1、 数字传输是以数字信号的形式传递消息，采数字传输是以数字信号的形式传递消息，采用时分复用方式实现多路通信。早期的数字传输用时分复用方式实现多路通信。早期的数字传输系统主要是系统主要是数字微波通信系统数字微波通信系统，后来发展起来的，后来发展起来的SDHSDH系统系统是现代电信网中数字信号传输的基本模式是现代电信网中数字信号传输的基本模式。计算机的普及使得数据传输越来越多，利用数。计算机的普及使得数据传输越来越多，利用数字信道传输数据信号成为一种新的电信业务，字信道传输数据信号成为一种新的电信业务，DDNDDN系统系统的诞生满足了这种业务的要求。的诞生满足了这种业务的要求。第二章第二章 数字数字
2、微波微波传输系统传输系统 是本世纪是本世纪60年代开始发展年代开始发展的，它弥补了电缆通信的缺点，可到达电缆的，它弥补了电缆通信的缺点，可到达电缆无法敷设的地区，且容易架设，建设周期短，无法敷设的地区，且容易架设，建设周期短，投资也低于同轴电缆。投资也低于同轴电缆。随着数字通信的发展，随着数字通信的发展，成为成为的主要发展方向。的主要发展方向。尽管微波通信面临光纤通信的严重挑战，尽管微波通信面临光纤通信的严重挑战，但仍将是长途通信的一个重要传输手段。但仍将是长途通信的一个重要传输手段。微波是什么？微波是什么？微波是频率为微波是频率为300MHz-300KMHz300MHz-300KMHz的电磁
3、波，由于的电磁波，由于微波的频率很高，所以也叫超高频电磁波。微波的频率很高，所以也叫超高频电磁波。微波的穿透能力如何？微波的穿透能力如何？穿透能力就是电磁波穿入到介质内部的本领，穿透能力就是电磁波穿入到介质内部的本领，电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时，电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并转化为热能，它所携带由于能量不断被吸收并转化为热能，它所携带的能量就随着深入介质表面的距离，以指数形的能量就随着深入介质表面的距离，以指数形式衰减。微波的加热深度比红外加热大得多，式衰减。微波的加热深度比红外加热大得多，因为微波的波长是红外波长的近千倍。红外加因为微波的波长是红外波
4、长的近千倍。红外加热只是表面加热，微波是深入内部加热。热只是表面加热，微波是深入内部加热。微波技术微波技术专题专题 微波技术是在第二次世界大战期间为了研制雷达而成微波技术是在第二次世界大战期间为了研制雷达而成熟起来的。当大战将结束时，美国调整雷达的工程师熟起来的。当大战将结束时，美国调整雷达的工程师发现自己口袋里的巧克力经常熔化了！立刻明白，这发现自己口袋里的巧克力经常熔化了！立刻明白，这是电磁波对物质的作用所引起的，是和大功率电缆中是电磁波对物质的作用所引起的，是和大功率电缆中绝缘介质损耗发热是一回事。好奇心驱使他们用微波绝缘介质损耗发热是一回事。好奇心驱使他们用微波装置作爆米花取得成功。这
5、就是微波功率应用设备的装置作爆米花取得成功。这就是微波功率应用设备的雏形。早在三十年代在调试大功率无线电发射机时，雏形。早在三十年代在调试大功率无线电发射机时，常常发现苍蝇或昆虫干瘪的死在空心螺线管中，这些常常发现苍蝇或昆虫干瘪的死在空心螺线管中，这些偶然发现，明白的向人们启示了微波和无线电波均可偶然发现，明白的向人们启示了微波和无线电波均可造成加热、干燥现象。造成加热、干燥现象。其实，微波和无线电波均是电磁波，只是微波的频率其实，微波和无线电波均是电磁波，只是微波的频率在在300兆赫以上，而无线电波的频率在兆赫以上，而无线电波的频率在300兆赫以下。兆赫以下。微波是指频率在微波是指频率在30
6、0MHz300MHz至至300GHz300GHz范围范围内的电磁波。数字微波通信是指利用微波内的电磁波。数字微波通信是指利用微波携带数字信息，通过电波空间，同时传送携带数字信息，通过电波空间，同时传送若干相互无关信息，并进行再生中继的通若干相互无关信息，并进行再生中继的通信方式。信方式。2 2.1.1 数字微波通信系统数字微波通信系统 在终端设备中将各种信号先变换成数在终端设备中将各种信号先变换成数字信号并合路成基带信号，然后将基字信号并合路成基带信号，然后将基带信号的频谱搬移到微波频段带信号的频谱搬移到微波频段,并以并以接力的形式进行接力的形式进行视距传输视距传输的通信方式。的通信方式。数字
