第五章 数字传输系统11-30

1、 数字传输是以数字信号的形式传递信息，采用数字传输是以数字信号的形式传递信息，采用时分复用方式实现多路通信。早期的数字传输网络时分复用方式实现多路通信。早期的数字传输网络主要是主要是数字微波通信系统数字微波通信系统，现在的数字传输网络主，现在的数字传输网络主要是要是光纤通信系统光纤通信系统和和卫星通信系统卫星通信系统。后来发展起来。后来发展起来的的SDHSDH系统系统是现代电信传输网络中数字信号传输的是现代电信传输网络中数字信号传输的基本模式，便于各类数字传输网络进行连接。基本模式，便于各类数字传输网络进行连接。 第第5 5章章 数字传输系统数字传输系统 微波中继接力线路微波中继接力线路微波中

2、继接力线路微波中继接力线路数字微波通信是利用微波作为载波携带通信信息，数字微波通信是利用微波作为载波携带通信信息，以数字信号形式按中继接力方式在地面上进行的无以数字信号形式按中继接力方式在地面上进行的无线电通信。线电通信。 5.1 5.1 数字微波通信系统数字微波通信系统 采用中继传输的原因采用中继传输的原因 对于地面上的远距离微波通信，采用中继接力对于地面上的远距离微波通信，采用中继接力方式的原因主要有两个：方式的原因主要有两个： 首先是因为微波波长短，接近于光波，是直线首先是因为微波波长短，接近于光波，是直线传播，具有视距传播特性，而地球表面是个曲面，传播，具有视距传播特性，而地球表面是个

3、曲面，因此，当两地间通信距离超过一定数值时（一般约因此，当两地间通信距离超过一定数值时（一般约为为50km50km），电磁波传播将受到地面的阻挡，为了延），电磁波传播将受到地面的阻挡，为了延长通信距离，就需要在通信两地之间设立若干个中长通信距离，就需要在通信两地之间设立若干个中继站，进行电磁波转接。继站，进行电磁波转接。 其次是因为微波传播有损耗，随着通信距离的其次是因为微波传播有损耗，随着通信距离的增加信号会衰减，有必要采用中继接力方式对信号增加信号会衰减，有必要采用中继接力方式对信号逐段接收、放大，然后再送给下一段，从而保证信逐段接收、放大，然后再送给下一段，从而保证信号的传输质量。号的传

4、输质量。 数字微波中继通信线路示意图数字微波中继通信线路示意图数字微波通信数字微波通信系统的设备组成系统的设备组成 中继站的频率配置方案中继站的频率配置方案 数字微波通信的特点数字微波通信的特点 1.1.频带宽容量大频带宽容量大2.2.中继传输组网灵活中继传输组网灵活3.3.抗干扰性强抗干扰性强4.4.增益高方向强增益高方向强5.5.保密性好保密性好6.6.便于组成数字通信网便于组成数字通信网 数字微波通信数字微波通信系统实例系统实例 数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调 数字信号的调制与解调技术是数字微波通信数字信号的调制与解调技术是数字微波通信中的关键问题。原始数字信号（也叫数字基带信

5、中的关键问题。原始数字信号（也叫数字基带信号）由于含有直流和大量的低频分量，所以不适号）由于含有直流和大量的低频分量，所以不适合长距离传输。为了能保证数字信号的传输距离合长距离传输。为了能保证数字信号的传输距离和质量，我们必须将数字基带信号进行调制，简和质量，我们必须将数字基带信号进行调制，简称数字调制。称数字调制。 幅移键控（幅移键控（ASKASK） 在在ASKASK中，载波的幅度随着数字基带信号的中，载波的幅度随着数字基带信号的变化而变化。变化而变化。 频移键控（频移键控（FSKFSK） FSK FSK是用数字基带信号的是用数字基带信号的“1”1”和和“0”0”去键去键控频率不同的两个载波

6、。控频率不同的两个载波。 相移键控（相移键控（PSKPSK） PSKPSK方式是用数字基带信号的方式是用数字基带信号的“1”1”和和“0”0”码去键控载波的相位。码去键控载波的相位。 三种数字调制的信号波形三种数字调制的信号波形 微波发信设备的组成微波发信设备的组成微波收信设备的组成微波收信设备的组成 光纤全称为光导纤维，它是一种能够通光的、光纤全称为光导纤维，它是一种能够通光的、直径很细的透明玻璃丝，是一种新的传输介质。光直径很细的透明玻璃丝，是一种新的传输介质。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的激光通信，亦即将要传的电话、电报、图象和

