第05章数字微波中继通信与卫星通信解析课件.ppt

1、（1）微波波段的载波工作频率高）微波波段的载波工作频率高（相对短波波段而言），在相对带宽相同（相对短波波段而言），在相对带宽相同的情况下，其信道的绝对带宽比短波要大的情况下，其信道的绝对带宽比短波要大得多，因而，可传送较多的信息量。得多，因而，可传送较多的信息量。（2）由于微波波段波长短，所以容）由于微波波段波长短，所以容易制成高增益天线。天线增益可达几十易制成高增益天线。天线增益可达几十dB。（3）天电干扰、工业干扰及太阳黑天电干扰、工业干扰及太阳黑子的变化在微波波段基本不起作用。子的变化在微波波段基本不起作用。（4）与有线通信相比，微波中继通）与有线通信相比，微波中继通信有较大的灵活性。信

2、有较大的灵活性。（5）在微波波段，电磁波的传播是）在微波波段，电磁波的传播是直线视距的传播方式。要进行远距离通信，直线视距的传播方式。要进行远距离通信，必须采用中继通信方式，即每隔必须采用中继通信方式，即每隔50km左右左右设置一个中继站，将前一站的信号接收下设置一个中继站，将前一站的信号接收下来，经过放大，再向下一站传输下去。来，经过放大，再向下一站传输下去。数字微波系统方框图如图数字微波系统方框图如图5-1-1所示。所示。微波站分为两大类：终端站和中继站。微波站分为两大类：终端站和中继站。数字信号的调制与解调是数字微波通数字信号的调制与解调是数字微波通信中的关键技术。信中的关键技术。图5-

3、1-1数字微波通信系统方框图图图5-1-2 正弦信号的旋转相量表示正弦信号的旋转相量表示4PSK调制如图调制如图5-1-3所示。由图可见，所示。由图可见，输入的二进制码流（信息速率为输入的二进制码流（信息速率为fb）经串）经串并变换，转变为并行的两路二进制码流，并变换，转变为并行的两路二进制码流，其速率是其速率是fb/2。图5-1-3 4PSK示意图M-QAM调制器方框图如图调制器方框图如图5-1-4所示。所示。M-QAM信号是一种幅度、相位复合调制信号是一种幅度、相位复合调制信号。信号。M表示已调波的状态数，不同状态表示已调波的状态数，不同状态与不同的幅度和相位相对应。与不同的幅度和相位相对

4、应。图图5-1-4 M-QAM调制器方框图调制器方框图表表 5-1-1 自然二进制码和格雷码自然二进制码和格雷码量量 化化 电电 平平自然二进制码自然二进制码格格 雷雷 码码00 0 00 0 010 0 10 0 120 1 00 1 130 1 10 1 041 0 01 1 051 0 11 1 161 1 01 0 171 1 11 0 0数字微波的发送端通过调制把基带信数字微波的发送端通过调制把基带信号变成微波频带信号，接收端通过解调把号变成微波频带信号，接收端通过解调把频带信号逆变换为基带信号。频带信号逆变换为基带信号。2ASK方式的高频信道利用率为方式的高频信道利用率为fb2fb

5、=12 bits,Hz2FSK方式的高频信道利用率为方式的高频信道利用率为fb(fc2fc1+2fb12bits，Hz经分析可得如下结论：在信噪比相同经分析可得如下结论：在信噪比相同的情况下，多相调制的相数越多，误码率的情况下，多相调制的相数越多，误码率越高。对不同的调制方式，当已调波相量越高。对不同的调制方式，当已调波相量点数相同时，点数相同时，M-QAM、M-PSK、M-ASK误码率依次增高。误码率依次增高。卫星通信是利用地球卫星作为中继站卫星通信是利用地球卫星作为中继站转发微波信号，在两个或多个地球站之间转发微波信号，在两个或多个地球站之间进行通信。进行通信。卫星与地球的相对位置关系如图

