通信技术基础第6章-现代通信系统课件.ppt

1、6.1 数字通信系统概述数字通信系统概述6.1.1 现代通信系统模型现代通信系统模型在信源与信宿（受信者）之间完成信息传递（传输）的整个过程，我们称为通信系统。它是由一整套技术设备和传输媒质所构成的有机总体。完成数字信号产生、变换和传递及接收的过程，我们称之为数字通信系统，并用如图6.1所示的数字通信系统模型来描述。图图6.1数字通信系统数字通信系统信息源和受信者（信宿），是信息或信息序列的产生源和接收者。信源编码器的主要功能，是把人的话音以及机器产生的如文字、图表及图像等模拟信号变换成数字信号。信道编码：完成多路数字信号复接为宽带数字信号之后，把此宽带数字信号送到传输的信道中去。数字调制：根

2、据信道媒质特性，对编码后的数字信号还要经调制后再送入信道中。数字解调是数字调制的反变换，即完成从数字频带信号中，恢复出原来的宽带数字信号，再经信道解码和码型反变换后，分离成数字基带信号，或经信源解码即D/A变换，还原为原始模拟用户信号或分路数字信号(不经信源解码，如计算机信号等)。在通信系统中，收端相应技术与设备是发端技术与设备的逆变换。信源编码器与信道编码器(交换节点)之间的信号传输通道,称为用户线或接入信道。信道编码器(交换节点)和信道解码器（交换节点）之间的信号传输通道称为中继或长途传输信道。数字传输系统中的信道，主要是指长途或市内中继传输的数字信道。6.1.2 现代通信系统分类现代通信

3、系统分类 现在大量的是数字传输系统。特别是长途传输几乎都采用了数字传输系统。传输介质和信道又可分为两大类，有线通信系统和无线通信系统。当前应用最广泛的现代通信系统，一般可分为三大类：1)数字光纤通信系统 2)数字微波与卫星通信系统 3)是有线通信系统与无线通信系统相结合的数字移动通信系统。6.2 数字光纤通信系统数字光纤通信系统6.2.1 数字光纤通信系统概念数字光纤通信系统概念数字光纤通信是以激光作为数字信息载体，以光纤作为传输媒质传送数字信息的一种通信方式。在当今的通信方式中已形成了一个以数字光纤通信为主，微波、卫星、电缆通信为辅的格局。光纤通信之所以给世界通信技术带来了革命性的变化，是因

4、为它具有一系列独特的显著特点。这些特点主要是：1）传输的频带宽、通信容量大 2）损耗极低，传输距离长 3）线径细,重量轻 4）不受电磁干扰、防腐和不会锈蚀 5）不怕高温,防爆、防火性能强 6）光纤通信保密性好 6.2.2 数字光纤通信系统组成数字光纤通信系统组成数字光纤通信系统与一般通信系统相似,它由发送设备、传输信道和接收设备三大部分构成。实用数字光纤通信系统都采用数字编码信号经强度调制-直接检波方式。强度调制是利用数字电脉冲信号直接调制光源的光强度或光功率,使光强度与数字电脉冲信号电流成线性变化。直接检波是把光脉冲信号通过光接收机还原成数字电脉冲信号。数字光纤通信系统主要用于骨干网（长途）

5、，本地网以及光纤接入网。图6.2 为骨干网和本地网光纤通信系统组成示意图。图 6.2 数字光纤通信系统组成示意图 数字光纤通信系统中数字信号发射端机的作用是对来自信息源的信号将进行模数转换并做多路复用处理。光发射机（包括激光器LD或发光二极管LED）的作用是实现电/光转换，即把电信号调制成光信号，送入光纤传输至远方。光接收机（包括光电检测器PIN）的作用是实现光/电转换，即把来自光纤的光信号还原成电信号，经放大、整形、再生恢复原形后，送至数字接收端机，完成数字信号的分接以及数/模转换。对于长距离的数字光纤通信系统，还需要中继器。目前的中继器都采用光一电一光形式。6.2.3 SDH光同步传输系统

6、光同步传输系统1.SDH光同步数字传输系统基本概念光同步数字传输系统基本概念一个电信传输网原则上由两种基本部分，即传输线路系统和网络节点设备构成。一个规范的统一的网络节点接口(NNI)的先决条件是要有一个统一规范了的接口速率和信号的帧结构。SDH网具备了这个条件，从而能对SDH网的NNI给出统一的国际化规范，NNI位置示意图如图6.3 所示。图6.3 N N I的位置示意图SDH具有统一规范的速率等级,称为“同步传输模块”STM-N(N为1,4,16,64,)。如果SDH信号是STM-1，其网络节点接口的速率为155.520Mb/s，更高等级STM-N速率将是155.520Mb/s的N倍，目前

