ppt課件-第4章 無線電通信.ppt

1,第4章 無線電通信,4.1 無線電通信概述 4.2 短波通信 4.3 微波通信 4.4 衛(wèi)星通信,2,4.1 無線電通信概述,4.1.1無線電通信基本知識 1.何謂無線電通信 利用無線電波作載波傳遞各種消息的通信方式的總稱。 2.無線電通信的發(fā)明 1902年，無線電廣播之父美國巴納特.施特波斐德進行了第一次無線電廣播。 1920年，美國匹茲堡的kdka電臺進行了首次商業(yè)無線電廣播。,3,3.何謂無線電波 （1）自然界中形形色色的波： 水波 光波 地震波 電磁波 無線電波,4.1 無線電通信概述,4,電磁波的頻譜范圍很廣，從30hz1019hz的高頻宇宙射線。 從寬廣頻率范圍的電磁波中取出對無線電技術特別有用的某一段頻率范圍的電磁波，就被稱為無線電波。 具體地說，無線電波頻率范圍一般為3khz300ghz。,4.1 無線電通信概述,5,（2）電磁波的家族 老大無線電波：擔任通訊任務 老二紅外線：加熱器 老三可見光：給人類帶來光明和色彩。 老四紫外線：保護人類健康的衛(wèi)士。 老五x射線，也叫倫琴射線，能透視人體。 老六射線，能穿透厚厚的鉛板，還能殺死癌細胞。,4.1 無線電通信概述,6,電磁波譜,7,8,4.無線電波的發(fā)現(xiàn)與初步應 用 法拉第 電磁感應定律：變化電場產生磁場，變化的磁場可以產生電場。 預言：電與磁的傳播是和光一樣的一種波。 麥克斯韋 當電子移動時，它們就會在自由空間中釋放出電磁波。maxwell在1865年首先預言， 所有的現(xiàn)代通信都是依靠處理和控制電磁波頻譜內的信號來實現(xiàn)的。 光也是電磁波的一種，是一種看得見的電磁波。,4.1 無線電通信概述,9,赫茲： 電磁波的首次被證實和觀測則是由herz在1887年實現(xiàn)的。 世界上第一個人工產生電磁波的儀器赫茲振子 通過實驗證實了麥氏理論的正確，證明了電磁波的存在.,4.1 無線電通信概述,10,馬克尼與波波夫無線電之父 完成了電磁波的發(fā)送和接收實驗 在實驗中發(fā)現(xiàn)，利用天線可使發(fā)射距離增加 1895年，馬可尼成功地進行了約3公里的無線電通信 幾乎同時，波波夫也研制成功了一臺無線電收發(fā)報機,4.1 無線電通信概述,11,5.無線電波的模樣 形狀：正弦波 波長: 相鄰的兩圈電波之間的距離 波速: 與光的速度一樣，即每秒30萬公里 頻率：波速除以波長。 例如，中央人民廣播電臺有中波639千赫茲、短波9800千赫茲和調頻106.1兆赫茲三個發(fā)射頻率，它們相對應的波長則分別為469.5米、30.6米和2.8米。,4.1 無線電通信概述,12,4.1 無線電通信概述,13,6.無線電波的特性 無線電波只能用儀器接收到：如半導體收音機 無線電波的速度：30萬公里/秒 無線電波可以在真空中傳播 無線電波的頻率很高 汽笛聲，頻率達幾千赫茲 飛機的馬達聲，頻率在幾百赫茲以下 人類嗓音的頻率在幾十幾千赫茲之間 無線電波的頻率可以達到幾萬赫茲、幾十兆赫茲。一般為3khz300ghz。,4.1 無線電通信概述,14,4.1.2 無線電波頻率范圍及頻段的劃分,4.1 無線電通信概述,15,注意,無線電波是全世界共同擁有的資源和財產，利用電波時必須遵守國際法規(guī)， 對頻率的使用，要經申請由上級主管部門和國家無線電管理委員會批準才行。,16,4.1.3 無線電波的傳播方式 1無線電波的產生和發(fā)送 自然界里，許多物體都無時無刻地在產生電磁波和無線電波 如：太陽、人體、某些植物等等 無線電通信，要按照人們的需要，產生出一定頻率或波長的無線電波,4.1 無線電通信概述,17,要產生無線電波必須有波源和天線 波源：發(fā)射天線上流動的高頻電流。 天線：將線路上流過的高頻電流高效率地轉換成電磁波輻射到空中去的裝置，或者 接收空中的電磁波并高效率地變換成高頻電流的裝置。 天線長度 ：電磁波波長的1/2或1/4 如信號載波頻率為10khz，則波長為30km，天線長度為？,4.1 無線電通信概述,18,無線電波的產生： 若在發(fā)射天線上流過頻率很高的電流，則天線的周圍將產生一個變化的磁場，這個變化的磁場又會感應出一個變化的電場，這樣互相感應的結果，就會形成一個輻射的電磁場， 一層又一層地向外傳播，即將高頻電流轉換成無線電波輻射到了空中。,4.1 無線電通信概述,19,反射：無線電波通過不同媒質的交界面時，會產生反射。 例如：雷達通信,4.1 無線電通信概述,2無線電波傳播過程中的反射、繞射、折射和 散射,20,繞射 ：無線電波碰到障礙物時，能繞過去繼續(xù)前進 。 