6、卫星与地球的相对位置关系如图5-2-1所示。所示。图图5-2-1 静止卫星通信示意图静止卫星通信示意图卫星通信具有以下特点。卫星通信具有以下特点。（1）卫星通信覆盖区域大、通信距）卫星通信覆盖区域大、通信距离远，在跨越高山、海洋时，更能显示其离远，在跨越高山、海洋时，更能显示其优越性。优越性。（2）卫星通信便于实现多址连接。）卫星通信便于实现多址连接。（3）工作频带宽，通信容量大，适）工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务（例如电话、传真、电视、用于多种业务（例如电话、传真、电视、高速数据等）传输。高速数据等）传输。（4）通信质量好、可靠性高。）通信质量好、可靠性高。卫星通信系统组成方框图如图

7、卫星通信系统组成方框图如图5-2-2所示。所示。图图5-2-2卫星通信系统组成方框图卫星通信系统组成方框图通信卫星由天线分系统、通信分系统、通信卫星由天线分系统、通信分系统、遥测与指令分系统、控制分系统和电源分遥测与指令分系统、控制分系统和电源分系统五部分组成，如图系统五部分组成，如图5-2-3所示。所示。图5-2-3 通信卫星的组成（1）天线分系统：卫星天线有两类。）天线分系统：卫星天线有两类。一类是遥测、遥控和信标天线，一般采用一类是遥测、遥控和信标天线，一般采用全向天线，以便可靠地接收地面指令和向全向天线，以便可靠地接收地面指令和向地面发射遥测数据和信标。地面发射遥测数据和信标。（2）通

8、信分系统：卫星上的通信分）通信分系统：卫星上的通信分系统又称转发器，起通信中继器的作用。系统又称转发器，起通信中继器的作用。它实际是一部宽频带收发信机，对它的基它实际是一部宽频带收发信机，对它的基本要求是以最小的附加噪声和失真，并以本要求是以最小的附加噪声和失真，并以足够的功率，安全可靠地为地球站转发无足够的功率，安全可靠地为地球站转发无线电信号。线电信号。（3）遥测与指令系统：其功能是了）遥测与指令系统：其功能是了解星内设备的工作情况；对卫星的工作、解星内设备的工作情况；对卫星的工作、位置和姿态进行控制。位置和姿态进行控制。（4）控制分系统：共有两种控制，）控制分系统：共有两种控制，一是姿态

9、控制，二是位置控制。一是姿态控制，二是位置控制。（5）电源分系统：常用的电源有太）电源分系统：常用的电源有太阳能电池和化学能电池。阳能电池和化学能电池。图图5-2-4所示为标准地球站的方框图。所示为标准地球站的方框图。从图中可以看出，地球站由天线系统、发从图中可以看出，地球站由天线系统、发射系统、接收系统、通信控制系统、终端射系统、接收系统、通信控制系统、终端系统和电源系统六部分组成。系统和电源系统六部分组成。图5-2-4 地球站总体方框图对地球站的性能要求如下：对地球站的性能要求如下：工作频率范围宽：国际卫星通信组工作频率范围宽：国际卫星通信组织工作在织工作在6/4GHz频段的地球站，其上下

10、行频段的地球站，其上下行带宽均为带宽均为500MHz。地球站的品质因数地球站的品质因数G/T高高:G为天线为天线增益，增益，T为放大器的等效噪声温度。为放大器的等效噪声温度。所述天线的最大辐射强度 G=_ 具有相同输入功率的无耗、各向同性天线的辐射强度等效全向辐射功率（等效全向辐射功率（EIRP）的稳）的稳定度高：地球站天线增益与馈入功率之积定度高：地球站天线增益与馈入功率之积称为称为EIRP。载波频率的准确度和稳定度高。载波频率的准确度和稳定度高。互调引起的带外辐射及寄生辐射的互调引起的带外辐射及寄生辐射的容许电平小。容许电平小。天线系统通常都是收发共用一副天线。天线系统通常都是收发共用一副

11、天线。发射系统由大功率放大器、激励器、发射发射系统由大功率放大器、激励器、发射波合成器、上变频器及自动功率控制电路波合成器、上变频器及自动功率控制电路等组成。等组成。由于卫星转发器的发射功率只有几瓦由于卫星转发器的发射功率只有几瓦至几十瓦，卫星天线的增益小，卫星转发至几十瓦，卫星天线的增益小，卫星转发的信号经下行线路约的信号经下行线路约4万公里的传输，衰减万公里的传输，衰减达达200dB，因此信号到达地球站时已极微，因此信号到达地球站时已极微弱，只有弱，只有1017瓦或瓦或1018瓦左右。瓦左右。国际电联对卫星通信应用的各个频段国际电联对卫星通信应用的各个频段有详尽建议。我国选用如下：有详尽建