7、微波中继通信的概念数字微波中继通信的概念中继传输方式中继传输方式微波中继接力线路微波中继接力线路微波中继接力线路微波中继接力线路 地面微波接力通信系统工作在地面微波接力通信系统工作在4 4 6GHz6GHz，它通，它通过地面多座中继站在两地之间建立通信链路，相过地面多座中继站在两地之间建立通信链路，相邻中继站的距离为视距邻中继站的距离为视距（约（约50Km50Km）。微波通信基本概念微波通信基本概念1.微波通信的频段及特点微波通信的频段及特点微波通信是依靠空间电磁波来传递信息的一种通微波通信是依靠空间电磁波来传递信息的一种通信方式。信方式。无线电磁波是以频率或波长来分类的无线电磁波是以频率或波
8、长来分类的,波长与频波长与频率的关系如下率的关系如下:=C/f 式中式中,为电磁波波长为电磁波波长(m);C为电磁波传播速度为电磁波传播速度3108(m/s);f为电磁波频率为电磁波频率(Hz)。微波频段在较高频段微波频段在较高频段,通常人们所说的微波是指通常人们所说的微波是指频率在频率在0.30.3300 GHz300 GHz范围的电磁波范围的电磁波,利用此频段利用此频段的电磁波来传递信息的电磁波来传递信息,就称之为微波通信。就称之为微波通信。电磁波频率不同电磁波频率不同,波长不同波长不同(频率越低频率越低,波长越波长越长长),),其空间传播的特性也不一样其空间传播的特性也不一样,因而用途也
9、因而用途也有不同。有不同。长波绕射能力最强长波绕射能力最强,靠地波传播靠地波传播,常用于长波常用于长波电台进行海上通信。中波较稳定电台进行海上通信。中波较稳定,主要用于短主要用于短距离广播。短波利用了电离层反射进行远距离距离广播。短波利用了电离层反射进行远距离传播传播,主要用于短波通信和短波广播。主要用于短波通信和短波广播。在短波传输时，由于电离层的变化在短波传输时，由于电离层的变化,信号起伏信号起伏变化较大变化较大,接收信号时强时弱接收信号时强时弱;晚上电离层较晚上电离层较稳定稳定,因此传播效果也较好因此传播效果也较好,信号较稳定信号较稳定;在在听无线电广播时人们能体会到这一特性。听无线电广
10、播时人们能体会到这一特性。微微 波波 波波 段段 的的 划划 分分 波段名称波段名称波长波长频率频率应用范围应用范围分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波1-0.11-0.1m m0.3-30.3-3GHzGHz10-110-1cmcm10-110-1mmmm3-303-30GHzGHz30-30030-300GHzGHz中、小容量微波中继通信中、小容量微波中继通信对流层散射通信对流层散射通信大容量微波中继通信大容量微波中继通信卫星通信卫星通信再入大气层时的通信再入大气层时的通信波导通信波导通信 微波波长短微波波长短,接近于光波接近于光波,是直线传播是直线传播,这就要求两个这就要求两个通信点通信
11、点(信号转接点信号转接点)间无阻挡间无阻挡,即所谓的视距通信。微即所谓的视距通信。微波通信除此之外波通信除此之外,还有以下特点还有以下特点:工作的微波频段工作的微波频段(GHz级别级别)频率高频率高,不易受天电、工不易受天电、工业噪声干扰及太阳黑子变化影响业噪声干扰及太阳黑子变化影响,因此因此,通信可靠性高。通信可靠性高。由于波长短由于波长短,天线尺寸可做得很小天线尺寸可做得很小,通常做成面式天线通常做成面式天线,增益高增益高,方向性强。特别在方向性强。特别在110 GHz频段频段(称为无线电称为无线电窗口的微波频段窗口的微波频段),衰减、干扰衰减、干扰,以及自然条件等影响都以及自然条件等影响
12、都比较小。因此在微波通信以及在卫星通信中首先采用比较小。因此在微波通信以及在卫星通信中首先采用,而且使用范围一般为而且使用范围一般为C波段。波段。(4/6 GHz)频段。频段。微波通信又称接力通信或视距通信。这里视距微波通信又称接力通信或视距通信。这里视距是指要是指要“看得见看得见”对方对方,天线的两站间的天线的两站间的通信通信,距距离不会太远离不会太远,一般为一般为50 km。为了远距离传送信号为了远距离传送信号,微波通信就像人们进行接微波通信就像人们进行接力赛那样力赛那样,把信号一段一段地往前传送把信号一段一段地往前传送,所以又称所以又称为微波接力通信。为微波接力通信。微波频带宽微波频带宽
13、,传输信息容量较大。传输信息容量较大。数字微波数字微波系统组成系统组成 市内市内电话局电话局用户用户终端终端市内市内电话局电话局用户用户终端终端微波微波中继站中继站微波微波收发信收发信设备设备调制调制解调解调设备设备时分时分复用复用设备设备调制调制解调解调设备设备时分时分复用复用设备设备甲地甲地乙地乙地微波微波收发信收发信设备设备2.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)微波通信系统组成微波通信系统组成 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,如图所示。它由发端站、中间站和收端站组成。如图所示。它由发端站、中间站
