微波与卫星通信新技术及其通信网共133页

• 频分多址 • 时分多址 • 空分多址 • 码分多址
卫星通信多址方式
卫星通信系统
• 卫星通信系统的线路
– 在一个卫星通信系统中，各地球站经过通信卫星转发器可以组成多条 单跳单工或双跳单工卫星通信线路。
– 单工是指通信的双方分别被固定为发信站和收信站。 发信站发送的信 号只经一次卫星转发后就被接收站接收的卫星通信线路叫做单跳单工 卫星通信线路。
– 发信站发送的信号经过两次卫星转发后被接收站接收的卫星通信线路 叫做双跳单工卫星通信线路。
卫星通信系统
卫星通信系统的分类
– 同步卫星通信系统(GEO)
• 卫星绕地球的运行周期与地球自转同步，而对地 球应相对静止，又称为静止轨道卫星系统。
– 非同步卫星通信系统
• 中轨道卫星系统(ICO或MEO) • 高轨道卫星系统(HEO) • 低轨道卫星系统(LEO)
同步通信卫星的设置和可通信区
• 通信卫星一般是指同步卫星， 同步卫星的轨道是圆形且在赤 道平面上，同步卫星离地面 35785.6公里，飞行方向与地 球自转方向相同时，从地面上 任意一点看，卫星都是静止不 动，这种对地静止的卫星称为 通信卫星。利用三或四颗同步 卫星，就能够使信号基本覆盖 地球的表面。
5.微波设备 微波设备主要由IDU、ODU、中频电缆、天线等部分组成
IDU是室内单元，Indoor Unit。ODU是室外单元， Outdoor Unit。 中频是指发射机将信号载 波变换成发射频率，或者 将接收频率变换成基带的 一个中间频率，一般由系 统架构决定。 而射频，就是天线发射出 去的、在空中传播的电磁 波信号频率。
微波通信
5.微波设备组成
IDU负责完成业务接入、复分接 和调制解调，在室内将业务信

受大气中的降雨、烟尘、雾撞的影响比微波大 , 星地间 指向精度要求很高。
地球站基本组成
卫星光通信现状,发展趋势
目前， 国际上研究卫星光通信的主要有欧洲、日本和美 国。卫星光通信技术已经从关键技术研究发展到地面模拟、 空间实验 以及工程实现。已建有专用于卫星光通信试验 的卫星光通信地球站 ,可以预期 , 卫星光通信的发展将 会导致一场新的卫星通信革命。
随着卫星激光通信关键技术的突破 和激光所具有的优势逐步体现，业 界的专家达成一致意见：面对日益 增长的高数据率和大通信容量的需 求，必须用光通信来实现卫星通信。 未来世界的通信体系将是一个天上 卫星光网和地面光纤光网连接一起 的空地激光通信体系。
空间光通信发展展望
近年来的商业需求和空间信息公路、信息高速 公路的发展,对卫星间激光链路技术要求更加迫切,这 些已经作为美国、欧洲、日本等国发展该方面技术的 动力,并正向商业应用转化。
主要内容
我国卫星通信发展现状
当代卫星通信新技术
卫星光通信
卫星通信在三网融合领域的应用
北斗卫星导航系统
卫星通信的发展前景
北斗卫星系统介绍 北斗卫星系统任务及功能 北斗卫星系统功能应用及面临的挑战
卫星光通信的基本技术 卫星光通信地球站的基本组成 卫星光通信的现状和发展趋势
卫星光通信的关键技术
激光器技术。 捕获、跟踪与瞄准技术 精密天线收发技术。 调制、接收技术。 震动抑制技术。
光学 接收
解调 星上交 再调制 光学
换处理
再发射
地-星-地 卫星光通信
原理图
地面网
光通信卫星 地面网
包含卫星网络在内的三网融合应 用图景及其意义
意义
卫星通信系统的加入，让三网融 合 在网络结构上更加合理，服务种类上 更 加丰富 服务范围上更加广阔，运行成 本上更加经济，产业带动上更加强大。 三网融合的本质并非三网合一、三网趋 同，而是三网和各种传输资源的综合利 用。卫星通信系统的应用，可以为用户 提供更多的服务内容，为经济发展提供 更大的推动力量，为科技进步提供更好 的历史机遇，为文化繁荣提供更佳的网 络平台，为社会和谐提供更强的支撑保 障。

