现代通信系统概论_06_数字微波与卫星通信系统

第六章数字微波与卫星通信系统第六章数字微波与卫星通信系统6.1数字微波通信系统概述6.2SDH数字微波通信系统6.3卫星通信系统6.5数字卫星通信系统6.6卫星移动通信系统概述学习要点1．熟悉数字微波通信系统的组成、特点与应用。2．了解微波接力通信系统的中继方式频率配置。3．理解卫星通信的概念。4．熟悉卫星通信系统和线路的组成5．了解卫星通信系统的特点、多址方式。6．了解卫星移动通信系统的特点。6.1数字微波通信系统概述微波是指频率在300MHz至300GHz范围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，同时传送若干相互无关信息，并进行再生中继的通信方式一、微波通信的频段无线传输所使用的频段很广。有长波、中波、短波、微波等频段频率范围波长范围长波30~300kHz10000~1000m中波300~3000kHz1000~100m短波3~30MHz100~10m超短波（特高频）30~300MHz10~1m微波分米波300~3000MHz100~10cm厘米波3G~30GHz10~1cm毫米波30G~300GHz10~1mm红外线（光波）300GHz1mm一、微波通信的频段电磁波频率不同，波长不同（频率越低，波长越长），其空间传播特性也不一样，且用途也有不同长波绕射能力最强中波较稳定短波通信主要是靠电离层的反射微波波长较短，接近光波，在空间主要是直线传播。可用于地面微波接力通信和卫星通信微波传播特性微波频段（GHz级）频率高，不易受天电、工业噪声干扰及太阳黑子变化影响微波通信和卫星通信使用范围一般为C波段（6/4GHz）频段电波在自由空间传播存在固有损耗自由空间传播是理想传播条件能量仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而引起24dLp微波传播特性视距通信等效地球半径Re=8500kmhtReoAd1Cd2BhrtehRd21)(221rtehhRddd在标准大气折射情况下rthhd12.450km，即所谓要“看得见”对方微波传播特性波长短，天线尺寸可做得很小地面或山地的反射波，雨、雾、雪等对电波的吸收和散射、折射，会引起电波的快衰落与慢衰落二、中继传输方式实现远距离通信就必须采用中继接力的方式三、微波通信系统组成数字微波通信系统由终端站和若干个中间站构成微波收发信设备用户终端收信发信长途电信局或微波站长途电信局或微波站中间站终端站终端站天线馈线系统天线馈线系统甲地乙地时分复用设备市内电话局用户终端市内电话局时分复用设备调制－解调设备微波收发信设备调制－解调设备四、微波中继站的中继方式微波中继站的中继方式可以分成直接中继（射频转接）外差中继（中频转接）基带中继（再生中继）不同中继方式的微波系统构成是不一样的中继站中继方式可以是直接中继和中频转接枢纽站为再生中继方式且可以上下话路直接中继将收到的射频信号直接移到其他射频上无需经过微波－中频－微波的上下变频过程，因而信号传输失真小设备量小，电源功耗低，适用于无需上下话路的无人值守中继站外差中继将射频信号进行中频解调，在中频进行放大，然后经过上变频调制到微波频率，并发送到下一站基带中继不仅需要上下变频，还需要调制解调电路再生消除了积累的噪声，传输质量得到保证一般在一条微波中继线上，可以结合使用三种中继方式五、微波通信的频率配置一条微波通信线路有许多微波站，每个站上又有多波道的微波收发信设备波道是指频分制微波通信系统中的不同射频通道为了提高射频频谱的利用率，减小射频波道间或其他路由间的干扰，必须很好地解决射频波道的频率配置问题频率配置基本原则频率配置应包括各波道收、发信频率的确定，并根据选定的中频频率确定收、发本振频率应遵循以下基本原则在一个中间站，一个单向波道的收信和发信必须使用不同频率，而且有足够大的间隔多波道同时工作，相邻波道频率之间必须有足够的间隔整个频谱安排必须紧凑合理多波道系统要设法共用天线射频波道频率配置方式集体排列方案(MHz)2)1(2ZSYSXSnf占用带宽射频波道频率配置方式交替波道配置方案极