數(shù)字微波與衛(wèi)星通信系統(tǒng)

數(shù)字微波與衛(wèi)星通信系統(tǒng)微波是指頻率在300MHz至300GHz范圍內(nèi)的電磁波。數(shù)字微波通信是指利用微波攜帶數(shù)字信息，通過電波空間，同時傳送若干相互無關(guān)信息，并進(jìn)行再生中繼的通信方式。6.1數(shù)字微波通信系統(tǒng)

微波通信系統(tǒng)的構(gòu)成中繼傳輸方式地面微波接力通信系統(tǒng)工作在4

6GHz，它通過地面多座中繼站在兩地之間建立通信鏈路，相鄰中繼站的距離為視距（約50Km）。數(shù)字微波系統(tǒng)組成市內(nèi)電話局用戶終端市內(nèi)電話局用戶終端微波中繼站微波收發(fā)信設(shè)備調(diào)制解調(diào)設(shè)備時分復(fù)用設(shè)備調(diào)制解調(diào)設(shè)備時分復(fù)用設(shè)備甲地乙地微波收發(fā)信設(shè)備數(shù)字微波通信的特點1.頻帶寬干擾小2.中繼傳輸組網(wǎng)靈活3.抗干擾性強(qiáng)4.保密性好5.便于組成數(shù)字通信網(wǎng)

數(shù)字微波系統(tǒng)實例發(fā)信設(shè)備的組成發(fā)信本振變?nèi)莨苷{(diào)頻自動電平控制濾波器單向器發(fā)信混頻分路濾波輸出功放微波功放中放公務(wù)信號中頻信號收信設(shè)備的組成

中頻輸出微波濾波收信混頻前置中放抑鏡濾波低噪聲放大主中放自適應(yīng)均衡合成微波濾波收信混頻前置中放抑鏡濾波低噪聲放大檢出控制器本振移相來自上天線來自下天線6.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1.概述

2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

3.衛(wèi)星通信的多址連接方式

4.通信衛(wèi)星

5.衛(wèi)星地面站

6.衛(wèi)星通信的新技術(shù)

7.典型商用衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，在多個地球站之間進(jìn)行的通信。由于作為中繼站的衛(wèi)星離地面很高，所以經(jīng)過一次中繼轉(zhuǎn)接之后即可進(jìn)行長距離的通信。用于實現(xiàn)通信目的的這種人造地球衛(wèi)星被稱為通信衛(wèi)星。衛(wèi)星通信是宇宙通信形式之一，采用的是微波頻段。衛(wèi)星通信示意圖衛(wèi)星通信的基本概念通信衛(wèi)星地面站A

地面站B

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)點通信距離遠(yuǎn)覆蓋面積大，可以進(jìn)行多址通信通信頻帶寬、容量大性能穩(wěn)定可靠衛(wèi)星通信的頻段選擇早期的同步通信衛(wèi)星使用的工作頻段主要是C波段（4/6GHz），因為當(dāng)時同一波段的微波接力通信技術(shù)已比較成熟，開發(fā)費(fèi)用低，并且該波段處于地球的無線電窗口范圍內(nèi)，大氣層吸收很小。隨著通信技術(shù)的發(fā)展和通信業(yè)務(wù)的增加，新的波段不斷被開發(fā)，目前Ku波段（11/14GHz）已大量應(yīng)用于民用衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)，20/30GHz頻段也已投入使用。自由空間的傳播損耗由于衛(wèi)星通信用的無線電波主要是在大氣層以外的宇宙空間內(nèi)傳播，而宇宙空間是接近真空狀態(tài)的，并且由于在目前所使用的頻段范圍內(nèi)，與自由空間的傳播衰耗相比，大氣層的衰減損耗很小，所以基本上可以認(rèn)為，電波是在均勻媒介的自由空間內(nèi)傳播，信道的特性較穩(wěn)定。因此，從信道性質(zhì)來說,一般都認(rèn)為是恒參信道。衛(wèi)星傳輸信號處理技術(shù)

能量擴(kuò)散技術(shù)2)預(yù)加重3)加權(quán)2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成地面站監(jiān)控管理系統(tǒng)測控系統(tǒng)通信衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成3.衛(wèi)星通信的多址連接方式所謂多址連接方式，就是許多個地面站通過共同的通信衛(wèi)星來實現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)的相互連接，而無需中間轉(zhuǎn)接。這就要求各個地面站發(fā)向其它地面站的信號之間必須有區(qū)別。頻分多址方式頻分多址（FDMA）是根據(jù)各地面站發(fā)射的信號頻率不同，按照頻率的高低，順序排列在衛(wèi)星的頻帶里，各地面站的信號頻譜要排列得互相不重疊。也就是說，按照頻率不同來區(qū)分是哪個站址。FDMA的分類

