無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三高功率放大器（HPA）衛(wèi)星通信系統(tǒng)中通常采用的HPA有三種類型：行波管放大器（TWTA），速調(diào)管放大器（KPA，Klystronpoweramplifier）和固態(tài)功率放大器（SSPA，Solidstatepoweramplifier）。不同頻段時(shí)三種放大器的輸出功率如圖所示：5.1高功率放大器和低噪聲放大器第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三低噪聲放大器（LNA）低噪聲放大器（LNA）的最重要指標(biāo)是內(nèi)部噪聲的大小，用等效噪聲溫度來量度。LNA的性能在很大程度上決定了整個(gè)接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度。第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三參量放大器、致冷和常溫的砷化鎵場效放大器三種商用LNA第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三現(xiàn)在幾乎所有的地球站或是衛(wèi)星上都采用包含GaAsFET放大器的LNA。

第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三5.2星載轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器通信衛(wèi)星上的核心是轉(zhuǎn)發(fā)器，它接收來自地面的無線電波，經(jīng)過放大后，變換頻率再向地面發(fā)射，相當(dāng)于一個(gè)微波中繼站。它由輸入設(shè)備、調(diào)制設(shè)備、本振設(shè)備、放大設(shè)備和發(fā)射設(shè)備組成，是直接承擔(dān)通信任務(wù)的系統(tǒng)，可以轉(zhuǎn)發(fā)兩地或多地的電報(bào)、電話、數(shù)據(jù)、傳真、電視、廣播等，是一個(gè)功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多面手。第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量越多，衛(wèi)星的通信能力就越大，所以轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量是衡量衛(wèi)星先進(jìn)與否的重要標(biāo)志。星載轉(zhuǎn)發(fā)器少于12個(gè)，功率小于1000瓦的通信衛(wèi)星稱為小容量衛(wèi)星；有24個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在1000~3000瓦之間的衛(wèi)星稱為中容量通信衛(wèi)星；有48個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在3000~7000瓦之間的衛(wèi)星是大容量通信衛(wèi)星；轉(zhuǎn)發(fā)器多于48個(gè)，功率在7000瓦以上的是超大容量通信衛(wèi)星。第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三目前最大的通信衛(wèi)星平臺(tái)上可裝150個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。東方紅三號(hào)有24個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，6個(gè)電視和18個(gè)通信傳輸信道，可傳輸6套彩色電視接，節(jié)目和15000路電話或電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)信號(hào)，工作壽命為8年。第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器是相對(duì)于數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器而言的。它僅完成對(duì)信號(hào)的放大和將上行頻率變換為下行頻率。下圖給出了彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖。第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三為了提高星載轉(zhuǎn)發(fā)器的可靠性，一些容易失效的模塊或部件都有冗余配置。因此，星上除了通信設(shè)備及其冗余部分外，還有各種切換開關(guān)。第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三為了使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器能為特定的服務(wù)區(qū)提供服務(wù)，天線應(yīng)指向服務(wù)區(qū)，而且希望以服務(wù)區(qū)的形狀而賦形。第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三天線1、單級(jí)或雙級(jí)線狀天線：主要用于TTC全向天線。第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三2、喇叭天線：用于全球波束，信標(biāo)天線。第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三3、反射面天線：用于區(qū)域波束或點(diǎn)波束；多饋源賦形。

第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三拋物面反射型天線：

1）中心饋源的拋物面天線：饋源喇叭位于拋物面的交點(diǎn)處第二十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三

2）饋源偏置的拋物面天線。第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三4、全球波束天線點(diǎn)波束天線賦形波束天線全球波束天線波束的半功率寬度約等于17.4°,覆蓋衛(wèi)星對(duì)地球的整個(gè)視區(qū)–一般由圓錐喇叭天線加上45°的反射板組成第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三點(diǎn)波束天線

–覆蓋面積小，一般為圓形，半功率寬度幾度

–天線通常為前饋拋物面天線，饋源為喇叭第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三賦形波束天線可通過修改反射器形狀來實(shí)現(xiàn)也可利用多個(gè)饋源從不同方向經(jīng)反射器產(chǎn)生多波束的組合第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三5、相控陣列天線和多波束天線

陣列天線相控陣列天線由多個(gè)獨(dú)立的陣列單元組成，各單元由功率接近和相位特定的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以得到所需的特性。通過對(duì)激勵(lì)信號(hào)功率和相位的控制，可以在陣列天線不作任何物理移動(dòng)的情況下，移動(dòng)波束的位置和完成不問的天線賦形。第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三高頻地波雷達(dá)天線陣列

