通信概论---第67章数字微波卫星通信.优秀PPT.ppt

6.1 基本概念6.2 数字微波通信系统的组成6.3 数字微波通信系统的调制模式6.1 基本概念基本概念微波（microwave)的定义：波长为1m1mm，即频率为300MHz300GHz范围的电磁波。微波通信：利用微波作为载波的通信方式。微波通信的主要频段：微波干线传输微波干线传输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 微波通信的特点微波通信的特点3 3、传输质量高，通信量高，通信稳定牢靠。定牢靠。2 2、天、天线增益高，方向性好，通信保密性好。增益高，方向性好，通信保密性好。1、通通频带宽，通信容量大。，通信容量大。4 4、组网敏捷，建网敏捷，建设周期短、成本低。周期短、成本低。5 5、对于地面于地面远距离通信，接受距离通信，接受“中中继”传输。地面微波中继通信特点：接受中继传输方式，一般50KM左右一个中继站。缘由：微波是沿直线传播的；微波传播时，存在能量损耗。应用：长距离、大容量 干线通信；短距离、小容量通信；6.1.2 6.1.2 微波通信的分类微波通信的分类一点对多点（PMP）微波通信组成：基地台，用户应用：一种无线宽带接入方式，适用于用户比较分散且业务量小的系统。6.1.2 6.1.2 微波通信的分类微波通信的分类微波卫星通信特点：中继站在卫星上；运用微波波段，技术与微波相通，但中继站设在离地面36000km的通信卫星上。6.1.2 6.1.2 微波通信的分类微波通信的分类微波散射通信利用大气对流层不匀整气团的散射作用，实现微波通信特点：距离远放射功率大信号质量差应用：军事通信 6.1.2 6.1.2 微波通信的分类微波通信的分类将消息转换为电信号用于不同用户间的交换收信 发信用户终端交换机用户终端交换机数字微波中继线路市内电话公司市内电话公司甲地乙地时分复用设备微波信道机微波信道机时分复用设备微波端站微波端站6.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成6.2.1 6.2.1 系统组成系统组成实现信道复用调制，形成适合于微波信道的调制信号用于接收、放射或转发微波信号。微波通信设备的重要组成部分。6.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成6.2.2 6.2.2 收发信设备收发信设备收信设备的组成自动增自动增益控制益控制功能：将功能：将微波信号微波信号变成成中频已调信号中频已调信号6.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成6.2.3 6.2.3 收发信设备收发信设备收信设备的技术指标收信设备的技术指标工作频段工作频段通频带通频带噪声系数噪声系数本振的频率稳定度本振的频率稳定度最大增益最大增益自动增益限制范围自动增益限制范围6.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成6.2.3 6.2.3 收发信设备收发信设备发信设备的组成功能：将功能：将已已调中中频信号信号变为微波信号微波信号，并并经天天馈系系统发出。出。6.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成6.2.3 6.2.3 收发信设备收发信设备发信设备的技术指标工作频段通频带本振的频率稳定度输出功率谐波抑制度非线性 6.3.1 6.3.1二进制调制信号时间波型二进制调制信号时间波型6.3 数字微波通信系统的调制模式数字微波通信系统的调制模式二进制振幅键控信号时间波型二进制振幅键控信号调制器原理框图6.3 数字微波通信系统的调制模式数字微波通信系统的调制模式二进制振幅键控信号解调器原理框图 2ASK信号非相干解调过程的时间波形 二进制移频键控信号的时间波形 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 二进制移频键控信号解调器原理图 (a)非相干解调;(b)相干解调2FSK非相干解调过程的时间波形 二进制移相键控信号的时间波形2PSK信号的调制原理图 2PSK信号的解调原理图2PSK信号相干解调各点时间波形 2DPSK信号调制过程波形图确定码：1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0相对码：0 1 1 1 0 0 1 0 0 确定码与相对码转换延时T确定码相对码2DPSK信号调制器原理图2DPSK信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形 2DPSK信号差分相干解调器原理图和解调过程各点时间波形6.3.2 6.3.2 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 1.误码率误码率 误码率是衡量数字通信系统的重要指标之一，二进制数字调制方式有2ASK、2FSK、2PSK及2DPSK，每种数字调制方式又有相干解调方式和非相干解调方式。