14、和收端站组成。工作过程从上图可知工作过程从上图可知,如从甲地端站送来的数字信号如从甲地端站送来的数字信号,经过数字基带信号处理经过数字基带信号处理(数字多路复用或数字压缩处理数字多路复用或数字压缩处理)后后,经数字调制经数字调制,形成数字中频调制信号形成数字中频调制信号(70 MHz或或140 MHz),再送入发送设备再送入发送设备,进行射频调制变成为微波信进行射频调制变成为微波信号号,进而送入发射天线向微波中间站进而送入发射天线向微波中间站(微波中继站微波中继站)发送发送。微波中间站收到信号后经再处理微波中间站收到信号后经再处理,使数字信号再生后使数字信号再生后又恢复为微波信号向下一站再发送
15、又恢复为微波信号向下一站再发送,这样一直传送到这样一直传送到收端站收端站,收端站把微波信号经过混频、中频解调恢复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出数字基带信号,再分路还原为原始的数字信号。再分路还原为原始的数字信号。2)微波通信设备的特殊天馈系统微波通信设备的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的无线通信是通过天馈系统来发射和接收信号的,微波通信也不微波通信也不例外。由于微波频率高例外。由于微波频率高,波长短波长短,因此使用的天线一般都采用面因此使用的天线一般都采用面式天线式天线,有喇叭天线、有喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线等。抛物面天线、卡塞格伦天线等。
16、微波天线常用双反射面的抛物面天线微波天线常用双反射面的抛物面天线(或卡塞格伦天线或卡塞格伦天线)。其主。其主反射面似一口大反射面似一口大锅的抛物面，其抛物面中心锅的抛物面，其抛物面中心(锅底锅底)底部置馈源底部置馈源,作为发送和接收电磁波信号的门户。作为发送和接收电磁波信号的门户。其馈线系统其馈线系统,一般由波导和同轴电缆一般由波导和同轴电缆(工作频段在工作频段在 2 GHz以下时以下时)组成。天线馈源与馈线是直接相连的组成。天线馈源与馈线是直接相连的,微波信号天馈系统中还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要通过滤波、极化分离、极化旋转等多次变换,这些滤波器、这些滤波
17、器、极化器、匹配器等一般都是特殊的波导器件极化器、匹配器等一般都是特殊的波导器件,不同于传统的电不同于传统的电子器件。子器件。3 微波传输线路微波传输线路 3.1 微波传播的电波特性微波传播的电波特性 在两个微波站间的电波传播我们称为微波信道或微波线路在两个微波站间的电波传播我们称为微波信道或微波线路(两站间的接力通道、两站间的接力通道、接力线路接力线路)。它们之间存在衰减它们之间存在衰减,这种衰减可以按自由空间天线辐射能量这种衰减可以按自由空间天线辐射能量的衰落进行计算的衰落进行计算,但其实际传播情况与两站内所处的环境、但其实际传播情况与两站内所处的环境、自然自然现象等有关。现象等有关。如地
18、面或山地的反射波如地面或山地的反射波,雨、雾、雪等对电波的吸雨、雾、雪等对电波的吸收和散射、折射收和散射、折射,这些情况会引起电波的快衰落与慢衰落这些情况会引起电波的快衰落与慢衰落,使对方使对方实际收到的电平要低十几至几十分贝。这些衰落还与频率高低有实际收到的电平要低十几至几十分贝。这些衰落还与频率高低有关关,一般在无线电窗口一般在无线电窗口(110 GHz)范围电波特性较好。范围电波特性较好。3.2 微波信号传输线路中的余隙概念微波信号传输线路中的余隙概念 收、发两微波站间的电波传播收、发两微波站间的电波传播,受到电离层、受到电离层、对流层及环对流层及环境的大气压力、温度、湿度等参数变化的影
19、响。境的大气压力、温度、湿度等参数变化的影响。在空间不同高度的波束在空间不同高度的波束,其传播速度会发生变化其传播速度会发生变化,当上层比当上层比下层快时下层快时,则电波射线往下弯曲则电波射线往下弯曲,当下层比上层传播快时则往上当下层比上层传播快时则往上弯曲弯曲,如图所示。从图中看出，在传输线路上如图所示。从图中看出，在传输线路上,有一部分波会投有一部分波会投射到地面上来射到地面上来,引起地面波的反射引起地面波的反射,这样在收端除收到直射波外，这样在收端除收到直射波外，还会收到还会收到满足反射条件的反射波。满足反射条件的反射波。此时接收信号的电波即为此时接收信号的电波即为合成波。合成波。图6.
