现代通信系统课件.ppt
通信工程专业概论主讲 邱新芸1/4/2023东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1/4/20231东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论通信工程专业概论第五讲现代通信系统（2）1/4/20232东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1 1 数字微波与卫星通信系统数字微波与卫星通信系统1.1 1.1 数字微波通信系统数字微波通信系统1.2 1.2 通信卫星通信卫星1.3 1.3 卫星通信系统卫星通信系统1.4 1.4 数字卫星通信系统数字卫星通信系统1.5 1.5 卫星地球站卫星地球站1/4/20233东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1.1 数字微波通信系统数字微波通信系统1/4/20234东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论微微波波通通信信是是依依靠靠空空间间电电磁磁波波来来传传递递信信息息的的一一种种通通信方式。无线电磁波是以频率或波长来分类的。信方式。无线电磁波是以频率或波长来分类的。微波通信的频段及特点微波通信的频段及特点1/4/20235数字微波通信系统方框图数字微波通信系统方框图数字微波通信系统组成数字微波通信系统组成1/4/20236天线馈线系统天线馈线系统(a)同轴电缆天线馈线系统；同轴电缆天线馈线系统；(b)圆波导天线馈线系统圆波导天线馈线系统数字微波通信系统馈线系统数字微波通信系统馈线系统1/4/20237东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论 1.微波传播的电波特性微波传播的电波特性 2.微波信号传输线路中微波信号传输线路中的余隙概念的余隙概念微波传输线路微波传输线路地面反射和大气折射示意图地面反射和大气折射示意图3.数字微波信道的干扰数字微波信道的干扰和噪声和噪声1/4/20238东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1.抗衰落的技术抗衰落的技术自动增益控制自动增益控制(AGC)技术；技术；频率分集技术；频率分集技术；空间分集技术；空间分集技术；自适应均衡技术；自适应均衡技术；交叉极化干扰补偿技术。交叉极化干扰补偿技术。数字微波传输系统的主要技术数字微波传输系统的主要技术1/4/20239东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论2.数字微波实用的调制解调技术数字微波实用的调制解调技术差分编码变换；差分编码变换；纠错编码变换；纠错编码变换；网格编码网格编码(TCM)调制；调制；采用维特比译码实现解调。采用维特比译码实现解调。数字微波传输系统的主要技术数字微波传输系统的主要技术1/4/202310东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论3.分集技术分集技术4.非线性失真补偿技术非线性失真补偿技术5.微波传输新技术微波传输新技术提高调制的状态数及严格限带。提高调制的状态数及严格限带。采用更复杂的纠错编码技术降低系统误码率。采用更复杂的纠错编码技术降低系统误码率。网格编码调制及维特比检测技术。网格编码调制及维特比检测技术。高性能、高性能、全数字化的二维时域均衡技术。全数字化的二维时域均衡技术。多载波的并联传输技术。多载波的并联传输技术。采采用用多多重重空空间间分分集集接接收收、发发端端功功放放非非线线性性预预校校正正、自适应正交极化干扰消除电路等技术。自适应正交极化干扰消除电路等技术。数字微波传输系统的主要技术数字微波传输系统的主要技术1/4/202311东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1.2 通信卫星通信卫星1/4/202312东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1.地球卫星轨道地球卫星轨道同步通信卫星同步通信卫星地球卫星的几种轨道地球卫星的几种轨道2.同步通信卫星同步通信卫星1/4/202313东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论 通信卫星的组成通信卫星的组成 同步通信卫星：同步通信卫星：控制分系统；控制分系统；通信分系统；通信分系统；遥测指令分系统；遥测指令分系统；电源分系统；电源分系统；温控分系统等组成。温控分系统等组成。1/4/202314东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1/4/202315东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1.3 卫星通信系统卫星通信系统1/4/202316卫星通信系统组成卫星通信系统组成发端地面站发端地面站收端地面站收端地面站上行线上行线下行线下行线通信卫星通信卫星1/4/202317东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论卫星通信线路的组成卫星通信线路的组成1/4/202318东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信一般为恒参信道卫星通信一般为恒参信道,信道特性稳定。