7、数据激光通信，亦即将要传的电话、电报、图象和数据等信号先变成光信号，再经由光纤进行传输或在本等信号先变成光信号，再经由光纤进行传输或在本地进行光交换的一种通信方式。地进行光交换的一种通信方式。 5.25.2 光纤通信系统光纤通信系统 发展历史发展历史 光纤通信的发展是以光纤通信的发展是以19601960年美国人年美国人MaimanMaiman发发明的红宝石激光器，和明的红宝石激光器，和19661966年英籍华人高锟博士年英籍华人高锟博士提出利用二氧化硅石英玻璃可制成低损耗光纤的提出利用二氧化硅石英玻璃可制成低损耗光纤的设想为基础的，这种设想直到设想为基础的，这种设想直到19701970年美国康

8、宁公年美国康宁公司研制出损耗为司研制出损耗为20dB/km20dB/km的光纤，才使光纤进行的光纤，才使光纤进行远距离传输成为可能。自此以后，光纤通信的研远距离传输成为可能。自此以后，光纤通信的研究在世界范围内展开并得到迅猛发展，在短短的究在世界范围内展开并得到迅猛发展，在短短的一、二十年中，已从一、二十年中，已从0.85um0.85um短波长多模光纤发展短波长多模光纤发展到到1.31um1.31um1.55um1.55um的长波长单模光纤，同时开发的长波长单模光纤，同时开发出许多新型光电器件。出许多新型光电器件。 三个窗口三个窗口 光波是人们最熟悉的电磁波，其波长在微米光波是人们最熟悉的电磁

9、波，其波长在微米级、频率为级、频率为10101414HzHz数量级。目前光纤通信使用的数量级。目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为波长范围是在近红外区，即波长为0.80.81.8um1.8um。可分为短波长波段和长波长波段，短波长段是指可分为短波长波段和长波长波段，短波长段是指波长为波长为0.85um0.85um，长波长段是指，长波长段是指1.31um1.31um和和1.55um1.55um，这是目前所采用的三个通信窗口。这是目前所采用的三个通信窗口。 光纤通信的特点光纤通信的特点1.1.频带宽容量大频带宽容量大2.2.损耗低传输远损耗低传输远3.3.抗干扰无串话抗干扰无串话4.4

10、.保密性强保密性强5.5.资源丰富资源丰富6.6.线径细重量轻线径细重量轻7. 容易均衡容易均衡 光纤与光缆光纤与光缆 光纤通信中采用的传输媒介是光纤，光光纤通信中采用的传输媒介是光纤，光纤与加强元件、外护层等组合而成光缆。纤与加强元件、外护层等组合而成光缆。 光纤导光原理光纤导光原理 包层包层(n(n2 2) ) 芯线芯线(n(n1 1) ) 入射入射 出射出射 光纤是一种介质波导，具有把光封闭光纤是一种介质波导，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的波导结构，其在其中并沿轴向进行传播的波导结构，其直径大约只有直径大约只有0.1mm0.1mm，它是由两种折射率不，它是由两种折射率不同的玻璃构成

11、的。同的玻璃构成的。 光纤结构图光纤结构图 中心部分是石英玻璃制作的纤芯，纤芯为传中心部分是石英玻璃制作的纤芯，纤芯为传输光波用。其折射率为输光波用。其折射率为n n1 1。芯子的外面覆盖了一。芯子的外面覆盖了一层折射率为层折射率为n n2 2的包层，包层的作用是把光波限制的包层，包层的作用是把光波限制在纤芯之内并增加纤芯的强度。在纤芯之内并增加纤芯的强度。 光纤的类型光纤的类型 按传导光波的模数不同，可将光纤分为按传导光波的模数不同，可将光纤分为多模多模光纤光纤和和单模光纤单模光纤。这里提到的光波的模指的是一。这里提到的光波的模指的是一种电磁场场形分布。不同模有不同的电磁场场形种电磁场场形分

12、布。不同模有不同的电磁场场形。光波中的模类似于电波中的谐波。电波谐波有。光波中的模类似于电波中的谐波。电波谐波有基波、二次谐波、三次谐波等，而光波的模有基基波、二次谐波、三次谐波等，而光波的模有基模、二次模、三次模等。模、二次模、三次模等。多模光纤多模光纤 多模光纤的纤芯内传导多个模的光波，也多模光纤的纤芯内传导多个模的光波，也就是说这种光纤允许多个传导模通过。多模光就是说这种光纤允许多个传导模通过。多模光纤适用于几十纤适用于几十Mbit/sMbit/s到到100Mbit/s100Mbit/s的码元速率的码元速率，传输距离是，传输距离是1010到到100km100km左右。多模光纤可以左右。多