波長越長則繞射能力越強,4.1 無線電通信概述,21,折射 ：當無線電波從一種媒質射入另一種媒質時，傳播方向改變的現(xiàn)象。 例如：潛艇通信,4.1 無線電通信概述,22,散射 ：媒質不均勻,4.1 無線電通信概述,23,3無線電波的傳播方式 是指無線電波從發(fā)射點到接收點的傳播路徑。 （1）地波傳播方式 無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?部分能量被大地吸收而受到嚴重的衰減 土質的導電性愈好衰減愈小 頻率越高則衰減愈大 傳播距離不遠 傳播特性很穩(wěn)定 適合波段：長波、中波和短波的低頻段,4.1 無線電通信概述,24,（2）天波傳播 利用高空電離層對無線電波的反射進行傳播的 電離層是位于離地面60km650km左右的充滿帶電離子和電子的高層大氣區(qū)域 可建立遠距離通信 適合波段：頻率為330mhz的短波,4.1 無線電通信概述,25,電離層：電離層中有各種分子、原子以及它們的離子和自由電子等，它們各自集中地聚在一起形成層狀，致使天空中的電子濃度也相對集中，形成電子密度不均勻分布幾層。 一般按電子密度隨高度的變化，電離層相應地分為4個導電層。,4.1 無線電通信概述,26,（1）d層 位置：地球上空60km90km的高度處 ，最大電子密度發(fā)生在80km處。 特點：出現(xiàn)在太陽升起時，而消失在太陽降落后，電子密度低，短波將穿過d層 ，而不反射，但衰減很大 （2）e層 位置：地球上空1km120km的高度處。最大電子密度發(fā)生在110km處,4.1 無線電通信概述,特點：出現(xiàn)在太陽升起時，而在太陽降落后，基本不對短波通信產生影響?？梢苑瓷涓哂?.5mhz頻率的電波。,27,特點： 高度高，允許傳輸距離遠 f2層：高度在冬季的白天最低，而在夏天的白天最高。 f2層和其它層不同，在日落以后并沒有完全消失，仍保持有剩余的電離。,4.1 無線電通信概述,（3）f層 （對短波最重要） 位置： f1層位于地球上空170km220km高度處； f2層位于地球上空225km450km高度處,28,（3）視距傳播 ： 直射波傳播：從發(fā)射天線輻射的電波，直接傳到接收點的傳播方式 大地反射波傳播 ：以地面反射到達接收點的傳播方式 視距傳播：以上兩種的統(tǒng)稱。,4.1 無線電通信概述,29,三種情況： 地面視距傳播 收、發(fā)天線都設在地面上，天線離地面高度大于十倍波長以上 傳播的距離一般只有幾十公里 一般適宜超短波、微波通信 地面空間視距傳播 發(fā)端和收端，其中任一端在地面而另一端則在遠離地面的空間 適用于微波或超短波通信 空間空間視距傳播 發(fā)端和收端兩個端點都是遠離地面的,4.1 無線電通信概述,30,（4）散射傳播 電波在低空對流層或高空電離層下緣遇到不均勻的“介質團”時就會發(fā)生散射，散射波的一部分到達接收天線處的傳播方式 稱為散射傳播 包括：對流層散射和電離層散射 對流層是大氣的最低層，通常是指從地面算起至高達135千米的區(qū)域 容量大，可靠性高，保密性好 適用于微波和超短波 一般用于無法建立微波中繼站 的地區(qū),4.1 無線電通信概述,31,4無線電波各波段的特點和應用 （1）超長波 ： 100010km 主要傳播方式：地波傳播 特點： 繞射能力強、信號穩(wěn)定 天線體積大 可利用頻帶窄 應用：海上導航及海岸固定站與潛艇之間通信 、標準頻率和時間信號的廣播等,4.1 無線電通信概述,32,（2）長波 101km 傳播方式：地波、電離層下緣天波反射傳播 特點 信號較穩(wěn)定 地面對信號能量的吸收比超長波大 應用：遠距離精密無線電導航、標準頻率與時間信號的廣播,4.1 無線電通信概述,33,（3）中波 1000100m 傳播方式：地波、天波 特點： 白天天波受電離層強烈吸收，主要靠地波傳播，傳播的距離短，信號比較穩(wěn)定 晚上天波受電離層吸收弱，有較遠的傳播距離，但信號傳播不穩(wěn)定 利用地波傳播時衰減比長波大，利用天波傳播時損耗比短波大 應用：中等距離廣播與無線電導航 5351605千赫是國際規(guī)定的中波廣播段,4.1 無線電通信概述,34,（4）短波 10010m 傳播方式：天波、地波 特點： 天波傳播時距離遠，可達5002000公里 地波傳播時衰減大，傳播距離一般小于幾十公里 應用：各種距離的定點通信、國際通信及廣播、船岸間的航海移動通信，飛機地面間的航空移動通信等,4.1 無線電通信概述,35,（5）超短波和微波： 10m以下 傳播方式：視距、散射、繞射 特點 天線的增益較高，有利于定向傳播 頻率很高，信道容量很大 應用：調頻廣播、電視廣播、衛(wèi)星通信、移動通信、雷達、天文學等方面,4.1 無線電通信概述,36,4.1.4 媒體空間對無線電波傳播的影響 1.