化分离同波道交叉极化方案为了提高频谱利用率，可以采用同波道交叉极化方案为了更好地减少交叉极化干扰的影响，又提出了波道中心频率交替的同波道交叉极化频率复用方案SDH常用频段的射频波道配置常用六、特殊的天馈系统无线通信是通过天馈系统来发射和接收信号的，微波通信也不例外由于微波频率高，波长短，使用的天线一般都采用面式天线喇叭天线抛物面天线卡塞格伦天线等补充：卡塞格伦天线卡塞格伦天线（Kasiakelunantenna）基于光学中广泛应用的卡塞格伦望远镜的工作原理而构成的一种用于微波通信的双反射面天线卡塞格伦双反射面天线广泛用于卫星通信、微波中继通信和射电天文等方面天馈系统极化分离器卡塞格林天线同轴电缆电缆接头副反射器初级辐射器上密封节卡塞格林天线主反射面圆软波导圆波导弯头杂模滤除器圆波导管极化旋转器58mm×25mm矩形波导软管矩形波导密封节至发信机至收信机阶梯变换器矩形波导(58mm×25mm)~(58mm×10mm)58mm×25mm波导E弯头终端负荷极化分离器Φ69mm~φ54mm变换器(a)同轴电缆系统(b)圆波导天线馈线系统极化补偿节七、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、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八、微波通信的特点根据所传基带信号的不同，微波通信分为如下两种制式：模拟微波通信用于传输频分多路－调频制（FDM－FM）基带信号的系统称为模拟微波通信系统数字微波通信用于传输数字基带信号的系统称为数字微波通信系统准同步数字系列PDH微波通信系统同步数字系统SDH微波通信系统八、微波通信的特点“微波、多路、接力”是微波通信最基本的特点微波，是指工作频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫米波三个频段多路，是指微波通信的通信容量大接力，是目前广泛使用于视距微波的通信方式八、微波通信的特点数字微波除了具有上面所说的微波通信的普遍特点外，还具有数字通信的特点：抗干扰性强，整个线路噪声不累积保密性强，便于加密器件便于固态化和集成化，设备体积小，耗电少便于组成数字通信网和模拟微波通信相比，数字微波的主要缺点是：要求传输信道带宽较宽，因而会产生频率选择性衰落。抗衰落技术复杂6.2SDH数字微波通信系统数字传输系统是现代通信网的主要组成部分由于传统的准同步数字体系（PDH）有其自身的一些缺陷，因而不能适应现代通信网的发展同步数字体系（SDH）则应运而生一、SDH数字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终端站中继站枢纽站终端站终端站分路站基本传输速率终端站处于线路两端或分支线路终点的站对向若干方向辐射的枢纽站，就其某个方向上的站来说也是终端站在此站可上、下全部支路信号，可配备SDH数字微波的ADM（分插复用器）或TM（终端复用器）设备可作为集中监控站或主站枢纽站枢纽站一般处在长途干线上（一、二级），需要完成数个方向的通信任务在系统多波道工作时要完成STM-N信号的复接与分接，部分支路的转接和上、下话路，也有某些波道信号可需再生后继续传输这一类站上的设备门类多，包括各种站型设备，一般作为监控系统主站分路站在长途线路中间，除了可以在本站上、下某收、发信波道的部分支路外，还可以沟通干线上两个方向之间通信的站有部分波道的信号需再生后继续传输应配备SDH的传输设备及分插复用设备ADM，或多套再生中继设备可作为监控系统主站或受控站中继站在线路中间，不上、下话路的中间站对已收到的已调信号进行解调、判决、再生，转发至下一方向的调制前，经过再生去掉干扰、噪声，以此体现数字通信优越性不设置倒换设备，应有站间公务联络和无人值守功能二、SDH微波系统的主要设备SDH数字微波通信系统的设备配置，根据系统组织在线路上的位置和作用来安排端站设备再生站设备端站设备端站可分为终端站、中间站和分路站三种类型STM-4复用器IFModemCh.ACh.BOAMP收信机发信机Ch.ACh.BCh.ACh.