数字微波中继通信与卫星通信.ppt

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1、第五章 数字微波中继通信与卫星通信5.1 数字微波中继通信5.2 卫 星 通 信5.1 数字微波中继通信5.1.1 微波通信的特点（1）微 波 波 段 的 载 波 工 作 频 率 高（相 对 短 波 波 段 而 言），在 相 对 带 宽 相 同的 情 况 下，其 信 道 的 绝 对 带 宽 比 短 波 要 大得多，因而，可传送较多的信息量。（2）由 于 微 波 波 段 波 长 短，所 以 容易 制 成 高 增 益 天 线。天 线 增 益 可 达 几 十dB。（3）天 电 干 扰、工 业 干 扰 及 太 阳 黑 子的变化在微波波段基本不起作用。（4）与 有 线 通 信 相 比，微 波 中 继 通

2、 信有较大的灵活性。（5）在 微 波 波 段，电 磁 波 的 传 播 是 直线 视 距 的 传 播 方 式。要 进 行 远 距 离 通 信，必 须 采 用 中 继 通 信 方 式，即 每 隔50km 左 右设 置 一 个 中 继 站，将 前 一 站 的 信 号 接 收 下来，经过放大，再向下一站传输下去。5.1.2 数字微波通信系统的组成数 字 微 波 系 统 方 框 图 如 图5-1-1 所 示。微波站分为两大类：终端站和中继站。5.1.3 数字信号的调制与解调数 字 信 号 的 调 制 与 解 调 是 数 字 微 波 通信中的关键技术。图5-1-1 数字微波通信系统方框图图 5-1-2 正

3、弦信号的旋转相量表示1四相移相键控（4PSK 或QPSK）4PSK 调 制 如 图5-1-3 所 示。由 图 可 见，输 入 的 二 进 制 码 流（信 息 速 率 为fb）经 串并 变 换，转 变 为 并 行 的 两 路 二 进 制 码 流，其速率是fb/2。图5-1-3 4PSK 示意图2正交幅度调制（QAM）M-QAM 调 制 器 方 框 图 如 图5-1-4 所 示。M-QAM 信 号 是 一 种 幅 度、相 位 复 合 调 制信 号。M 表 示 已 调 波 的 状 态 数，不 同 状 态与不同的幅度和相位相对应。图5-1-4 M-QAM 调制器方框图3解调数 字 微 波 的 发 送

4、端 通 过 调 制 把 基 带 信号 变 成 微 波 频 带 信 号，接 收 端 通 过 解 调 把频带信号逆变换为基带信号。4各种调制方式性能比较（1）各种调制方式信道频带利用率2ASK 方式的高频信道利用率为fb2fb=1 2 bit s,Hz 2FSK 方式的高频信道利用率为fb(fc2fc1+2fb 12bit s，Hz（2）误码性能比较经 分 析 可 得 如 下 结 论：在 信 噪 比 相 同的 情 况 下，多 相 调 制 的 相 数 越 多，误 码 率越 高。对 不 同 的 调 制 方 式，当 已 调 波 相 量点 数 相 同 时，M-QAM、M-PSK、M-ASK误码率依次增高。

5、5.2 卫 星 通 信5.2.1 卫星通信概述卫 星 通 信 是 利 用 地 球 卫 星 作 为 中 继 站转 发 微 波 信 号，在 两 个 或 多 个 地 球 站 之 间进行通信。卫 星 与 地 球 的 相 对 位 置 关 系 如 图5-2-1所示。图 5-2-1 静止卫星通信示意图卫星通信具有以下特点。（1）卫 星 通 信 覆 盖 区 域 大、通 信 距 离远，在 跨 越 高 山、海 洋 时，更 能 显 示 其 优越性。（2）卫星通信便于实现多址连接。（3）工 作 频 带 宽，通 信 容 量 大，适 用于 多 种 业 务（例 如 电 话、传 真、电 视、高速数据等）传输。（4）通信质量好

6、、可靠性高。5.2.2 卫星通信系统的组成1系统构成卫 星 通 信 系 统 组 成 方 框 图 如 图5-2-2 所示。图5-2-2 卫星通信系统组成方框图2通信卫星的组成及功能通 信 卫 星 由 天 线 分 系 统、通 信 分 系 统、遥 测 与 指 令 分 系 统、控 制 分 系 统 和 电 源 分系统五部分组成，如图5-2-3 所示。图5-2-3 通信卫星的组成（1）天 线 分 系 统：卫 星 天 线 有 两 类。一 类 是 遥 测、遥 控 和 信 标 天 线，一 般 采 用全 向 天 线，以 便 可 靠 地 接 收 地 面 指 令 和 向地面发射遥测数据和信标。（2）通 信 分 系 统

7、：卫 星 上 的 通 信 分 系统 又 称 转 发 器，起 通 信 中 继 器 的 作 用。它实 际 是 一 部 宽 频 带 收 发 信 机，对 它 的 基 本要 求 是 以 最 小 的 附 加 噪 声 和 失 真，并 以 足够 的 功 率，安 全 可 靠 地 为 地 球 站 转 发 无 线电信号。（3）遥 测 与 指 令 系 统：其 功 能 是 了 解星 内 设 备 的 工 作 情 况；对 卫 星 的 工 作、位置和姿态进行控制。（4）控 制 分 系 统：共 有 两 种 控 制，一是姿态控制，二是位置控制。（5）电 源 分 系 统：常 用 的 电 源 有 太 阳能电池和化学能电池。3地球站设

