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1、第8章 现代数字通信系统介绍-微波与卫星通信系统研究内容：,1 微波通信系统的基本概念2 数字微波系统3 微波通信频段配置4 卫星通信系统的基本概念5 卫星通信系统的组成与体制6 VSAT卫星通信系统7.全球定位系统（GPS）,1 微波通信系统的基本概念,微波：是指频率为300MHz300GHz的电磁波，其所对应的波长为1m1mm。,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,Microwave,10Km,1Km,100m,10m,1m,10cm,1cm,1mm,f,30KHz,300KHz,3MHz,30MHz,300MHz,3GHz,30GHz,300GHz,红外线,可见光,工业和天
2、电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小,微波信号的频率范围,1 微波通信系统的基本概念,远距离地面微波中继通信系统的示意图,微波中继通信示意图,D,1 微波通信系统的基本概念,对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的直接原因有两个：1.微波传播具有视距传播特性，即电磁波是沿直线传播的，而地球表面是个曲面，因此若通信两地之间距离较长，且天线所架高度有限，则发信端发出的电磁波就会受到地面的阻挡，而无法到达收信端。所以，为了延长通信距离，需要在通信两地之间设立若干中继站，进行电磁波转接；2.微波在传播过程中有损耗，在远距离通信时有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大和发送。,微波调制发射机的组成方框图
3、如图所示。来自数字终端机的数字信号经过码型变换后，直接对微波载波进行调制，然后经过功放和微波滤波器送到天线振子，由天线发射出去。这种方案的发射机结构简单，但当发射频率比较高时，其微波功率放大器制作难度大，且发射机的通用性差。,2 数字微波系统,中频调制发射机的组成方框如图所示。来自数字终端的信号经过码型变换后，在中频调制器中对中频载波（70MHz或140MHz）进行调制（数字相位调制），获得中频调制信号。然后通过功率中放，把中频信号放大到规定要求的功率电平，经上变频器变换为微波调制信号，再经微波功放、微波滤波器馈送到天线，由发射天线发射出去,2 数字微波系统,2 数字微波系统,数字微波收信设备
4、由射频系统、中频系统和解调系统三部分组成。来自接收天线的微波微弱信号经过馈线、微波滤波器、低噪声放大器和本振信号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大、滤波后，送到解调单元，实现信码解调和再生。,2 数字微波系统,接收设备框图,2 数字微波系统,馈线及天线系统：馈线：将微波功放的输出信号送给天线，或将天线接收的信号馈送给微波接收机微波天线：将微波功放送来的信号转换成电磁波向空间发射，或将空间电磁波转换成电信号送给微波接收机,2 数字微波系统,收发公用器：,收、发系统采用同一频段内的两个不同的波道2.收、发使用不同的频段，收发信号的分离采用频率分离双工器实现,2 数字微波系统,数字微波中间站的转
5、接方式,微波中继通信系统中间站的转接方式一般按照收发信机转接信号时的接口频带划分，它们划分为基带转接方式、中频转接方式和微波转接方式三种,2 数字微波系统,微波中继转接方式,基带转接方式可以消除噪声积累，是目前微波通信最常见的一种转接方式。基带转接方式可以直接上、下话路，是微波分路站和枢纽站必须采用的转接方式。采用这种转接方式的中间站的设备与终端站可以通用。,中频转接省去了调制、解调器，简化了设备，但中频转接不能上、下话路，不能消除噪声积累。,微波转接与中频转接类似，但其转接接口是微波接口，且为了使同一中间站的转发信号不干扰接收信号，转信载频f2相对于收信载频f1需要移频，即移频振荡器的频率等
6、于f2与f1之差,数字微波通信系统的构成 数字微波中继通信线路是由线路两端的终端站、若干个中继站及分路站构成，如下图所示。,再生中继站，它对收到的已调信号解调、判决、再生，转发至下一方向的调制器，经过它可以去掉传输中引入的噪声、干扰和失真。,2 数字微波系统,处于线路两端或分支线路终点的站,可上下全部支路信号,处于长途干线上,需要完成数个方向上的通信任务,沟通本站上下部分支路,另外沟通干线上两个方向之间通信,对收到的已调信号进行解调,判决再生,转发至下一方向,2 数字微波系统,3 微波通信频段配置,集中配置方案2.波道交替配置方案3.同波道交叉极化方案：同波道频率再用 插入波道型频率再用,微波
7、通信频率配置方案,所谓卫星通信是指人们利用人造地球卫星作为中继站，转发地球上任意两个或多个地球站之间用于进行通信的无线电波。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,4 卫星通信系统的基本概念,4 卫星通信系统的基本概念,卫星通信线路的组成,卫星通信的主要优点：1.通信距离远，建设成本与通信距离无关 2.以广播方式工作，便于实现多址通信 3.频带宽，传输容量大，适于多种业务传输 4.可以自发自收进行监测 5.通信线路稳定可靠，通信质量高 6.通信电路灵活，机动性好,4 卫星通信系统的基本概念,4 卫星通信系统的基本概念,当卫星运行轨道在赤道面内时,称赤道轨道,如轨道