7、SDH支持N为1,4,16,64。2.SDH同步数字传输系统的主要设备同步数字传输系统的主要设备 (1)终端复用器TM和分插复用器ADM SDH网的基本网络单元中最重要的两个网络单元是终端复用器和分插复用器。以STM-1等级为例，其各自的功能，如图6.4和图6.5所示。图6.4 STM-1终端复用器 图6.5 STM-1分插复用器(2)再生中继器（REG）再生中继器（REG）是光中继器，如图6.7所示。图6.7 再生中继器(3)同步数字交叉连接设备（SDXC）数字交叉连接设备（DXC）是SDH网络的重要网络单元，兼有复用、配线、保护/恢复、光/电和电/光转换、监控和网管多项功能。3.SDH光传

8、输系统的中的光缆和中继长度计算光传输系统的中的光缆和中继长度计算（1）传输系统用的光纤 目前的光纤通信中广泛采用的是G.652、G.653、G.654、G.655。（2）SDH光传输系统的中继长度估算 光纤传输中继距离的长短是由光纤衰减和色散等因素决定。图6.9光缆线路工程施工范围示意图衰减受限系统衰减受限系统衰减限制系统中继段距离可用下式估算：色散限制系统色散限制系统根据ITU-T建议，色散限制系统中继段距离可用下式估算：SffCCPrSALAAMeMPPPL1BDL6106.2.4 光波分复用系统光波分复用系统1.光波分复用系统概念与系统组成光波分复用系统概念与系统组成（1）波分复用的基本

9、概念 波分复用定义 把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送（每个光波长承载一个TDM 电信号或模拟电信号等）的方式统称为波分复用。（2）DWDM系统构成原理 DWDM系统的构成主要有以下两种形式：双纤单向DWDM系统组成 双纤单向DWDM传输是指所有波长的光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送。单纤双向DWDM系统组成 图6.10 单纤双向传输的DWDM系统原理图单纤双向DWDM传输是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，其系统原理如图6.10所示，所用波长相互分开，以实现双向全双工的通信。图6.10 单纤双向传输的DWDM系统原理图（3）实用的DWDM系统的基本结构 实用的DWDM

10、系统主要由五部分组成：光发射机（OTM发）、光中继放大（OLA）、光接收机（OTM收）、光监控信道和网络管理系统，如图6.11所示。图6.11 实用DWDM系统的基本结构2.光波分复用主要设备光波分复用主要设备 波分复用设备（DWDM设备）光终端复用设备（OTM）光分插复用设备（OADM）光放大（OLA）设备 1）EDFA的基本结构及作用。掺铒光纤放大器是将稀土元素铒Er离子（或镨、镧、铷离子）将它们注入到光纤芯层中，形成一种特殊光纤，在泵浦源作用下可直接对某一波段的光信号进行放大。图6.15给出了正向泵浦源的EDFA基本组成。其主体是泵浦源与掺铒光纤。掺铒光纤的作用是将泵浦源通过光与工作物质

11、的相互作用，转移给弱信号光从而将其放大。图6.15 EDFA基本组成 3光波分复用光纤光波分复用光纤4.光波分复用主要技术光波分复用主要技术 光源技术 滤光技术 光纤的色散补偿技术 光纤放大器的增益平坦技术 系统的监控技术 6.2.5 光传送网光传送网 1.SDH光传送网概念及分层模型光传送网概念及分层模型（1）SDH传送网 SDH传送网是一个复杂、庞大的网络，它具有能够提供通信服务的所有实体及其逻辑配置。它是由具体设备组成的网络。（2）SDH传送网分层模型 SDH传送网是对SDH信号系统进行垂直方向分为若干独立的分层的一种模型的描述,是用功能分层的分析方法来建立模型,然后对分层模型进行再分析

12、(解剖)。SDH系统分层模型如图6.17所示。64 kb/s支路交换网分组交换网租用线电路网Vc-11Vc-12Vc-2Vc-3Vc-4Vc-3复用段层再生器段层光纤电缆天线物理媒体层电路层网低阶通道层高阶通道层段层通道层传输媒体层电路层图6.17 SDH传送网分层模型 SDH传送网分为三层：电路层、通道层和传输媒体层。2.SDH系统光传输网结构系统光传输网结构（1）SDH系统的网络结构 我国的SDH系统的网络结构,一般都采用有自愈功能的环型网结构及少部分的点对点线性结构(一级干线),我国SDH系统组网分为四个层面,如图6.18所示。最高层为一级干线网,它是国家骨干网,是由比较大的省会城市构成