8、备（1）地球站的组成和性能要求图5-2-4 所 示 为 标 准 地 球 站 的 方 框 图。从 图 中 可 以 看 出，地 球 站 由 天 线 系 统、发射 系 统、接 收 系 统、通 信 控 制 系 统、终 端系统和电源系统六部分组成。图 5-2-4 地球站总体方框图对地球站的性能要求如下：工 作 频 率 范 围 宽：国 际 卫 星 通 信 组织 工 作 在6/4GHz频 段 的 地 球 站，其 上 下 行带宽均为500MHz。地 球 站 的 品 质 因 数G/T 高:G 为 天 线增益，T 为放大器的等效噪声温度。等 效 全 向 辐 射 功 率（EIRP）的 稳 定度 高：地 球 站 天

9、线 增 益 与 馈 入 功 率 之 积 称为EIRP。载波频率的准确度和稳定度高。互 调 引 起 的 带 外 辐 射 及 寄 生 辐 射 的容许电平小。（2）天线分系统天线系统通常都是收发共用一副天线。（3）大功率发射分系统发 射 系 统 由 大 功 率 放 大 器、激 励 器、发 射波 合 成 器、上 变 频 器 及 自 动 功 率 控 制 电 路等组成。（4）低噪声接收分系统由 于 卫 星 转 发 器 的 发 射 功 率 只 有 几 瓦至 几 十 瓦，卫 星 天 线 的 增 益 小，卫 星 转 发的 信 号 经 下 行 线 路 约4万 公 里 的 传 输，衰 减达200dB，因 此 信 号

10、 到 达 地 球 站 时 已 极 微弱，只有1017瓦或1018瓦左右。5.2.3 卫星通信的技术体制1频段分配国 际 电 联 对 卫 星 通 信 应 用 的 各 个 频 段有详尽建议。我国选用如下：6/4GHz频 段：上 行 5.9256.425GHz,下 行3.74.2GHz。2调制方式和多址联接方式卫 星 通 信 的 技 术 体 制 涉 及 以 下 几 方 面的 问 题：基 带 信 号 和 多 路 信 号 的 复 用 方 式、调制方式、多址连接方式及信道分配技术。3频分多址（FDMA）方式FDMA 方 式 是 网 内 各 地 球 站 共 用 一 个转 发 器，将 卫 星 转 发 器 的

11、可 用 带 宽 分 割 成若 干 互 不 重 叠 的 部 分，分 配 给 各 个 地 球 站使用。（1）频分多路/调频/频分多址（FDM/FM/FDMA）这种方式有两种不同的构成方法：第 一 种 方 法：每 个 地 球 站 对 其 他 地 球站 的 通 信 分 别 使 用 不 同 频 率 的 载 波，即 与几个站通信就发几个载波。第 二 种 方 法：每 个 地 球 站 把 发 送 到 其他 地 球 站 的 电 话 信 号 分 别 复 用 到 基 带 的 某一 指 定 频 段 上，而 后 调 制 到 一 个 载 频 上，每 个 地 球 站 只 发 射 一 个 载 波，这 个 载 波 包含 了 其

12、 余 地 球 站 的 全 部 信 息，因 而 接 收 端要 接 收 整 个 频 带 的 信 息，再 从 中 取 出 与 本站有关的信息。（2）单路单载波/频分多址（SCPC/FDMA）当 传 输 电 话 路 数 较 多，但 每 个 话 路业 务 量 较 少 时，可 以 采 用 一 个 载 波 上 只传 送 一 路 电 话，按 照FDMA 方 式 送 往 卫星转发器。（3）按需分配频分多址（SPADE）方式SPADE 实 际 上 就 是 按 需 分 配 的SCPC 系统。4时分多址（TDMA）方式在TDMA 方 式 中，分 配 给 各 地 球 站 的是 一 个 特 定 的 时 隙，各 地 球 站

13、 在 基 准 站 发出 的 定 时 同 步 信 号 的 控 制 下，只 在 指 定 的时 隙 内 向 卫 星 发 射 信 号（称 为 射 频 突 发 信号），这 些 射 频 信 号 通 过 卫 星 转 发 器 时，在时间上是严格依次排列、互不重叠的。5码分多址（CDMA）方式有 关 码 分 多 址 的 讨 论 请 见 本 书 第 六 章移动通信。5.2.4 甚小天线地球站（VSAT）卫星网络系统VSAT 系 统 指 由 天 线 口 径 小，G/T 值 低于19.7dB/K，并 用 软 件 控 制 的 大 量 地 球 站构成的卫星传输系统。一 个VSAT 系 统 可 以 包 括 几 百 个 甚

14、至几千个终端小站。VSAT 网 由 中 心 站、小 型 站 和 微 型 站三种地球站组成（后两种站也称远端站）。VSAT 网 的 构 成 形 式 可 以 有 单 跳、双跳、单 双 跳 混 合 以 及 全 连 接 网 等，如 图5-2-5所示。单 跳 网 络 又 称 星 形 网 络，它 将 多 个 远端VSAT 站与中心站连接起来。图 5-2-5 VSAT网的构成形式在 双 跳 形 式 的VSAT 网 络 中，各 远 端站可以通过中心站进行通信。单 双 跳 混 合 形 式 的 中 心 站 和 远 端 站 之间 可 以 通 电 话 和 数 据；各 远 端 站 之 间 可 以通数据和录音电话。全 连 接 网 络 需 设 一 个 枢 纽 站（控 制 站），以根据各站的业务需求分配信道。VSAT 网以SCPC/FDMA 方式工作。