通信概論---第67章數(shù)字微波衛(wèi)星通信(運(yùn)輸j).

1、 微波（microwave)的定義：波長(zhǎng)為1m1mm，即頻率為300MHz300GHz范圍的電磁波。 微波通信：利用微波作為載波的通信方式。 微波通信的主要頻段：微波干線(xiàn)傳輸微波干線(xiàn)傳輸WLANBLUETOOTHLMDSL波段波段 1.02.0GHz C波段波段 4.08.0GHzS波段波段 2.04.0GHz x波段波段 8.012.4GHzKu波段波段12.418GHz K波段波段 1826.5GHz 6.1.1 6.1.1 微波通信的特點(diǎn)微波通信的特點(diǎn)3 3、傳輸質(zhì)量高，通信穩(wěn)定可靠。、傳輸質(zhì)量高，通信穩(wěn)定可靠。2 2、天線(xiàn)增益高，方向性好，通信保密性好。、天線(xiàn)增益高，方向性好，通信保密

2、性好。1、通頻帶寬，通信容量大。通頻帶寬，通信容量大。4 4、組網(wǎng)靈活，建設(shè)周期短、成本低。、組網(wǎng)靈活，建設(shè)周期短、成本低。5 5、對(duì)于地面遠(yuǎn)距離通信，采用、對(duì)于地面遠(yuǎn)距離通信，采用“中繼中繼”傳輸。傳輸。 地面微波中繼通信 特點(diǎn)：采用中繼傳輸方式，一般50KM左右一個(gè)中繼站。 原因：微波是沿直線(xiàn)傳播的； 微波傳播時(shí)，存在能量損耗。 應(yīng)用：長(zhǎng)距離、大容量 干線(xiàn)通信； 短距離、 小容量通信； 6.1.2 6.1.2 微波通信的分類(lèi)微波通信的分類(lèi)中間站中間站終端站終端站 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（PMP）微波通信 組成：基地臺(tái)，用戶(hù) 應(yīng)用：一種無(wú)線(xiàn)寬帶接入方式，適用于用戶(hù)比較分散且業(yè)務(wù)量小的系統(tǒng)。6.1.2 6

3、.1.2 微波通信的分類(lèi)微波通信的分類(lèi)( 基 地 臺(tái) ）用 戶(hù)用 戶(hù)用 戶(hù)用 戶(hù) 微波衛(wèi)星通信 特點(diǎn)： 中繼站在衛(wèi)星上； 使用微波波段，技術(shù)與微波相通，但中繼站設(shè)在離地面36000km的通信衛(wèi)星上。6.1.2 6.1.2 微波通信的分類(lèi)微波通信的分類(lèi)Satellite dishSatellite dishSatellite dishSatellite dishSatellite 微波散射通信 利用大氣對(duì)流層不均勻氣團(tuán)的散射作用，實(shí)現(xiàn)微波通信 特點(diǎn)： 距離遠(yuǎn) 發(fā)射功率大 信號(hào)質(zhì)量差 應(yīng)用： 軍事通信 6.1.2 6.1.2 微波通信的分類(lèi)微波通信的分類(lèi)對(duì)流層不均勻介質(zhì)氣團(tuán)將消息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)用于不

4、同用戶(hù)間的交換收信 發(fā)信用戶(hù)終端交換機(jī)用戶(hù)終端交換機(jī)數(shù)字微波中繼線(xiàn)路市內(nèi)電話(huà)公司市內(nèi)電話(huà)公司甲地乙地時(shí)分復(fù)用設(shè)備微波信道機(jī)微波信道機(jī)時(shí)分復(fù)用設(shè)備微波端站微波端站6.2.1 6.2.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用調(diào)制，形成適合于微波信道的調(diào)制信號(hào)用于接收、發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)。微波通信設(shè)備的重要組成部分。6.2.2 6.2.2 收發(fā)信設(shè)備收發(fā)信設(shè)備 收信設(shè)備的組成前置前置中放中放低噪聲放低噪聲放大器大器混頻混頻自動(dòng)增自動(dòng)增益控制益控制天天饋饋系系統(tǒng)統(tǒng)主主中中放放濾波濾波本振本振功能：將功能：將微波信號(hào)微波信號(hào)變成變成中頻已調(diào)信號(hào)中頻已調(diào)信號(hào)6.2.3 6.2.3 收發(fā)信設(shè)備收發(fā)信設(shè)備收信設(shè)備的技

