通信概论---第67章数字微波卫星通信(运输j).

1、 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，通信稳定可靠。、传输质量高，通信稳定可靠。2 2、天线增益高，方向性好，通信保密性好。、天线增益高，方向性好，通信保密

2、性好。1、通频带宽，通信容量大。通频带宽，通信容量大。4 4、组网灵活，建设周期短、成本低。、组网灵活，建设周期短、成本低。5 5、对于地面远距离通信，采用、对于地面远距离通信，采用“中继中继”传输。传输。 地面微波中继通信 特点：采用中继传输方式，一般50KM左右一个中继站。 原因：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中间站中间站终端站终端站 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

3、.1.2 微波通信的分类微波通信的分类( 基 地 台 ）用 户用 户用 户用 户 微波卫星通信 特点： 中继站在卫星上； 使用微波波段，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Satellite dishSatellite dishSatellite dishSatellite dishSatellite 微波散射通信 利用大气对流层不均匀气团的散射作用，实现微波通信 特点： 距离远 发射功率大 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对流层不均匀介质气团将消息转换为电信号用于不

4、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6.2.1 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、发射或转发微波信号。微波通信设备的重要组成部分。6.2.2 6.2.2 收发信设备收发信设备 收信设备的组成前置前置中放中放低噪声放低噪声放大器大器混频混频自动增自动增益控制益控制天天馈馈系系统统主主中中放放滤波滤波本振本振功能：将功能：将微波信号微波信号变成变成中频已调信号中频已调信号6.2.3 6.2.3 收发信设备收发信设备收信设备的技

5、术指标工作频段通频带噪声系数本振的频率稳定度最大增益自动增益控制范围6.2.3 6.2.3 收发信设备收发信设备发信设备的组成微波微波功放功放上变频上变频中频中频放大放大天馈天馈系统系统滤波滤波本振本振功能：将功能：将已调中频信号已调中频信号变为变为微波信号微波信号，并经天馈系统发出。并经天馈系统发出。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载波信号2ASK信号s(t)1011Tb001ttt二进制振幅键控信号时间波型二进制振幅键控信号调制

6、器原理框图乘法器coscte2ASK(t)(a)cosct开关电路s(t)e2ASK(t)(b)s(t)二进制振幅键控信号解调器原理框图 e2ASK(t)带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器输出abcd定时脉冲(a)e2ASK(t)带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出cosct(b)2ASK信号非相干解调过程的时间波形11100000101abcd 二进制移频键控信号的时间波形aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信号 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图振荡器1f1选通开关反相器基带信号选通开关振荡器2f2相加器e2FSK(t) 二进制移频

7、键控信号解调器原理图 (a) 非相干解调; (b) 相干解调e2FSK(t)带通滤波器1包络检波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器包络检波器(a)e2FSK(t)带通滤波器1低 通滤波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器低通滤波器相乘器相乘器cos1tcos2t(b)111000001012FSK信号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A ATstO2PSK信号的调制原理图 s(t)码型变换双极性不归零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0开关电路e2PSK(t)180 移相s(t)(b)带通滤波器e2PSK(t)a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器输出co

8、sct定时脉冲2PSK信号的解调原理图2PSK信号相干解调各点时间波形 10a110100bcde2DPSK信号调制过程波形图绝对码相对码载波DPSK信号10110010绝对码： 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 绝对码与相对码转换延时T绝对码相对码2DPSK信号调制器原理图cosct0开关电路e2DPSK(t)180 移相s(t)码变换2DPSK信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形 (a)abcdef(b)带通滤波器e2DPSK(t)a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器输出cosct定时脉冲码反变换器f101

9、10002DPSK信号差分相干解调器原理图和解调过程各点时间波形带通滤波器a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器定时脉冲(a)延迟 TsabcdeDPSK信号二进制信息10001106.3.2 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

10、非相干调节2ASK2FSK2PSK/2DPSK1()24rerfc1()22rerfc1()2erfcr412re-212re-12re-横向比较，对同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。纵向比较， 在误码率Pe一定的情况下，2PSK/2FSK/2ASK系统所需要的信噪比关系为以分贝表示：22224ASKFSKPSKrrr=222()3()()ASKFSKPSKrdBdBrdBrdB=+误码率Pe与信噪比r的关系曲线 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时时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 2 A S K 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

12、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。221|2FSKsBffT=-+222ASKPSKsBBT= 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 立即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，具有多址联接能力。 频带宽，传输容量大。 组网灵活。 通信稳定可靠，传输质量高。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，特别是两极

13、地区为通信盲区。 静止卫星的发射和控制技术复杂。 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 基本概念基本概念 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 跟 踪遥 测指 令子 系统 监控管理子系统 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。跟踪遥测及指令分系统跟踪遥测指令站监控分系统空间分系统地球站分系统技术控制中 心监控站卫星网管理中心通信业务控制中心地球站通信业务控制中心地球站7.2.1 7.2.1 系统的组成

14、和基本原理系统的组成和基本原理 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、控制系统和能源装置等。 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(即微波收、发信机)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传输。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 地球站群一般包括中央站(或中心站)和若干个普通地球站。中央站除具有普通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，对普通地球站进行监测控制以及业务转接等。 7.2.

15、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也称为测控站，它的任务是对卫星跟踪测量，控制其准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。 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控制，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

16、，同步卫星） 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。7.2.3 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，采用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。至陆地网全球星地面段用户设备卫星星座NCC全球星网关至陆地网全球星网关7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类 最早投入商用的低轨道系统，采用66颗低轨卫星以近极地轨道运行，轨道高度为780

17、km。是一个由20家通信公司和工业公司组成的国际财团，官方名称为铱LLC。 1998年11月正式商业运营。实现了移动手机直接上星的通信。 具有星际电路，并具有星上处理和星上交换功能。 性能先进，系统复杂，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，资费策略失误(每部手机大约3000美元，国内通话每分钟约1.272美元)，在正式运营16个月之后，即2002年5月，停止向用户提供服务，铱星公司宣布破产。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(简称GS系统)也是低轨道系统，但采用了简单的、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

18、和交换等功能均在地面上完成。 全球星系统设计简单，仅仅作为地面蜂窝系统的延伸，从而扩大了移动通信系统的覆盖，因此降低了系统投资，而且也减少了技术风险。全球星系统由48颗卫星组成，均匀分布在8个轨道面上。轨道高度为1414 km。7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类： 轨道高度低，时延小，抗干扰能力强，通话效果好。采用CDMA方式，可提供的业务种类多（包括话音、数据、短信息、传真、定位等）。 2000年5月全球星系统在中国正式运营。用户使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。7.2.3 7.2.3 卫星通信的分类卫星通信的分类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。 至陆地网全球星地面段用户设备卫星星座NCC全球星网关至陆地网全球星网关7.2.3 7