13、模光纤可以分为阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。分为阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。单模光纤单模光纤 单模光纤的纤芯中只能传导光的基模，不存单模光纤的纤芯中只能传导光的基模，不存在模间时延差，因而具有比多模光纤大得多的带在模间时延差，因而具有比多模光纤大得多的带宽。单模光纤主要用于传送距离很长的主干线及宽。单模光纤主要用于传送距离很长的主干线及国际长途通信系统，速率为几个国际长途通信系统，速率为几个Gbit/sGbit/s。由于价。由于价格的下降以及对比特传输率的要求不断提高，单格的下降以及对比特传输率的要求不断提高，单模光纤也逐渐被用于原来使用多模光纤的系统。模光纤也逐渐被用于原来使用多模光纤

14、的系统。单模光纤的外径是单模光纤的外径是125um125um，它的芯径一般为，它的芯径一般为8 810um10um，目前用得最多的，目前用得最多的1.31um1.31um单模光纤芯部的最单模光纤芯部的最大相对折射率差为大相对折射率差为0.30.30.4%0.4%。光纤的传输模式光纤的传输模式光纤的分类及主要性能光纤的分类及主要性能光纤的损耗光纤的损耗 1.1.吸收损耗吸收损耗：吸收损耗是光波通过光纤材料时，有吸收损耗是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，造成光功率的损失。造成吸一部分光能变成热能，造成光功率的损失。造成吸收损耗的原因很多，但都与光纤材料有关。吸收损收损耗的原因很多，但都与

15、光纤材料有关。吸收损耗分为本征吸收与杂质吸收。耗分为本征吸收与杂质吸收。 2.2.散射损耗散射损耗：所谓散射，是指光通过密度或折射率等所谓散射，是指光通过密度或折射率等不均匀的物质时，除了在光的传播方向以外，在其他不均匀的物质时，除了在光的传播方向以外，在其他方向也可以看到光，这种现象称为光的散射。散射损方向也可以看到光，这种现象称为光的散射。散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或耗是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生色散，由此产生的损不均匀，使光纤中传导的光发生色散，由此产生的损耗为散射损耗。耗为散射损耗。光纤的色散光纤的色散 由于光纤所传信

16、号的不同频率成分或不同模由于光纤所传信号的不同频率成分或不同模式成分有不同的传输速度，当它们到达终端时会式成分有不同的传输速度，当它们到达终端时会产生信号脉冲展宽，从而引起信号失真，这种物产生信号脉冲展宽，从而引起信号失真，这种物理现象被称为理现象被称为光纤色散光纤色散。光纤色散限制了带宽，。光纤色散限制了带宽，而带宽又直接影响通信线路的容量和传输速率，而带宽又直接影响通信线路的容量和传输速率，因此光纤色散特性也是光纤的一个性能指标。因此光纤色散特性也是光纤的一个性能指标。 从光纤色散产生的机理来看，色散有从光纤色散产生的机理来看，色散有模式色模式色散散、材料色散材料色散和和波导色散波导色散三

17、种。三种。 光缆的结构光缆的结构 光缆的种类光缆的种类光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成 实用的光通信系统一般都是双向的，因此其系统的实用的光通信系统一般都是双向的，因此其系统的组成包含了正、反两个方向的基本系统，并且每一端的组成包含了正、反两个方向的基本系统，并且每一端的发信机和接收机做在一起，称为发信机和接收机做在一起，称为光端机光端机。但作为一个完。但作为一个完整的光纤通信系统，其中还应包括：监控设备、脉冲复整的光纤通信系统，其中还应包括：监控设备、脉冲复接和脉冲分离设备、告警设备、电源设备等。接和脉冲分离设备、告警设备、电源设备等。 光发射机光发射机 光接收机光接收机 光中继器光中继

