4-現(xiàn)代通信系統(tǒng)2課件(PPT 56頁)

1、通信工程專業(yè)概論主講 邱新蕓7/20/2022東北大學(xué)秦皇島分校計算機(jī)工程系通信工程教研室通信工程專業(yè)概論7/20/20221第1頁，共56頁。通信工程專業(yè)概論第五講現(xiàn)代通信系統(tǒng)（2）7/20/20222第2頁，共56頁。1 數(shù)字微波與衛(wèi)星通信系統(tǒng)1.1 數(shù)字微波通信系統(tǒng)1.2 通信衛(wèi)星1.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)1.4 數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)1.5 衛(wèi)星地球站7/20/20223第3頁，共56頁。1.1 數(shù)字微波通信系統(tǒng)7/20/20224第4頁，共56頁。 微波通信是依靠空間電磁波來傳遞信息的一種通信方式。無線電磁波是以頻率或波長來分類的。微波通信的頻段及特點(diǎn)7/20/20225第5頁，共56頁。數(shù)字微

2、波通信系統(tǒng)方框圖 數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成7/20/20226第6頁，共56頁。天線饋線系統(tǒng)(a) 同軸電纜天線饋線系統(tǒng)； (b) 圓波導(dǎo)天線饋線系統(tǒng)數(shù)字微波通信系統(tǒng)饋線系統(tǒng)7/20/20227第7頁，共56頁。 1. 微波傳播的電波特性 2. 微波信號傳輸線路中 的余隙概念 微波傳輸線路地面反射和大氣折射示意圖3. 數(shù)字微波信道的干擾 和噪聲7/20/20228第8頁，共56頁。 1. 抗衰落的技術(shù) 自動增益控制(AGC)技術(shù)； 頻率分集技術(shù)； 空間分集技術(shù)； 自適應(yīng)均衡技術(shù)； 交叉極化干擾補(bǔ)償技術(shù)。 數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的主要技術(shù)7/20/20229第9頁，共56頁。 2. 數(shù)字微波實(shí)用的調(diào)制解調(diào)

3、技術(shù)差分編碼變換；糾錯編碼變換；網(wǎng)格編碼(TCM)調(diào)制；采用維特比譯碼實(shí)現(xiàn)解調(diào)。 數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的主要技術(shù)7/20/202210第10頁，共56頁。3. 分集技術(shù)4. 非線性失真補(bǔ)償技術(shù)5. 微波傳輸新技術(shù) 提高調(diào)制的狀態(tài)數(shù)及嚴(yán)格限帶。 采用更復(fù)雜的糾錯編碼技術(shù)降低系統(tǒng)誤碼率。 網(wǎng)格編碼調(diào)制及維特比檢測技術(shù)。 高性能、 全數(shù)字化的二維時域均衡技術(shù)。 多載波的并聯(lián)傳輸技術(shù)。 采用多重空間分集接收、發(fā)端功放非線性預(yù)校正、 自適應(yīng)正交極化干擾消除電路等技術(shù)。數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的主要技術(shù)7/20/202211第11頁，共56頁。1.2 通信衛(wèi)星7/20/202212第12頁，共56頁。1. 地球衛(wèi)星軌

4、道同步通信衛(wèi)星地球衛(wèi)星的幾種軌道 2. 同步通信衛(wèi)星7/20/202213第13頁，共56頁。 通信衛(wèi)星的組成 同步通信衛(wèi)星： 控制分系統(tǒng)； 通信分系統(tǒng)； 遙測指令分系統(tǒng)； 電源分系統(tǒng)； 溫控分系統(tǒng)等組成。 7/20/202214第14頁，共56頁。7/20/202215第15頁，共56頁。1.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)7/20/202216第16頁，共56頁。衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成發(fā)端地面站收端地面站上行線下行線通信衛(wèi)星7/20/202217第17頁，共56頁。衛(wèi)星通信線路的組成7/20/202218第18頁，共56頁。衛(wèi)星通信的特點(diǎn) 衛(wèi)星通信一般為恒參信道, 信道特性穩(wěn)定。 覆蓋面積大, 通信距離遠(yuǎn)。 設(shè)

5、站靈活, 容易實(shí)現(xiàn)多址通信。 通信容量大, 傳送的業(yè)務(wù)類型多。 電路使用費(fèi)用與通信距離無關(guān)。 建站快, 投資省。 要求衛(wèi)星嚴(yán)格, 有高可靠性、 長壽命。 通信地球站設(shè)備較復(fù)雜、 龐大。 衛(wèi)星傳輸信號有延遲。 7/20/202219第19頁，共56頁。衛(wèi)星通信傳輸線路性能參數(shù) 1. 全向有效輻射功率 2. 傳播衰耗 3. 傳播方程 4. 接收地面站性能指數(shù) 5. C/T值與S/N 6. 門限電平7/20/202220第20頁，共56頁。衛(wèi)星傳輸信號的幾種信號處理技術(shù) 數(shù)字信號基帶處理：糾錯編碼技術(shù)和擾碼處理技術(shù)外。還有以下幾種信號處理技術(shù)。 1 能量擴(kuò)散技術(shù) 2 預(yù)加重 3 加權(quán)7/20/202