1.每載波多路MCPC-FDMA方式2.每載波單路SCPC-FDMA方式3.星上交換SS-FDMAFDMA的分類SCPC系統(tǒng)的頻率配置FDMA的分類SS-FDMA衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖時分多址方式時分多址（TDMA）是將通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信號在時間上分成“幀”來進(jìn)行多址劃分的，在一幀內(nèi)又劃分成若干個時隙，將這些時隙分配給地面站，只允許各地面站在所規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)射信號。時分多址方式TDMA系統(tǒng)模型時分多址方式TDMA技術(shù)有如下優(yōu)點。

（1）不存在FDMA中的互調(diào)問題。（2）系統(tǒng)容量大，衛(wèi)星功率利用率高。（3）提高信號傳輸質(zhì)量，有利于綜合業(yè)務(wù)的接入。（4）使用靈活。存在以下不足:

（1）必須保持各地球站之間的同步，才能讓所有用戶實現(xiàn)共享衛(wèi)星資源的目的。（2）要求采用突發(fā)解調(diào)器（系統(tǒng)中各站在規(guī)定的時隙內(nèi)以突發(fā)的形式發(fā)射其已調(diào)信號）。（3）模擬信號需轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。（4）初期的投資較大，系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜。時分多址方式TDMA幀結(jié)構(gòu)

TDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)主要包括同步分幀（也稱為基準(zhǔn)分幀）（RB）和數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)）分幀（DB）。時分多址方式TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)時分多址方式系統(tǒng)的定時與同步

就目前的衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)而言，如果使衛(wèi)星的位置保持在精度±0.1°范圍，高度變化在0.1%以內(nèi)，那么衛(wèi)星可在75km×75km×75km的立體空間內(nèi)漂移。時分多址方式①TDMA系統(tǒng)定時

通常TDMA幀周期（Tf）是話音取樣周期（125μs）的整數(shù)倍，它與頻率為f0的高穩(wěn)定度（10-11）的時鐘周期一致。②TDMA系統(tǒng)的同步

TDMA系統(tǒng)的同步內(nèi)容包括載波同步、時鐘同步和分幀同步。其中要求在極短的時間內(nèi)從各接收分幀報頭中完成基準(zhǔn)載波和時鐘信號的提取工作。時分多址方式分幀同步包括兩方面的內(nèi)容，其一是指在地球站開始發(fā)射數(shù)據(jù)時，如何使其進(jìn)入指定的時隙，而不會對其他分幀構(gòu)成干擾，這就是分幀的初始捕獲。其二是指如何使進(jìn)入指定時隙的分幀信號處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即使該分幀與其他分幀維持正確的時間關(guān)系，不致出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象，這就是分幀同步技術(shù)。空分多址方式空分多址（SDMA）是指在衛(wèi)星上安裝多個天線，這些天線的波束分別指向地球表面上的不同區(qū)域。不同區(qū)域的地面站所發(fā)射的電波在空間不會互相重疊，即使在同一時間、不同區(qū)域的地面站使用相同的頻率來工作，它們之間也不會形成干擾?？辗侄嘀贩绞絊DMA-SS-TDMA方式

SDMA-SS-TDMA系統(tǒng)稱為衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)，簡稱SS-TDMA。由于在衛(wèi)星交換TDMA系統(tǒng)中，多采用多波束來實現(xiàn)空分多址（SDMA），這可以改善系統(tǒng)性能，但使處于某波束中的地球站無法與其他波束管轄下的地球站進(jìn)行直接通信?？辗侄嘀贩绞絊DMA-SS-TDMA系統(tǒng)原理圖碼分多址方式碼分多址方式（CDMA）的原理是：利用自相關(guān)性非常強(qiáng)而互相關(guān)性非常弱的周期性碼序列作為地址信息，對被用戶信息調(diào)制過的已調(diào)波進(jìn)行再次調(diào)制，使其頻譜大為展寬（稱為擴(kuò)頻）；經(jīng)衛(wèi)星信道傳輸后，在接收端以本地產(chǎn)生的已知的地址碼為參考，根據(jù)相關(guān)性的差異對收到的所有信號進(jìn)行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼完全一致的寬帶信號還原為窄帶而選出，其它與本地地址碼無關(guān)的信號則仍保持或擴(kuò)展為寬帶信號而濾去。4.通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要組成部分。靜止衛(wèi)星的配置衛(wèi)星通信示意圖通信衛(wèi)星的組成在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，所有地面站發(fā)出的信號都是經(jīng)過衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)到地面接收站的。為了完成這一轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)，衛(wèi)星上必須配備轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號的通信系統(tǒng)與天線系統(tǒng)。除此之外，為了保證通信衛(wèi)星的正常工作，還必須配備控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)和電源系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)地面指令信號來控制衛(wèi)星姿態(tài)和位置等。通信衛(wèi)星的控制系統(tǒng)包括衛(wèi)星的位置控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)。天線系統(tǒng)通信衛(wèi)星天線系統(tǒng)包括通信天線和遙測指令天線兩種。它們的特點是：體積小、重量輕、饋電容易，有便于在衛(wèi)星上組裝的結(jié)構(gòu)以及可靠性高和壽命長等。天線系統(tǒng)衛(wèi)星天線系統(tǒng)示意圖遙測系統(tǒng)