8、呈圆形,此轨道离地面高度为35786.6 km时,此轨道称为同步轨道。,在同步轨道上运行的卫星,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56分4秒),一般称为24小时。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。,4 卫星通信系统的基本概念,当静止卫星和地心及太阳在一条直线上,且地球挡住太阳使卫星处于阴影区时,就称此为星蚀。星蚀一般发生在每年春分和秋分前后23天,当地的午夜时间前后,持续时间大约1小时左右。这时,卫星上太阳能电池不能供电,只能依靠星载蓄电池或化
9、学电池供电,也可以适当调整卫星位置。在这一直线上的另一种情况是,当太阳正对着卫星,地面站天线对准太阳,这时因太阳黑子产生的强大的太阳噪声干扰,会使通信短暂中断,这种现象称为日凌中断。这种现象也是发生在每年春分、秋分前后各6天左右。每次大概6分钟,因此在通信中要尽量避免。,5 卫星通信系统的组成与体制,卫星通信系统主要由空间分系统，通信地球站，跟踪 遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大部分组成,（一）跟踪遥测及指令分系统 它的任务是对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置；待卫星正常运行后，要定期对卫星进行轨道修正和位置保持。（二）监控管理分系统 它的任务是对定点的卫星在业务开通
10、前、后进行通信性能的监测和控制，例如对卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行监控，以保证正常通信。,5 卫星通信系统的组成与体制,(三)空间分系统 通信卫星内的主体是通信装置，其保障部分则有星体上的遥测指令、控制系统和能源（包括太阳能电池和蓄电池）装置等,(四)地球站 地球站主要有天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、天线跟踪伺服设备、电源设备。,5 卫星通信系统的组成与体制,通信卫星组成,常用的多址方式：1.FDMA 2.TDMA 3.ALOHA(随机多址分配方式)纯ALOHA、S-ALOHA、R-ALOHA 4.CDMA,5 卫星通
11、信系统的组成与体制,6 VSAT卫星通信系统,VSAT是英文“Very Small Aperture Terminal”(甚小口径终端)的缩写，简称小站。所谓VSAT，是指一类具有甚小口径天线的智能化小型或微型地球站。这类小站可以很方便地安装在用户处。通常，大量这类小站与一个大站协同工作，构成一个卫星通信网,典型的VSAT网是由主站、卫星和许多远端小站(VSAT)三部分组成的,6 VSAT卫星通信系统,VSAT网构成示意图,6 VSAT卫星通信系统,主站(中心站):主站又称中心站(中央站)或枢纽站(HUB)，主站通常与主计算机放在一起或通过其它(地面或卫星)线路与主计算机连接。小站(VSAT)
12、:VSAT小站由小口径天线、室外单元和室内单元组成。,7.全球定位系统（GPS）,GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。GPS定位系统是由以下三个部分组成：（1）GPS卫星星座（空间部分）（2）地面监控系统（地面控制部分）（3）GPS信号接收机（用户设备部分）,7.全球定位系统（GPS）,7.全球定位系统（GPS）,GPS系统的空间部分由GPS卫星组成，称为卫星星座。卫星星座的分布设置要保证地球上任何地点，任何时刻至少可以同时观测到四颗卫星。,7.全球定位系统（GPS）,GPS卫星的基本功能,1 接
13、收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收 并执行监控站的控制指令。2 利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行 处理。3 通过星载的原子钟提供精密的时间标准。4 向用户发送定位信息。5 在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿 态和启用备用卫星。,7.全球定位系统（GPS）,GPS地面监控部分,GPS的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站（5个）、主控站（1个）和注入站（3个）1、监测站：是主控站直接控制下的数据自动采集中心。观测资料由计算机进行初步处理，存储并传输到主控站，以确定卫星轨道。,7.全球定位系统（GPS）,2、主控站除协调和管理地面监控系统外，主要任务
14、：1）根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站。2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站。3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。4）启用备用卫星代替失效工作卫星。,7.全球定位系统（GPS）,3、注入站：主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。整个GPS系统的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化通讯网络联系，在原子钟和计算机的驱动和控制下，实现高度的自动化标准化。,7.全球定位系统（GPS）,7.全球定位系统（GPS）,GPS用户设备部分,用户部分组成:GPS信号接收机及相关设备GPS接收机:接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线电设备GPS接收机的组成:天线、接收机、处理器、控制显示单元、电源GPS接收机的作用:接收GPS卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信息和观测量，并经过数据处理而完成定位工作,