18、器 一个功能最简单的中继器是由一个没有码型一个功能最简单的中继器是由一个没有码型变换的光接收机和没有均放、码型变换的光发射变换的光接收机和没有均放、码型变换的光发射机相接而成的。机相接而成的。 波分复用波分复用 1 1（光源）（光源）2 2（光源）（光源）n n（光源）（光源）合波器合波器1 1( (检测器检测器) )分波器分波器2 2( (检测器检测器) )n n( (检测器检测器) )单根光纤单根光纤 由于光纤具有很宽的带宽，因此可以在一根由于光纤具有很宽的带宽，因此可以在一根光纤中传输多个波长的光载波，这就是波分复用光纤中传输多个波长的光载波，这就是波分复用( (WDM)WDM)，它类似

19、于无线电信道中的频分复用。，它类似于无线电信道中的频分复用。 光纤测量仪表光纤测量仪表 光纤测量用具光纤测量用具 光纤跳线光纤跳线光缆接头盒光缆接头盒 利用卫星进行通信的科学设想，是在利用卫星进行通信的科学设想，是在19451945年年1010月由英国空军雷达专家阿瑟月由英国空军雷达专家阿瑟.C.C.克拉克首先提出的克拉克首先提出的。他在。他在无线电世界无线电世界杂志上发表的一篇题为杂志上发表的一篇题为地地球外的中继站球外的中继站的文章中，提出了在静止轨道上放的文章中，提出了在静止轨道上放置三颗卫星来实现全球通信的设想。但直至置三颗卫星来实现全球通信的设想。但直至19571957年年1010月

20、月4 4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，人们才真正看到实现卫星通信的希望。星，人们才真正看到实现卫星通信的希望。5.35.3 卫星通信系统卫星通信系统 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间或移动用户之间发无线电信号，在多个地球站之间或移动用户之间进行的通信。由于作为中继站的卫星离地面很高，进行的通信。由于作为中继站的卫星离地面很高，所以经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信所以经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信。用于实现通信目的的这种人造地球卫星被称为通。用于实现通

21、信目的的这种人造地球卫星被称为通信卫星。卫星通信是宇宙通信形式之一，采用的是信卫星。卫星通信是宇宙通信形式之一，采用的是微波频段。微波频段。卫星通信的基本概念卫星通信的基本概念 卫星通信示意图卫星通信示意图 通信卫星通信卫星地面站地面站A A 地面站地面站B B Company Logo42v 使用微波v 使用转发器接收和转发v 可支持点到多点传送地球地球地面站地面站地面站地面站C波段波段 4/6 GHz 上行上行5.925 - 6.425 GHz 下行下行3.7 - 4.2 GHz Ku波段波段 12/14 GHz 上行上行14 - 14.5 GHz 下行下行11.7 - 12.2 GHz应

22、用：传输电视信号、远距离话音传输、组建专用网应用：传输电视信号、远距离话音传输、组建专用网通信卫星：微波中继站工作频段工作频段 早期的同步通信卫星使用的工作频段主要是早期的同步通信卫星使用的工作频段主要是C C波段（波段（4/6GHz4/6GHz），因为当时同一波段的微波接力通），因为当时同一波段的微波接力通信技术已比较成熟，开发费用低，并且该波段处于信技术已比较成熟，开发费用低，并且该波段处于地球的无线电窗口范围内，大气层吸收很小。随着地球的无线电窗口范围内，大气层吸收很小。随着通信技术的发展和通信业务的增加，新的波段不断通信技术的发展和通信业务的增加，新的波段不断被开发，目前被开发，目前K

23、uKu波段（波段（11/14GHz11/14GHz）已大量应用于民）已大量应用于民用卫星通信和卫星广播业务，用卫星通信和卫星广播业务，20/30GHz20/30GHz频段也已投频段也已投入使用。入使用。Company Logo44地球同步卫星地球同步卫星v与地面站相对固定位置v使用3个卫星覆盖全球36,000公里公里地球地球同步通信卫星设置示意图同步通信卫星设置示意图 卫星通信系统的优点卫星通信系统的优点 通信距离远通信距离远 覆盖面积大覆盖面积大 通信频带宽通信频带宽 性能稳定可靠性能稳定可靠 Company Logo47卫星通信的新技术 近年来卫星通信技术发展很快，近年来卫星通信技术发展很

24、快，为适应各种业务的需求，许多新技为适应各种业务的需求，许多新技术、新系统不断产生。其中已开始术、新系统不断产生。其中已开始应用的有应用的有VSATVSAT系统、低轨道卫星通系统、低轨道卫星通信系统等。信系统等。 6 VSAT6 VSAT卫星通信系统卫星通信系统VSAT是英文是英文“Very Small Aperture Terminal”(甚小口径终端甚小口径终端)的缩写，简称小站。的缩写，简称小站。所谓所谓VSAT，是指一类具有甚小口径天线的智能化小，是指一类具有甚小口径天线的智能化小型或微型地球站。这类小站可以很方便地安装在用户型或微型地球站。这类小站可以很方便地安装在用户处。处。 通常

