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1、第第8 8章章 现代数字通信系统介绍现代数字通信系统介绍 -微波与卫星通信系统微波与卫星通信系统研究内容：研究内容：1 1 微波通信系统的基本概念微波通信系统的基本概念 2 2 数字微波系统数字微波系统 3 3 微波通信频段配置微波通信频段配置 4 4 卫星通信系统的基本概念卫星通信系统的基本概念 5 5 卫星通信系统的组成与体制卫星通信系统的组成与体制 6 VSAT6 VSAT卫星通信系统卫星通信系统 7.7.全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）1 1 微波通信系统的基本概念微波通信系统的基本概念微波：微波：是指频率为是指频率为300MHz300GHz的电磁波，其所的电磁波，其所对应的
2、波长为对应的波长为1m1mm。LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GHz30GHz 300GHz300GHz红外线可见光工业和天电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小工业和天电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小微波信号的频率范围1 1 微波通信系统的基本概念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远距离地面微波中继通信系统
3、的示意图微波中继通信示意图 BC中继站中继站终端站终端站AD1 1 微波通信系统的基本概念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：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，波就会受到地面的阻挡，而无法到达收信端。所以，为了
4、延长通信距离，需要在通信两地之间设立若干中为了延长通信距离，需要在通信两地之间设立若干中继站，进行电磁波转接；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。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如图所示。来自数字终微波调制发射机的组成方框图如图所示。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。
5、这种方案的发射机结构简单，但当发射频线发射出去。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。的通用性差。2 2 数字微波系统数字微波系统 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端的信号经过码型变换后，在中频调制器中对中频载波（波（70MHz或或140MHz）进行调制（数字相位调制），）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，把中频信号获得中频调制信号。然后通过功率中放，把中频信号
6、放大到规定要求的功率电平，经上变频器变换为微波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，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由发射天线发射出去2 2 数字微波系统数字微波系统(a)微波调制发射机方框图中 频振荡器中 频调制器功率中放上变频器微波功放微波滤波器码型变换微波本振信码入微 波振荡器微 波调制器微波功放微波滤波器码 型变 换信码入(b)中频调制发射机方框图2 2 数字微波系统数字微波系统 数字微波收信设备由射频系统、中频系统和解调数字微波收信设备由射频系统、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
7、信号经系统三部分组成。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，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。送到解调单元，实现信码解调和再生。2 2 数字微波系统数字微波系统接收设备框图 微 波滤波器微波低噪声放大器混频前置中放中频滤波器主中放自动增益控制相位检测载波提取判决再生位同步恢 复信号输出收本振中频系统射频系统解调系统天线2 2 数字微波系统数字微波系统馈线及天线系统：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
8、收馈线：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发射，或将空间电磁波转换成电信号送给微波接收机2 2 数字微波系统数字微波系统收发公用器：收发公用器：1.收、发系统采用同一频段内的两个不同的波道收、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率分离双工器实现2 2 数字微波系统数字微波系统数字微波中间站的转接方式数
9、字微波中间站的转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方式、中频转接方式和微波转接方式三种2 2 数字微波系统数字微波系统微波中继转接方式 基带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。话路，是微波分路站和枢纽站必须采用的转接方