第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三超視距雷達(dá)的天線陣列

第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三多波束天線星載多波束天線的應(yīng)用是多方面的。比如，跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星用于跟蹤不同的低軌用戶星；對(duì)地面特定的“點(diǎn)”(小的高業(yè)務(wù)密度地區(qū))進(jìn)行覆蓋；對(duì)地面形成蜂窩覆蓋，以支持小型移動(dòng)終端的接入。多波束天線可以采用多個(gè)饋源和同一反射面天線組成，但更多的是相控兩列天線。第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器星載數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器在將接收的上行信號(hào)向地球站轉(zhuǎn)發(fā)之前要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。包括時(shí)分或分組信道的交換。窄帶信道的選擇和路由，F(xiàn)EC數(shù)據(jù)流的解碼和再編碼等，其目的是便于下行鏈路的最佳傳輸。這些處理技術(shù)涉及到高速A/D轉(zhuǎn)換、快速傅氏變換、數(shù)字濾波、高速數(shù)據(jù)的緩存和編解碼等。應(yīng)用實(shí)例：第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三解調(diào)-再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三星上交換的TDMA轉(zhuǎn)發(fā)器第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三星載路由器第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三星載電源太陽能電池的安裝有體裝式和展開式兩類。第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三5.3通信地球站設(shè)備本書討論的地球站設(shè)備主要包括RF終端、調(diào)制與解調(diào)器、基帶與控制設(shè)備以及用戶接口，如圖所示。第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三對(duì)于每個(gè)固定地球站設(shè)備，還必須有可靠的電源供給和保持電氣性能所需的溫度和濕度。地球站的末端是與地面某種類型設(shè)備相連接的接口。地面線路可以是光纜或者微波線路，將業(yè)務(wù)延伸到相應(yīng)得業(yè)務(wù)點(diǎn)。第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三地球站一般都設(shè)置有本地或遠(yuǎn)端的監(jiān)視和控制設(shè)備，以便于對(duì)地球站的操作和管理。不同類型的地球站其監(jiān)視和控制設(shè)備的復(fù)雜程度不一樣，但總體來說都主要具有三方面的功能：為工作人員提供一個(gè)集中監(jiān)視、告警和控制的平臺(tái)，將分散監(jiān)視點(diǎn)的數(shù)據(jù)和各類告警信號(hào)集中的操作臺(tái)，還可以有存儲(chǔ)和打印監(jiān)視數(shù)據(jù)的外圍設(shè)備，并為操作人員提供啟閉設(shè)備、切換傳輸路徑等功能。第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三向網(wǎng)絡(luò)控制中心提供地球站的傳輸和業(yè)務(wù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。提供有遙測能力的綜合測試功能，以便對(duì)傳輸指標(biāo)進(jìn)行測試和其他常規(guī)測試，做出故障診斷。第四十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三5.3.1射頻部分天線對(duì)于干線的大型地球站，可以采用大功率的放大器和高增益的天線。天線增益取決于上行頻率和天線尺寸。（大尺寸天線本身的價(jià)格高之外，由于波束較窄，為了保持指向誤差精度，需要將其安裝在一個(gè)全方位俯仰旋轉(zhuǎn)跟蹤的機(jī)械裝置上。）大型地球站的大功率微波輻射會(huì)造成有害于人體健康的環(huán)境，因此大型地球站通常不設(shè)置在人群稠密的地方或者進(jìn)行必要的屏蔽。第四十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，目前地球站通常采用卡塞格倫天線，如圖所示。第四十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三組成：它由主反射器和副反射器構(gòu)成。原理：饋源喇叭輻射的顛簸首先投射到副反射器上，再反射到主反射器，主反射器電波形成平行波束反射出去，形成波束的定向發(fā)射。第四十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三注意：1）利用對(duì)副反射器形狀的修正，可以改善主反射器的能量分布，使主反射器上能量分布更均勻，減少能量的外溢，提高天線的效率。

2）副反射器對(duì)主反射器形成的平行波束產(chǎn)生阻擋，從而使效率下降并產(chǎn)生旁瓣效應(yīng)。若采用其他類型的副反射器再采用特殊的饋源設(shè)計(jì)，可避免天線副反射器阻擋的不利影響。第四十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三5.3.2中頻與基帶處理部分中頻和基帶處理單元是地球站設(shè)備的重要組成部分，它具有調(diào)制/解調(diào)、編/解碼和復(fù)用等重要功能。第四十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三5.3.3地面接口與陸地鏈路1.陸地鏈路的設(shè)置和選擇地球站的地面接口可視為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)終點(diǎn)，它通過陸地鏈路與地面網(wǎng)或用戶終端相連接。地球站通過陸地鏈路與遠(yuǎn)端的一個(gè)或多個(gè)用戶連接起來，其距離在幾百米至百千米之間。若衛(wèi)星通