13、网型网结构,并辅以少量线型网。在业务量大的汇结点城市装有DXC 4/4,具有STM-N接口和PDH系列的140 Mb/s接口。图 6.18 我国SDH系统的网络结构 第二层为二级干线网,主要实现省内的骨干环型网。第三层一般为中继线网(长途市局和市内局间连接),可按区域组成若干环,由ADM组成各类自愈环,也可以以路由备用方式构成两节点环。第四层面为用户接入网。它是SDH网中最庞大、最复杂的部分,从建设投资来看,它占50%以上。用户光纤化正在实施,光纤到路边FTTC,光纤到大楼FTTB,光纤到家庭FTTH为最终目标。(2)SDH自愈环网（Self-healing network）DH传输网中所采用

14、的网络结构有多种，其中环形结构才具有真正意义上自愈功能，故而称为自愈环。自愈环即网络在无需人为干预情况下，就能在极短时间内(ITUT建议小于50ms)从失效状态中自动恢复所携带的业务。1）二纤单向通道保护（倒换）环保护原理 二纤单向通道倒换环的结构如图6.19（a）所示，可见它采用1l保护方式。若环网中网元A与C互通业务，网元A和C都将上环的业务“并发”到环S1和P1上，S1和P1上的所传业务相同且流向相反。在网络正常时，信息由网元A插入，一路由主环光纤S1携带，经B网元（节点）到达C节点，另一路由备环光纤P1携带，经D 到达C网元，在网元C自动“选收”主环纤S1上的A到C的业务，完成网元A到

15、网元C的业务传输。同样当信息由网元C插入后，分别由主环光纤S1和备环光纤P1所携带，前者经网元D，后者经网元B，到达网元A，在网元A仍然“选收”主环纤S1上的C到A的业务，完成网元A到网元C的业务传输。图6.19 二纤单向通道保护（倒换）环 同样网元C的到网元A的业务也是并发到S1环和 P1环上，其中P1环上的C到A业务，由于B与C间光纤断了，所以无法传到网元A，而S1环上的C到A的业务经网元D传到网元A并未断纤，再加上网元A本身设置为默认选收主环S1上的业务，这时网元C到网元A业务并未中断，网元A不作保护倒换。3.SDH网同步概念网同步概念（1）网同步的有关概念 数字网（或系统）中要解决的首

16、要问题是网同步问题，因为要保证发端在发送数字脉冲信号时，将脉冲放在特定时间位置上，而收端要能在特定的时间位置处将该脉冲提取解读以保证收发两端的正常通信。SDH网络通常采用主从同步方式，同步结构如图6.20所示。图6.20同步网结构2)“光同步数字传输网”是一个由若干SDH的网元（NE）组成，它是通过光纤进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。3)“同步”是时钟或信息的相应有效瞬间同时以同一平均速率出现。数字网的同步是指交换设备内的时钟，传输设备内的时钟之间的同步。（2）数字网同步的方式 解决数字网同步的方法有两种：“伪同步”和“主从同步”。（3）SDH网同步等级结构 我国的同步网采用主从同步方

17、式，按主从同步方式一般采用等级制，目前ITU-T将时钟精度分为四级。一级时钟为全网定时基准主时钟（PRC），满足G.811建议规范即铯原子钟精度10-11。二级时钟为转接局从时钟，满足G.812建议规范的本地局时钟的铷原子钟精度为10-910-10。三级时钟为端局从时钟，也满足G.812建议规范。一、二、三级分配时钟采用树型拓扑结构,如图6.21所示；图6-21 局间分配的同步网结构 四级时钟为数字小交换机（PBX）、远端模块或SDH网元的从时钟，满足G.813建议规范即晶振精度10-610-8（SDH网元内置时钟）。（4）时钟信号传递方法（同步网如何建立）在主从同步时，上一级网元的定时信号通

18、过一定的路由即同步链路或附在线路信号上传输到下一级网元。时钟信息也可以从卫星定位GPS系统获取。6.3数字微波与卫星通信系统6.3.1 数字微波通信系统概述1.微波通信基本概念 微波通信是依靠空间电磁波来传递信息的一种通信方式，它是属于无线通信的范畴。无线电磁波是以频率或波长来分类的，波长与频率的关系如下：C=f 无线电频段的划分如表6.3所示，由表可知，微波频段是在较高频段，通常人们所说的微波是指频率在0.3300GHz范围的电磁波，利用此频段的电磁波来传递信息，我们就称之为微波通信。电磁波频率不同，波长不同(频率越低，波长越长)，其空间传播的特性也不一样，且用途也有不同。表表6.3电磁波频

19、谱分类电磁波频谱分类频段名称频率范围波长范围长波中波短波超短波(特高频)30300(kHz)3003000(kHz)330(MHz)30300(MHz)100001000(m)1000100(m)10010(m)101(m)微波分米波厘米波毫米波300MHz3(GHz)330(GHz)30300(GHz)10010cm101cm1cm1mm红外线(光波)300(GHz)1mm2数字微波通信系统组成及工作过程数字微波通信系统组成及工作过程(1)SDH微波接力通信系统组成 一个完整的长途传输的微波接力通信系统由端站、枢纽站、分路站及若干中继站所组成，如图6.22所示。图6.22站型配置（2）数字微

