《通信概论》第9章 信息传输技术与系统

第9章信息传输技术与系统9.1光纤通信技术

光纤通信（OpticalFiberCommunication）是以激光为光源，以光导纤维为传输介质进行的通信。光纤通信具有传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点，是目前也是将来构成未来信息高速公路骨干网的主要通信方式。

光纤通信不同于有线电通信，后者是利用金属媒体传输信号，光纤通信则是利用透明的光纤传输光波。一般通信电缆最高使用频率约9～24MHz，而光纤工作频率在1014~1015Hz之间。 9.1.1光纤通信的概述

9.1光纤通信技术

光纤通信最主要的优点是：(1)容量大。光纤工作频率比目前电缆使用的工作频率高出8～9个数量级，因此待开发的容量很大。(2)衰减小。光纤每公里衰减比目前容量最大的通信同轴电缆的每公里衰减要低一个数量级以上。(3)体积小，重量轻。这有利于施工和运输。(4)抗干扰性能好。光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。(5)节约有色金属。一般通信电缆要耗用大量的铜、铝或铅等有色金属。光纤本身是非金属，光纤通信的发展将为国家节约大量有色金属。(6)成本低。目前市场上各种电缆金属材料价格不断上涨，而光纤价格却有所下降。这为光纤通信得到迅速发展创造了重要的前提条件。 9.1.1光纤通信的概述

9.1光纤通信技术

图9.1光纤通信系统的组成 9.1.2光纤通信系统的构成9.1光纤通信技术

波分复用（WavelengthDivisionMultipexer,WDM），就是把具有不同波长的几个或几十个光通路信号复用到一根光纤中进行传送的方式或技术。它类似于电通信中的频分复用。采用这种技术可以扩大光纤通信的容量，实现大容量的光纤通信。在长距离光纤通信中，波分复用具有很高的经济性。因为线路的投资很大（约占总投资的70%～80%），采用波分复用，相当于成倍地增加光纤线路的传输总量，提高了线路的利用率。目前，许多国家采用这种技术，它在长途光纤通信与用户网光纤通信领域中均有着广阔的前景。现在的光纤通信系统的通信容量基本上都在1Gbit/s以下，从光纤的传输特性来看，可以说只用到光纤可通信区域的10-5以下，光纤还有很宽的频带可以利用，从而为波分复用技术开辟了道路。 9.1.3光波分复用技术9.2数字微波中继通信技术

微波通信具有以下特点：1．微波波段的频带宽表9.1频段的划分 9.2.1数字微波中继通信的概念及特点

频率波长代号波段3~30kHz105~104mVLF超长波（甚低频）30~300kHz104~103mLF长波（低频）300~3000kHz103~102mMF中波（中频）3~30MHz102~10mHF短波（高频）30~300MHz10~1mVHF超短波（甚高频）米波300~3000MHz1~0.1mUHF微波（特高频）分米波3~30GHz10~1cmSHF微波（超高频）厘米波30~300GHz10~1mmEHF微波（极高频）毫米波300GHz以上<1mmSEHF（超极高频）超毫米波9.2数字微波中继通信技术

2．适于传输宽频带信号3．天线增益高、方向性强4．外界干扰小5．投资少、建设快、通信灵活性大6．采用中继传输方式 9.2.1数字微波中继通信的概念及特点

9.2数字微波中继通信技术

图9.3微波调制发射机方框图

9.2.2数字微波中继通信系统的组成

9.2数字微波中继通信技术

图9.4中频调制发射机方框图

9.2.2数字微波中继通信系统的组成

9.2数字微波中继通信技术

图9.5接收设备框图

9.2.2数字微波中继通信系统的组成

9.3卫星通信技术

卫星通信，简单而言就是地球上（包括陆地、水面和低层大气层）的无线电通信站之间利用人造地球卫星作中继站而进行的通信。简单的卫星通信系统只用一颗通信卫星，卫星天线的波束覆盖了全部通信站所在的地域，各通信站天线均指向卫星，这样，各站都可通过卫星转发而进行通信。卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术的基础上发展起来的。卫星通信的作用相当于是离地面很高的中继站，是微波接力通信的一种特殊形式。我们知道微波有直线传播的特性，所以卫星通信也是一种“视距”通信。 9.3.1卫星通信的基本概念

9.3卫星通信技术

1．按卫星的结构分为：无源卫星和有源卫星 无源卫星是运行在特定轨道上的球形或其它形状的反射体，没有任何电子设备，它是靠其金属表面对无线电波进行反射来完成信号中继任务的。在20世纪50~60年代进行卫星通信实验时，曾利用过这种卫星。 目前，几乎所有的通信卫星都是有源卫星，一般多采用太阳能电池和化学能电池作为能源。这种卫星装有收、发信机等电子设备，能将地面站发来的信号进行接收、放大、频率变换等其它处理，然后再发回地球。这种卫星可以部分地补偿信号在空间传输造成的损耗。2．按通信卫星的运行轨道可分为：