表列出了各种二进制数字调制系统的误码率Pe与输入信噪比r的数学关系。二进制数字调制系统的误码率公式一览表二进制数字调制系统的误码率公式一览表 调制方式误码率相干调节非相干调节2ASK2FSK2PSK/2DPSK横向比较，对同一种数字调制信号，接受相干解调方式的误码率低于接受非相干解调方式的误码率。纵向比较，在误码率Pe确定的状况下，2PSK/2FSK/2ASK系统所须要的信噪比关系为以分贝表示：误码率Pe与信噪比r的关系曲线 Pe=10-5时时2ASK、2FSK和和 2PSK所须要的信噪比所须要的信噪比 方式信噪比倍分贝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.6r=10时时 2ASK、2FSK 方式误码率相干解调非相干解调2ASK1.2610-2 4.110-2 2FSK7.910-4 3.3710-32PSK3.910-6 2.2710-5 2.频带宽度频带宽度 若 传 输 的 码 元 时 间 宽 度 为 Ts，则 2ASK系 统 和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度近似为2/Ts，即 2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统具有相同的频带宽度。2FSK系统的频带宽度近似为 大于2ASK系统或2PSK系统的频带宽度。因此，从频带利用率上看，2FSK系统的频带利用率最低。7.1 基本概念7.2 卫星通信系统的组成7.1.1 7.1.1 卫星通信的定义卫星通信的定义卫星通信的定义卫星通信的定义卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，从而实现两个或多个地面站之间的通信。卫星通信的工作方式：延迟转发式卫星通信系统马上转发式卫星通信系统卫星通信的分类7.1 基本概念基本概念优点：通信距离远，且费用与通信距离无关。覆盖面积大，具有多址联接实力。频带宽，传输容量大。组网敏捷。通信稳定牢靠，传输质量高。7.1.2 7.1.2 卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信的特点7.1 基本概念基本概念缺点：由于三颗静止卫星不能完全覆盖地球，所以纬度高地区通信效果不好，特殊是两极地区为通信盲区。静止卫星的放射和限制技术困难。存在日凌中断和星蚀现象。通信信号传输延迟大，存在回声干扰。7.1.2 7.1.2 卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信的特点7.1 基本概念基本概念7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成组成：空间部分通信卫星地面部分通信地面站 跟踪遥测指令子系统 监控管理子系统原理 7.2.1 7.2.1 系统的组成和基本原理系统的组成和基本原理卫星通信系统是由空间分系统、地球站群、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统四大部分组成的。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.1 7.2.1 系统的组成和基本原理系统的组成和基本原理 空间分系统空间分系统 空间分系统即通信卫星，通信卫星内的主体空间分系统即通信卫星，通信卫星内的主体是通信装置，另外还有星体的遥测指令、限制系统和是通信装置，另外还有星体的遥测指令、限制系统和能源装置等。能源装置等。通信卫星的作用是进行无线电信号的中继，通信卫星的作用是进行无线电信号的中继，最主要的设备是转发器最主要的设备是转发器(即微波收、发信机即微波收、发信机)和天线。和天线。一个卫星的通信装置可以包括一个或多个转发器。它一个卫星的通信装置可以包括一个或多个转发器。它把来自一个地球站的信号进行接收、变频和放大，并把来自一个地球站的信号进行接收、变频和放大，并转发给另一个地球站，这样将信号在地球站之间进行转发给另一个地球站，这样将信号在地球站之间进行传输。传输。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.1 7.2.1 系统的组成和基本原理系统的组成和基本原理地球站群地球站群地球站群地球站群 地球站群一般包括中心站地球站群一般包括中心站地球站群一般包括中心站地球站群一般包括中心站(或中心站或中心站或中心站或中心站)和若干个一般和若干个一般和若干个一般和若干个一般地球站。中心站除具有一般地球站的通信功能外，还负责通地球站。中心站除具有一般地球站的通信功能外，还负责通地球站。中心站除具有一般地球站的通信功能外，还负责通地球站。中心站除具有一般地球站的通信功能外，还负责通信系统中的业务调度与管理，对一般地球站进行监测限制以信系统中的业务调度与管理，对一般地球站进行监测限制以信系统中的业务调度与管理，对一般地球站进行监测限制以信系统中的业务调度与管理，对一般地球站进行监测限制以及业务转接等。