20、波通信系统组成 数字微波通信系统由两个终端站和若干个中间站构成。如图6.23所示，它由发端站、中间站和收端站组成。图6.23数字微波通信系统组成方框图 从图6.23可知，如从发端送来的数字信号，经过数字基带信号处理(数字多路复用或数字压缩处理)后，经数字调制，形成数字中频调制信号，(70MHz或140MHz)再送入发送设备，进行射频调制变成为微波信号，送入发射天线向微波中间站(微波中继站)发送。微波中间站收到信号后经再处理，使数字信号再生后又恢复为微波信号向下一站再发送，这样一直传送到收端站，收端站把微波信号经过混频、中频解调恢复出数字基带信号，再分路还原为原始的数字信号。(3)微波通信设备的

21、特殊天馈系统 无线通信是通过天馈系统来发射和接收信号，微波通信也不例外。由于微波频率高，波长短，因此使用的天线一般都采用面式天线，有喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线等。如图6.24所示：微波天线常用双反射面的抛物面天线(或卡塞格伦天线)，其主反射面似一口大锅的抛物面。其抛物面中心(锅底)底部置馈源，作为发送和接收电磁波信号的门户。其馈线系统，一般由波导和同轴电缆(2GHz以下)组成。由图6.24中可看出，天线馈源与馈线是直接相连，微波信号天馈系统中还要通过滤波、极化分离，极化旋转等多次变换，这些滤波器、极化器、匹配器等一般都是特殊的波导器件，不同于传统的电子器件。图6.24天线馈线系统3.微

22、波传输线路微波传输线路（1）微波传播的电波特性（2）微波信号传输线路中的余隙概念 图6.25地面反射和大气折射示意图 从图中看出微波线路的余隙概念，它是指从地面最高点(设为信号反射点)至收、发天线连线间的距离称为余隙，用hc来表示，当在设计天线高度时一定要有余隙的计算。余隙的计算与等效地球半径系数k和第一菲涅尔区半径(F)有关。其中k主要随气象变化而受影响。（3）数字微波信道的干扰和噪声 微波线路的干扰主要来自天馈系统和空间传播引入，一般有回波干扰、交叉极化干扰。收发干扰，邻近波道干扰等，天线系统同频干扰等。噪声主要来自设备，如收发信机热噪声以及本振源的热噪声等。6.3.2卫星通信系统卫星通信

23、系统 可以这样来定义：卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行的信息交流的通信方式。如图6.26所示。图6.26卫星通信 1.卫星通信系统的组成及特点卫星通信系统的组成及特点 （1）卫星通信系统组成及工作过程 卫星通信部分主要包括发端地面站，收端地面站、上行线、下行线和通信卫星五大部分组成，如图6.27所示。图6.27卫星通信线路的组成 在地面站要构成双工通信，既要向卫星发射信号，也要接收从卫星转发其它地面站送给本站的信号。所以，在实际地面站要完成双向通信过程如图6.28 所示。图6.28卫星通信系统的工作过程 当A地一些用户要与B地的某些用户通话时，甲地首先

24、要把本站的信号组成基带信号，经过调制器变换为中频信号(70MHz)，再经上变频变为微波信号，经高功放放大后，经天线发向卫星(上行线)，卫星收到地面站的上行信号经放大处理，变换为下行的微波信号。B地收端站收到从卫星传送来的信号(下行线)，经低噪声放大、下变频、中频解调，还原为基带信号，并分路后送到各用户。（2）卫星通信的保障部分 监控管理及卫星通信系统的监控、管理维护组成。卫星通信控制系统，包括星上控制、卫星通信网络的管理和控制，主要控制轨道、定点，通信过程中各地球站发射的频率、功率以及卫星转发器的工作性能监测、控制等。这可由专门设立的卫星监控站，也有与某一地面站共用的控制通信主站来完成。（3）

25、卫星通信的主要特点 覆盖面积大，通信距离远，一颗静止卫星可最大覆盖地球表面三分之一，三颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面，从而实现全球通信。设站灵活，容易实现多址通信。通信容量大，传送的业务类型多。卫星通信一般为恒参信道，信道特性稳定。电路使用费用与通信距离无关。建站快，投资省 其不足主要表现为：要求卫星严格，有高可靠性、长寿命。通信地球站设备较复杂、庞大。卫星传输信号有延迟。2卫星通信系统传输线路主要性能参数卫星通信系统传输线路主要性能参数（1）全向有效辐射功率(EIRP)它表示天线对着目标方向所辐射的电波强度(一般用dBw来表示)设备发送功率(w)；发射天线增；发射部分天馈系统损耗等,其中