主要影響 （1）傳輸損耗 電波在實際的媒質（信道）中傳播時能量損耗的的現(xiàn)象 主要原因： 大氣對電波的吸收或散射 球形地面或障礙物對電波的繞射等,4.1 無線電通信概述,37,（2）電波傳播方向的變化 不同媒質的分界處將使電波折射、反射； 媒質的不均勻體如對流層中的湍流團將使電波產生散射； 球形地面和障礙物將使電波產生繞射； 某些傳輸媒質的時變性使射線軌跡隨機變化。,4.1 無線電通信概述,38,（3）多徑效應 多徑傳播：電波通過多條路徑傳播到接收端的現(xiàn)象稱為多徑傳播。,4.1 無線電通信概述,39,多徑傳播對通信系統(tǒng)性能的影響 引起的接收點場強的起伏變化 多徑效應,4.1 無線電通信概述,40,4.1.5無線電通信系統(tǒng)的基本組成及簡單工作過程 1、系統(tǒng)組成,4.1 無線電通信概述,41,2.工作過程 信源消息模擬或數(shù)字信號 (調制器)中頻調制成適合電波傳播的信號(頻率變換器)發(fā)射電波所需要的頻率 (功率放大) 發(fā)射天線中繼放大接收天線頻率放大變頻解調轉換成合適的信號信宿 地球站發(fā)射分系統(tǒng) 地球站接收分系統(tǒng),4.1 無線電通信概述,42,3.系統(tǒng)分類 依終端狀態(tài)不同 固定無線通信 移動無線通信 依所用電磁波頻段 短波通信 微波通信 衛(wèi)星通信 ,4.1 無線電通信概述,43,4.2 短波通信,4.2.1概述 1短波通信的頻率范圍 實際使用的頻率范圍約為1.5 mhz30mhz 2. 傳播方式 高空電離層與地面之間多次反射 3. 特點 通信距離遠，設備便宜 靈活、方便,44,4.2.2 短波電離層傳播特性 1短波在電離層中反射傳播的條件 天波傳播時，電波頻率與入射角和電波折回處的電子密度三者之間的關系,4.2 短波通信,45,2電離層對短波無線電信號傳播的影響 使接收的信號時強時弱的變化即存在衰落現(xiàn)象 原因： 電離層特性不穩(wěn)定 多徑傳播,4.2 短波通信,46,4.2.3 短波通信的應用 廣泛用于語音、電報和數(shù)據(jù)傳輸。 長期以來，由于短波通信的固有特點，多年來一直被廣泛地用于政府、外交、氣象、商業(yè)等各個部門，用以傳送語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等信息；同時，它也是高空飛行和海上航行的必備通信方式；尤其在軍事部門，它始終是軍事指揮的重要手段之一。,4.2 短波通信,47,4.3 微波通信,基本概念 利用微波作為載波，并采用中繼（接力）方式在地面上進行的無線電通信。微波中繼通信系統(tǒng) 微波波段：300mhz300ghz 最常用的通信頻率 ：1ghz40ghz 4g首選,48,4.3.1微波通信的發(fā)展,世界上最早的模擬微波中繼通信系統(tǒng)是二戰(zhàn)后期美國貝爾研究所建立的一個4ghz頻段的調頻系統(tǒng) 19世紀30年代中期第一個商用的模擬無線通信系統(tǒng)，工作在vhf頻段，采用am調制技術，傳輸12路頻分復用的模擬話音信號。 40年代出現(xiàn)了uhf頻段的軍用無線中繼通信系統(tǒng) 1947年貝爾研究所研制了數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)td-2。經過了20多年的歷史，直到70年代初，才完成小容量、低頻段的通信系統(tǒng)。,4.3 微波通信,49,1951年，美國紐約舊金山成功開通了商用的微波通信線路，工作在4ghz頻段，能承載480路模擬話音 60年代，數(shù)字微波通信得到發(fā)展 70年代末出現(xiàn)了商用數(shù)字微波系統(tǒng) 70年代末數(shù)字微波通信得到了迅速發(fā)展，形成了一個完整的技術系統(tǒng)。 80年代 ，數(shù)字微波通信系統(tǒng)的傳輸效率大大提高，系統(tǒng)容量達400mbit/s 90年代出現(xiàn)了基于sdh的數(shù)字微波通信系統(tǒng),4.3 微波通信,50,我國： 20世紀60年代開始研制并使用模擬微波中繼通信系統(tǒng)， 20世紀70年代研制并使用數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)并進行技術引進和開發(fā)。 