及业务转接等。及业务转接等。及业务转接等。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.1 7.2.1 系统的组成和基本原理系统的组成和基本原理跟踪遥测及指令分系统跟踪遥测及指令分系统跟踪遥测及指令分系统跟踪遥测及指令分系统 跟踪遥测及指令分系统也称为测控站，它的任务是对跟踪遥测及指令分系统也称为测控站，它的任务是对跟踪遥测及指令分系统也称为测控站，它的任务是对跟踪遥测及指令分系统也称为测控站，它的任务是对卫星跟踪测量，限制其精确进入静止轨道上的指定位置；待卫卫星跟踪测量，限制其精确进入静止轨道上的指定位置；待卫卫星跟踪测量，限制其精确进入静止轨道上的指定位置；待卫卫星跟踪测量，限制其精确进入静止轨道上的指定位置；待卫星正常运行后，定期对卫星进行轨道修正和位置保持。星正常运行后，定期对卫星进行轨道修正和位置保持。星正常运行后，定期对卫星进行轨道修正和位置保持。星正常运行后，定期对卫星进行轨道修正和位置保持。监控管理分系统监控管理分系统监控管理分系统监控管理分系统 监控管理分系统也称为监控中心，它的任务是对定点监控管理分系统也称为监控中心，它的任务是对定点监控管理分系统也称为监控中心，它的任务是对定点监控管理分系统也称为监控中心，它的任务是对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和限制，的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和限制，的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和限制，的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和限制，7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.1 7.2.1 系统的组成和基本原理系统的组成和基本原理7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类按应用分：海事卫星移动系统 航空卫星移动系统 陆地卫星移动系统按频率分：L波段卫星，Ka波段卫星等按区域分：全球、区域和国内通信卫星按轨道分：低轨道卫星 高轨道卫星（静止卫星，同步卫星）7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成按轨道分：高轨道卫星系统（GEO）静止（同步）卫星：卫星的运行轨道在赤道平面内，高度约35800Km，运行方向与地球自转方向相同，自转周期相等。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类按轨道分：低轨道卫星系统(LEO)卫星的运行轨道距地面高度一般为7001500 km，接受低轨道卫星群组成星座来转发无线电波。路径衰耗小，信号时延短，它可以实现手持移动终端的通信。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类铱星系统铱星系统铱星系统铱星系统 最早投入商用的低轨道系统，接受最早投入商用的低轨道系统，接受最早投入商用的低轨道系统，接受最早投入商用的低轨道系统，接受66666666颗低轨卫星以近颗低轨卫星以近颗低轨卫星以近颗低轨卫星以近极地轨道运行，轨道高度为极地轨道运行，轨道高度为极地轨道运行，轨道高度为极地轨道运行，轨道高度为780 km780 km780 km780 km。是一个由。是一个由。是一个由。是一个由20202020家通信公司和家通信公司和家通信公司和家通信公司和工业公司组成的国际财团，官方名称为铱工业公司组成的国际财团，官方名称为铱工业公司组成的国际财团，官方名称为铱工业公司组成的国际财团，官方名称为铱LLCLLCLLCLLC。1998 1998 1998 1998年年年年11111111月正式商业运营。实现了移动手机干脆上星月正式商业运营。实现了移动手机干脆上星月正式商业运营。实现了移动手机干脆上星月正式商业运营。实现了移动手机干脆上星的通信。的通信。的通信。的通信。特点：特点：特点：特点：具有星际电路，并具有星上处理和星上交换功能。具有星际电路，并具有星上处理和星上交换功能。具有星际电路，并具有星上处理和星上交换功能。具有星际电路，并具有星上处理和星上交换功能。性性性性能先进，系统困难，系统成本高能先进，系统困难，系统成本高能先进，系统困难，系统成本高能先进，系统困难，系统成本高 铱星系统技术上具有先进性，但市场运营策略失误，铱星系统技术上具有先进性，但市场运营策略失误，铱星系统技术上具有先进性，但市场运营策略失误，铱星系统技术上具有先进性，但市场运营策略失误，资费策略失误资费策略失误资费策略失误资费策略失误(每部手机大约每部手机大约每部手机大约每部手机大约3000300030003000美元，国内通话每分钟约美元，国内通话每分钟约美元，国内通话每分钟约美元，国内通话每分钟约1.271.271.271.272 2 2 2美元美元美元美元)，在正式运营，在正式运营，在正式运营，在正式运营16161616个月之后，即个月之后，即个月之后，即个月之后，即2002200220022002年年年年5 5 5 5月，停止月，停止月，停止月，停止向用户供应服务，铱星公司宣布破产。