26、（2）传播衰耗 它表示电波在自由空间(恒参信道)传播的衰耗，又称故有衰减(卫星与地面站两天线间传输衰耗)TTTPEIRPGL2TDG()2P=4 dL()（3）传播方程 它表示卫星通信系统，接收信号的能力。它与对方的全向辐射功率成正比，与传播衰耗成反比，与接收天线增益成正比。（4）接收地面站性能指数（5）C/T值与S/N（6）门限电平RRPEIRPPGLRGG/T=10lg=10lgG-10lgTT 门限电平的含义是：为保证接收到的话音、图象、数据等信号的质量，或者说为使接收系统对接收到的信号进行解调后，能有起码的信噪比或误比特率时，接收系统必须得到的最小载噪比值。3.通信卫星通信卫星（1）地

27、球卫星轨道 这种轨道有圆形，也有椭圆形，轨道所在的平面称为轨道面，轨道面都要通过地心。当卫星的轨道平面与赤道平面的夹角为0时，地球卫星的轨道称赤道轨道。当卫星轨道平面与赤道平面夹角为90时，卫星的轨道为极轨道。当卫星轨道平面与赤道平面夹角在0-90之间，称卫星轨道为倾斜轨道，如图6.30所示。当卫星运行轨道在赤道面内，称赤道轨道，如轨道呈圆形，此轨道离地面高度为35786.6km时，此轨道称为同步轨道。同步轨道只有一个，是宝贵的空间资源。图6.30地球卫星的几种轨道（2）同步通信卫星 在同步轨道上运行的卫星，当卫星运行方向与地球自转方向相同，由西向东作圆周运动，卫星运行周期为恒星日(23小时5

28、6分4秒)，一般称为24小时。它的匀速运动速度V=3.07Km/s，这时卫星相对于地球表面呈静止状态，在地球上观察卫星时，此卫星是静止不动的，人们把这个卫星叫做同步卫星或叫静止卫星。这个轨道也称为静止轨道。利用同步卫星(静止卫星)来转发无线电信号组成的通信系统就称为卫星通信系统，作为通信用的这个卫星就叫做同步通信卫星。我们这里主要讲述的就是指同步卫星通信。（3）影响同步卫星通信的因素1)摄动2)轨道平面倾斜效应3)星蚀与日凌中断 4)卫星姿态的保持与控制（4）通信卫星组成）通信卫星组成 同步通信卫星主要由控制分系统、通信分系统、遥测指令分系统、电源分系统、温控分系统组成，如图6.31所示。图图

29、6.31通信卫星的组成通信卫星的组成1)控制分系统2)通信分系统 通信分系统是通信卫星的关键，通信转发任务全落在它身上，因此责任重大，它主要由天线和转发器两大部分组成。天线。对卫星上天线要求严格，要体积小、重量轻、馈电方便、易折叠、展开；电器特性好、增益高、效率高、宽频带等。其种类有：a.全方向性天线 此天线是完成遥测和指令信号的发送、接收。b.通信天线 球波束天线：覆盖地球表面为最大，如图6.32所示。一般可达地球表面1/3。图6.32 IS-V太平洋覆盖区的波束配置 赋形波束天线(区域波束天线)：覆盖地球通信区域为一特定的区域，如为一个国家国土等。半球波束天线：是球波束天线覆盖的1/2。点

30、波束天线：此波束很窄，覆盖地面某一限定的小区。转发器 卫星通信转发器有三种，分为双、单变频转发器和处理转发器。a单变频转发器此转发器是目前用得较多的转发器，这种转发器较简单，实现容易，如图6.33所示。此转发器一直在微波段工作，它把接收到的上行信号，经过放大，然后直接变拉为下行频率，再经功率放大后，通过天线发回地面。图6.33卫星上单变频转发器组成方框图b双变频转发器双变频转发器如图6.34所示，它先把接收到的上行信号经下变频为中频，经放大限幅以后再上变频为下行信号，再功放和发射。这种转发器经过两次变频，所以称双变频转发器。图6.34双变频转发器组成方框图c处理转发器处理转发器，主要具有处理信

31、号的功能，它组成方框图如图6.35所示。在卫星上的信号处理主要指经下变频后，对信号进行解调后的处理，然后重新调制，上变频、功放后发向地面站。图6.35处理转发器的组成3)遥测指令分系统遥测部分 遥控指令部分4)电源分系统5)温控分系统（5）观察参量 卫星地面站的天线要与卫星上通信天线对准，才能接收和发送通信信号。如何才能使两者对准呢?主要由地面站对于卫星的几个观察参量来决定。这几个观察参量是指地球站天线轴线指向静止卫星的方位角、仰角和距离三参数。对于同步卫星的观察参量如图6.36所示。同步卫星的位置，只要有了经度就能确定(因在同步轨道上由经度定点)，地面站位置由经度和纬度确定。利用以上的条件和