20、3 地面反射和大气折射示意图大 气 折 射收h2直 射 波发h1hc大 气 折 射d1d2d km反 射 波地面反射和大气折射示意图地面反射和大气折射示意图 从图中可看出微波线路的余隙概念从图中可看出微波线路的余隙概念,它是指从地面最高点它是指从地面最高点(设为信号反射点设为信号反射点)至收、发天线连线间的距离至收、发天线连线间的距离,用用hc来表示。来表示。在设计天线高度时一定要有余隙的计算。在设计天线高度时一定要有余隙的计算。余隙要求余隙要求:当地面反射系数较小时，线路当地面反射系数较小时，线路(山区、丘陵、城市、森林山区、丘陵、城市、森林等地区等地区)天线不能太低天线不能太低,否则会使大
21、气折射电波向下弯曲。否则会使大气折射电波向下弯曲。当地面反射系数较大时，线路当地面反射系数较大时，线路(如水面、如水面、湖面、湖面、稻田等稻田等地区地区),余隙不能太小。余隙不能太小。3.3数字微波信道的干扰和噪声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微波线路的干扰主要来自天馈系统和空间传播引入引入,一般有回波干扰、交叉极化干扰、收发干扰、一般有回波干扰、交叉极化干扰、收发干扰、邻近波道干扰、邻近波道干扰、天线系统同频干扰等。天线系统同频干扰等。噪声主要来自设备噪声主要来自设备,如收、如收、发信机热噪声以及发信机热噪声以及本振源的热噪声等。本振源的热噪声等。数字微波
22、通信的特点数字微波通信的特点 1.1.频带宽干扰小频带宽干扰小2.2.中继传输组网灵活中继传输组网灵活3.3.抗干扰性强抗干扰性强4.4.保密性好保密性好5.5.便于组成数字通信便于组成数字通信网网 数字微波数字微波系统实例系统实例 发信设备的组成发信设备的组成发信发信本振本振变容管变容管调频调频自动电自动电平控制平控制滤滤波波器器单单向向器器发信发信混频混频分路分路滤波滤波输出输出功放功放微波微波功放功放中放中放公务信号公务信号中频中频信号信号收信设备的组成收信设备的组成 中频中频输出输出微波滤波微波滤波收信混频收信混频前置中放前置中放抑镜滤波抑镜滤波低噪声放大低噪声放大主中放主中放自适应均
23、衡自适应均衡合合 成成微波滤波微波滤波收信混频收信混频前置中放前置中放抑镜滤波抑镜滤波低噪声放大低噪声放大检出控制器检出控制器本振本振移相移相来自来自上天线上天线来自来自下天线下天线4 数字微波传输系统的主要技术数字微波传输系统的主要技术 1.抗衰落的技术抗衰落的技术 在前面讲到微波传送信道在前面讲到微波传送信道(线路线路)时提到了微波是视距、时提到了微波是视距、沿沿直线传播的。但是在传播路径上由于气象条件变化直线传播的。但是在传播路径上由于气象条件变化,传播环境传播环境的不同的不同,会产生各种对电波影响的情况会产生各种对电波影响的情况,使传送的电波随时间使传送的电波随时间而恶化衰落而恶化衰落
24、,称之为时变恶化因素。主要表现在称之为时变恶化因素。主要表现在:大气吸收衰耗大气吸收衰耗(大气中氧分子、磁界极子、水蒸气分子大气中氧分子、磁界极子、水蒸气分子(H2O)等吸收电波能量等吸收电波能量;雨、雾引起的散射衰耗雨、雾引起的散射衰耗;多经衰落多经衰落,电波通过地面反射、大气折射、气流变化的电波通过地面反射、大气折射、气流变化的散射等情况产生的电波衰落散射等情况产生的电波衰落;微波频率选择的衰落等。微波频率选择的衰落等。对于以上的衰落对于以上的衰落,常采用以下几种抗衰落措施常采用以下几种抗衰落措施:自动增益控制自动增益控制(AGC)技术技术:这是在收信机中频中，这是在收信机中频中，普普遍采
25、用的抗衰落技术遍采用的抗衰落技术,一般使用在中频放大器中。一般使用在中频放大器中。频率分集技术频率分集技术:采用两个或两个以上采用两个或两个以上,具有一定频率间具有一定频率间隔的微波频率隔的微波频率,同时发送和接收同一信息。同时发送和接收同一信息。空间分集技术空间分集技术:在空间不同垂直高度设置几副天线在空间不同垂直高度设置几副天线,同同时接收一个发射天线的微波信号时接收一个发射天线的微波信号,然后合成或选择其中一个强然后合成或选择其中一个强信号。信号。有几副接收天线就称几重分集。有几副接收天线就称几重分集。自适应均衡技术自适应均衡技术:这种均衡技术分为频域自动均衡和这种均衡技术分为频域自动均
26、衡和时域自动均衡两种。时域自动均衡两种。交叉极化干扰补偿技术。交叉极化干扰补偿技术。2.分集技术分集技术 分集技术分为信号分集接收技术分集技术分为信号分集接收技术(在收信中选择质量好的在收信中选择质量好的某一路作为输出某一路作为输出,有的也称倒换式分集有的也称倒换式分集)和室内分集技术和室内分集技术(这这里主要指最大功率组合器与最小色散组合器有多重室内分里主要指最大功率组合器与最小色散组合器有多重室内分集集)。3.非线性失真补偿技术非线性失真补偿技术 非线性失真补偿技术一般采用功率回退法与功率合成法、非线性失真补偿技术一般采用功率回退法与功率合成法、预畸变法、前馈法等。预畸变法、前馈法等。4.
