第30讲 电磁波传播与通信

电磁波传播

—通信技术

人类科技进步的产物——现代通信现代通信技术的基础——微电子技术现代通信技术的核心——计算机技术现代通信的基本特征——数字化卫星通信技术的基础——空间技术光通信的基础——光子技术传递信息的通信员模拟方式的代表：AM与FMAM调制原理FM调制原理目录卫星通信移动通信光纤通信地面微波接力通信卫星通信卫星通信发展卫星通信系统组成卫星通信特点卫星通信体制卫星通信典型应用卫星通信—发展1945年，英国人克拉克设想：发射三颗同步轨道卫星到地球的赤道上空；相邻卫星之间角度60度；离地面高度35800km；卫星天线波束宽度17度；可构成全球性的卫星通信。这种设想已实现了。卫星通信—发展电磁波传播机理：同步卫星绕地球转动一周时间等于地球自转的周期，从地球看好象不动；从地面发射电磁波到卫星（有中继器）；卫星接收电磁波，放大。卫星把电磁波送回地面接收机。完成通信过程卫星通信是一种接力通信卫星通信—发展1954—1964年，卫星通信试验阶段初期，无源通信，利用卫星反射。1954年，美国，地球—月球——地球，话音试验；1956年，美国，华盛顿—夏威夷，建立双工中继线路，工作6年；1960-1964年，美国，气球卫星试验；以上试验质量不好卫星通信—发展1954—1964年，卫星通信试验阶段中期，低轨有源通信，利用卫星转发。1950年，试验星上有信号处理设备，实验成功后期，同步轨道试验卫星通信。1963年，完成了电话、电视、传真传输试验，成功。1964年，美国，转播在日本举行的奥运会卫星通信—发展1965年——，卫星通信实用阶段1965年，“国际卫星通信组织”发射“intelsat-1”，正式承担国际通信业务。开始标志多种多样业务固定卫星通信业务，地球站是固定移动卫星通信业务，舰、船、车、飞机等广播卫星通信业务，电视广播、声音广播无线电导航与定位业务，其它卫星通信—系统组成四大智能分系统空间分系统通信地球站分系统跟踪遥测及指令分系统监控管理分系统卫星系统组成—空间分系统组成：通信系统天线系统姿态和位置控制系统电源系统主要作用无线电中继站卫星系统组成—地球站连接卫星线路与用户的中枢卫星系统组成—跟踪遥测指令分系统主要作用：对卫星进行跟踪测量控制其准确进入轨道，到达指定位置卫星正常后，定期进行轨道修正和保持卫星系统组成—监控管理主要作用：对规定点上的卫星参数进行业务开通前后的监控和控制如基本通信参数：卫星发射功率卫星天线增益射频和带宽保证网络畅通卫星通信特点覆盖范围大。在10GHZ频率下受大气环境影响小，全天畅通。大容量通信。成千上万路电话等建站方便，费用小。长距离比接力通信费用小多地通信，组网方便。卫星通信体制模拟数字卫星通信典型应用SCPC系统：单路单载波系统，话音、数据、传真等国际海事卫星通信系统：下页图数据站卫星通信系统：下页图移动通信移动通信概念：移动通信就是指通信的双方,至少有一方在移动中进行信息的交换。

移动通信的特点电波传播条件恶劣在强干扰条件下工作具有多卜勒频移效应移动用户经常移动

多径效应移动通信寻呼系统移动通信集群寻呼移动通信组成学习新知识最好的方法：拿它与旧知识进行类比。无线通信与有线通信的区别接口、信道问题——你知道吗？问题1：基站如何区分手机？问题2：手机如何找到基站？问题3：基站如何找到手机？问题4：如何识别手机用户的身份？问题5：如何保证对话不被他人窃听？问题6：如何保证“移动”着打电话不会有问题？问题1：基站如何区分手机？固定电话移动电话平时说话分辨音调——声波中频率最低的基音响度——声音的大小音色——其它低频与基音组合决定音色基站区分手机方法——多址or复用空分复用——从空间上将同一频率的不同终端隔离开来；频分复用——把一频率分成若干块，不同终端占用不同块；时分复用——从时间上将同一频率的不同终端隔离开来；码分复用——通过终端占用不同的扩频码来区分。问题2：手机如何找到基站？发现基站类似旅游团，基站不停向外发射广播信息GSM——不通基站广播频率不同，找出信号最强之基站。CDMA——只有一个频率，调谐即可，类似110。广播内容广播频率校正信号，时间同步、基站标识、空中接口参数（频率、位置、优先级等）。广播之间干扰GSM——相邻基站间频率不同，不会产生干扰。CDMA——尽管只有一个频率，但扩频码不同。问题3：基站如何找到手机？简单方法--寻人启事实用方法问题4：如何识别手机用户的身份？固定网络的接口在您家里——向你要钱移动用户：标识码IMSI(全球唯一)存在SIM卡中；为了防止假货，增加密码（存在SIM卡中）；IMSI与密码也存在网络中心，好验证。问题5：如何保证对话不被他人窃听？问题6:如何保证移动打电话不会有问题？移动通信——GSM移动业务需求光纤通信光纤通信发展的历史和现状探索时期的光通信原始光通信：中国古代烽火台、欧洲旗语送信息。望远镜极大延长目视光通信距离。1880年，美国人贝尔(Bell)发明了光电话。现代光纤通信1966年，英籍华裔高锟和霍克哈姆指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。1970年，光纤研制取得了重大突破。1973年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩。1976年，日本电报电话公司等单位将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。

1976年，日本电报电话公司研制成功激光器。1976年，美国在亚特兰大进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。

1979年美国和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm的连续振荡半导体激光器。1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用。

第一阶段(1966~1976年)，从基础研究到商业应用的开发时期。无中继传输距离约10km。第二阶段(1976~1986年)，以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。实现了单模光纤通信系统，无中继传输距离为100~50km。第三阶段(1986~1996年)，以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。无中继传输距离可达150~100km。目前，正在开展研究的光纤通信新技术，例如，超大容量波分复用光纤通信、超长距离光孤子通信。光纤通信的发展三个阶段光通信与电通信电缆通信和微波通信的载波是电波，线路由金属导体制成的同轴电缆和波导管。损耗大光纤通信的载波是光波，光纤是由绝缘的石英材料制成，损耗很小。虽然光波和电波都是电磁波，但是频率差别很大。光纤通信用的近红外光频率比微波频率高3个数量级以上。部分电磁波频谱各种传输线路的损耗特性

容许频带很宽，传输容量很大光纤通信的优点通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347光纤通信的优点损耗很小，中继距离很长且误码率很小重量轻、体积小抗电磁干扰性能好泄漏小，保密性能好各种通信系统相对造价与传输容量的比较

①通信网②构成因特网的计算机局域网和广域网③有线电视网的干线和分配网④综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网光纤通信的应用光纤通信系统的基本组成光纤通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。用户要传输的信息多种多样，一般有话音、图像、数据或多媒体信息。为叙述方便，这里仅以数字电话和模拟电视为例。