…
Ｉ
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． １ ５ ． ０ ５ ３
微波通信和 卫星通 信的异同点及发展 比较
高亚哲
北 京信 息科 技 大 学 １ ０ ０ ０ ８ ５
摘
要
微 波通 信和 卫 星通 信是 无 线 电通 信 系统 的重
一 一
示，美国的比例为７ ０ ％，日本为５ ５ ％，法国
为５ ２ ％ 。因此 ，随 着通 信技 术 的不 断发 展 ， 微波 通信 将会 成 为最有 发展 前景 的 通信 手段
之一 。
Байду номын сангаас
２卫星通信的定义和特点
２ ． １卫 星通 信 的定 义
较为 灵活 同时 还 可以进 行 自由组 合 。第 七 ， 在顽 存性 方 面 ，卫星通 信 的顽存 性较 差 ，定 轨 性 容 易 受 到 攻 击 ，而 地 面 站 的 顽 存 性 很 好 ；第八 ，在抗 截获性 方 面 ，卫 星通 信 因为 星上 转发 器 电波开 放 ，抗截 获性 差 ，而 微波 通信 辅 以较 强的抗 干扰 措施 同时还 可借 助天 线 的方 向性 ，抗 截获 能力 强 ；第九 ，卫 星通 信 的物理 目标 大 ，而微 波通 信 的物理 目标较 小 ；第十 ，卫星 通信 的发 射功 率大 ，而 微波 通信 的 发射 功率 较小 。 此外 ，在 实 际使 用 方面 ，卫 星 通 信 需 要 星上 资源 ，而 地面 微波 通信 则要 求视 距 无 阻挡 ；在抗 干扰 难点 方面 ，卫星通 信 主要是 星上抗 干扰 ，而 微波 通信 是 高传输 速率 上 的 高 抗干扰 增 益 ；在费 用方 面 ，卫星 通信 一般 比较 昂贵 ，而微 波通 信则 较低 。 ３ ． ２ 发展 趋势 比较 １ ）微 波 通信 的发 展趋 势 随 着 通 信 技 术 的 不 断 发 展 ，微 波 通 信 的应 用范 围也 会进一 步扩 大 ，现 简单 介绍 如 下 ：第一 ，微波 通信 可 以作 为干 线光 纤传输 的备 份 和 补 充 ，采 用Ｐ ＤＨ微 波 以 及 点 对 点 的Ｓ Ｄ １ Ｈ微 波 等 。第 二 ，可 用 于 海 岛 、农 村 等边 远地 区以 及专 用通 信 网中为 用 户提供 基 本 业 务 的 场 合 ，这 时候 可 以 使 用 微 波 点 对 点 、点对 多点 系统 。第 三 ，用于 城市 的短 距 离支 线连 接 ，比如 移动 通信 基站 之 间 、基站 与基 站控 制器 之 间的连 接 、局域 网之 间 的无 线联 网等 方面 。 ２ ）卫 星通信 的 发展趋 势 在 未 来 的 发 展 过 程 中 ，卫 星 通 信 将 在 ３微波通信和卫星通信异 同点及发展比 以下 几个 方面 获得 较大 的发 展 ：第一 ，地 球 同步 轨道 通信 卫 星 向大容 量 、多波 束 、智能 较 化 等方面 发 展 ；第二 ，低轨 卫 星群 将会 与蜂 窝通 信技 术进 行结 合 ，从而 实现 全球 个 人通 ３ ． １微波 通信 与卫 星通 信 的异 同点 相 同 点 ： 卫 星 通 信 也 是 一 种 微 波 通 信 ；第 三 ，小型 卫星 通信 地面 站的 应用 范 围 信 ，二者 都具 有微 波通 信的 特 点。二 者的 不 将 会进 一步扩 大 等 。 同点主 要表 现 在以 下几 个方 面 ：第一 ，卫 星 通 信是 一 种较 为理 想的 自由空 间微波 传输 方 总 结 式 ，但 地 面微 波通 信受 很 多因素 的干 扰 ，最 为 常 见的 有地 形 、地貌 等 ；第二 ，如 果将 微 综 上所 述 ，随着 无 线通 信 技术 的进 一 波 中继 站放 置 到 卫 星 上 ，就 形 成 了 卫 星 通 步 发 展 ，微 波通 信和 卫星 通信 的 应用 范 围也 信 ，传输 距离 不受 地球 表面 的遮 挡 限制 ，尤 会 越 来越 广 ，将会在 人们 的生 产 和生 活 中扮 其是 同步轨 道 卫 星可 以 将 １ ／ ３ 的地 球 表面 完 演 着越 来越 重 要的 角色 。微 波通 信具 有受 外 全 覆 盖 ，而地 面微 波站 是万 万做 不 到的 ；第 界 干扰 小 、传播 比较 稳 定等优 点 ，而 卫星 通 三 ，卫星 通信 的通 信距 离 与建 设成 本无 关 ， 信 具 有通 信距 离远 、容 量大 、便 于实 现 多址 只要 在卫 星 的覆 盖范 围之 内 ，任意 站点 之 间 联接 等优 点 ，在实 际应 用过 程 中要深 入 了解 都可 以通 过卫 星进 行连 接 。而 地面微 波 通信 微 波 通信 和卫 星通 信 的特 点和不 同之 处 ，充 离 不 开 中 继 传 输 ，而 且 对 微 波 中继 站 的 距 分发 挥二 者在 经济 社会 中 的作 用。 离还 有 限制 ，一般 都在 ５ ０ 公里 以 内 ；第 四 ， 在时 延 方 面 ，同步 轨道 距 地 面 约为 ３ ６ ０ ０ ０ 公 里 ，单 跳 （ 甲站 一卫星 一乙站 ） 电波 时延 约