6、221第21頁，共56頁。1.4 數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)7/20/202222第22頁，共56頁。數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)的概念 數(shù)字通信時代，地面通信已基本上實(shí)現(xiàn)了IDN(綜合數(shù)字網(wǎng)), 因此對衛(wèi)星(地面站的終端信號衛(wèi)星基帶信號)都基本上使用數(shù)字信號, 稱為數(shù)字基帶信號。 7/20/202223第23頁，共56頁。多址方式 多址方式是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)的多地球站, 通過一顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)信號, 建立以地球站為站址的兩址或多址間的通信。這里的多址是指在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的射頻信道的復(fù)用。 1. 頻分多址(FDMA)方式 所謂頻分多址，是指按地面站分配的射頻不同來區(qū)別地球站的站址，使各地球站的地址頻率, 在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻

7、帶內(nèi)不發(fā)生重疊，而且還要留有保護(hù)頻帶。 7/20/202224第24頁，共56頁。頻分多址方式7/20/202225第25頁，共56頁。頻分多址方式的頻率配置7/20/202226第26頁，共56頁。 2. 時分多址(TDMA)方式 是指用時間的間隙來區(qū)別地球的站址，各地球站的信號只在規(guī)定的時隙通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。 時分多址方式7/20/202227第27頁，共56頁。時分多址系統(tǒng)的組成7/20/202228第28頁，共56頁。時分多址系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)7/20/202229第29頁，共56頁。 3. 空分多址(SDMA)方式 是以衛(wèi)星天線指向地面的波束來區(qū)別站址的。 4. 碼分多址(CDMA)方式 是

8、用碼型來區(qū)別地球站站址。7/20/202230第30頁，共56頁。1.5 衛(wèi)星地球站7/20/202231第31頁，共56頁。地球站組成 主要由天饋分系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)、 接收機(jī)分系統(tǒng)、通信終端分系統(tǒng)、監(jiān)控管理及電源分系統(tǒng)組成。 7/20/202232第32頁，共56頁。其他數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)1. 星上信號處理衛(wèi)星通信系統(tǒng) 星上信號處理衛(wèi)星通信采用了星上信號處理的最新技術(shù), 相當(dāng)于把地面通信交換中心搬到衛(wèi)星上去, 使系統(tǒng)的通信、交換、測控一體化空中立體化。 美國于1993年發(fā)射上天的ACTS高級通信衛(wèi)星系統(tǒng)就采用了這種技術(shù)。7/20/202233第33頁，共56頁。2. VSAT會議電視系統(tǒng) 會

9、議電視是指將活動圖像信號進(jìn)行數(shù)字壓縮，以較低的速率在VSAT衛(wèi)星信道上同時傳輸圖像和語聲信號。 會議電視為點(diǎn)對點(diǎn)的通信，一般采用SCPC方式。只有在開會時，每個終端才與網(wǎng)中一個用戶終端共用一對雙向信道。當(dāng)停止時可將信道轉(zhuǎn)交VSAT系統(tǒng)開展其他業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源共享。7/20/202234第34頁，共56頁。3 事衛(wèi)星通信系統(tǒng) 海事衛(wèi)星(INMARSAT)系統(tǒng)能對海、陸、空中的移動體提供靜止衛(wèi)星通信。 由地球段和空間段組成, 操作中心設(shè)在倫敦, 控制中心設(shè)在華盛頓和達(dá)姆斯特。另外還有跟蹤、遙測和指令地球站, 通信網(wǎng)絡(luò)控制地球站和數(shù)量龐大的船舶地球站。系統(tǒng)的空間部分由分布在大西洋、印度洋、太平洋三個區(qū)

10、域上空的衛(wèi)星組成, 以形成覆蓋全球的通信網(wǎng)。7/20/202235第35頁，共56頁。非同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)1. 低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO) 一般都由多頻衛(wèi)星組成衛(wèi)星通信網(wǎng)。衛(wèi)星離地面高度大約在1000 km左右, 其運(yùn)轉(zhuǎn)周期一般為幾小時。衛(wèi)星天線波束覆蓋地面小區(qū), 在地球表面飛速移動, 一個用戶看到每顆衛(wèi)星的時間只有幾分鐘或十幾分鐘, 因此存在信號越區(qū)切換的問題。2. 中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MFE) 中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的軌道高度大約在1,0000 km左右。發(fā)射10多顆衛(wèi)星, 就可構(gòu)成全球通信。 7/20/202236第36頁，共56頁。2 數(shù)字移動通信系統(tǒng)2.1 移動通信概述2.2 蜂窩數(shù)字移