27、SDH微波传输新技术微波传输新技术 要使微波能传送更高速率的要使微波能传送更高速率的SDH数字传送模块数字传送模块,达到达到STM-16以上以上,就对微就对微波信道频谱利用率提出了极高的要求。波信道频谱利用率提出了极高的要求。为满足这个要求为满足这个要求,必须研究一系列必须研究一系列的新技术：的新技术：提高调制的状态数及严格限带。为提高频带利用率提高调制的状态数及严格限带。为提高频带利用率,一般采用多电平一般采用多电平QAM技术技术,今后可能实现今后可能实现1024QAM/2048QAM或更高电平或更高电平QAM调制技术。调制技术。采用更复杂的纠错编码技术以降低系统误码率。采用更复杂的纠错编码
28、技术以降低系统误码率。网格编码调制及维特比检测技术。网格编码调制及维特比检测技术。高性能、高性能、全数字化的二维时域均衡技术。全数字化的二维时域均衡技术。多载波的并联传输技术。多载波的并联传输技术。采用多重空间分集接收、发端功放非线性预校正、采用多重空间分集接收、发端功放非线性预校正、自适应正交极化干扰自适应正交极化干扰消除电路等技术。消除电路等技术。第第三三章章 卫星通信系统卫星通信系统 利用卫星进行通信的科学设想，是在利用卫星进行通信的科学设想，是在19451945年由英国的克拉克首先提出的。但直至年由英国的克拉克首先提出的。但直至19571957年，前苏联发射了世界上第一颗人造地年，前苏
29、联发射了世界上第一颗人造地球卫星，人们才真正看到实现卫星通信的希球卫星，人们才真正看到实现卫星通信的希望。望。19621962年，美国成功地发射了第一颗年，美国成功地发射了第一颗通信通信卫星卫星,试验了横跨大西洋的电话传输。于是试验了横跨大西洋的电话传输。于是,经过二十多年的探索和试验，卫星通信终于经过二十多年的探索和试验，卫星通信终于跨入了实用阶段，渐渐走近我们的生活。跨入了实用阶段，渐渐走近我们的生活。3.1 3.1 概概 述述 卫星通信是指利用人造地球卫星作为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，在多个地球站之中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行的通信。由于作为中继
30、站的卫星离间进行的通信。由于作为中继站的卫星离地面很高，所以经过一次中继转接之后即地面很高，所以经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信。用于实现通信目的可进行长距离的通信。用于实现通信目的的这种人造地球卫星被称为通信卫星。卫的这种人造地球卫星被称为通信卫星。卫星通信是宇宙通信形式之一，采用的是微星通信是宇宙通信形式之一，采用的是微波频段。波频段。所谓卫星通信，简单地说就是地球站之间利所谓卫星通信，简单地说就是地球站之间利用人造卫星转发信号（进行中继）而进行的用人造卫星转发信号（进行中继）而进行的无线电通信。无线电通信。卫星通信系统有两个主要组成部分：卫星通信系统有两个主要组成部分：一个是一个
31、是地球站，另一个是人造地球卫星地球站，另一个是人造地球卫星。卫星通信是在地面微波接力通信和空间技术卫星通信是在地面微波接力通信和空间技术的基础上发展起来的，它是地面微波接力通的基础上发展起来的，它是地面微波接力通信的继承和发展，是微波接力通信的一种特信的继承和发展，是微波接力通信的一种特殊形式。殊形式。卫星通信的基本概念卫星通信的基本概念 通信卫星通信卫星地面站地面站A 地面站地面站B 卫星通信系统的优点卫星通信系统的优点 通信距离远通信距离远 覆盖面积大，可以进行多址通信覆盖面积大，可以进行多址通信 通信频带宽、容量大通信频带宽、容量大 性能稳定可靠性能稳定可靠 卫星通信的频段选择卫星通信的
32、频段选择 早期的同步通信卫星使用的工作频段主要早期的同步通信卫星使用的工作频段主要是是C C波段（波段（4/6GHz4/6GHz），因为当时同一波段的微波），因为当时同一波段的微波接力通信技术已比较成熟，开发费用低，并且接力通信技术已比较成熟，开发费用低，并且该波段处于地球的无线电窗口范围内，大气层该波段处于地球的无线电窗口范围内，大气层吸收很小。随着通信技术的发展和通信业务的吸收很小。随着通信技术的发展和通信业务的增加，新的波段不断被开发，目前增加，新的波段不断被开发，目前KuKu波段波段 （11/14GHz11/14GHz）已大量应用于民用卫星通信和卫）已大量应用于民用卫星通信和卫星广播业