5、術(shù)指標(biāo)工作頻段通頻帶噪聲系數(shù)本振的頻率穩(wěn)定度最大增益自動(dòng)增益控制范圍6.2.3 6.2.3 收發(fā)信設(shè)備收發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備的組成微波微波功放功放上變頻上變頻中頻中頻放大放大天饋天饋系統(tǒng)系統(tǒng)濾波濾波本振本振功能：將功能：將已調(diào)中頻信號(hào)已調(diào)中頻信號(hào)變?yōu)樽優(yōu)槲⒉ㄐ盘?hào)微波信號(hào)，并經(jīng)天饋系統(tǒng)發(fā)出。并經(jīng)天饋系統(tǒng)發(fā)出。6.2.3 6.2.3 收發(fā)信設(shè)備收發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備的技術(shù)指標(biāo) 工作頻段 通頻帶 本振的頻率穩(wěn)定度 輸出功率 諧波抑制度 非線(xiàn)性 6.3.1 6.3.1二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)時(shí)間波型二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)時(shí)間波型載波信號(hào)2ASK信號(hào)s(t)1011Tb001ttt二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制

6、器原理框圖乘法器coscte2ASK(t)(a)cosct開(kāi)關(guān)電路s(t)e2ASK(t)(b)s(t)二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)解調(diào)器原理框圖 e2ASK(t)帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出abcd定時(shí)脈沖(a)e2ASK(t)帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出cosct(b)2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形11100000101abcd 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信號(hào) 數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖振蕩器1f1選通開(kāi)關(guān)反相器基帶信號(hào)選通開(kāi)關(guān)振蕩器2f2相加器e2FSK(t) 二進(jìn)制移頻

7、鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖 (a) 非相干解調(diào); (b) 相干解調(diào)e2FSK(t)帶通濾波器1包絡(luò)檢波器抽樣判決器輸出定時(shí)脈沖帶通濾波器包絡(luò)檢波器(a)e2FSK(t)帶通濾波器1低 通濾波器抽樣判決器輸出定時(shí)脈沖帶通濾波器低通濾波器相乘器相乘器cos1tcos2t(b)111000001012FSK信號(hào)2FSK非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形 二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)間波形A ATstO2PSK信號(hào)的調(diào)制原理圖 s(t)碼型變換雙極性不歸零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0開(kāi)關(guān)電路e2PSK(t)180 移相s(t)(b)帶通濾波器e2PSK(t)a相乘器c低通濾波器dbe抽樣判決器輸出co

8、sct定時(shí)脈沖2PSK信號(hào)的解調(diào)原理圖2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形 10a110100bcde2DPSK信號(hào)調(diào)制過(guò)程波形圖絕對(duì)碼相對(duì)碼載波DPSK信號(hào)10110010絕對(duì)碼： 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0相對(duì)碼： 0 1 1 1 0 0 1 0 0 絕對(duì)碼與相對(duì)碼轉(zhuǎn)換延時(shí)T絕對(duì)碼相對(duì)碼2DPSK信號(hào)調(diào)制器原理圖cosct0開(kāi)關(guān)電路e2DPSK(t)180 移相s(t)碼變換2DPSK信號(hào)相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過(guò)程各點(diǎn)時(shí)間波形 (a)abcdef(b)帶通濾波器e2DPSK(t)a相乘器c低通濾波器dbe抽樣判決器輸出cosct定時(shí)脈沖碼反變換器f101

9、10002DPSK信號(hào)差分相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過(guò)程各點(diǎn)時(shí)間波形帶通濾波器a相乘器c低通濾波器dbe抽樣判決器定時(shí)脈沖(a)延遲 TsabcdeDPSK信號(hào)二進(jìn)制信息10001106.3.2 6.3.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 1. 誤碼率誤碼率 誤碼率是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一，二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有2ASK、2FSK、2PSK及2DPSK，每種數(shù)字調(diào)制方式又有相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式。表列出了各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率Pe與輸入信噪比r的數(shù)學(xué)關(guān)系。 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表 調(diào)制方式誤碼率相干調(diào)節(jié)

10、非相干調(diào)節(jié)2ASK2FSK2PSK/2DPSK1()24rerfc1()22rerfc1()2erfcr412re-212re-12re-橫向比較，對(duì)同一種數(shù)字調(diào)制信號(hào)，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率?？v向比較， 在誤碼率Pe一定的情況下，2PSK/2FSK/2ASK系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系為以分貝表示：22224ASKFSKPSKrrr=222()3()()ASKFSKPSKrdBdBrdBrdB=+誤碼率Pe與信噪比r的關(guān)系曲線(xiàn) 840481216107106101102103104105Pe非相干DSK相干ASK非相干ASK差分相干DPSK相干DSK相干PSKPe=