(1)赤道轨道卫星（指轨道平面与赤道平面夹角Φ=0°）；

(2)极道轨道卫星（Φ=90°）；

(3)倾斜道轨道卫星（0＜Φ＜90°）。 所谓轨道就是卫星在空间运行的路线。 9.3.2通信卫星的种类

9.3卫星通信技术

3．按卫星离地面最大高度h的不同可分为：

(1)低高度卫星h<5000km；

(2)中高度卫星5000km<h<20000km；

(3)高高度卫星h>20000km。4．按卫星与地球上任一点的相对位置的不同可分为：同步卫星和非同步卫星 同步卫星是指在赤道上空约35800km高的圆形轨道上与地球自转同向运行的卫星。由于其运行方向和周期与地球自转方向和周期均相同，因此从地面上任何一点看上去，卫星都是“静止”不动的，所以把这种对地球相对静止的卫星简称为同步（静止）卫星，其运行轨道称为同步轨道。 9.3.2通信卫星的种类

9.3卫星通信技术

1．按卫星制式可分为静止卫星通信系统、随机轨道卫星通信系统和低轨道卫星（移动）通信系统；2．按通信覆盖区域的范围划分为国际卫星通信系统、国内卫星通信系统和区域卫星通信系统；3．按用户性质可分为公用（商用）卫星通信系统、专用卫星通信系统和军用卫星通信系统；4．按业务范围可分为固定业务卫星通信系统、移动业务卫星通信系统、广播业务卫星通信系统和科学实验卫星通信系统；5．按基带信号体制可分为模拟制卫星通信系统和数字制卫星通信系统；6．按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和码分多址（CDMA）卫星通信系统7．按运行方式可分为同步卫星通信系统和非同步卫星通信系统。目前国际和国内的卫星通信大都是同步卫星通信系统。 9.3.3卫星通信系统分类

9.3卫星通信技术

1．覆盖区域大，通信距离远 一颗同步通信卫星可以覆盖地球表面的三分之一区域，因而利用三颗同步卫星即可实现全球通信。它是远距离越洋通信和电视转播的主要手段。2．具有多址连接能力 地面微波中继的通信区域基本上是一条线路，而卫星通信可在通信卫星所覆盖的区域内，所有四面八方的地球站都能利用这一卫星进行相互间的通信。我们称卫星通信的这种能同时实现多方向、多个地面站之间的相互联系的特性为多址连接。3．频带宽，通信容量大 卫星通信采用微波频段，传输容量主要由终端站决定，卫星通信系统的传输容量取决于卫星转发器的带宽和发射功率，而且一颗卫星可设置多个转发器，故通信容量很大。例如，利用频率再用技术的某些卫星通信系统可传输30000路电话和4路彩色电视信号。 9.3.4卫星通信的特点

9.3卫星通信技术

4．通信质量好，可靠性高 卫星通信的电波主要在自由（宇宙）空间传播，电波传输十分稳定，而且通常只经过卫星一次转接，其噪声影响较小，通信质量好。通信可靠性可达99.8%以上。5．通信机动灵活 卫星通信系统的建立不受地理条件的限制，地面站可以建立在边远山区、海岛、汽车、飞机和舰艇上。6．电路使用费用与通信距离无关 地面微波中继或光缆通信系统，其建设投资和维护使用费用都随距离而增加。而卫星通信的地面站至空间转发器这一区间并不需要投资，因此线路使用费用与通信距离无关。7．对卫星通信系统也有一些特殊要求 9.3.4卫星通信的特点

9.3卫星通信技术

图9.9卫星通信线路组成框图 9.3.5卫星通信系统的组成

9.3卫星通信技术

目前已经开发出了4种类型的VSAT系统，即：1．非扩展频谱VSAT，这种类型的VSAT工作于Ku频段，具有高速度和双向的通信特点，采用无扩频相位键控调制技术和自适应带宽接入协议；2．采用扩展频谱的VSAT，这种类型的VSAT工作于C频段，可提供单向或双向数据通信业务；3．扩展频谱超小口径终端（USAT），它的天线口径通常为0.3～0.5米，是目前最小的双向数据通信地球站；4．T型小口径终端（TSAT），这种类型的终端可以传输点对点双向综合数据、图像和话音，能与ISDN接口不需要主站就可以构成网状结构，是一种较高级的VSAT。TSAT系统一般采用2.