信道特性稳定。覆盖面积大覆盖面积大,通信距离远。通信距离远。设站灵活设站灵活,容易实现多址通信。容易实现多址通信。通信容量大通信容量大,传送的业务类型多。传送的业务类型多。电路使用费用与通信距离无关。电路使用费用与通信距离无关。建站快建站快,投资省。投资省。要求卫星严格要求卫星严格,有高可靠性、有高可靠性、长寿命。长寿命。通信地球站设备较复杂、通信地球站设备较复杂、庞大。庞大。卫星传输信号有延迟。卫星传输信号有延迟。1/4/202319东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论卫星通信传输线路性能参数卫星通信传输线路性能参数 1.全向有效辐射功率全向有效辐射功率2.传播衰耗传播衰耗3.传播方程传播方程4.接收地面站性能指数接收地面站性能指数5.C/T值与值与S/N6.门限电平门限电平1/4/202320东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论卫星传输信号的几种信号处理技术卫星传输信号的几种信号处理技术 数数字字信信号号基基带带处处理理：纠纠错错编编码码技技术术和和扰扰码码处理技术外。还有以下几种信号处理技术。处理技术外。还有以下几种信号处理技术。1能量扩散技术能量扩散技术2预加重预加重3加权加权1/4/202321东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1.4 数字卫星通信系统数字卫星通信系统1/4/202322东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论数字卫星通信系统的概念数字卫星通信系统的概念 数数字字通通信信时时代代，地地面面通通信信已已基基本本上上实实现现了了IDN(综综合合数数字字网网),因因此此对对卫卫星星(地地面面站站的的终终端端信信号号卫卫星星基基带带信号信号)都基本上使用数字信号都基本上使用数字信号,称为数字基带信号。称为数字基带信号。1/4/202323东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论多址方式多址方式 多多址址方方式式是是指指在在卫卫星星覆覆盖盖区区内内的的多多地地球球站站,通通过过一一颗颗卫卫星星的的转转发发信信号号,建建立立以以地地球球站站为为站站址址的的两两址址或或多多址址间间的的通通信信。这这里里的的多多址址是是指指在在卫卫星星转转发发器器频带的射频信道的复用。频带的射频信道的复用。1.频分多址频分多址(FDMA)方式方式所所谓谓频频分分多多址址，是是指指按按地地面面站站分分配配的的射射频频不不同同来来区区别别地地球球站站的的站站址址，使使各各地地球球站站的的地地址址频频率率,在在卫卫星星转转发发器器频频带带内内不不发发生生重重叠叠，而而且且还还要要留留有有保保护护频带。频带。1/4/202324东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论频分多址方式频分多址方式1/4/202325东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论频分多址方式的频率配置频分多址方式的频率配置1/4/202326东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论2.时分多址时分多址(TDMA)方式方式是是指指用用时时间间的的间间隙隙来来区区别别地地球球的的站站址址，各各地地球球站站的信号只在规定的时隙通过卫星转发器。的信号只在规定的时隙通过卫星转发器。时分多址方式时分多址方式1/4/202327东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论时分多址系统的组成时分多址系统的组成1/4/202328时分多址系统的帧结构时分多址系统的帧结构1/4/202329东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论3.空分多址空分多址(SDMA)方式方式是以卫星天线指向地面的波束来区别站址的。是以卫星天线指向地面的波束来区别站址的。4.码分多址码分多址(CDMA)方式方式是用码型来区别地球站站址。是用码型来区别地球站站址。1/4/202330东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1.5 卫星地球站卫星地球站1/4/202331地球站组成地球站组成 主主要要由由天天馈馈分分系系统统、发发射射机机分分系系统统、接接收收机机分分系系统统、通通信终端分系统、监控管理及电源分系统组成。信终端分系统、监控管理及电源分系统组成。1/4/202332东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论其他数字卫星通信系统其他数字卫星通信系统1.