11、10-5時(shí)時(shí)2ASK、2FSK和和 2PSK所需要的信噪比所需要的信噪比 方式信噪比倍分貝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.6r=10時(shí)時(shí) 2ASK、2FSK 方式誤碼率相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK1.2610-2 4.110-2 2FSK7.910-4 3.3710-32PSK3.910-6 2.2710-5 2. 頻帶寬度頻帶寬度 若 傳 輸 的 碼 元 時(shí) 間 寬 度 為 Ts ， 則 2 A S K 系 統(tǒng) 和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/Ts，即 2ASK系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)具有相同的頻帶寬度。 2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為

12、大于2ASK系統(tǒng)或2PSK系統(tǒng)的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率最低。221|2FSKsBffT=-+222ASKPSKsBBT= 衛(wèi)星通信：利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線(xiàn)電波，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地面站之間的通信。 衛(wèi)星通信的工作方式： 延遲轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng) 立即轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信的分類(lèi) 7.1 基本概念基本概念 優(yōu)點(diǎn)： 通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)。 覆蓋面積大，具有多址聯(lián)接能力。 頻帶寬，傳輸容量大。 組網(wǎng)靈活。 通信穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。7.1 基本概念基本概念 缺點(diǎn)： 由于三顆靜止衛(wèi)星不能完全覆蓋地球，所以緯度高地區(qū)通信效果不好，特別是兩極

13、地區(qū)為通信盲區(qū)。 靜止衛(wèi)星的發(fā)射和控制技術(shù)復(fù)雜。 存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象。 通信信號(hào)傳輸延遲大，存在回聲干擾。7.1 基本概念基本概念 組成： 空間部分通信衛(wèi)星 地面部分通信地面站 跟蹤遙測(cè)指令子系統(tǒng) 監(jiān)控管理子系統(tǒng) 原理 跟 蹤遙 測(cè)指 令子 系統(tǒng) 監(jiān)控管理子系統(tǒng) 7.2.1 7.2.1 系統(tǒng)的組成和基本原理系統(tǒng)的組成和基本原理衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間分系統(tǒng)、地球站群、跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)四大部分組成的。跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)跟蹤遙測(cè)指令站監(jiān)控分系統(tǒng)空間分系統(tǒng)地球站分系統(tǒng)技術(shù)控制中 心監(jiān)控站衛(wèi)星網(wǎng)管理中心通信業(yè)務(wù)控制中心地球站通信業(yè)務(wù)控制中心地球站7.2.1 7.2.1 系統(tǒng)的組成

14、和基本原理系統(tǒng)的組成和基本原理 空間分系統(tǒng)即通信衛(wèi)星，通信衛(wèi)星內(nèi)的主體是通信裝置，另外還有星體的遙測(cè)指令、控制系統(tǒng)和能源裝置等。 通信衛(wèi)星的作用是進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的中繼，最主要的設(shè)備是轉(zhuǎn)發(fā)器(即微波收、發(fā)信機(jī))和天線(xiàn)。一個(gè)衛(wèi)星的通信裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。它把來(lái)自一個(gè)地球站的信號(hào)進(jìn)行接收、變頻和放大，并轉(zhuǎn)發(fā)給另一個(gè)地球站，這樣將信號(hào)在地球站之間進(jìn)行傳輸。7.2.1 7.2.1 系統(tǒng)的組成和基本原理系統(tǒng)的組成和基本原理 地球站群一般包括中央站(或中心站)和若干個(gè)普通地球站。中央站除具有普通地球站的通信功能外，還負(fù)責(zé)通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)調(diào)度與管理，對(duì)普通地球站進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制以及業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接等。 7.2.

15、1 7.2.1 系統(tǒng)的組成和基本原理系統(tǒng)的組成和基本原理 跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)也稱(chēng)為測(cè)控站，它的任務(wù)是對(duì)衛(wèi)星跟蹤測(cè)量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置；待衛(wèi)星正常運(yùn)行后，定期對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道修正和位置保持。 監(jiān)控管理分系統(tǒng)也稱(chēng)為監(jiān)控中心，它的任務(wù)是對(duì)定點(diǎn)的衛(wèi)星在業(yè)務(wù)開(kāi)通前、后進(jìn)行通信性能的監(jiān)測(cè)和控制，7.2.1 7.2.1 系統(tǒng)的組成和基本原理系統(tǒng)的組成和基本原理7.2.3 7.2.3 衛(wèi)星通信的分類(lèi)衛(wèi)星通信的分類(lèi) 按應(yīng)用分：海事衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng) 航空衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng) 陸地衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng) 按頻率分：L波段衛(wèi)星，Ka波段衛(wèi)星等 按區(qū)域分：全球、區(qū)域和國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星 按軌道分：低軌道衛(wèi)星 高軌道衛(wèi)星（靜止衛(wèi)星