12、议。我国选用如下：6/4GHz频段：上行频段：上行5.9256.425GHz,下行下行3.74.2GHz。卫星通信的技术体制涉及以下几方面卫星通信的技术体制涉及以下几方面的问题：基带信号和多路信号的复用方式、的问题：基带信号和多路信号的复用方式、调制方式、多址连接方式及信道分配技术。调制方式、多址连接方式及信道分配技术。FDMA方式是网内各地球站共用一个方式是网内各地球站共用一个转发器，将卫星转发器的可用带宽分割成转发器，将卫星转发器的可用带宽分割成若干互不重叠的部分，分配给各个地球站若干互不重叠的部分，分配给各个地球站使用。使用。这种方式有两种不同的构成方法：这种方式有两种不同的构成方法：第

13、一种方法：每个地球站对其他地球第一种方法：每个地球站对其他地球站的通信分别使用不同频率的载波，即与站的通信分别使用不同频率的载波，即与几个站通信就发几个载波。几个站通信就发几个载波。第二种方法：每个地球站把发送到其第二种方法：每个地球站把发送到其他地球站的电话信号分别复用到基带的某他地球站的电话信号分别复用到基带的某一指定频段上，而后调制到一个载频上，一指定频段上，而后调制到一个载频上，每个地球站只发射一个载波，这个载波包每个地球站只发射一个载波，这个载波包含了其余地球站的全部信息，因而接收端含了其余地球站的全部信息，因而接收端要接收整个频带的信息，再从中取出与本要接收整个频带的信息，再从中取

14、出与本站有关的信息。站有关的信息。当传输电话路数较多，但每个话路当传输电话路数较多，但每个话路业务量较少时，可以采用一个载波上只业务量较少时，可以采用一个载波上只传送一路电话，按照传送一路电话，按照FDMA方式送往卫方式送往卫星转发器。星转发器。SPADE实际上就是按需分配的实际上就是按需分配的SCPC系统。系统。在在TDMA方式中，分配给各地球站的方式中，分配给各地球站的是一个特定的时隙，各地球站在基准站发是一个特定的时隙，各地球站在基准站发出的定时同步信号的控制下，只在指定的出的定时同步信号的控制下，只在指定的时隙内向卫星发射信号（称为射频突发信时隙内向卫星发射信号（称为射频突发信号），这

15、些射频信号通过卫星转发器时，号），这些射频信号通过卫星转发器时，在时间上是严格依次排列、互不重叠的。在时间上是严格依次排列、互不重叠的。有关码分多址的讨论请见本书第六章有关码分多址的讨论请见本书第六章移动通信。移动通信。VSAT系统指由天线口径小，系统指由天线口径小，G/T值低值低于于19.7dB/K，并用软件控制的大量地球站，并用软件控制的大量地球站构成的卫星传输系统。构成的卫星传输系统。一个一个VSAT系统可以包括几百个甚至系统可以包括几百个甚至几千个终端小站。几千个终端小站。VSAT网由中心站、小型站和微型站网由中心站、小型站和微型站三种地球站组成（后两种站也称远端站）。三种地球站组成（

16、后两种站也称远端站）。VSAT网的构成形式可以有单跳、双网的构成形式可以有单跳、双跳、单双跳混合以及全连接网等，如图跳、单双跳混合以及全连接网等，如图5-2-5所示。所示。单跳网络又称星形网络，它将多个远单跳网络又称星形网络，它将多个远端端VSAT站与中心站连接起来。站与中心站连接起来。图图5-2-5 VSAT网的构成形式网的构成形式在双跳形式的在双跳形式的VSAT网络中，各远端网络中，各远端站可以通过中心站进行通信。站可以通过中心站进行通信。单双跳混合形式的中心站和远端站之单双跳混合形式的中心站和远端站之间可以通电话和数据；各远端站之间可以间可以通电话和数据；各远端站之间可以通数据和录音电话。通数据和录音电话。全连接网络需设一个枢纽站（控制全连接网络需设一个枢纽站（控制站），以根据各站的业务需求分配信道。站），以根据各站的业务需求分配信道。VSAT网以网以SCPC/FDMA方式工作。方式工作。