25、，大量这类小站与一个大站协同工作，构通常，大量这类小站与一个大站协同工作，构成一个卫星通信网成一个卫星通信网典型的典型的VSAT网是由主站、网是由主站、 卫星和许多远端小站卫星和许多远端小站(VSAT)三部分组成的三部分组成的6 VSAT6 VSAT卫星通信系统卫星通信系统VSAT网构成示意图 6 VSAT6 VSAT卫星通信系统卫星通信系统主站主站(中心站中心站):主站又称中心站主站又称中心站(中央站中央站)或枢纽站或枢纽站(HUB)，主站通常与主计算机放在一起或通过其它主站通常与主计算机放在一起或通过其它(地面或卫星地面或卫星)线路与主计算机连接。线路与主计算机连接。 小站小站(VSAT)

26、:VSAT小站由小口径天线、室外单元和室内小站由小口径天线、室外单元和室内单元组成。单元组成。卫星通信卫星通信系统的组成系统的组成 地面站地面站监控监控管理系统管理系统测控测控系统系统通信卫星通信卫星卫星通信系统中的通信原理卫星通信系统中的通信原理 通信卫星通信卫星 通 信 卫 星 是通 信 卫 星 是卫星通信系统的卫星通信系统的重要组成部分。重要组成部分。通信卫星的组成通信卫星的组成 控制系统控制系统 控制系统的任务是根据地面指令信号来控制卫控制系统的任务是根据地面指令信号来控制卫星姿态和位置等。通信卫星的控制系统包括卫星的星姿态和位置等。通信卫星的控制系统包括卫星的位置控制系统和卫星的姿态

27、控制系统。位置控制系统和卫星的姿态控制系统。 (1)(1)位置控制：通常要用位置控制系统来保证位置控制：通常要用位置控制系统来保证卫星位置稳定，位置控制有时也称轨道控制。卫星位置稳定，位置控制有时也称轨道控制。 (2)(2)姿态控制：为了保持正常通信，要求卫星姿态控制：为了保持正常通信，要求卫星天线波束始终指向地球中心或覆盖区中心；同时，天线波束始终指向地球中心或覆盖区中心；同时，要求卫星上太阳能电池板始终朝向太阳。这就要对要求卫星上太阳能电池板始终朝向太阳。这就要对卫星的姿态进行控制。卫星的姿态进行控制。天线系统天线系统 天线系统是用来完成通信卫星上所有信号的接天线系统是用来完成通信卫星上所

28、有信号的接收和发射任务。通信卫星天线系统包括收和发射任务。通信卫星天线系统包括通信天线通信天线和和遥测指令天线遥测指令天线两种。它们的作用和其他地面通信设两种。它们的作用和其他地面通信设备中的天线是一样的，因此，在外形上与地面设备备中的天线是一样的，因此，在外形上与地面设备的通信天线没有很大的区别。但是，由于它们是装的通信天线没有很大的区别。但是，由于它们是装在卫星上，所以又具有与地面天线不同的特点：体在卫星上，所以又具有与地面天线不同的特点：体积小、重量轻、馈电容易，有便于在卫星上组装的积小、重量轻、馈电容易，有便于在卫星上组装的结构以及可靠性高和寿命长等。结构以及可靠性高和寿命长等。 对于

29、通信天线，除了上述要求外，还必须作到对于通信天线，除了上述要求外，还必须作到增益高，以增加卫星的有效辐射功率。同时，更重增益高，以增加卫星的有效辐射功率。同时，更重要的是应使天线波束永远指向地球。为此，在自旋要的是应使天线波束永远指向地球。为此，在自旋稳定卫星中，一般采用消旋技术。遥测指令天线通稳定卫星中，一般采用消旋技术。遥测指令天线通常使用全向天线。常使用全向天线。遥测系统遥测系统 为了保持卫星的正常运转和通信，需要及时了为了保持卫星的正常运转和通信，需要及时了解卫星内部的各种情况和设备的工作是否正常。在解卫星内部的各种情况和设备的工作是否正常。在必要时，应该通过遥测信号（即指令信号）去控