向用户供应服务，铱星公司宣布破产。向用户供应服务，铱星公司宣布破产。向用户供应服务，铱星公司宣布破产。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类 全球星系统全球星系统全球星系统全球星系统 全球星系统全球星系统全球星系统全球星系统(简称简称简称简称GSGSGSGS系统系统系统系统)也是低轨道系统，但接受了也是低轨道系统，但接受了也是低轨道系统，但接受了也是低轨道系统，但接受了简洁的、低风险的，便宜的卫星。星上既没有星际电路，也没简洁的、低风险的，便宜的卫星。星上既没有星际电路，也没简洁的、低风险的，便宜的卫星。星上既没有星际电路，也没简洁的、低风险的，便宜的卫星。星上既没有星际电路，也没有星上处理和星上交换，处理和交换等功能均在地面上完成。有星上处理和星上交换，处理和交换等功能均在地面上完成。有星上处理和星上交换，处理和交换等功能均在地面上完成。有星上处理和星上交换，处理和交换等功能均在地面上完成。全球星系统设计简洁，仅仅作为地面蜂窝系统的延长，全球星系统设计简洁，仅仅作为地面蜂窝系统的延长，全球星系统设计简洁，仅仅作为地面蜂窝系统的延长，全球星系统设计简洁，仅仅作为地面蜂窝系统的延长，从而扩大了移动通信系统的覆盖，因此降低了系统投资，而且从而扩大了移动通信系统的覆盖，因此降低了系统投资，而且从而扩大了移动通信系统的覆盖，因此降低了系统投资，而且从而扩大了移动通信系统的覆盖，因此降低了系统投资，而且也削减了技术风险。全球星系统由也削减了技术风险。全球星系统由也削减了技术风险。全球星系统由也削减了技术风险。全球星系统由48484848颗卫星组成，匀整分布在颗卫星组成，匀整分布在颗卫星组成，匀整分布在颗卫星组成，匀整分布在8 8 8 8个轨道面上。轨道高度为个轨道面上。轨道高度为个轨道面上。轨道高度为个轨道面上。轨道高度为1414 km1414 km1414 km1414 km。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类全球星系统特点：全球星系统特点：全球星系统特点：全球星系统特点：轨道高度低，时延小，抗干扰实力强，通话效果好。接轨道高度低，时延小，抗干扰实力强，通话效果好。接轨道高度低，时延小，抗干扰实力强，通话效果好。接轨道高度低，时延小，抗干扰实力强，通话效果好。接受受受受CDMACDMA方式，可供应的业务种类多（包括话音、数据、短方式，可供应的业务种类多（包括话音、数据、短方式，可供应的业务种类多（包括话音、数据、短方式，可供应的业务种类多（包括话音、数据、短信息、传真、定位等）。信息、传真、定位等）。信息、传真、定位等）。信息、传真、定位等）。2000 2000年年年年5 5月全球星系统在中国正式运营。用户运用全球月全球星系统在中国正式运营。用户运用全球月全球星系统在中国正式运营。用户运用全球月全球星系统在中国正式运营。用户运用全球星双模式手机，可实现在全球范围内任何地点任何个人在任星双模式手机，可实现在全球范围内任何地点任何个人在任星双模式手机，可实现在全球范围内任何地点任何个人在任星双模式手机，可实现在全球范围内任何地点任何个人在任何时间与任何人以任何方式的通信，即所谓的全球个人通信。何时间与任何人以任何方式的通信，即所谓的全球个人通信。何时间与任何人以任何方式的通信，即所谓的全球个人通信。何时间与任何人以任何方式的通信，即所谓的全球个人通信。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类全球星系统构成：全球星系统构成：全球星系统构成：全球星系统构成：全球星系统包括卫星子系统、地面子系统、用户终端三部分，并与地面公众网和专用网连网。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类全球星系统构成：全球星系统构成：全球星系统构成：全球星系统构成：卫星子系统由48颗卫星加8颗备用星组成。这些卫星分布在8个倾角为52的圆形轨道平面上，每个轨道平面6颗卫星，另还有1颗备用星。传输时延和处理时延小于300 ms。每颗卫星输出功率约为1000 W，总共有268 800个信道。话音传输速率有2.4 kb/s、4.8 kb/s、9.6 kb/s三种，数据传输速率为7.2 kb/s。地面子系统由限制中心(NCC)和关口(GW)组成。NCC配有备用设备，由地面操作限制中心、卫星操作限制中心和放射限制操作设施组成，负责管理GS系统的地面接续。7.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类