通信系统和技术基础6.微波通信与卫星通信6.1 微波通信6.2 微波通信设备6.3 卫星通信6.4 几种典型的卫星通信系统36.1 微波通信46.1 微波通信主要指以工作在300MHz300GHz频段（波长0.1mm0.1m，如分米波、厘米波和毫米波）的无线电波作为载波传送信号的通信方式。目前，微波通信并没有使用微波的全部频率，而是主要使用3GHz40GHz这个范围。按传送信号的不同可将微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信。微波通信与同轴电缆通信、光纤通信和卫星通信等现代通信网传输方式不同的是，微波通信是直接使用微波作为介质进行的通信，不需要固体介质，当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离的特点，因此是国家通信网的一种重要通信手段，也普遍适用于各种专用通信网。56.1 微波通信无线电波划分频段名称频率范围波段名称波长范围甚低频（VLF）3kHz30kHz万米波，甚长波10km100km低频（LF）30kHz300kHz千米波，长波1km10km中频（MF）300kHz3000kHz百米波，中波100m1000m高频（HF）3MHz30MHz十米波，短波10m100m甚高频（VHF）30MHz300MHz米波，超短波1m10m特高频（UHF）300MHz3000MHz分米波10cm100cm超高频（SHF）3GHz30GHz厘米波1cm10cm极高频（EHF）30GHz300GHz毫米波1mm10mm300GHz3THz亚毫米波0.1mm1mm波段通常是由无线电波按一定性质划分成的。无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段。6可容纳大量的通信波道，每个波道可通几十路电话信号到几千路电视信号。雷电、辐射等干扰对微波通信影响很小两站间的距离不能太长 微波频率很高、波长很短微波天线可获得高增益和强方向性。微波通信特点：6.1 微波通信721世纪以来，由于采用了新型的光纤和新的信号传送技术，光纤的传输容量越来越大，尤其是DWDM技术的采用使光纤的传输容量有了质的飞跃。光纤通信以其巨大带宽、超低损耗和较低成本而成为干线传输的主要手段，并对数字微波通信形成巨大的冲击。微波传输的干线功能逐渐被光纤通信所取代。自20世纪90年代以来，以大容量光纤传输作为国家信息“高速公路”的主要手段已经成为不可抗拒的历史潮流。国家骨干网到各个地区、各县市都有光纤通信网。光纤通信网已经成为信息高速公路的主干传输平台。随着光纤成本的进一步下降，现在有条件布放光纤的通信站点，光纤已经全面替代微波，微波通信只用在个别偏远地区和山区，以及应急救灾通信场合。6.1 微波通信86.2 微波通信设备微波通信设备主要由室内单元（IndoorUnit，IDU）、室外单元（OutdoorUnit，ODU）、中频电缆（IntermediateFrequencyCable，IFC）、天线等部分组成。IDU负责完成业务接入、复分接和调制解调，在室内将业务信号转换成中频模拟信号。I主要包含基带和中频（收和发）部分。ODU负责完成信号的变频和放大，主要的功能模块是微波发射和接收模块。天线系统一般包括收发滤波器和天线。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。96.1 微波通信基于时分复用技术的一类多路数字通信体制。可以用来传输电话信号，也可以用来传输数据信号与图像信号。与数字微波通信相对应的是它的前身模拟微波通信，它是基于频分复用技术的一类多路通信体制，主要用来传输模拟电话信号和模拟电视信号数字微波通信特点：它所传送的信号是按照时隙位置分列复用而成的统一数字流，具有综合传输的性质。它利用微波信道来传送信息，拥有很宽的通过频带，可以复用大量的数字电话信号，可以传送电视图像或高速数据等宽带信号。优点：（1）数字信号可以“再生”，因此中继段上的线路噪声不会随中继站数的增加而积累，从而提高了抗干扰性。