光纖技術的發(fā)展，逐步取代微波中繼作為長途傳輸干線的主要角色 在未來的很長時間內，數(shù)字微波將與光纖共存、與衛(wèi)星通信系統(tǒng)一起作為光纖通信系統(tǒng)的輔助手段,4.3 微波通信,51,4.3.2數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng),a、b兩地遠距離地面微波中繼通信系統(tǒng)的中繼示意如圖所示 地面微波接力示意圖 對于地面上的遠距離微波通信，采用中繼方式的直接原因有兩個： 首先是因為微波波長短，接近于光波，其直線傳播具有視距傳播特性，而地球表面是個曲面。 其次是因為微波傳播有損耗，隨著通信距離的增加信號衰減，有必要采用中繼方式對信號逐段接收、放大后發(fā)送給下一段,延長通信距離。,4.3 微波通信,52,4.3 微波通信,53,微波中繼通信主要用來傳送： 長途電話信號 短波通信設備一般只能容納幾個話路同時工作，而一套微波設備可容納幾千個話路同時工作。 寬頻帶信號(如電視信號) 數(shù)據(jù)信號 移動通信系統(tǒng)基地站與移動業(yè)務交換中心之間的信號等 還可用于通向島嶼等特殊地形的通信。,4.3 微波通信,54,1.數(shù)字微波中繼通信線路 可以是一條主干線,中間有若干支線,其主干線可以長達幾千公里,除了在線路末端設置微波終端站外，還在線路中間每隔一定距離設置若干微波中繼站和微波分路站。 數(shù)字微波通信線路 2. 系統(tǒng)基本設備構成 用戶終端、交換機、終端復用設備、微波站等組成。設備組成,4.3 微波通信,55,用戶終端：如自動電話機、電傳機、調度電話機等。 用戶終端主要通過交換機集中在微波終端站或微波分路站。 交換機：作用是實現(xiàn)本地用戶終端之間的業(yè)務互通，如實現(xiàn)本地話音用戶之間的通話，又可通過微波中繼通信線路實現(xiàn)本地用戶終端與遠地(對端交換機所轄范圍)用戶終端之間的業(yè)務互通。 交換機配置在微波終端站或微波分路站,4.3 微波通信,56,終端復用設備的基本功能 將交換機送來的多路信號或群路信號適當變換，送到微波終端站或微波分路站的發(fā)信機； 將微波終端站或微波分路站的收信機送來的多路信號或群路信號適當變換后送到交換機。 在民用數(shù)字微波通信中數(shù)字微波通信系統(tǒng)的終端復用設備是脈沖編碼調制(pcm)時分復用設備。 終端復用設備配置在微波終端站或微波分路站。,4.3 微波通信,57,3.數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng) 工作過程 用戶終端a通過微波通信系統(tǒng)把信號發(fā)給用戶終端b的系統(tǒng)工作過程如下圖所示。 從發(fā)信終端站到收信終端站中間一般要經過若干個微波中繼站， 中繼站中有兩組中繼機，從一個方向的天線收到的微波信號從某中繼機的收信機轉接到另一中繼機的發(fā)信機，由朝另一方向天線發(fā)送出去。 數(shù)字微波通信系統(tǒng)的工作過程,4.3 微波通信,58,工作過程以電話為例 聲/電轉換（交換機）微波發(fā)射機時分復用調制到中頻變頻中繼接收端,4.3 微波通信,59,4. 數(shù)字微波站 按工作性質不同，可分成： 數(shù)字微波終端站 數(shù)字微波中繼站 數(shù)字微波分路站,4.3 微波通信,60,微波終端站 微波站的主要設備包括 微波發(fā)信設備： 微波收信設備、 微波天線饋電設備、 電源設備、監(jiān)測控制設備等。,4.3 微波通信,61,4.3 微波通信,62,（1）微波收發(fā)信機 發(fā)信機 工作頻段：微波中繼工作頻段范圍很寬，工作頻率愈高，愈容易獲得較寬的通頻帶和較大的通信容量。對于較長距離的微波中繼，其主要工作頻段是1.7-12 ghz，12ghz以上頻段目前使用不多。 我國選用2，4，6，7、8，11作為微波通信的主要工作頻段 上變頻器：將中頻信號變換成射頻信號 高功率放大器 濾波器,4.3 微波通信,63,收信機 低噪聲放大器：將接收的微弱信號予以放大 下變頻器：將射頻信號變換成中頻信號 中頻放大器 中頻濾波器,4.3 微波通信,64,（2）天線饋電系統(tǒng) 天線饋電系統(tǒng)由饋線、雙工器及天線組成。 基本作用：將發(fā)射機送來的射頻信號變成定向（對準衛(wèi)星）輻射的電磁波；同時，收集微波站（或衛(wèi)星）發(fā)來的電磁波，送到接收設備。 