第五章数字微波中继通信与卫星通信.ppt

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1、第五章第五章 数字微波中继通信与卫星通信数字微波中继通信与卫星通信5.1 数字微波中继通信数字微波中继通信5.2 卫卫 星星 通通 信信5.1 数字微波中继通信数字微波中继通信5.1.1 微波通信的特点微波通信的特点（1）微微波波波波段段的的载载波波工工作作频频率率高高（相相对对短短波波波波段段而而言言），在在相相对对带带宽宽相相同同的的情情况况下下，其其信信道道的的绝绝对对带带宽宽比比短短波波要要大大得多，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）由由于于微微波波波波段段波波长长短短，所所以以容容易易制制成成高高增增益益天天线线。天天线线增增益益可可达达几几十十dB。（

2、3）天天电电干干扰扰、工工业业干干扰扰及及太太阳阳黑黑子子的变化在微波波段基本不起作用。的变化在微波波段基本不起作用。（4）与与有有线线通通信信相相比比，微微波波中中继继通通信信有较大的灵活性。有较大的灵活性。（5）在在微微波波波波段段，电电磁磁波波的的传传播播是是直直线线视视距距的的传传播播方方式式。要要进进行行远远距距离离通通信信，必必须须采采用用中中继继通通信信方方式式，即即每每隔隔50km左左右右设设置置一一个个中中继继站站，将将前前一一站站的的信信号号接接收收下下来，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。5.1.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组

3、成数数字字微微波波系系统统方方框框图图如如图图5-1-1所所示示。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。5.1.3 数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调数数字字信信号号的的调调制制与与解解调调是是数数字字微微波波通通信中的关键技术。信中的关键技术。图5-1-1数字微波通信系统方框图图图5-1-2 正正弦弦信信号号的的旋旋转转相相量量表表示示1四相移相键控（四相移相键控（4PSK或或QPSK）4PSK调调制制如如图图5-1-3所所示示。由由图图可可见见，输输入入的的二二进进制制码码流流（信信息息速速率率为为fb）经经串串并并变变换换，转转变变为为并并行行的的两两

4、路路二二进进制制码码流流，其速率是其速率是fb/2。图5-1-3 4PSK示意图2正交幅度调制（正交幅度调制（QAM）M-QAM调调制制器器方方框框图图如如图图5-1-4所所示示。M-QAM信信号号是是一一种种幅幅度度、相相位位复复合合调调制制信信号号。M表表示示已已调调波波的的状状态态数数，不不同同状状态态与不同的幅度和相位相对应。与不同的幅度和相位相对应。图图5-1-4 M-QAM调制器方框图调制器方框图3解调解调数数字字微微波波的的发发送送端端通通过过调调制制把把基基带带信信号号变变成成微微波波频频带带信信号号，接接收收端端通通过过解解调调把把频带信号逆变换为基带信号。频带信号逆变换为基

5、带信号。4各种调制方式性能比较各种调制方式性能比较（1）各种调制方式信道频带利用率）各种调制方式信道频带利用率2ASK方式的高频信道利用率为方式的高频信道利用率为fb2fb=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（2）误码性能比较）误码性能比较经经分分析析可可得得如如下下结结论论：在在信信噪噪比比相相同同的的情情况况下下，多多相相调调制制的的相相数数越越多多，误误码码率率越越高高。对对不不同同的的调调制制方方式式，当当已已调调波波相相量量点点数数相相同同时时，M-QAM、M-PSK、M-ASK误码率依次增高。误码率依

6、次增高。5.2 卫卫 星星 通通 信信5.2.1 卫星通信概述卫星通信概述卫卫星星通通信信是是利利用用地地球球卫卫星星作作为为中中继继站站转转发发微微波波信信号号，在在两两个个或或多多个个地地球球站站之之间间进行通信。进行通信。卫卫星星与与地地球球的的相相对对位位置置关关系系如如图图5-2-1所示。所示。图图5-2-1 静静止止卫卫星星通通信信示示意意图图卫星通信具有以下特点。卫星通信具有以下特点。（1）卫卫星星通通信信覆覆盖盖区区域域大大、通通信信距距离离远远，在在跨跨越越高高山山、海海洋洋时时，更更能能显显示示其其优优越性。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。