16、，同步衛(wèi)星） 按軌道分：高軌道衛(wèi)星系統(tǒng)（GEO） 靜止（同步）衛(wèi)星：衛(wèi)星的運(yùn)行軌道在赤道平面內(nèi)，高度約35800Km，運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，自轉(zhuǎn)周期相等。7.2.3 7.2.3 衛(wèi)星通信的分類(lèi)衛(wèi)星通信的分類(lèi) 按軌道分：低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)(LEO) 衛(wèi)星的運(yùn)行軌道距地面高度一般為7001500 km，采用低軌道衛(wèi)星群組成星座來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線(xiàn)電波。路徑衰耗小，信號(hào)時(shí)延短，它可以實(shí)現(xiàn)手持移動(dòng)終端的通信。至陸地網(wǎng)全球星地面段用戶(hù)設(shè)備衛(wèi)星星座NCC全球星網(wǎng)關(guān)至陸地網(wǎng)全球星網(wǎng)關(guān)7.2.3 7.2.3 衛(wèi)星通信的分類(lèi)衛(wèi)星通信的分類(lèi) 最早投入商用的低軌道系統(tǒng)，采用66顆低軌衛(wèi)星以近極地軌道運(yùn)行，軌道高度為780

17、km。是一個(gè)由20家通信公司和工業(yè)公司組成的國(guó)際財(cái)團(tuán)，官方名稱(chēng)為銥LLC。 1998年11月正式商業(yè)運(yùn)營(yíng)。實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)手機(jī)直接上星的通信。 具有星際電路，并具有星上處理和星上交換功能。 性能先進(jìn)，系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)成本高 銥星系統(tǒng)技術(shù)上具有先進(jìn)性，但市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)策略失誤，資費(fèi)策略失誤(每部手機(jī)大約3000美元，國(guó)內(nèi)通話(huà)每分鐘約1.272美元)，在正式運(yùn)營(yíng)16個(gè)月之后，即2002年5月，停止向用戶(hù)提供服務(wù)，銥星公司宣布破產(chǎn)。7.2.3 7.2.3 衛(wèi)星通信的分類(lèi)衛(wèi)星通信的分類(lèi) 全球星系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)GS系統(tǒng))也是低軌道系統(tǒng)，但采用了簡(jiǎn)單的、低風(fēng)險(xiǎn)的，便宜的衛(wèi)星。星上既沒(méi)有星際電路，也沒(méi)有星上處理和星上交換，處理

18、和交換等功能均在地面上完成。 全球星系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，僅僅作為地面蜂窩系統(tǒng)的延伸，從而擴(kuò)大了移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋，因此降低了系統(tǒng)投資，而且也減少了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。全球星系統(tǒng)由48顆衛(wèi)星組成，均勻分布在8個(gè)軌道面上。軌道高度為1414 km。7.2.3 7.2.3 衛(wèi)星通信的分類(lèi)衛(wèi)星通信的分類(lèi)： 軌道高度低，時(shí)延小，抗干擾能力強(qiáng)，通話(huà)效果好。采用CDMA方式，可提供的業(yè)務(wù)種類(lèi)多（包括話(huà)音、數(shù)據(jù)、短信息、傳真、定位等）。 2000年5月全球星系統(tǒng)在中國(guó)正式運(yùn)營(yíng)。用戶(hù)使用全球星雙模式手機(jī)，可實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)任何地點(diǎn)任何個(gè)人在任何時(shí)間與任何人以任何方式的通信，即所謂的全球個(gè)人通信。7.2.3 7.2.3 衛(wèi)星通信的分類(lèi)衛(wèi)星通信的分類(lèi)全球星系統(tǒng)包括衛(wèi)星子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)、用戶(hù)終端三部分，并與地面公眾網(wǎng)和專(zhuān)用網(wǎng)連網(wǎng)。 至陸地網(wǎng)全球星地面段用戶(hù)設(shè)備衛(wèi)星星座NCC全球星網(wǎng)關(guān)至陸地網(wǎng)全球星網(wǎng)關(guān)7.2.3 7