通常，微波站（地球站）天線是收發(fā)共用的，因此要用雙工器。 雙工器：雙工器位于天線與饋線之間，起傳輸能量和分離收發(fā)信號的作用。 從雙工器到收發(fā)信之間，有一定長度的饋線連接。 饋線：饋線將高功率微波射頻信號傳輸?shù)诫p工器。,4.3 微波通信,65,4.3 微波通信,66,天線 ：發(fā)射無線電波 微波的天線的類型很多，其基本形式有： 角反射天線 拋物面天線 目前常用的是一種從標準拋物面天線演變而來的卡塞格倫天線， 其主反射面呈拋物面狀，拋物面中心置初級輻射器(饋源)。 卡塞格倫天線,4.3 微波通信,67,4.3 微波通信,68,（3）監(jiān)控系統(tǒng) 對一條微波線路上的各個微波站運行情況進行監(jiān)視與控制，稱為監(jiān)控。 監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務是： 實施信道監(jiān)控 遙測、遙信及遙控 各站間的勤務聯(lián)絡,4.3 微波通信,69,微波中繼站 （1）中繼站設置在地球表面：微波中繼通信或稱微波接力通信，簡稱微波通信，間隔50公里左右,4.3 微波通信,70,4.3.3微波通信的應用現(xiàn)狀,1微波通信應用現(xiàn)狀 在光纖通信研究未取得實質性成果以前，世界各國均擬將微波通信作為通信網的主干傳輸手段，并大力發(fā)展微波通信。例如，我國在60年代組織了“6401微波通信攻關”項目，隨后在全國建立了20000km多的模擬微波通信。到20世紀80年代，由于光纖通信投入使用，擬選中的微波通信的主干地位受到了挑戰(zhàn)，目前正讓位給光纖通信。 但仍然是現(xiàn)代通信支柱之一。,4.3 微波通信,71,現(xiàn)在數(shù)字微波在通信系統(tǒng)中的主要應用場合如下： (1)干線光纖傳輸?shù)膫浞菁把a充 (2)省內電信傳輸支線，專用網等領域方面 (3)市內的短距離支線連接方面 (4)微波的新興應用和開發(fā)： 微波被用來加速用戶接入的部署和降低成本。 目前利用微波系統(tǒng)有兩種技術來支持未來的寬帶業(yè)務接入。,4.3 微波通信,72,4.4 衛(wèi)星通信,4.4.1概述 1衛(wèi)星通信的定義衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 衛(wèi)星通信：以人造地球衛(wèi)星作為中繼站的微波通信系統(tǒng)。,73,2衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星通信的軌道 （1）軌道形狀 圓形： 橢圓形： （2）衛(wèi)星軌道傾角 赤道軌道：與赤道平面重合，即軌道傾角為0 極地軌道：與球南北極的軸線重合，即軌道傾角為90 傾斜軌道：與赤道平面之間的夾角090,4.4 衛(wèi)星通信,74,（3）衛(wèi)星軌道高度 低軌道（leo）：高度為500km2000km或500km3000km（許多在1500km以下），運行周期約24小時 中軌道（meo）：高度為2000km20000km或3000km20000km，周期約為5h6h（對約10000km高度而言） 高軌道（heo）：通常高度在20000km以上，周期大于12h。,4.4 衛(wèi)星通信,75,3. 同步衛(wèi)星（靜止衛(wèi)星）衛(wèi)星通信的通信范圍 何謂同步衛(wèi)星： 衛(wèi)星的軌道與地球赤道平面相重合、且離地球表面高度為35786.6km的圓形軌道上沿與地球的自轉方向相同的方向飛行，則衛(wèi)星繞地球一周的時間為23小時56分04秒。 同步衛(wèi)星的通信范圍 全球表面積的42.4%,4.4 衛(wèi)星通信,76,4.4 衛(wèi)星通信,77,4衛(wèi)星通信工作頻段 上行頻率/下行頻率。 比如，64ghz頻段 目前大都實用c波段的64ghz頻段 上行頻率為5.9256.425ghz； 下行頻段為3.74.2ghz。 衛(wèi)星通信上下行通信頻率,4.4 衛(wèi)星通信,78,政府、軍事：x頻段的87ghz頻段 上行頻率為7.9ghz8.4ghz 下行頻率為7.257.75ghz。 ku 頻段的1411ghz頻段 上行頻率為1414.5ghz 下行頻率為11.712.2ghz， 或為10.9511.2ghz和11.45ghz11.7ghz 已用于衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播業(yè)務中。 