（2）由于数字微波传输的是数字信号，因而便于与数字程控交换机连接，不需经数/模、模/数转换设备，即可组成传输与交换一体化综合数字通信网。（3）保密性强，易于进行加密处理。（4）体积小、重量轻、功耗低、设计调整方便。106.2 微波通信的设备通信线路的设备1用户终端用户终端指直接为用户所使用的终端设备，如电话机、计算机等。2交换机交换机设置在电信部门，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立起整个的通信电路。这种交换机可以是模拟交换机，也可以是数字交换机。3数字终端机数字终端机即数字终端复用设备，其基本功能是把来自交换机的多路用户音频模拟信号变换成时分多路数字信号，以及把由解调器收到的多路数字信号反变换为音频模拟信号，送到交换机，直至用户终端。4微波中继站微波中继站是将信号进行再生、放大处理后，再转发给下一个中继站，以确保传输信号的质量，所以微波中继站又称为再生站。微波中继站使得微波通信信号能传送到几百千米甚至几千千米之外。5微波分路站微波分路站（或称主站）是既有落地话路又有转接话路的接力站。它除了具有终端站的部分特点外，对微波链路有两个以上的通信方向。微波分路站对链路可起辅助控制作用。6微波终端站链路两端点的站或有支线时的支线终点站称为微波终端站。它的作用是把信号解调为基带信号送至基带终端设备（或相反）。微波终端站对每条链路通信方向一般只有一个，大型城市可能有几个方向的链路。微波终端站对各方向链路起主控作用。11接收来的数字信号经过接力站进行再生处理(解调、判决、放大整形、调制)，以减小噪声积累的转接方式。再生转换6.2 微波通信的设备12接收来的数字信号经过设备放大器放大信号后进行数字解调，再经微波功率放大器放大后经天线发射出去。可消除噪声积累。也可直接采用上、下话路。中频转接6.2 微波通信的设备13与中频转接相似移频振荡器将接收信号为f1的频率变换为f2的信号频率发射出去微波转接6.2 微波通信的设备14发信设备数字终端机的数字信号经码型变换后直接对微波载频进行调制。然后，经过微波功放和微波滤波器馈送到天线振子，由天线发射出去。通用性差。微波直接调制发射机数字信号经码型变换后，对中频载频进行调制，然后经过功率中放，经变频器把它变换为微波调制信号，再经微波功率放大器放大信号，由发送天线将此信号送出。中频调制发射机6.2 微波通信的设备15收信设备数字微波收信设备一般都采用超外差接收方式。它由射频系统、中频系统和解调系统等3部分组成。来自接收天线的微弱的微波信号经过馈线、微波滤波器、微波低噪声放大器和本振信号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大器放大、滤波后送解调单元实现信码解调和再生。射频系统可以用微波低噪声放大器，也可以不用微波低噪声放大器而采用直接混频方式，前者具有较高的接收灵敏度，而后者的电路较为简单。中频系统承担了接收机大部分的放大量，并具有自动增益控制的功能，以保证达到解调系统的信号电平比较稳定。对整个接收信道的通频带和频率响应也起着决定性作用。解调系统中数字调制信号有相干解调和非相干解调。相干解调具有较好的抗误码性能，关键是载波提取，即要求在接收端产生一个和发送端调相波的载频同频、同相的相干信号。6.2 微波通信的设备161945年英国物理学家阿瑟克拉克杂志上发表利用地球同步轨道上的人造地球卫星作为中继站进行地球上通信设想因此地球同步卫星轨道被命名为“克拉克轨道”美国于1962年12月发射了低轨道卫星“中继1号”。该卫星首次实现了横跨太平洋的日美间的电视转播。世界上第一颗同步通信卫星是1963年7月美国发射的“同步2号”卫星。1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射，由此开创了国的新纪元1984年4月8日“东方红二号”1988年3月7日“东方红二号甲”1997年5月12日“东方红三号”“东方红四号”它的研发成功为我国通信广播卫星达到20世纪90年代末国际通信广播卫星水平，实现跨越式发展奠定了基础。