30、制必要时，应该通过遥测信号（即指令信号）去控制卫星上某些设备的动作；另外，当一些部件发生故卫星上某些设备的动作；另外，当一些部件发生故障时，还需自动将备份件转换上去等。所有这些工障时，还需自动将备份件转换上去等。所有这些工作都是通过卫星上的遥测系统来完成。作都是通过卫星上的遥测系统来完成。转发器转发器 在通信卫星的各组成系统中，真正起到在通信卫星的各组成系统中，真正起到卫星通信中继站作用的是通信系统，也叫转卫星通信中继站作用的是通信系统，也叫转发器。发器。 前前放放变变频频器器中中放放限限幅幅器器变变频频器器高高放放倍频器倍频器倍频器倍频器本振本振电源系统电源系统 通信卫星的电源一般同时采用太

31、阳通信卫星的电源一般同时采用太阳能电池和化学电池（或原子能电池）。能电池和化学电池（或原子能电池）。通常太阳能电池作为常用电源使用，当通常太阳能电池作为常用电源使用，当卫星进入地球阴影区卫星进入地球阴影区( (或者说卫星日蚀或者说卫星日蚀) )时，使用化学电池供电。时，使用化学电池供电。 卫星地面站卫星地面站 地面站的组成地面站的组成 发射发射系统系统接收接收系统系统控制控制系统系统终端终端系统系统电源电源系统系统馈电馈电设备设备跟踪跟踪设备设备天线系统天线系统市内电话市内电话 地面站发射系统的组成地面站发射系统的组成 对模拟信号一般通过宽带调频器变成对模拟信号一般通过宽带调频器变成70MHz

32、70MHz的的FMFM信号；对数字信号一般经过信号；对数字信号一般经过PSKPSK调制器变成调制器变成70MHz70MHz的的PSKPSK信号。紧接着在中频放大器和中频滤波器中对它信号。紧接着在中频放大器和中频滤波器中对它们进行放大并滤除干扰，然后在上变频器中变换成微们进行放大并滤除干扰，然后在上变频器中变换成微波频段的射频信号。波频段的射频信号。 地面站接收系统的组成地面站接收系统的组成 馈电馈电设备设备低噪声低噪声放大器放大器传输传输放大器放大器晶体管晶体管放大器放大器接收波接收波分离分离下变下变频器频器中频中频放大器放大器基带基带转换转换装置装置解解调调器器椭圆波导椭圆波导馈线馈线 地面

33、站电源系统地面站电源系统 一般情况下使用交流市电供电一般情况下使用交流市电供电偶然断电时使用蓄电池供电偶然断电时使用蓄电池供电长期或定期断电时使用柴油发电机长期或定期断电时使用柴油发电机 电源机柜与蓄电池电源机柜与蓄电池卫星通信的多址技术卫星通信的多址技术 当进行卫星通信的地面站数目很多时，如何保当进行卫星通信的地面站数目很多时，如何保证这些地面站发射的信号通过同一颗卫星而不致于证这些地面站发射的信号通过同一颗卫星而不致于相互干扰，这是一个多址技术问题。这就要求各个相互干扰，这是一个多址技术问题。这就要求各个地面站发向其他地面站的信号之间必须有区别，目地面站发向其他地面站的信号之间必须有区别，

34、目前主要从信号的频率、信号通过的时间、信号波束前主要从信号的频率、信号通过的时间、信号波束空间以及数字信号的码型上来区分，相应的多址连空间以及数字信号的码型上来区分，相应的多址连接方式分别被称为频分多址（接方式分别被称为频分多址（FDMAFDMA）、时分多址）、时分多址(TDMA)(TDMA)、空分多址、空分多址(SDMA)(SDMA)、和码分多址、和码分多址(CDMA)(CDMA)。 频分多址频分多址 时分多址时分多址 时分多址（时分多址（TDMATDMA）是将通过卫星转发器的信号在）是将通过卫星转发器的信号在时间上分成时间上分成“帧帧”来进行多址划分的，在一帧内又划来进行多址划分的，在一帧

35、内又划分成若干个时隙，将这些时隙分配给地面站，只允许分成若干个时隙，将这些时隙分配给地面站，只允许各地面站在所规定的时隙内发射信号。各地面站在所规定的时隙内发射信号。 码分多址码分多址 码分多址方式（码分多址方式（CDMACDMA）的原理是：利用自相关性）的原理是：利用自相关性非常强而互相关性非常弱的周期性码序列作为地址信非常强而互相关性非常弱的周期性码序列作为地址信息，对被用户信息调制过的已调波进行再次调制，使息，对被用户信息调制过的已调波进行再次调制，使其频谱大为展宽（称为扩频）；经卫星信道传输后，其频谱大为展宽（称为扩频）；经卫星信道传输后，在接收端以本地产生的已知的地址码为参考，根据相