為了保持衛(wèi)星的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和通信，需要及時了解衛(wèi)星內(nèi)部的各種情況和設(shè)備的工作是否正常。在必要時，應(yīng)該通過遙測信號（即指令信號）去控制衛(wèi)星上某些設(shè)備的動作；另外，當(dāng)一些部件發(fā)生故障時，還需自動將備份件轉(zhuǎn)換上去等。所有這些工作都是通過衛(wèi)星上的遙測系統(tǒng)來完成。通信系統(tǒng)在通信衛(wèi)星的各組成系統(tǒng)中，真正起到衛(wèi)星通信中繼站作用的是通信系統(tǒng)，也叫轉(zhuǎn)發(fā)器。前放變頻器中放限幅器變頻器高放倍頻器倍頻器本振電源系統(tǒng)

通信衛(wèi)星的電源一般同時采用太陽能電池和化學(xué)電池（或原子能電池）。通常太陽能電池作為常用電源使用，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影區(qū)(或者說衛(wèi)星日蝕)時，使用化學(xué)電池供電。5.衛(wèi)星地面站地面站的組成發(fā)射系統(tǒng)接收系統(tǒng)控制系統(tǒng)終端系統(tǒng)電源系統(tǒng)饋電設(shè)備跟蹤設(shè)備天線系統(tǒng)市內(nèi)電話

地面站發(fā)射系統(tǒng)的組成調(diào)制器中頻放大器上變頻器自動功率控制發(fā)射波合成行波管放大激勵器大功率放大器傳輸波導(dǎo)基帶信號地面站接收系統(tǒng)的組成饋電設(shè)備低噪聲放大器傳輸放大器晶體管放大器接收波分離下變頻器中頻放大器基帶轉(zhuǎn)換裝置解調(diào)器橢圓波導(dǎo)饋線

地球站天線饋線系統(tǒng)的組成天線系統(tǒng)與機(jī)房的連接地面站電源系統(tǒng)

一般情況下使用交流市電供電偶然斷電時使用蓄電池供電長期或定期斷電時使用柴油發(fā)電機(jī)電源機(jī)柜與蓄電池問題討論：

衛(wèi)星通信是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的重要形式，傳統(tǒng)上是作為“通信子網(wǎng)”，即只支持網(wǎng)絡(luò)層以下的功能，是數(shù)據(jù)包傳輸?shù)耐该魍ǖ馈楦行У靥峁?shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，減少與其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的接口轉(zhuǎn)換，TCP/IP在衛(wèi)星通信網(wǎng)中的應(yīng)用已受到關(guān)注，談?wù)勀阍谶@方面的看法。課后作業(yè)：

收集銥星系統(tǒng)資料，思考銥星計劃失敗的原因及帶給我們的啟示。6.衛(wèi)星通信的新技術(shù)近年來衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展很快，為適應(yīng)各種業(yè)務(wù)的需求，許多新技術(shù)、新系統(tǒng)不斷產(chǎn)生。其中已開始應(yīng)用的有VSAT系統(tǒng)、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。VSAT系統(tǒng)PCPC計算中心PCPC市話局用戶小站

用戶小站

衛(wèi)星

中心站

VSAT系統(tǒng)的發(fā)展目前，VSAT系統(tǒng)主要正在以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)：·降低成本和安裝費(fèi)用·擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍·完成多種連接·開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)LEO系統(tǒng)低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，簡稱LEO，由距地面高度500～1500Km左右的眾多衛(wèi)星組成，運(yùn)行在多個軌道上，與地球自轉(zhuǎn)不能保持同步，所以也叫非同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。LEO系統(tǒng)的特點衰耗小時延短通信質(zhì)量好容量大發(fā)射成本低移動終端小型化LEO系統(tǒng)的原理LEO系統(tǒng)與地面蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本原理相似，都采用劃分小區(qū)和重復(fù)使用頻率的方法進(jìn)行通信。不同的是LEO系統(tǒng)相當(dāng)于把基站安裝在天空上，一個衛(wèi)星就相當(dāng)于一個基站。由于天線和中繼器等都安裝在衛(wèi)星上，所以隨著衛(wèi)星的移動，基站、天線等都是不停地移動著的。7.典型商用衛(wèi)星通信系統(tǒng)銥系統(tǒng)全球星系統(tǒng)海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)銥系統(tǒng)這是由美國摩托羅拉公司在1988年提出的覆蓋全球的LEO系統(tǒng)，1998年投入使用。原計劃采用77顆衛(wèi)星，與銥原子的電子數(shù)相等，故名。后來銥系統(tǒng)實際采用66顆衛(wèi)星，環(huán)繞6條均勻分布的近極圓軌道運(yùn)行。相鄰軌道平面上的衛(wèi)星按相反方向運(yùn)行。軌道高度約為780km，每個軌道平面分布11顆衛(wèi)星及1顆備用衛(wèi)星。全球星系統(tǒng)全球星系統(tǒng)是由美國勞拉公司和高通公司發(fā)起的