33、务，星广播业务，20/30GHz20/30GHz频段也已投入使用。频段也已投入使用。自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 由于卫星通信用的无线电波主要是在由于卫星通信用的无线电波主要是在大气层以外的宇宙空间内传播，而宇宙空大气层以外的宇宙空间内传播，而宇宙空间是接近真空状态的，并且由于在目前所间是接近真空状态的，并且由于在目前所使用的频段范围内，与自由空间的传播衰使用的频段范围内，与自由空间的传播衰耗相比，大气层的衰减损耗很小，所以基耗相比，大气层的衰减损耗很小，所以基本上可以认为，电波是在均匀媒介的自由本上可以认为，电波是在均匀媒介的自由空间内传播，信道的特性较稳定。因此，空间内传播，信道的
34、特性较稳定。因此，从信道性质来说从信道性质来说,一般都认为是恒参信道。一般都认为是恒参信道。3.3.2 2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成 地面站地面站监控监控管理系统管理系统测控测控系统系统通信卫星通信卫星 3.2.1 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、卫星通信部分主要包括发端地面站、收端地面站、上行线、下行线和通信卫星等五大部分。下行线和通信卫星等五大部分。当甲地一些用户要与乙地的某些用户通话时当甲地一些用户要与乙地的某些用户通话时,甲地首先要甲地首先要把本站
35、的信号组成基带信号把本站的信号组成基带信号,经过调制器变换为中频信号经过调制器变换为中频信号(70 MHz),再经上变频变为微波信号再经上变频变为微波信号,经高功放放大后经高功放放大后,由天线发向由天线发向卫星卫星(上行线上行线)。卫星收到地面站的上行信号，。卫星收到地面站的上行信号，经放大处理经放大处理,变变换为下行的微波信号。换为下行的微波信号。2.卫星通信的特点卫星通信的特点 与其他长途通信系统相比与其他长途通信系统相比,卫星通信具有以下特点卫星通信具有以下特点:覆盖面积大覆盖面积大,通信距离远。通信距离远。一颗静止卫星可最大覆盖地一颗静止卫星可最大覆盖地球表面三分之一球表面三分之一,三
36、颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面三颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面,从从而实现全球通信。而实现全球通信。设站灵活设站灵活,容易实现多址通信。容易实现多址通信。通信容量大通信容量大,传送的业务类型多。传送的业务类型多。卫星通信一般为恒参信道卫星通信一般为恒参信道,信道特性稳定。信道特性稳定。电路使用费用与通信距离无关。电路使用费用与通信距离无关。建站快建站快,投资省。投资省。1 1、通信卫星的使用寿命较短、通信卫星的使用寿命较短2 2、卫星通信整个系统的技术较复杂、卫星通信整个系统的技术较复杂3 3、卫星通信有较大的传输时延、卫星通信有较大的传输时延3.卫星通信传输线路性能参数卫星通信传输线
37、路性能参数 在卫星通信系统中在卫星通信系统中,信号从发端地面站到收端地面站信号从发端地面站到收端地面站,经过了信经过了信号发射、上行线、卫星转发、下行线和收端接收这一系列的传号发射、上行线、卫星转发、下行线和收端接收这一系列的传输过程。在整个传输过程中输过程。在整个传输过程中,信号会受到各种干扰、衰耗、噪信号会受到各种干扰、衰耗、噪声及本身信道频率特性等影响，声及本身信道频率特性等影响，使波形失真，从而使信号质量使波形失真，从而使信号质量恶化。因此恶化。因此,我们必须规定所传输的信号要达到的质量标准、我们必须规定所传输的信号要达到的质量标准、基本要求和限度。这就必须对传输线路的各参数进行一系列
38、规基本要求和限度。这就必须对传输线路的各参数进行一系列规范范(原原CCIR及现在及现在ITU-R的建议标准的建议标准)。在这里只对卫星传输的在这里只对卫星传输的几个主要参数进行介绍几个主要参数进行介绍,其他有关参数性能及线路计算请参阅其他有关参数性能及线路计算请参阅有关专著。有关专著。1.全向有效辐射功率全向有效辐射功率(EIRP)它表示天线对着目标方向所辐射的电波强度它表示天线对着目标方向所辐射的电波强度(一般用一般用dBW来表示来表示):2.传播衰耗传播衰耗 传播衰耗表示电波在自由空间传播衰耗表示电波在自由空间(恒参信道恒参信道)传播的衰传播的衰耗耗,又称故有衰减又称故有衰减(卫星与地面站