36、在接收端以本地产生的已知的地址码为参考，根据相关性的差异对收到的所有信号进行鉴别，从中将地址关性的差异对收到的所有信号进行鉴别，从中将地址码与本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带而选码与本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带而选出，其它与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为出，其它与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为宽带信号而滤去。宽带信号而滤去。 空分多址空分多址 空分多址（空分多址（SDMASDMA）是指在卫星上安装多个天）是指在卫星上安装多个天线，这些天线的波束分别指向地球表面上的不同线，这些天线的波束分别指向地球表面上的不同区域。不同区域的地面站所发射的电波在空间不区域。不同区域的

37、地面站所发射的电波在空间不会互相重叠，即使在同一时间、不同区域的地面会互相重叠，即使在同一时间、不同区域的地面站使用相同的频率来工作，它们之间也不会形成站使用相同的频率来工作，它们之间也不会形成干扰。干扰。四种多址技术的比较四种多址技术的比较 低轨道卫星通信系统低轨道卫星通信系统 低轨道卫星通信系统，简称低轨道卫星通信系统，简称LEOLEO，由距地面高度由距地面高度5005001500Km1500Km左右的众多左右的众多卫星组成，运行在多个轨道上，与地卫星组成，运行在多个轨道上，与地球自转不能保持同步，所以也叫非同球自转不能保持同步，所以也叫非同步卫星通信系统。步卫星通信系统。 7. 7. 全

38、球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）GPS定位技术是利用高空中的定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射卫星，向地面发射载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。续接收，并计算出接收机天线所在的位置。GPS定位系统是由以下三个部分组成：定位系统是由以下三个部分组成：（1）GPS卫星星座（空间部分）卫星星座（空间部分）（2）地面监控系统（地面控制部分）地面监控系统（地面控制部分）（3）GPS信号接收机（用户设备部分）信号接收机（用户设备部分）7. 7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）7.

39、7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）GPS系统的空间部系统的空间部分由分由GPS卫星组成卫星组成，称为卫星星座。，称为卫星星座。卫星星座的分布设卫星星座的分布设置要保证地球上任置要保证地球上任何地点，任何时刻何地点，任何时刻至少可以同时观测至少可以同时观测到四颗卫星。到四颗卫星。7. 7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）GPS卫星的基本功能卫星的基本功能1 接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收 并执行监控站的控制指令。并执行监控站的控制指令。2 利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行利用卫星上的微处理机，对部分必要的数

40、据进行 处理。处理。3 通过星载的原子钟提供精密的时间标准。通过星载的原子钟提供精密的时间标准。4 向用户发送定位信息。向用户发送定位信息。5 在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿 态和启用备用卫星。态和启用备用卫星。7. 7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）GPS地面监控部分地面监控部分GPS的地面监控部分由分布在全球的的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组个地面站组成，其中包括卫星监测站（成，其中包括卫星监测站（5个）、主控站（个）、主控站（1个）个）和注入站（和注入站（3个）个）1、 监测站：是主控站直接控制下的数据自动采集监

41、测站：是主控站直接控制下的数据自动采集中心。观测资料由计算机进行初步处理，存储并传中心。观测资料由计算机进行初步处理，存储并传输到主控站，以确定卫星轨道。输到主控站，以确定卫星轨道。7. 7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）2、 主控站主控站除协调和管理地面监控系统外，主要任务：除协调和管理地面监控系统外，主要任务：1）根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫）根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站。到注入站。2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和）提供全球定位系统的时

42、间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，测出其卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站。间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站。3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。4）启用备用卫星代替失效工作卫星。）启用备用卫星代替失效工作卫星。7. 7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）3、注入站：、注入站：主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到卫星星历、钟差、导航

43、电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。整个整个GPS系统的地面监控部分，除主控站外均无人值系统的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化通讯网络联系，在原子钟和计算机守。各站间用现代化通讯网络联系，在原子钟和计算机的驱动和控制下，实现高度的自动化标准化。的驱动和控制下，实现高度的自动化标准化。7. 7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）接收机调制解调器铯钟气象传感器监测站观测星历与时钟主控站计算误差编算注入导航电文调制解调器高功率放大器指令发生器数据存储器和外部设备注入站数据处理机数 据处理机L1