7、（3）工工作作频频带带宽宽，通通信信容容量量大大，适适用用于于多多种种业业务务（例例如如电电话话、传传真真、电电视视、高高速数据等）传输。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。5.2.2 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成1系统构成系统构成卫卫星星通通信信系系统统组组成成方方框框图图如如图图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2通信卫星的组成及功能通信卫星的组成及功能通通信信卫卫星星由由天天线线分分系系统统、通通信信分分系系统统、遥遥测测与与指指令令分分系系统统、控控制制分分系系统统和和电电源源分分系统五部分组成，如图

8、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）天天线线分分系系统统：卫卫星星天天线线有有两两类类。一一类类是是遥遥测测、遥遥控控和和信信标标天天线线，一一般般采采用用全全向向天天线线，以以便便可可靠靠地地接接收收地地面面指指令令和和向向地面发射遥测数据和信标。地面发射遥测数据和信标。（2）通通信信分分系系统统：卫卫星星上上的的通通信信分分系系统统又又称称转转发发器器，起起通通信信中中继继器器的的作作用用。它它实实际际是是一一部部宽宽频频带带收收发发信信机机，对对它它的的基基本本要要求求是是以以最最小小的的附附加加噪噪声声和和失失真真，并并以以足足够够的的功功率率，

9、安安全全可可靠靠地地为为地地球球站站转转发发无无线线电信号。电信号。（3）遥遥测测与与指指令令系系统统：其其功功能能是是了了解解星星内内设设备备的的工工作作情情况况；对对卫卫星星的的工工作作、位位置和姿态进行控制。置和姿态进行控制。（4）控控制制分分系系统统：共共有有两两种种控控制制，一一是姿态控制，二是位置控制。是姿态控制，二是位置控制。（5）电电源源分分系系统统：常常用用的的电电源源有有太太阳阳能电池和化学能电池。能电池和化学能电池。3地球站设备地球站设备（1）地球站的组成和性能要求）地球站的组成和性能要求图图5-2-4所所示示为为标标准准地地球球站站的的方方框框图图。从从图图中中可可以以

10、看看出出，地地球球站站由由天天线线系系统统、发发射射系系统统、接接收收系系统统、通通信信控控制制系系统统、终终端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：工工作作频频率率范范围围宽宽：国国际际卫卫星星通通信信组组织织工工作作在在6/4GHz频频段段的的地地球球站站，其其上上下下行行带宽均为带宽均为500MHz。地地球球站站的的品品质质因因数数G/T高高:G为为天天线线增益，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。等等效效全全向向辐辐射射功功率率（EIRP）的的稳稳定定度度高高：地地球球站站

11、天天线线增增益益与与馈馈入入功功率率之之积积称称为为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。互互调调引引起起的的带带外外辐辐射射及及寄寄生生辐辐射射的的容许电平小。容许电平小。（2）天线分系统）天线分系统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天线。（3）大功率发射分系统）大功率发射分系统发发射射系系统统由由大大功功率率放放大大器器、激激励励器器、发发射射波波合合成成器器、上上变变频频器器及及自自动动功功率率控控制制电电路路等组成。等组成。（4）低噪声接收分系统）低噪声接收分系统由由于于卫卫星星转转发发器器的的发发射射功功率率只只有有几几瓦瓦至至

12、几几十十瓦瓦，卫卫星星天天线线的的增增益益小小，卫卫星星转转发发的的信信号号经经下下行行线线路路约约4万万公公里里的的传传输输，衰衰减减达达200dB，因因此此信信号号到到达达地地球球站站时时已已极极微微弱，只有弱，只有1017瓦或瓦或1018瓦左右。瓦左右。5.2.3 卫星通信的技术体制卫星通信的技术体制1频段分配频段分配国国际际电电联联对对卫卫星星通通信信应应用用的的各各个个频频段段有详尽建议。我国选用如下：有详尽建议。我国选用如下：6/4GHz频频段段：上上行行5.9256.425GHz,下下行行3.74.2GHz。2调制方式和多址联接方式调制方式和多址联接方式卫卫星星通通信信的的技技术