Page 20
•基带转接方式：将接收到的微波信号首先 通过混频器下变频至中频，经过解凋、采 样判决后，得到基带数字信号，然后将恢 复的基带码流重新调制，经混频器上变频 至微波发射频率，将信号放大后再通过天 线发射出去。
Page 21
图5-4 再生转接式中继站框图
Page 22
5.1.2 微波传播特性
Page 48
2．卫星通信的特点
① 通信距离远，建站成本与通信距离无关。 ② 以广播方式工作，便于实现多址联接。 ③ 通信容量大，能传送的业务类型多。 ④ 可以自发自收进行监测。
Page 49
• 卫星通信具有以上的特点，在具体实施中 也给技术上带来了一些难点。 ① 需要先进的空间技术和电子技术。 ② 要解决信号传播时延带来的影响。
Page 42
③ 沿线附近卫星地面站的位置、同步卫星 轨道指向和工作频率，有关飞机场、雷达站 等设施的位置、工作频率和通讯设施，它们 涉及与线路相互干扰的问题； ④ 沿线的地形、地物、气候等情况，它们 对电波传播和接收信号的衰落特性均有影响。
Page 43
5.2 卫星通信系统
• 卫星通信是地球站之间利用通信卫星转发 信号的无线电通信，是现代通信的重要手段。
Page 46
• 用11/14GHz与4/6GHz相比，其具有以下 优点。 ① 由于不同于地面中继线路所用频段，因 此不存在与地面网干扰问题。
Page 47
② 若地球站及卫星的天线尺寸一定， 11/14GHz波束宽度比4/6GHz的一半还窄。 ③ 相同尺寸的卫星天线的增益，接收时是 4/6GHz的5.33倍，发射时是9.15倍，总的 改善为16.9dB。
1．地形地物对微波传播的影响
• 微波中继通信系统中的微波主要在靠近地 表的大气空间传播，因而地形地物对微波会 产生反射、折射、散射、绕射和吸收现象。

3.2 频分多址技术
3.2.1 频分多址技术原理与应用
特点 1. 工作原理
在以此种方式工作的卫星通信网中，每个地 球站向卫星转发器发射一个或多个载波，每个载 波都具有一定的频带，它们互不重叠地占用卫星 转发器的带宽。
2． FDMA的应用特点
频分多址方式是早的多址方式，其最突出的
特点是简单、可靠和易于实现。
所以信道分配方式采用按申请分配 即按需分配
3．星上交换SS-FDMA
在多波束环境（空分复用）中工作的卫星系统 为实现地球站间的通信，寻址时常采用星上交换 (SS-FDMA)方式。
◆上行线路和下行线路 各包含三个波束 ◆每个波束均使用同一 组频率
SS-FDMA卫星转发器方框图
其频率配置方案是事先设计好的
数字制的预分配SCPC又包括PCM-PSKSCPC和DM-PSK-SCPC方式，我们首先从PCMPSK-SCPC方式开始介绍。
（1）PCM-PSK-SCPC
在预分配SCPC方式中，任意两地球站之间 进行通信时，其下行链路的载波只携带一路信号， 并且占用一条卫星通道。
① SCPC的频率配置
在采用SCPC方式工作的IS-IV卫星通信系统 中，将其中一个卫星转发器的36MHz带宽等间隔 地分为800个通道，其频率分配如图所示：
1.每载波多路MCPC-FDMA方式
发往B、C、D站 的各路信号
分配给站A的 射频频谱
每载波多路MCPC-FDMA的分类：
按每路采用的基带信号复用类型可将MCPC分为
① FDM-FM-FDMA
各路基带模拟信号以频分复用方式复用在一起 然后以调频方式调制到某一个载波频率上 最后再以FDMA方式发射和接收
3.1 多址技术与信道分配技 术的概念