39、两天线间传输衰耗卫星与地面站两天线间传输衰耗)3.传播方程传播方程 接收端的信号强度接收端的信号强度(PR)表示卫星通信系统接收表示卫星通信系统接收信号的能力。信号的能力。它与对方的全向辐射功率成正比它与对方的全向辐射功率成正比,与传播衰耗成反比与传播衰耗成反比,与接收天线增益成正比与接收天线增益成正比4.接收地面站性能指数接收地面站性能指数 接收地面站性能指数是卫星通信系统中的特有接收地面站性能指数是卫星通信系统中的特有参数参数:接收天线增益越大越好接收天线增益越大越好5.C/T值与值与S/N 载噪比载噪比(C/N)和载波噪声温度比和载波噪声温度比(C/T)是衡量卫星是衡量卫星线路未经解调前
40、送入接收设备的重要参数。线路未经解调前送入接收设备的重要参数。6.门限电平门限电平 卫星通信系统中卫星通信系统中,在接收端恢复出的信号的质在接收端恢复出的信号的质量一般用量一般用S/N来表示来表示,以此表示信号优劣。以此表示信号优劣。在在数字系统中，数字系统中，一般用误码率来表示一般用误码率来表示,也可以等也可以等效为效为S/N。当设备已经确定时。当设备已经确定时,卫星通信系统的卫星通信系统的 C/N(C/T)与与S/N的关系的关系,可用可用门限电平来表示门限电平来表示,如图所示。如图所示。mf1mf2mf3mf3mf2mf1改 善 界 线门 限 电 平C/N/dB输 出 So/No/dB系统
41、的门限电平系统的门限电平 门限效应门限效应:当卫星接收机解调器输出端的当卫星接收机解调器输出端的S/N与系统输与系统输入端的入端的C/N之间的关系如图之间的关系如图6.14所示，如所示，如C/N小于某一小于某一数值时数值时,S/N会急剧下降的这种现象，会急剧下降的这种现象，称为门限效应。称为门限效应。产生门限效应的这一产生门限效应的这一C/N限值称为门限电平。限值称为门限电平。门限电平的含义是门限电平的含义是:为保证接收到的话音、图像、数为保证接收到的话音、图像、数据等信号的质量据等信号的质量,或者说为使接收系统对接收到的信号或者说为使接收系统对接收到的信号进行解调后进行解调后,能有起码的信噪
42、比或误比特率时能有起码的信噪比或误比特率时,接收系接收系统必须得到的最小载统必须得到的最小载噪比值。噪比值。由于在卫星通信系统中有些不确定因素由于在卫星通信系统中有些不确定因素,如电子设备性能变化如电子设备性能变化,天线定向偏差天线定向偏差,气候条件变化等都会引起传输衰耗增大和噪声气候条件变化等都会引起传输衰耗增大和噪声增加增加,使使C/N下降。为保证卫星通信线路不致于工作在门限电下降。为保证卫星通信线路不致于工作在门限电平以下平以下,一般都留有一定的余量一般都留有一定的余量,此余量称为门限余量此余量称为门限余量(E)。在在传输线路总体设计时就必须考虑传输线路总体设计时就必须考虑“门限余量门限
43、余量(E)”。4.卫星传输信号的几种信号处理技术卫星传输信号的几种信号处理技术 除在前面已讲述过的数字信号基带处理的纠错编码技术和除在前面已讲述过的数字信号基带处理的纠错编码技术和扰码处理技术外，扰码处理技术外，还有以下几种信号处理技术。还有以下几种信号处理技术。1)能量扩散技术能量扩散技术 由于卫星转发器是在多载波工作由于卫星转发器是在多载波工作,而转发器的变频器件为非线而转发器的变频器件为非线性器件性器件,因而会产生交流干扰因而会产生交流干扰,特特别对于有些载波未调制和负担别对于有些载波未调制和负担少的情况少的情况,载波功率大就会对其他载波带来严重干扰。载波功率大就会对其他载波带来严重干扰
44、。为此为此,对未调制的载波对未调制的载波,外加一个信号外加一个信号,使其能量扩散。外加信使其能量扩散。外加信号称为能量扩散信号号称为能量扩散信号,一般为一般为20150Hz的三角波的三角波,它可在接收它可在接收端用高通滤波去掉。端用高通滤波去掉。2)预加重预加重 由于收端解调器对多路信号调频波解调时由于收端解调器对多路信号调频波解调时,噪声噪声也在其中也在其中,解调后的高端信号解调后的高端信号S/N比低端的比低端的S/N低。为低。为解决这一问题解决这一问题,在基带处理时加一个预加重网络在基带处理时加一个预加重网络,使频使频带内信噪比均匀带内信噪比均匀,在接收端进行相反处理在接收端进行相反处理,