44、 L2S波段波段GPS卫星卫星GPS卫星卫星7. 7. 全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）GPS用户设备部分用户设备部分用户部分组成用户部分组成:GPS信号接收机及相关设备信号接收机及相关设备GPS接收机接收机:接收、跟踪、变换和测量接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线信号的无线电设备电设备GPS接收机的组成接收机的组成:天线、接收机、处理器、控制显示天线、接收机、处理器、控制显示单元、电源单元、电源GPS接收机的作用接收机的作用:接收接收GPS卫星发射的无线电信号，卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信息和观测量，并经过数据处理而以获得必要的定位信息和观测量，并经过数据处理而完成

45、定位工作完成定位工作LEOLEO系统的特点系统的特点 衰耗小时延短衰耗小时延短 通信质量好通信质量好 容量大容量大 发射成本低发射成本低 移动终端小型化移动终端小型化 LEOLEO系统的原理系统的原理 LEO LEO系统与地面蜂窝移动通信系统的系统与地面蜂窝移动通信系统的基本原理相似，都采用划分小区和重复使基本原理相似，都采用划分小区和重复使用频率的方法进行通信。不同的是用频率的方法进行通信。不同的是LEOLEO系系统相当于把基站安装在天空上，一个卫星统相当于把基站安装在天空上，一个卫星就相当于一个基站。由于天线和中继器等就相当于一个基站。由于天线和中继器等都安装在卫星上，所以随着卫星的移动，

46、都安装在卫星上，所以随着卫星的移动，基站、天线等都是不停地移动着的。基站、天线等都是不停地移动着的。典型应用系统典型应用系统 铱系统铱系统 全球星系统全球星系统 海事卫星通信系统海事卫星通信系统 现代通信的传输网是由传输设备和网络节点共现代通信的传输网是由传输设备和网络节点共同构成的。传输设备负责完成传输任务，可以是光同构成的。传输设备负责完成传输任务，可以是光纤传输系统，也可以是数字微波传输系统或卫星传纤传输系统，也可以是数字微波传输系统或卫星传输系统；网络节点则负责完成信号的复接、分接或输系统；网络节点则负责完成信号的复接、分接或交叉连接等多种功能。网络节点面向不同的设备，交叉连接等多种功

47、能。网络节点面向不同的设备，必须有一个统一规范的接口标准，必须有一个统一规范的接口标准，SDHSDH技术解决了这技术解决了这个问题。个问题。 5.4 SDH5.4 SDH传输系统传输系统 在数字传输系统中，为了扩大传输容量、在数字传输系统中，为了扩大传输容量、提高传输效率，常常需要将若干个低速数字信提高传输效率，常常需要将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速信道中传输。数字复接技术就是解决这一问题的道中传输。数字复接技术就是解决这一问题的技术之一。技术之一。 数字复接技术数字复接技术 PCM30/32 PCM30/32系统采用的是时分复

48、用技术，将系统采用的是时分复用技术，将3030路话音信号复接成速率为路话音信号复接成速率为2.048Mbit/s2.048Mbit/s的群路的群路信号，称为基群或信号，称为基群或一次群一次群。为了提高传输效率。为了提高传输效率，可以再把一次群信号复接成更高速率的数字，可以再把一次群信号复接成更高速率的数字信号。数字复接系列按传输速率不同，分别称信号。数字复接系列按传输速率不同，分别称为为二次群二次群、三次群三次群、四次群四次群等。我国一、二、等。我国一、二、三、四次群三、四次群( (分别称为分别称为ElEl、E2E2、E3E3、E4)E4)的速率的速率常简称为常简称为2M2M、8M8M、34M

49、34M、140M140M。 数字复接系列数字复接系列 常用的复接方法有两种：同步复接和异步复接。常用的复接方法有两种：同步复接和异步复接。 同步复接同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群信号，使这几个低次群的码速统一在主的几个低次群信号，使这几个低次群的码速统一在主时钟的频率上，达到同频、同相。时钟的频率上，达到同频、同相。 异步复接异步复接是各低次群使用各自的时钟是各低次群使用各自的时钟, ,因此各低因此各低次群的码速率不同。此时，应先进行码速调整，使各次群的码速率不同。此时，应先进行码速调整，使各低次群码速达到一致低次群码速达到一致, ,然后再进行同步复接。然后再进行同步复接。同步和异步复