11、動通信(GSM)7/20/202237第37頁，共56頁。2.1 移動通信的概念7/20/202238第38頁，共56頁。1 移動通信概念： 是指通信的雙方，至少有一方在移動中進(jìn)行信息的交換。7/20/202239第39頁，共56頁。 2. 移動通信使用的頻段 移動通信屬于無線通信的范疇。按照無線頻率的劃分它屬于VHF(甚高頻)和UHF(特高頻)直至到微波頻段，一般分配為150 MHz，450 MHz，800 MHz， 900 MHz 以及 1.8 GHz 等，這些頻段為公用移動通信使用頻段。 這些頻段是寶貴的空間資源，無線電廣播、電視、飛機(jī)導(dǎo)航、部隊(duì)等各種移動通信，都要利用這一資源。7/20

12、/202240第40頁，共56頁。 2.2 蜂窩移動通信概述7/20/202241第41頁，共56頁。1. 移動通信系統(tǒng)組成 7/20/202242第42頁，共56頁。 2. 蜂窩移動通信無線覆蓋區(qū)結(jié)構(gòu) 1) 大區(qū)制 在一個基站天線覆蓋區(qū)內(nèi)的移動用戶, 只能在此區(qū)域完成聯(lián)絡(luò)與控制。 2) 小區(qū)制 整個業(yè)務(wù)區(qū)(服務(wù)區(qū))劃分為若干小區(qū), 在小區(qū)中分別設(shè)置基站, 負(fù)責(zé)本小區(qū)移動通信的聯(lián)絡(luò)控制。 3) 小區(qū)制的劃分方法 考慮服務(wù)對象及頻率組不相互干擾等因素, 小區(qū)制一般分為帶狀服務(wù)區(qū)和面狀服務(wù)區(qū)。 4) 蜂窩無線區(qū)移動通信網(wǎng)7/20/202243第43頁，共56頁。7/20/202244第44頁，共5

13、6頁。7/20/202245第45頁，共56頁。7/20/202246第46頁，共56頁。7/20/202247第47頁，共56頁。 3. 移動通信中的切換、 交接與漫游7/20/202248第48頁，共56頁。 全球通的蜂窩移動通信網(wǎng)有一個制式的問題，如果是同一制式，很容易實(shí)現(xiàn)(切換)交接與漫游。世界上有多種制式的蜂窩移動通信系統(tǒng)，就數(shù)字移動通信而言，就有GSM, D-AMPS，D-NTT等。如模擬系統(tǒng)有AMPS和TACS制等。我國模擬系統(tǒng)曾經(jīng)采用TACS制，數(shù)字系統(tǒng)采用GSM制式。 7/20/202249第49頁，共56頁。4 移動通信分類尋呼系統(tǒng)：是一種較早的點(diǎn)對面覆蓋的單向呼叫系統(tǒng)。它

14、由尋呼控制中心、基站和尋呼接收器(BP機(jī))三部分組成。7/20/202250第50頁，共56頁。集群移動通信系統(tǒng)：是一種專用調(diào)度系統(tǒng), 由控制中心、基站、調(diào)度臺、移動臺組成。7/20/202251第51頁，共56頁。 無繩電話系統(tǒng)：是一種市話網(wǎng)延伸的雙工無線通信系統(tǒng)。它由基站和手機(jī)組成。 以上三種移動通信系統(tǒng)都是借助于市話網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)的。7/20/202252第52頁，共56頁。 陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)：公用的、廣泛采用的移動通信系統(tǒng)。它的信號類別可分為模擬移動通信系統(tǒng)和數(shù)字移動通信系統(tǒng)兩大類。 7/20/202253第53頁，共56頁。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) 陸地移動通信中, 在海洋、沙漠、森林、高山等處的蜂窩移動通信由于基站的位置不易選定, 無線小區(qū)覆蓋很困難, 只能利用衛(wèi)星的電波覆蓋, 特別是對人煙稀少地區(qū)的通信只能用衛(wèi)星移動通信來實(shí)現(xiàn)。 衛(wèi)星移動通信有兩種: 靜止衛(wèi)星(同步衛(wèi)星) 系統(tǒng); 低軌道的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。 其他移動通信系統(tǒng) 由于無線通信迅猛發(fā)展，移動通信應(yīng)用領(lǐng)域