45、用去加重网用去加重网络恢复原信号。络恢复原信号。3)加权加权 加权主要是对人的视觉和听觉频率特性而言的。加权主要是对人的视觉和听觉频率特性而言的。人们对噪声的敏感程度和实际上存在的噪声之间人们对噪声的敏感程度和实际上存在的噪声之间有差别有差别,为使为使S/N的实际情况和人的感觉器官协调的实际情况和人的感觉器官协调,特特采用了修正值采用了修正值,这个修正值称这个修正值称为加权值。为加权值。加权在传输中没有实际意义加权在传输中没有实际意义,而是改善了人们在而是改善了人们在接收信号时的感觉。采用了加权、加重以后使人们感接收信号时的感觉。采用了加权、加重以后使人们感觉到觉到S/N提高了。提高了。3.3
46、.3 3 卫星通信的多址连接方式卫星通信的多址连接方式 所谓多址连接方式，就是许多个地所谓多址连接方式，就是许多个地面站通过共同的通信卫星来实现覆盖区面站通过共同的通信卫星来实现覆盖区域内的相互连接，而无需中间转接。这域内的相互连接，而无需中间转接。这就要求各个地面站发向其它地面站的信就要求各个地面站发向其它地面站的信号之间必须有区别。号之间必须有区别。频分多址方式频分多址方式 频分多址（频分多址（FDMAFDMA）是根据各地）是根据各地面站发射的信号频率不同，按照频面站发射的信号频率不同，按照频率的高低，顺序排列在卫星的频带率的高低，顺序排列在卫星的频带里，各地面站的信号频谱要排列得里，各地
47、面站的信号频谱要排列得互相不重叠。也就是说，按照频率互相不重叠。也就是说，按照频率不同来区分是哪个站址。不同来区分是哪个站址。时分多址方式时分多址方式 时分多址（时分多址（TDMATDMA）是将通过卫星转）是将通过卫星转发器的信号在时间上分成发器的信号在时间上分成“帧帧”来进行来进行多址划分的，在一帧内又划分成若干个多址划分的，在一帧内又划分成若干个时隙，将这些时隙分配给地面站，只允时隙，将这些时隙分配给地面站，只允许各地面站在所规定的时隙内发射信号许各地面站在所规定的时隙内发射信号。空分多址方式空分多址方式 空分多址（空分多址（SDMASDMA）是指在卫星上安装）是指在卫星上安装多个天线，这
48、些天线的波束分别指向地球多个天线，这些天线的波束分别指向地球表面上的不同区域。不同区域的地面站所表面上的不同区域。不同区域的地面站所发射的电波在空间不会互相重叠，即使在发射的电波在空间不会互相重叠，即使在同一时间、不同区域的地面站使用相同的同一时间、不同区域的地面站使用相同的频率来工作，它们之间也不会形成干扰。频率来工作，它们之间也不会形成干扰。码分多址方式码分多址方式 码分多址方式（码分多址方式（CDMACDMA）的原理是：利用自）的原理是：利用自相关性非常强而互相关性非常弱的周期性码序相关性非常强而互相关性非常弱的周期性码序列作为地址信息，对被用户信息调制过的已调列作为地址信息，对被用户信
49、息调制过的已调波进行再次调制，使其频谱大为展宽（称为扩波进行再次调制，使其频谱大为展宽（称为扩频）；经卫星信道传输后，在接收端以本地产频）；经卫星信道传输后，在接收端以本地产生的已知的地址码为参考，根据相关性的差异生的已知的地址码为参考，根据相关性的差异对收到的所有信号进行鉴别，从中将地址码与对收到的所有信号进行鉴别，从中将地址码与本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带而本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带而选出，其它与本地地址码无关的信号则仍保持选出，其它与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为宽带信号而滤去。或扩展为宽带信号而滤去。3.3.4 4 通信卫星通信卫星 通信卫星通信卫星是卫星通
50、信系是卫星通信系统的重要组成统的重要组成部分。部分。通信卫星的组成通信卫星的组成 在卫星通信系统中，所有地面站发出在卫星通信系统中，所有地面站发出的信号都是经过卫星中继转发到地面接收的信号都是经过卫星中继转发到地面接收站的。为了完成这一转发的任务，卫星上站的。为了完成这一转发的任务，卫星上必须配备转发无线电信号的通信系统与天必须配备转发无线电信号的通信系统与天线系统。除此之外，为了保证通信卫星的线系统。除此之外，为了保证通信卫星的正常工作，还必须配备控制系统、遥测系正常工作，还必须配备控制系统、遥测系统和电源系统。统和电源系统。控制系统控制系统 控制系统的任务是根据地面指令信控制系统的任务是根