10、式。采用这种转接方式的中间站的设备与终端站可以通用。采用这种转接方式的中间站的设备与终端站可以通用。中频转接中频转接省去了调制、解调器，简化了设备，但中省去了调制、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。频转接不能上、下话路，不能消除噪声积累。微波转接微波转接与中频转接类似，但其转接接口是微波接口，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，转信载频载频f2相对于收信载频相对于收信载频f1需要移频，即移频振荡器的频需要移频，即移频振荡器的频率等于率等于f2与与f1之差之差数字微波通信
11、系统的构成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、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。若干个中继站及分路站构成，如下图所示。主干线支 线微波终端站微波分路站微波中继站再生中继站，它对收到的已调信号解调、判再生中继站，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。它可以去掉传输中引入的噪声、干扰和失真。2 2 数字微波系统数字微波系统端站端站中间站中间站枢纽站枢纽站再生中继站再生中继站端站端站端站端站 数字微波中继线路组成数字微波中
12、继线路组成处于线路两端或分支线路终处于线路两端或分支线路终点的站点的站,可上下全部支路信可上下全部支路信号号处于长途干线上处于长途干线上,需要完成数个方需要完成数个方向上的通信任务向上的通信任务沟通本站上下部分支沟通本站上下部分支路路,另外沟通干线上另外沟通干线上两个方向之间通信两个方向之间通信对收到的已调信号进对收到的已调信号进行解调行解调,判决再生判决再生,转转发至下一方向发至下一方向2 2 数字微波系统数字微波系统3 3 微波通信频段配置微波通信频段配置1.集中配置方案集中配置方案2.波道交替配置方案波道交替配置方案3.同波道交叉极化方案：同波道频率再用同波道交叉极化方案：同波道频率再用
13、 插入波道型频率再用插入波道型频率再用微波通信频率配置方案微波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。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、卫星通信部分主要包括发端地面站、收端地面站、上行线、下行线和通信卫星上行线、下行线和通信卫星4 4 卫星通信系统的基本概念卫星通信系统的基本概念4 4 卫星通信系统的基本概念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：卫星通信的主要优点：1.通信距
14、离远，建设成本与通信距离无关通信距离远，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可以自发自收进行监测 5.通信线路稳定可靠，通信质量高通信线路稳定可靠，通信质量高 6.通信电路灵活，机动性好通信电路灵活，机动性好4 4 卫星通信系统的基本概念卫星通信系统的基本概念4 4 卫星通信系统的基本概念卫星通信系统的基本概念当卫星运行轨道在赤道面内时当卫星运行轨道在赤道面内时,称赤道轨道称赤道轨道,如轨道呈如轨道呈圆形圆形,此轨道离地面高度为此轨道离
15、地面高度为35786.6 km时时,此轨道称此轨道称为同步轨道。为同步轨道。在同步轨道上运行的卫星在同步轨道上运行的卫星,卫星运行方向与地球自转卫星运行方向与地球自转方向相同方向相同,由西向东作圆周运动由西向东作圆周运动,卫星运行周期为恒卫星运行周期为恒星日星日(23小时小时56分分4秒秒),一般称为一般称为24小时。小时。这时卫星相对于地球表面呈静止状态这时卫星相对于地球表面呈静止状态,在地球上观察在地球上观察卫星时卫星时,此卫星是静止不动的此卫星是静止不动的,人们把这个卫星叫做人们把这个卫星叫做同步卫星或叫静止卫星。同步卫星或叫静止卫星。这个轨道也称为静止轨道。这个轨道也称为静止轨道。4
16、4 卫星通信系统的基本概念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当静止卫星和地心及太阳在一条直线上,且地球挡住且地球挡住太阳使卫星处于阴影区时太阳使卫星处于阴影区时,就称此为星蚀。星蚀一般就称此为星蚀。星蚀一般发生在每年春分和秋分前后发生在每年春分和秋分前后23天天,当地的午夜时间前当地的午夜时间前后后,持续时间大约持续时间大约1小时左右。这时小时左右。这时,卫星上太阳能电卫星上太阳能电池不能供电池不能供电,只能依靠星载蓄电池或化学电池供电只能依靠星载蓄电池或化学电池供电,也也可以适当调整卫星位置。可以适当调整卫星位置。在这一直线上的另一种情况是在这一直线上的另一种情况是,当太阳正对着卫星当太阳正对着卫星,地地面站天线对准太阳面站天线对准太阳,这时因太阳黑子产生的强大的太这时因太阳黑子产生的强大的太阳噪声干扰阳噪声干扰,会使通信短暂中断会使通信短暂中断,这种现象称为日凌中这种现象称为日凌中断。这种现象也是发生在每年春分、秋分前后各断。这种现象也是发生在每年春分、秋分前后各6天天左右。每次大概左右。每次大概6分钟分钟,因此在通信中要尽量避免。因此在通信中要尽量避免。5