第4章 卫星通信中的多址技术
3．随机分配方式 随机分配方式是指网中各站随机地占用卫星转发器的信道， 这种方式通常在卫星通信的数据交换业务中使用。 以上所讨论的信道分配方式都是在每个地球站各具有一台 交换机的条件下进行的，而卫星转发器没有交换和分配信道的 能力。随着通信业务的增长和卫星转发器技术的发展，某些信 道分配的功能已移到卫星上。这样的卫星就不再是“透明”的， 而具有了交换处理和信号加工的功能。
4.1.1 多址方式的概念及分类
多址方式是指在同一颗卫星覆盖范围内的多个地球站，可 以通过该卫星实现两站或多站之间的通信。多路复用是通信中 常用的提高信道利用率的方法，而多址技术是卫星通信中特有 的提高信道利用率的方法。两者之间的差异在于多路复用是多 路信号在基带信道上进行的复用，多址技术是指将多个地球站 发射的射频信号，在射频信道上进行的复用。两种技术在通信 过程中都包含多个信号的复合、复合信号在信道上的传输以及 复合信号在接收端的分离三个过程，如图4－1所示。其中最关 键的是如何在接收端从复合信号中提取出所需的信号。多路复 用信号在接收端的分离在其它相关课程中均有介绍，在此重点 介绍多址技术中信号在接收端的分离。
第4章 卫星通信中的多址技术
4.1.2 多址方式中的信道分配技术 1．预分配方式 在这种信道分配方式中，卫星信道是预先分配给各地球站
的。在使用过程中不再变动的预分配称为固定预分配方式。对 应于每日通信业务量的变化而在使用过程中不断改变的预分配 称为动态预分配方式。
第4章 卫星通信中的多址技术
1）固定预分配方式 在卫星通信系统设计时，按照通信业务量的多少分配信道 数目，每个站分到的数量可以不相等，分配后在使用过程中信 道的归属一直固定不变，即各地球站只能使用自己的信道，不 论业务量大小，线路忙、闲，都不能占用其他站的信道或借出 自己的信道。 固定预分配方式的优点是通信线路的建立和控制非常简便， 缺点是信道的利用率低。因此这种分配方式只适用于通信业务 量大的系统。

微波与卫星通信新技术及其 通信网
7.1 SDH微波通信系统 7.2 卫星移动通信系统 7.3 宽带IP卫星通信技术 7.4 微波与卫星通信技术的发展展望
7.1 SDH微波通信系统
SDH是新一代的数字传输体制。它不仅可 以用于光纤通信系统中，而且还可以运用于微波 通信、卫星通信之中，从而可建立一个全新的 SDH微波、卫星通信网络。由于SDH技术在微波 与卫星通信中的应用原理都基本相同，因而这里 仅就同步数字体系的微波传输进行讨论。
③
如图7-9所示的是波道A，B信号发送 编程。
发信过程
STM-4群路数据流经光传输接口 （OTI）接入A，B波道的数字信号在中频 调制解调器中包括两个光传输接口OTI， 并采用1+1保护方式，互为备份。
-
图 7 9
信 号 发 送 流 程
如图7-10所示的为信号接收流程。由 于不同微波站其地理条件不同，因而通常 采用2重或3重空间分集接收，但不同分集 信号都将经过收波道分路带通滤波器 （BPF）、低噪声放大（LNA）和下变频 器处理后进入三重空间分集接收组合器。
3.交叉极化干扰抵消（XPIC）技术
由于SDH微波传输容量大，为了能够提 高频谱利用率，因此在数字微波系统中除采 用多级调制技术（64QAM，128QAM或 512QAM调制）外，还采用了双极化频率复 用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。
4.
在SDH数字微波通信中，采用了无线通信方 式，因而多径衰落的影响不容忽视。加之系统中 采用了多级调制方式，要达到ITU-R所规定的性 能指标的要求，就必须采用相应的措施抑制多径 衰落的影响。
7.1.3 SDH
在SDH微波通信系统中，STM-4的传 输速率为622.08Mbit/s, 占用两个微波波道。 终端站设备基本结构如图7-6所示。它主要 由SDH复用设备和SDH微波传输设备构成。

