碼，驅動本地頻率合成器產生同樣規(guī)律的頻率跳變，和接收信號混頻后獲得固定中頻的已調信號，通過解調器還原出原始信號。,55,5.4.3碼分多址（CDMA）方式,,56,圖5-20 FH/CDMA系統(tǒng)方框圖,5.4.3碼分多址（CDMA）方式,CDMA方式的優(yōu)點是：在擴頻碼相關特性較理想且擴頻增益較高

45、時，對干擾有很強的抑制能力。信號掩沒在干擾之中，不易被發(fā)現，而且采用特殊的擴頻碼相當于一次加密，保密性能較好。實現多址通信容易，各站設備都相同，只需變更地址碼，使用比較靈活。CDMA方式的缺點是：要占用很寬的頻帶，頻帶利用率較低；選擇數量足夠的地址碼組有一定困難；接收時，對地址碼的捕獲與同步需要一定時間。,57,5.4.4 空分多址（SDMA）方式,空分多址SDMA的基本特征是衛(wèi)星天線有多個窄波束（又稱點波束），它們分別指向不同的區(qū)

46、域地球站，利用波束在空間指向的差異來區(qū)分不同地球站，如圖5-21所示。,58,圖5-21 SDMA方式示意圖,5.4.4 空分多址（SDMA）方式,采用SDMA方式時，各地球站發(fā)出的射頻信號在使用頻率和工作時間上都可以相同，但它們在向同一個衛(wèi)星發(fā)射的信號不會被混淆，因為各站處在衛(wèi)星天線的不同波束覆蓋范圍內，由不同的天線接收。在衛(wèi)星上，應能根據各站所要發(fā)往的方向，及時地將它們的信號分別轉接至相應的衛(wèi)星發(fā)射天線，送至指定的地球站。在這種

47、空分系統(tǒng)中，衛(wèi)星具有稱為空中交換（Space Switch）機的自動交換作用。為此，空分多址一般不單獨使用，通常是和其他三種多址方式結合起來使用，其中與TDMA結合得較多，稱為SS／TDMA（衛(wèi)星交換／時分多址）方式。,59,5.4.5 無線通信系統(tǒng)的工作方式,無線通信的工作方式分為單工（單向）通信方式和雙工通信方式兩大類。雙工通信方式按資源（包括頻率和時間）又分為頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD），如圖5-22示。,60,圖5-