目前衛(wèi)星通信又使用ka頻段的3020ghz頻段， 上行頻率為27.531ghz 下行頻率為17.721.2ghz； 可利用帶寬可達3500mhz,4.4 衛(wèi)星通信,79,5.衛(wèi)星通信的線路單跳和雙跳 所謂“跳”，是指電磁波在天空與地面之間來回跳躍傳播 單跳：只經過通信衛(wèi)星一跳（靜止衛(wèi)星大都采用單跳） 單跳工作方式 雙跳 雙跳：信號經過通信衛(wèi)星兩次轉發(fā),4.4 衛(wèi)星通信,80,在靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，大多采用單跳工作方式。 在以下兩種情況，需采用雙跳工作方式： 一是在國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，如果兩個相距甚遠，分別位于兩個衛(wèi)星覆蓋區(qū)內，而處于它們的“共視區(qū)”之外的地球站之間的通信，必須采用雙跳工作方式才能進行衛(wèi)星通信，參見圖5-28(a)所示情況。 二是在被同一顆衛(wèi)星所覆蓋的、衛(wèi)星通信“星形網絡”遠、近地球站之間的通信，必須采用如圖5-28 (b)所示的雙跳工作方式才能進行衛(wèi)星通信。注意，圖5-28 (b)中的中央主站，就是星形網絡的中心結點。,4.4 衛(wèi)星通信,81,6. 衛(wèi)星通信的特點 （1）優(yōu)點 通信距離遠，而通信的成本與通信距離無關。 利用靜止衛(wèi)星單跳最大通信距離達1800km。建站費用和運行費用不因通信站之間距離不同而改變， 通信覆蓋面積大，具有多址通信能力 一顆同步衛(wèi)星可覆蓋地球表面積的42%左右，在這個覆蓋范圍內的地球站，不論是地面、海上或空間，都可同時共用這一顆通信衛(wèi)星來轉發(fā)信號。 這種同時實現(xiàn)多個方向、多個地球站之間直接通信的特性稱為多址連接。 通信頻率寬，傳輸容量大，適于多種業(yè)務傳輸 通信線路穩(wěn)定可靠，通信質量高 通信電路靈活,4.4 衛(wèi)星通信,82,（2）缺點 兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，高緯度地區(qū)通信效果不佳。 衛(wèi)星發(fā)射和控制技術比較復雜； 存在日凌中斷現(xiàn)象 （春分、秋分前后數(shù)日，三者一線） 有較大的信號延遲和回聲（波）干擾 在同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，從地球站發(fā)射的信號經過衛(wèi)星轉發(fā)到另一地球站時，單程傳播時間約為027s。進行雙向通信時，往返傳播延遲約為0.54s。所以通過衛(wèi)星打電話時，講完話后要等半秒鐘才能聽到對方的回話，使人感到很不習慣。 通信衛(wèi)星有一定的壽命（同步12-15年，低5-8年） 軌道上所能容納的衛(wèi)星數(shù)目有限,4.4 衛(wèi)星通信,83,4.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應用,1衛(wèi)星通信的發(fā)展 衛(wèi)星通信概念的提出可以追溯到1945年，英國空軍雷達軍官阿瑟克拉克在無線電世界上發(fā)表了“地球外的中繼站”，最先提出了利用靜止衛(wèi)星進行通信的設想，約20年之后，人類就實現(xiàn)了這個設想。,4.4 衛(wèi)星通信,84,(1)國際上的發(fā)展 國際上衛(wèi)星通信的發(fā)展大致經過如下幾個時期： 1957年10月4日，原蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星。 1963年7月美國宇航局發(fā)射的“同步2號”(試驗星)靜止衛(wèi)星首次進入靜止軌道，為衛(wèi)星通信的迅速發(fā)展鋪平了道路。同年10月克服了許多技術上的困難，利用該衛(wèi)星向全世界轉播了東京奧運會的實況。,4.4 衛(wèi)星通信,85,1965年4月6日，美國發(fā)射成功實用的地球同步衛(wèi)星，定名為晨鳥(eraly bird)， 首先在大西洋地區(qū)開始進行商用國際通信業(yè)務，并由“國際通信衛(wèi)星組織(財團)” intelsat (the internation telecommunication satellite organization)定名為intelsat1。 這標志著衛(wèi)星通信進入了商用階段。 “國際通信衛(wèi)星組織”，最初只有八國家參加，于1964年8月正式成立的。 從1965年4月到現(xiàn)在，先后由這個財團提供經費，由美國研制發(fā)射了第一代到第九代“國際通信衛(wèi)星”(intersat)。,4.4 衛(wèi)星通信,86,這些衛(wèi)星都處在靜止軌道上，對于國際業(yè)務，intelsat覆蓋了三個主要的區(qū)域：太平洋、印度洋和大西洋區(qū)域。 對于每個區(qū)域，衛(wèi)星定位在該大洋上空的靜止軌道上，用來提供越洋電信路由。三區(qū)域上空的多顆衛(wèi)星組成全球衛(wèi)星通信網，承擔了國際越洋通信業(yè)務的三分之二以上。 另外三分之一主要由海底電纜或光纖通信系統(tǒng)承擔。至今已有超過140個會員國和多于40個投資實體。 我國自1977年起加入該組織。,4.4 衛(wèi)星通信,87,隨著固定衛(wèi)星業(yè)務的迅速發(fā)展，提出了移動衛(wèi)星業(yè)務。 所謂移動衛(wèi)星業(yè)務是指裝載在飛機、艦船、汽車上的移動通信終端所用的同步衛(wèi)星通信，應用最早的是海上移動衛(wèi)星業(yè)務。 1976年第一顆“海事衛(wèi)星1號”(marisat1)發(fā)射到大西洋上空，隨后于1979年成立“國際海事衛(wèi)星組織”(inmarsat)管理inmarsat系統(tǒng)，并開始提供全球海事衛(wèi)星通信服務。 1985年決定把航空通信納入業(yè)務之內， 1989年決定把業(yè)務從海事擴展到陸地， 目前它已經是一個有72個成員國的國際衛(wèi)星移動通信組織，控制著135個國家的大量話音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)， 中國交通部和中國交通通信中心分別代表中國參加了該組織。,4.4 衛(wèi)星通信,88,(2)我國的發(fā)展 早在20世紀60年代，我國就注意到了發(fā)展現(xiàn)代空間技術和衛(wèi)星技術， 1970年4月24日成功地發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星東方紅1號(dfh1)衛(wèi)星。,4.4 衛(wèi)星通信,89,70年代，我國先后引進了標準地球站，并開通了國際衛(wèi)星通信業(yè)務；同時，也開始研制國內通信系統(tǒng)使用的衛(wèi)星和地球站；70年代未和80年代初。又先后利用前聯(lián)邦德國和法國聯(lián)合研制的“交響樂”通信衛(wèi)星和國際通信衛(wèi)星isiva、iusv，進行若干地球站型、若干通信和廣播業(yè)務試驗。 80年代中期，我國前郵電部(現(xiàn)信息產業(yè)部)租用位于印度洋赤道上空東經60的isv衛(wèi)星建立了由北京主站和烏魯木齊、呼和浩特、拉薩、廣洲等區(qū)域中心站組成的公用衛(wèi)星通信網。,4.4 衛(wèi)星通信,90,從90年代起，我國與國外合作研制或引起的通信衛(wèi)星主要有： 亞太通信衛(wèi)星ir(可寫為apstarr)、arstarr 鑫諾專用通信衛(wèi)星一號(即sinosat)、 中衛(wèi)一號衛(wèi)星(chinastar1) chinastar5號接替衛(wèi)星以及高級衛(wèi)星移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)，即亞太區(qū)域移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)apmt,4.4 衛(wèi)星通信,91,通過上述衛(wèi)星通信的發(fā)展可知，從1963年美國發(fā)射第一顆商用同步衛(wèi)星起，衛(wèi)星通信已經走過近40多年的歷程，取得了很大的發(fā)展。 目前在靜止軌道上運行的通信衛(wèi)星有130多顆，全世界商用和專用地球站已超過100萬個。 在國際通信中，衛(wèi)星通信承擔了70以上的業(yè)務。衛(wèi)星通信的特點是覆蓋面積大，通信距離長，不受地理環(huán)境限制以及投資省、見效快等許多優(yōu)點。尤其在長距離、多島嶼、移動和災害等通信中更是非它莫屬。在未來的信息社會中，它是一種重要的信息傳遞方式。