32、卫星高度35786Km，即可用公式(工程用)计算出来。图图6.36同步卫星的观察参量同步卫星的观察参量 方位角：用来表示，定义为地面站所在正北方向(经线正北方向)，按顺时针方向旋转与方位线的夹角叫做方位角。可证明：地球指向卫星的仰角用表示，定义为：地球站方位线与直视线之间的夹角 K=01tg=180tg()sin20dR(k1)2Kcoscos10(Kcoscos1)Rsin d00(Rh/R)（6）卫星地球站在卫星通信系统中，我们主要是用地球站来完成信号的组装与分路，人们主要取用地球站的信号。地球站分许多类型，有固定的、移动的、可拆卸的站，有大型的A、B国际国内大城市内的通信站，也有各种小型

33、的用于小城市和特殊用途的地面站。图6.37为卫星地面站的总体框图，它主要由天馈分系统、发射机分系统、接收机分系统、通信终端分系统、监控管理及电源分系统组成。图6-37 卫星地面站上网总体框图2)地球站分系统地球站分系统天馈分系统。如图6.38所示，它利用了光的反射原理而使光线聚集起来，使收到的信号，投射入馈源喇叭。另一方面把发出去的信号通过馈源经两次反射由主反射面以一束平行光射向卫星。图图6.38天馈分系统的组成天馈分系统的组成 馈源的信号经极化变换，输入的信号经圆极化向线极化转换。在天馈系统还有庞大的伺服跟踪部分。伺服跟踪卫星主要是控制观察参量，方位角、仰角。一般采用有三种方法。一种是手动跟

34、踪，第二种为程序跟踪(半自动)，第三种为自动跟踪。发射机分系统发射机分系统主要由上变频器、自动功率控制电路，发射合成装置、激励器和大功率放大器等组成，其组成方框如图6.39所示：图图6.39发射分系统的组成发射分系统的组成.接收机分系统。地面站的接收系统必须要低噪声才能正常工作。低噪声接收系统主要由低噪声放大器,下变频器、本机振荡器等组成。通信终端与通信控制分系统 电源分系统6.3.3数字卫星通信系统概念数字卫星通信系统概念 其系统组成如图6.41所示。图中所示的编码和多路复用即组成为卫星数字基带信号。图中的调制是指数字调制。在接收端与发端信号变换过程相反，即为解调多路分离和译码，变为用户模拟

35、信号(对话音和电视信号)。图6.41数字卫星通信系统的组成方框图1.卫星数字基带信号卫星数字基带信号 数字卫星通信系统的数字基带信号，包括的内容很多，它可以分为：(1)单路PCM信号 每路话音为64Kb/s速率。(2)差值编码DM、DPCM、ADPCM被压缩的速率较低的32Kb/s、16Kb/s等或者CVSD其他压缩编码的数字信号。(3)多路复用数字信号PDH系列的基群2Mb/s，二次群8Mb/s以及三次群34Mb/s的低中速数字信号，其接口码型为HDB3码；(4)数字多路复用的140Mb/s四次群较高速率的数字基带信号，其接口码型为CMI码；(5)数字多路复用的卫星SDH的STM-0、STM

36、-1、STM-4以及更高速率的STM-N同步数字传送模块的信号；(6)特殊压缩的数字图象信号，如2Mb/s的会议电视以及被压缩的34Mb/s彩色电视信号，高清晰度彩色电视信号等。(7)彩色电视的数字伴音；(8)数据信号(多媒体信号、计算机信号)；(9)数字话音、数字图象(数字彩色电视)、数字伴音及数据信 号等的组合，组成的数字基带信号等。(10)经数字倍增设备DCME处理数字信号 2.数字调制数字调制 这里讲的调制，是指对数字卫星基带信号进行的中频调制。在数字卫星通信中的数字调制技术与数字微波采用的调制方式类似，在现在卫星通信中大量采用QPSK多相调制，或者OK-QPSK偏移四相相移键控，又称

37、为参差四相相位键控(SQPSK)。3.时分多址时分多址TDMA6.3.4卫星通信多址方式卫星通信多址方式1.频分多址方式频分多址方式(FDMA)频分多址又可分为多种：(1)SCPC/FDMA方式(2)PCM/TDMA/PSK/FDMA方式 现在我国广泛采用的IDR属于其中一种类型的FDMA方式。2.时分多址时分多址(TDMA)方式方式 时分多址就是指用时间的间隙来区别地球的站址。各地球站的信号只在规定的时隙通过卫星转发器。如图6.44所示。图图6.44卫星卫星TDMA方式示意图方式示意图图图6.45时分多址系统的组成时分多址系统的组成 由图6-45中可看出，在一帧中以个站系统的每个地球站所占时