6.3 卫星通信17低轨道卫星卫星的轨道距地面5002000km传输时延和功耗都比较小，由于卫星轨道低、信号传播时延小，所以可支持多跳通信链路损耗小，可以降低对卫星和用户终端的要求中轨道卫星卫星距地面200020000km传输时延大于低轨道卫星覆盖范围也更大链路损耗和传播时延都比较小，静止轨道卫星卫星距地面35800km较大的传播时延和链路损耗同步卫星轨道高、链路损耗大，对用户终端接收机性能要求较高。按照工作轨道可分成低轨道卫星、中轨道卫星静止轨道卫星三类。6.3 卫星通信18卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统4部分组成的地球站：地球站是卫星通信系统中的地面通信设备，也称卫星地球站通信卫星：通信卫星包括通信系统、遥测系统、遥控系统、跟踪系统、控制系统、能源系统、温控系统、远地点发动机和机械结构系统等，主体是通信系统。遥测、遥控和跟踪系统：接收地面测控站的指令信号，使卫星上的设备按指令动作；向地面测控站发送遥测信号，提供卫星工作情况和环境信息控制监控系统：推进装置用于改变卫星的姿态和轨道，在卫星发射和运行期间进行姿态的调整和轨道的控制，确保卫星在允许的偏差内按预定的轨道运行。地球站6.3 卫星通信19铱星系统铱星系统是美国于1987年提出的第一代全球卫星移动通信系统。为了保证通信信号的覆盖范围，获得清晰的通话信号，初期设计认为全球性卫星移动通信系统必须在天空上设置7条卫星运行轨道（低轨道），每条轨道上均匀分布11颗卫星，组成一个完整的卫星移动通信的星座系统。由于它们就像化学元素铱（Ir）原子核外的77个电子围绕其运转一样，所以该卫星移动通信系统被称为铱星系统。铱星系统主要由4部分组成：空间段、系统控制段、用户段、关口站段。问题：价格昂贵、室内无法使用、终端过于笨重而使用不便、通信质量不佳等，在通信市场上遭受了“冷遇”。系统用户最多时才5.5万户，而据估算它必须发展到50万用户才能盈利。由于巨大的研发费用和系统建设费用，铱星系统背上了沉重的债务负担，整个铱星系统耗资达50多亿美元，每年仅系统的维护费就要几亿美元。2000年3月，铱星系统背负40多亿美元的债务正式破产。铱星系统在2001年接受新注资后“起死回生”，目前美国军方是其主要客户。6.4 典型的卫星通信系统20全球星系统全球星系统主要由3部分组成：空间段、地面段、用户段。全球星系统是由美国劳拉公司和高通公司倡导并研发的卫星移动通信系统。用48颗低轨道卫星在全球范围向用户提供无缝隙覆盖的、低价的卫星移动通信业务，其业务包括语音、传真、数据、短信息、定位等。用户可使用双模式手持机。双模式手持机既可工作在地面蜂窝通信模式，也可工作在卫星通信模式。特点：全球星系统采用低轨卫星通信技术和CDMA技术，能确保良好的语音质量，增强通话的保密性和安全性，且用户感觉不到时延。连贯的多重覆盖和路径分集接收使全球星系统在有可能产生信号遮挡的地区提供不间断服务。全球星系统没有星际链路，无须星上处理，从而大大降低了系统投资费用，而且避免了许多技术风险。全球星业务可广泛应用于石油、远洋、应急、新闻、科学考察、野外勘测、旅游等领域。6.4 典型的卫星通信系统21海事卫星通信系统海事卫星系统由卫星、网络协调站、岸站和船站组成。美国于1976年先后向大西洋、太平洋和印度洋上空发射了3颗海事通信卫星，建立了世界上第一个海事卫星通信站，主要服务于海军。海事卫星通信系统使用通信卫星作为中继站的船舶无线电通信系统，是集全球海上常规通信、遇险与安全通信、特殊与战备通信于一体的实用性高科技产物。海事卫星通信系统使用通信卫星作为中继站的船舶无线电通信系统，是集全球海上常规通信、遇险与安全通信、特殊与战备通信于一体的实用性高科技产物。6.4 典型的卫星通信系统22卫星：海事卫星系统采用了4颗第三代卫星和5颗备用卫星，按四大洋区，（大西洋东区、大西洋西区、太平洋区和印度洋区）分布。在每个洋区上均有一颗第三