星上信号处理卫星通信系统星上信号处理卫星通信系统星星上上信信号号处处理理卫卫星星通通信信采采用用了了星星上上信信号号处处理理的的最最新新技技术术,相相当当于于把把地地面面通通信信交交换换中中心心搬搬到到卫卫星星上上去去,使使系系统统的的通通信信、交交换换、测测控控一一体体化化空空中中立立体体化化。美美国国于于1993年年发发射射上上天天的的ACTS高高级级通通信信卫卫星系统就采用了这种技术。星系统就采用了这种技术。1/4/202333东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论2.VSAT会议电视系统会议电视系统会会议议电电视视是是指指将将活活动动图图像像信信号号进进行行数数字字压压缩缩，以以较较低低的的速速率率在在VSAT卫卫星星信信道道上上同同时时传传输输图图像像和语声和语声信号。信号。会会议议电电视视为为点点对对点点的的通通信信，一一般般采采用用SCPC方方式式。只只有有在在开开会会时时，每每个个终终端端才才与与网网中中一一个个用用户户终终端端共共用用一一对对双双向向信信道道。当当停停止止时时可可将将信信道道转转交交VSAT系统开展其他业务，实现资源共享。系统开展其他业务，实现资源共享。1/4/202334东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论3事卫星通信系统事卫星通信系统海海事事卫卫星星(INMARSAT)系系统统能能对对海海、陆陆、空空中中的的移移动体提供静止卫星通信。动体提供静止卫星通信。由由地地球球段段和和空空间间段段组组成成,操操作作中中心心设设在在伦伦敦敦,控控制制中中心心设设在在华华盛盛顿顿和和达达姆姆斯斯特特。另另外外还还有有跟跟踪踪、遥遥测测和和指指令令地地球球站站,通通信信网网络络控控制制地地球球站站和和数数量量庞庞大大的的船船舶舶地地球球站站。系系统统的的空空间间部部分分由由分分布布在在大大西西洋洋、印印度度洋洋、太太平平洋洋三三个个区区域域上上空空的的卫卫星星组组成成,以以形形成成覆覆盖盖全全球球的的通信网。通信网。1/4/202335东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论非同步卫星通信系统非同步卫星通信系统1.低轨道卫星通信系统低轨道卫星通信系统(LEO)一一般般都都由由多多频频卫卫星星组组成成卫卫星星通通信信网网。卫卫星星离离地地面面高高度度大大约约在在1000km左左右右,其其运运转转周周期期一一般般为为几几小小时时。卫卫星星天天线线波波束束覆覆盖盖地地面面小小区区,在在地地球球表表面面飞飞速速移移动动,一一个个用用户户看看到到每每颗颗卫卫星星的的时时间间只只有有几几分分钟钟或或十十几几分钟分钟,因此存在信号越区切换的问题。因此存在信号越区切换的问题。2.中轨道卫星通信系统中轨道卫星通信系统(MFE)中中轨轨道道卫卫星星通通信信系系统统的的轨轨道道高高度度大大约约在在1,0000km左右。发射左右。发射10多颗卫星多颗卫星,就可构成全球通信。就可构成全球通信。1/4/202336东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论2 2 数字移动通信系统数字移动通信系统2.1 2.1 移动通信概述移动通信概述2.2 2.2 蜂窝数字移动通信蜂窝数字移动通信(GSM)(GSM)1/4/202337东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论2.1 移动通信的概念移动通信的概念1/4/202338东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1 1 移动通信概念：移动通信概念：是是指指通通信信的的双双方方，至至少少有有一一方方在在移移动动中中进进行信息的交换。行信息的交换。1/4/202339东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论2.移动通信使用的频段移动通信使用的频段移移动动通通信信属属于于无无线线通通信信的的范范畴畴。按按照照无无线线频频率率的的划划分分它它属属于于VHF(甚甚高高频频)和和UHF(特特高高频频)直直至至到到微微波波频频段段，一一般般分分配配为为150MHz，450MHz，800MHz，900MHz以以及及1.8GHz等等，这这些些频频段段为为公公用用移移动动通信使用频段。通信使用频段。这这些些频频段段是是宝宝贵贵的的空空间间资资源源，无无线线电电广广播播、电电视视、飞飞机机导导航航、部部队队等等各各种种移移动动通通信信，都都要要利利用用这这一一资资源。源。1/4/202340东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论 2.2 蜂窝移动通信概述蜂窝移动通信概述1/4/2023411.移动通信系统组成移动通信系统组成1/4/2023422.蜂窝移动通信无线覆盖区结构蜂窝移动通信无线覆盖区结构1)大区制大区制在在一一个个基基站站天天线线覆覆盖盖区区内内的的移移动动用用户户,只只能能在在此此区区域完成联络与控制。