38、隙分别为T1、T2、T3TK。这各个时隙又称为分帧信号，设一帧信号时间为TS，则一帧长：TS=T1+T2+T3+TK 在数字卫星通信TDMA多址方式中，一般一帧时TS=125S，或者其整数倍。3.空分多址空分多址(SDMA)方式方式 空分多址是以卫星天线指向地面的波束来区别站址。4.码分多址码分多址(CDMA)方式方式6.3.5数字卫星通信系统范例数字卫星通信系统范例1.IDR卫星通信系统卫星通信系统（1）IDR特点：（2）IDR(数字卫星通信终端的)数字基带信号。（3）IDR数字卫星通信地球站 IDR数字卫星通信系统组网很灵活，可用于A、B站，也 可用于其它小型地球站。IDR数字卫星地球站的

39、组成由图6.46所示。图图6.46 IDR数字卫星地球站的组成数字卫星地球站的组成2.VSAT卫星通信系统卫星通信系统 VSAT是Very Small Aparture Terminal的缩写，指天线口径小于1.8米，可直接延伸到用户住地的地球站，大量这类小站与主站协同工作，构成VSAT数字卫星通信网，它能支持范围广泛的单向或双向数据、语音、图象、计算机通信及其他如多媒体等综合电信及数字信息业务。6.4 数字移动通信系统数字移动通信系统6.4.1 移动通信系统概述移动通信系统概述1.移动通信特点：移动通信特点：(1)什么是移动通信 移动通信就是指通信的双方，至少有一方在移动中进行信息的交流。它

40、包括了话音、数据、传真、图像和多媒体信息业务。这里的双方，是指一方可以是固定点与交通工具之间的信息系统或者人与机器或人与人之间的信息交流。如6.50示意图所示。图6.50 移动通信2.移动通信使用的频段移动通信使用的频段 移动通信是属于无线通信的范畴，按照无线频率的划分它属于VHF(甚高频)和UHF(特高频)、直至到微波频段。一般分配为150MHz，450MHz，800MHz，900MHz，以及1.8GHz等。低频段，150MHz，450MHz一般为无线传呼和集群通信。900MHz，1.8GHz用于蜂窝移动通信：其它安排如下：890905移动发 模拟TACS 935950移动收 905915移

41、动发 数字GSM(CDMA)950960移动收 注：数字可用模拟频段1.8G909915移动台发联通GSM 835839移动台发解放军支持954960移动台收880884移动台收解放军支持1.8GHz频段安排如下：1.8G(DCS1800)频率分配18051880(基础发)DCS1800 17101785(移动台发)3.移动通信的特点：移动通信的特点：(1)电波传播条件恶劣(2)移动体(汽车)在不同位置，不同的方向接收合成波信号强度会发生电平的起伏，而且相差很大，可达30dB以上。移动通信场强实测记录如图6.51所示 图6.51 移动通信场强实测记录图图6.52 多径传播多径传播1)场强中值：

42、具有50的概率场强值称为场强中值，这是一个统计平均值如图6.53所示。图6.53 场强中值的确定 高于E0的值有t1，t2，t3，如果统计时间T足够长，则在T时间内超过E0的概率为：用一般式表示：2)衰落深度3)衰落速率123tttP(%)=100%Tn1i=1P(%)=100%tTi0E(dB)=20lgE3VN=1.85 10V f(Hz)/24)衰落持续时间(2)在强干扰下工作(3)具有多卜勒频移效应(4)移动用户经常移动6.4.2蜂窝数字移动通信系统蜂窝数字移动通信系统1.蜂窝数字移动通信系统组成：蜂窝数字移动通信系统组成：这里主要谈陆地移动通信，它一般由移动台(MS)，基地站(BS)

43、及移动交换中心MSC组成为称动通信网PLMN，移动通信网又通过中继线与市话通信网(PSTN)连接。如图6.54所示。dVfcos图图6.54 移动通信系统的组成移动通信系统的组成2.蜂窝移动通信概念蜂窝移动通信概念(1)大区制：(2)小区制：小区制就是整个业务区(服务区)划分为若干小区，在小区中分别设置基地站，负责本小区移动通信的联络控制，如图6.55所示，在此图中可看出小区制通信中各基站的频率组配备，一定要使相邻基站天线覆盖区不能相同，否则会引起干扰。图图6.55 小区制移动通信示意图小区制移动通信示意图(3)小区制的划分方法。图6.57 组成面状服务区各种小区的形状 从图6-57所示的组成

44、面状服务区的各小区形状，究竟取什么样的小区好呢?一般从以下几方面考虑：一、邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰就会愈小，从这个角度看正六边形小区为优。二、单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域小区个数少，使用频率数少。从图中可看出正六边形面积大，以此小区彼此邻接构成面状服务区最经济。三、交叠区域面积小为好，这使同频干扰最小，从图中看出正六边形为好。四、交叠距离要小，使移动通信便于跟踪交接，从图中看出正六边形为好。五、所需无线电频率个数越少越好 通过上面的分析可知，用正六边形无越小区邻接构成整个面状服务区是最好的。在现代的移动通信中一般都采用这种电波覆盖区域，由正六边形构成的面状服务