13、术体体制制涉涉及及以以下下几几方方面面的的问问题题：基基带带信信号号和和多多路路信信号号的的复复用用方方式式、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。3频分多址（频分多址（FDMA）方式方式FDMA方方式式是是网网内内各各地地球球站站共共用用一一个个转转发发器器，将将卫卫星星转转发发器器的的可可用用带带宽宽分分割割成成若若干干互互不不重重叠叠的的部部分分，分分配配给给各各个个地地球球站站使用。使用。（1）频分多路）频分多路/调频调频/频分多址频分多址（FDM/FM/FDMA）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：第第一一种种方方法法：每

14、每个个地地球球站站对对其其他他地地球球站站的的通通信信分分别别使使用用不不同同频频率率的的载载波波，即即与与几个站通信就发几个载波。几个站通信就发几个载波。第第二二种种方方法法：每每个个地地球球站站把把发发送送到到其其他他地地球球站站的的电电话话信信号号分分别别复复用用到到基基带带的的某某一一指指定定频频段段上上，而而后后调调制制到到一一个个载载频频上上，每每个个地地球球站站只只发发射射一一个个载载波波，这这个个载载波波包包含含了了其其余余地地球球站站的的全全部部信信息息，因因而而接接收收端端要要接接收收整整个个频频带带的的信信息息，再再从从中中取取出出与与本本站有关的信息。站有关的信息。（2

15、）单路单载波）单路单载波/频分多址频分多址（SCPC/FDMA）当当传传输输电电话话路路数数较较多多，但但每每个个话话路路业业务务量量较较少少时时，可可以以采采用用一一个个载载波波上上只只传传送送一一路路电电话话，按按照照FDMA方方式式送送往往卫卫星转发器。星转发器。（3）按需分配）按需分配频分多址频分多址（SPADE）方式方式SPADE实实际际上上就就是是按按需需分分配配的的SCPC系统。系统。4时分多址（时分多址（TDMA）方式方式在在TDMA方方式式中中，分分配配给给各各地地球球站站的的是是一一个个特特定定的的时时隙隙，各各地地球球站站在在基基准准站站发发出出的的定定时时同同步步信信号

16、号的的控控制制下下，只只在在指指定定的的时时隙隙内内向向卫卫星星发发射射信信号号（称称为为射射频频突突发发信信号号），这这些些射射频频信信号号通通过过卫卫星星转转发发器器时时，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。5码分多址（码分多址（CDMA）方式方式有有关关码码分分多多址址的的讨讨论论请请见见本本书书第第六六章章移动通信。移动通信。5.2.4 甚小天线地球站甚小天线地球站（VSAT）卫星网络系统卫星网络系统VSAT系系统统指指由由天天线线口口径径小小，G/T值值低低于于19.7dB/K，并并用用软软件件控控制制的的大大量量地地球球站站构成的卫星传输系统。构

17、成的卫星传输系统。一一个个VSAT系系统统可可以以包包括括几几百百个个甚甚至至几千个终端小站。几千个终端小站。VSAT网网由由中中心心站站、小小型型站站和和微微型型站站三种地球站组成（后两种站也称远端站）。三种地球站组成（后两种站也称远端站）。VSAT网网的的构构成成形形式式可可以以有有单单跳跳、双双跳跳、单单双双跳跳混混合合以以及及全全连连接接网网等等，如如图图5-2-5所示。所示。单单跳跳网网络络又又称称星星形形网网络络，它它将将多多个个远远端端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网网的的构构成成形形式式在在双双跳跳形形式式的的VSAT网网络络中中，各各远远端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。单单双双跳跳混混合合形形式式的的中中心心站站和和远远端端站站之之间间可可以以通通电电话话和和数数据据；各各远远端端站站之之间间可可以以通数据和录音电话。通数据和录音电话。全全连连接接网网络络需需设设一一个个枢枢纽纽站站（控控制制站站），以根据各站的业务需求分配信道。，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。