抗干扰能力强
微波信号在空中传播，不易受到地面障碍物的影响，具有较强的抗干 扰能力。
灵活性高
微波通信设备轻便，易于安装和移动，适用于各种复杂环境下的通信 需求。
长距离通信
微波信号在自由空间中传播，能够实现较远距离的通信，适用于城市 间、区域间的通信。
挑战
传输损耗 大气干扰 多径效应 频谱资源有限
随着传输距离的增加，微波信号的能量会逐渐损耗，导致信号 强度下降。
微波信号在空间传播时，会随着距离的增 加而逐渐衰减。
视距传播
地面反射
微波信号在视距范围内传播时，可以不受 建筑物、地形等因素的阻挡。
微波信号在地面传播时，可能会受到地面 的反射作用，影响信号的传输调技术
01
调频（FM）调制
通过改变微波信号的频率以传递信 息。
调幅（AM）调制
展望
未来微波通信技术的发展方向
01
随着技术的不断进步和应用需求的增加，未来微波通信技术将
朝着更高频段、更高速度、更可靠的方向发展。
5G和6G通信技术中的微波通信
02
5G和6G通信技术将大量使用毫米波和亚毫米波频段，这些频段
的信号传输将依赖于微波通信技术。
微波通信与其他技术的融合
03
未来微波通信将与光通信、量子通信等技术融合，形成更加高
据容量的传输。
软件定义无线电技术
软件定义无线电技术将使微波通信设 备更加灵活和可配置，适应不同的通
信需求和频谱环境。
智能化天线技术
利用智能天线技术，实现定向波束传 输和接收，提高信号质量和抗干扰能 力。
5G融合发展
微波通信将与5G等新一代移动通信技 术融合发展，共同推动无线通信技术 的进步和应用。

微波通信系统的构成
中继传输方式
第6章 数字微波与卫星通信系统
地面微波接力通信系统工作在46GHz，它通 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²¨为ÖÐ视¼Ì距½Ó（约Á¦ 5Ïß0Km·）。
数字微波系统组成
第6章 数字微波与卫星通信系统
时分 复用 设备
调制 解调 设备
第6章 数字微波与卫星通信系统
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 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 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 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， 从信道性质来说,一般都认为是恒参信道。
数字微波系统实例
发信设备的组成
第6章 数字微波与卫星通信系统
中放 中频 信号
发信 混频
发信 本振
变容管 调频
单 向 器
滤 波 器
微波 功放
输出 功放
自动电 平控制
公务信号
分路 滤波
收信设备的组成
第6章 数字微波与卫星通信系统
中频
自
输出
主 中
适 应
合
放
均
成
衡
前 置 中 放
收 信 混 频
抑 镜 滤 波
时分多址方式
第6章 数字微波与卫星通信系统
系统的定时与同步
就目前的卫星发射技术而言，如果使 卫星的位置保持在精度±0.1°范围，高度 变化在0.1%以内，那么卫星可在 75km×75km×75km的立体空间内漂移。
时分多址方式
第6章 数字微波与卫星通信系统

（2
这种干扰同样存在于地面移动通信系 统中，当两个以同频工作的移动台各自与 基站之间的距离相差较大（一个移动台距 基站较近，另一个移动台距基站较远）， 当它们以相同的发射功率向基站发射信号 时，基站接收机接收的近端移动台所发的 信号功率较大，而远端移动台所发的信号 较小。
（3
CDMA系统中的用户信号首先需要经 过信息调制，从而获得窄带已调信号，然 后再将该已调信号与作为地址码的伪随机 码进行调制，并产生发送信号此时发送信 号的带宽将远大于传输用户信息的频谱宽 度。
（3）按卫星移动通信系统的通信覆
有国际卫星移动通信系统、区域卫星移动通
2.
如图7-14所示，卫星移动通信系统通 常包括空间段和地面段两部分。空间段是 指卫星星座，而地面段是指包括卫星测控 中心、网络操作中心、关口站和卫星移动 终端在内的地面设备。
图7-14 卫星移动通信系统的基本组成
（1）按一定规则分布的卫星构成一
（6）通话完毕后，主叫和被叫终端释放通 信链路，并由本地关口站通过卫星链路向双方的 归属关口站发相应的通信记录，以供主叫和被
4.卫星移动通信系统的使用频段
当电波穿过地球周围的大气层，在地 球站与卫星之间传播时，会遇到电离层中 自由电子和离子的吸收作用，还会受到对 流层中的氧、水汽和雨、雪、雾的吸收和 散射影响，从而产生一定的衰减。其衰减 程度与工作频率、无线仰角以及气候条件 因素有关。
7.2 卫星移动通信系统
卫星通信具有覆盖面积大、受地 理条件限制少、通信频带宽的特点， 因而成为现代通信不可缺少的通信手 段。
7.2.1 卫星移动通信系统的基
本概念及其分类
1.
卫星移动通信系统的性质、用途不同，所采 用的技术手段也不同，因此存在多种分类方法， 它们各自反映了卫星移动通信的不同侧面。具体