45、区的形状很象蜂窝，所以特称为蜂蜜式移动网。3.蜂窝无线区移动通信网蜂窝无线区移动通信网 （1）无线区群 由上面所分析得出的结论，由若干正六边邻接小区组成一个无线覆盖区群，再由若干无线区群构成整个服务区。单位无线区群构成应有两个基本条件。1)若干个单位无线区群正六边形彼此邻接组成蜂窝式服务区。2)邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。在满足上述条件情况下，构成单位无线区群的小区个数N为：式中a、b均为正整数，其中一个可以为零。图6.59 N个 单位无线区群的服务区域22N=aabb 从图中可看出单位邻接无线区群中，同频无线小区的中心间距dg与小区个数N和小区半径r之间的关系为：1）切换

46、。当移动体在运动中，从一个小区向另一个小区运动时，信道要进行转换，这就是移动通信的切换或称交接。如图6.61所示。gd/r3N图6.61 同一交换区的切换示意图2）漫游。漫游是指移动台在某地登记进网后，可在异地，同样进行呼叫处理通信。6.4.3 GSM数字移动通信系统数字移动通信系统 1.GSM移动通信系统特点移动通信系统特点 GSM是欧州邮电主管部门会议(CEPT)建立和开发的泛欧蜂窝全数字化的移动通信系统，它的主要特点表现在以下几方面：(1)使用频段为 900MHz和1.8GHz频段(2)频带宽度为25MHz。(900MHz频段)(3)通信方式，全双工，双工间隔45MHz。(4)信道数字结

47、构为TDMA时分多址帧结构。(5)调制方式为高斯低通最小移频键控GMSK，调制指数为0.3。(6)话音采用数字话音，其编码规律为：(7)每时隙信道比特率为22.8kb/s，信道总速率为270.83kb/s。(8)数据速率为9.6kbit/s。(9)信令系统采用公共控制信令，无线7号信令(NO7)。(10)分集接收：慢跳217跳/s。2.GSM移动通信系统组成及接口移动通信系统组成及接口(1)GSM系统组成及功能 GSM移动通信系统主要由交换系统(移动交换中心MSC)、基站系统(BSS)，移动终端(移动台MS)以及操作维护中心(OMC)等几大部分组成，其结构如图6-63所示，图中各部分功能如下：

48、1)MS：为移动台，指个人手机、车载站、或船载站等。2)BSS：基站系统，它由BSC基站控制和BTS基站发射两部分构成。BSS由移动交换中心MSC控制，而BTS受BSC控制。3)MSC：移动业务交换中心，这是该系统对移动用户进行控制、管理的中心，它要完成移动通信系统的用户信号交换，号码转换、漫游、信号强度检测，切换(交接)鉴权、加密等多项功能。4)HLR：本地用户位置寄存器5)VLR：外来用户位置寄存器，6)EIR：存储移动台设备参数的数据库，主要完成对移动台的识别、监视、闭锁等功能。7)AUC：鉴权中心，它是认证移动用户身份和产生相应鉴权参数的功能实体。8)OMC：操作维护中心 图6.63

49、GSM网络结构(2)GSM系统的接口1)A接口：MSC与BSS之间的接口2)2)B接口：MSC与VLR之间的接口3)C接口：MSC与HRC与HLR之间的接口4)D接口：HLR与VLR之是的接口。5)E接口：MSC之间的接口6)F接口：MSC与EIR之间的接口，通过此接口可查询和校对EIR中移动台的识别号码。7)Um接口：为无线接口，它是基站发射BTS与移动台MS之间的接口。8)Sm接口：移动用户与移动网络接口 3.GSM系统信道结构系统信道结构 GSM系统的信道结构分为有线信道和无线信道。有线信道是指移动交换中心与基站系统之间的接口称为A接口；无线信道是指BSS与MS之内的空中接口称为U m接

50、口，我们这里主要讲述m接口。有线接口一般为2mb/s接口。在基站系统BTS与BSC之间接口为A-BIS接口，称为基站系统内部接口。接口中的信息是以信道来传送的。此信道结构是移动通信中最复杂的结构。它是以时分多址TDMA帧为数字传输结构。每一个帧为一载波，每一载频帧间隔为200KHz。每帧包括了八个时隙，称为TS时隙。从BTS到MS方向称为下行信道，MS到BTS方向称为上行信道。(1)信道定义：GSM系统的无线信道分为物理信道和逻辑信道。1)物理信道：一个载频上的TDMA帧中的一个时隙称为一个物理信道。2)逻辑信道：在一个TDMA帧中的每个时隙中安排的信息，即物理信道中携带的信息的种类，我们定义