域完成联络与控制。2)小区制小区制整整个个业业务务区区(服服务务区区)划划分分为为若若干干小小区区,在在小小区区中中分分别设置基站别设置基站,负责本小区移动通信的联络控制。负责本小区移动通信的联络控制。3)小区制的划分方法小区制的划分方法考考虑虑服服务务对对象象及及频频率率组组不不相相互互干干扰扰等等因因素素,小小区区制制一般分为带状服务区和面状服务区。一般分为带状服务区和面状服务区。4)蜂窝无线区移动通信网蜂窝无线区移动通信网1/4/202343东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1/4/202344东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1/4/202345东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1/4/202346东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论1/4/2023473.移动通信中的切换、移动通信中的切换、交接与漫游交接与漫游1/4/202348东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论全全球球通通的的蜂蜂窝窝移移动动通通信信网网有有一一个个制制式式的的问问题题，如如果果是是同同一一制制式式，很很容容易易实实现现(切切换换)交交接接与与漫漫游游。世世界界上上有有多多种种制制式式的的蜂蜂窝窝移移动动通通信信系系统统，就就数数字字移移动动通通信信而而言言，就就有有GSM,D-AMPS，D-NTT等等。如如模模拟拟系系统统有有AMPS和和TACS制制等等。我我国国模模拟拟系系统统曾曾经经采采用用TACS制，数字系统采用制，数字系统采用GSM制式。制式。1/4/202349东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论4移动通信分类移动通信分类寻寻呼呼系系统统：是是一一种种较较早早的的点点对对面面覆覆盖盖的的单单向向呼呼叫叫系系统统。它它由由寻寻呼呼控控制制中中心心、基基站站和和寻寻呼呼接接收收器器(BP机机)三三部部分分组成。组成。1/4/202350东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论集集群群移移动动通通信信系系统统：是是一一种种专专用用调调度度系系统统,由由控控制制中中心、基站、调度台、移动台组成。心、基站、调度台、移动台组成。1/4/202351东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论无无绳绳电电话话系系统统：是是一一种种市市话话网网延延伸伸的的双双工工无无线线通通信信系统。它由基站和手机组成系统。它由基站和手机组成。以上三种移动通信系统都是借助于市话网来实现的。以上三种移动通信系统都是借助于市话网来实现的。1/4/202352东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论陆陆地地蜂蜂窝窝移移动动通通信信系系统统：公公用用的的、广广泛泛采采用用的的移移动动通通信信系系统统。它它的的信信号号类类别别可可分分为为模模拟拟移移动动通通信信系系统统和和数数字字移移动动通通信信系系统统两两大类。大类。1/4/202353卫星移动通信系统卫星移动通信系统陆陆地地移移动动通通信信中中,在在海海洋洋、沙沙漠漠、森森林林、高高山山等等处处的的蜂蜂窝窝移移动动通通信信由由于于基基站站的的位位置置不不易易选选定定,无无线线小小区区覆覆盖盖很很困困难难,只只能能利利用用卫卫星星的的电电波波覆覆盖盖,特特别别是是对对人人烟稀少地区的通信只能用卫星移动通信来实现。烟稀少地区的通信只能用卫星移动通信来实现。卫卫星星移移动动通通信信有有两两种种:静静止止卫卫星星(同同步步卫卫星星)系系统统;低轨道的卫星移动通信系统。低轨道的卫星移动通信系统。其他移动通信系统其他移动通信系统由由于于无无线线通通信信迅迅猛猛发发展展，移移动动通通信信应应用用领领域域更更广广，如如在在工工业业中中应应用用的的IEEE802.116和和蓝蓝牙牙技技术术的的移移动动接接入系统。入系统。1/4/202354东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论GSM系统移动终端呼叫建立及位置更新举例系统移动终端呼叫建立及位置更新举例在在移移动动通通信信中中,呼呼叫叫建建立立及及位位置置更更新新非非常常复复杂杂,它它包包括括了了接接口口信信道道的的信信号号编编码码,基基站站信信号号强强度度检检测测,移移动动交换中心的处理及信息交换等过程。交换中心的处理及信息交换等过程。例例：某某一一固固定定用用户户呼呼叫叫在在另另一一地地的的漫漫游游移移动动用户过程。用户过程。1/4/202355东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校计算机工程系通信工程教研室计算机工程系通信工程教研室通信工程专业概论通信工程专业概论对移动终端呼叫的建立过程对移动终端呼叫的建立过程PLMN1/4/202356