B4×STM-1或4×63×2Mb/sSTM-4光接口去发信天线自收信天线CNetSDH微波传输设备SDH复用设备Ch－波道Cnet－控制网络IF－中频Modem－调制解调器OAMP－运行、管理、维护和参数配置单元……终端站基本组成端站设备端站可分为终端站、中间站和分路站三种类型IFModemCh.ACh.B收信机发信机Ch.ACh.BCh.ACh.BSTM-4RFIFIFRF－射频中间站设备配置端站设备端站可分为终端站、中间站和分路站三种类型SDH分插复用IFModemCh.ACh.BOAMP收信机发信机Ch.ACh.BCh.ACh.BSTM-4CNetIFIFSTM-1或2Mb/sSTM-4RF分路站设备配置再生站设备再生站设备主要用于接收、再生和发送由微波通道所传输的SDH数字信号IFModemCh.ACh.BOAMP收信机Ch.ACh.BIFIFIFIF发信机Ch.ACh.BCNetRF自接收天线来再生站设备配置SDH微波基带信号处理SDH数字微波通信中的SDH信号处理，一般称为DSP部分SOH分接3选1SOH插入扰码去扰码RFCOH插入ROH分接纠错编码纠错编码格雷译码差分编码差分编码格雷编码自/格更换格/自更换时延调整分配主用备用SOH9999RFCOH927855IQ主用备用999922810IQ2RFCOH－微波辅助开销数字信号处理器这里是和光纤SDH通信差异的地方运行、维护、管理的配置子系统网络管理的分层结构来描述网元层网元管理层DMCUINEUI主用OMCOMNE备用OMCCNetCNetCNetCNetOAM&PShelves收信发信Modem复用SOHSOHSOH中继站中继站终端终端OMC－运行管理中心OMNE－网元运行管理单元NE－网元UI－用户接口Cnet－控制网络三、SDH数字微波传输系统的主要技术抗衰落的技术调制解调技术分集技术非线性失真补偿技术抗衰落的技术衰落为时变恶化因素。主要表现在大气吸收衰耗（大气中氧分子、磁界极子、水蒸气分子）等吸收电波能量；雨、雾引起的散射衰耗；多经衰落，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；微波频率选择的衰落等。抗衰落的技术对于以上的衰落，常采用以下几种抗衰落措施：自动增益控制（AGC）技术频率分集技术空间分集技术自适应均衡技术交叉极化干扰补偿技术SDH数字微波实用的调制解调技术把纠错编码与调制器作为一个整体来考虑在STM-1中一般采用TCM-64QAM调制，而解调采用维特比译码来实现STM-4采用了一种叫做多级的编码调制（MLCM）的方法，如STM-4中采用的64QAMMLCM调制方式分集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某一路作为输出，有的也称倒换式分集）室内分集技术（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集）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6.3卫星通信系统卫星通信是地面微波中继通信的发展，是随着航天技术的发展而发展起来的现代通信方式。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线信号，在多个地球站之间进行信息交换的通信方式6.3卫星通信系统卫星通信的示意图ABCD地球E一、卫星通信的概念卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信地球站是指设在地球表面（包括地面、海洋和大气中）的无线电通信站用于实现通信目的的这种人造地球卫星叫做通信卫星一、卫星通信的概念在通信卫星天线波束覆盖的地球表面区域内，各种地球站通过卫星中继站转发信号来进行通信利用通信卫星作为中继站进行的一种特殊微波中继通信一、卫星通信的概念卫星通信是宇宙无线电通信的形式之一宇宙通信有三种基本形式一、卫星通信的概念目前，绝大多数通信卫星是地球同步卫星120°的等间隔在轨道上配置三颗静止卫星全球通信网二、卫