,4.4 衛(wèi)星通信,92,2衛(wèi)星通信的應用 適用于某一國家或某一地區(qū)的國內通信衛(wèi)星；專門為軍事服務的國防通信衛(wèi)星； 提供船艦使用的海事通信衛(wèi)星(如inmarsat)； 提供衛(wèi)星測軌和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母櫤蛿?shù)據(jù)中繼衛(wèi)星； 為家庭提供直接電視廣播服務的廣播衛(wèi)星； 提供無線電導航業(yè)務的通信衛(wèi)星(如全球定位系統(tǒng)gps(global position system)； 以及為氣象業(yè)務服務的通信衛(wèi)星等等。 目前，全球正在運行的各類用途衛(wèi)星已超過500顆，將要發(fā)射的還有15000顆。其中，已進入低軌道運行的有近300顆，將要發(fā)射完畢的低軌道衛(wèi)星還有900顆；可見，低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)將代表衛(wèi)星通信的一種發(fā)展趨勢。,4.4 衛(wèi)星通信,93,4.4.3通信衛(wèi)星與地球站,1通信衛(wèi)星 通信衛(wèi)星是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的核心，由通信裝置及其輔助設備組成。 通信裝置包括衛(wèi)星天線和通信轉發(fā)器， 輔助設備由姿態(tài)控制（跟蹤、遙測與指令分系統(tǒng)）、電源等輔助設備組成。,4.4 衛(wèi)星通信,94,1)衛(wèi)星天線 (1)全向測控天線 用來接收地球站發(fā)給衛(wèi)星的指令，并向地球站發(fā)送遙測數(shù)據(jù)和信號。 當衛(wèi)星收到指令后，將它送到控制單元，以調整衛(wèi)星的運行軌道和衛(wèi)星的自旋姿態(tài)，使衛(wèi)星天線準確地指向地球上的波束覆蓋區(qū)。,4.4 衛(wèi)星通信,95,(2)定向通信天線 它與地面微波通信天線類似。 按照天線發(fā)射電磁波束所覆蓋地面區(qū)域的大小，可將定向通信天線分為以下三類：,4.4 衛(wèi)星通信,96,2)衛(wèi)星轉發(fā)器 通信用的轉發(fā)器是衛(wèi)星上的主要設備，直接起中繼站作用的部分。完成接收、處理、發(fā)射信號作用。 對衛(wèi)星通信而言，轉發(fā)器是一臺寬頻帶的微波收發(fā)信機；,4.4 衛(wèi)星通信,97,4.4 衛(wèi)星通信,98,3)軌道校正與姿態(tài)控制（跟蹤、遙測與指令分系統(tǒng)） 衛(wèi)星在其軌道上運行時，由于受到地球、月亮、太陽等引力的作用而緩緩移動，使衛(wèi)星偏離預定的軌道而產生“攝動”，并使衛(wèi)星不能保持一定的姿態(tài)而翻滾。 攝動：由于地球、太陽、月球等引力和大氣阻力影響造成的衛(wèi)星軌道參數(shù)的變化，導致衛(wèi)星偏離軌道、產生漂移的現(xiàn)象。 可通過跟蹤、遙測與指令系統(tǒng)來完成,4.4 衛(wèi)星通信,99,衛(wèi)星在軌道上的漂移(攝動)，必須予以定期(一月左右)的校正，否則產生的不良后果 校正衛(wèi)星軌道的方法：啟動星體上多個有不同方向噴嘴的小火箭。 靜止通信衛(wèi)星上的控制分系統(tǒng)是由一系列機械的或電子的可控調整裝置組成，如各種噴氣推進器、驅動裝置、加熱及散熱裝置，各種轉換開關等等。他是在跟蹤、遙測指令系統(tǒng)的指令控制下完成對衛(wèi)星的各種控制。,4.4 衛(wèi)星通信,100,衛(wèi)星在軌道上不能保持正常的姿態(tài)(產生翻滾)，將使通信用天線的波束不能對準地球，使通信無法進行。 姿態(tài)控制的方法分星體自旋穩(wěn)定方式和三軸姿勢控制方式兩種。 自旋穩(wěn)定方式是讓衛(wèi)星以一個慣性主軸為中心旋轉，利用陀螺旋轉原理(慧星穩(wěn)定姿勢的原理)來穩(wěn)定衛(wèi)星的姿勢。 三軸姿勢控制方式比旋轉穩(wěn)定方式其控制要復雜一些，但由于能搭載大的太陽能電池板，所以隨著衛(wèi)星的大功率化， 三軸姿勢控制方式已成主流。,4.4 衛(wèi)星通信,101,4)衛(wèi)星上的電源 星蝕 衛(wèi)星上的電源有太陽能電池和化學蓄電池、原子能電池等。 目前仍以太陽能電池和化學電池（鎳隔蓄電池）為主。 國際衛(wèi)星7號(is)的電池單元片固定在兩塊長度為10m的臂面板上，可提供3900w的功率。,4.4 衛(wèi)星通信,102,在有太陽照射時，用太陽能電池供電并使化學電池充電，而星上備有的蓄電池是供衛(wèi)星產生日蝕時使用的。 這里所謂“日蝕