《現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)》第5章-無線通信

第二版IntroductiontoModernCommunicationTechnology第5章無線通信本章學(xué)習(xí)目標(biāo)理解無線傳播的基本特性。了解天線及無線信道的基本知識(shí)。了解無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)。了解微波通信技術(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn)。了解衛(wèi)星通信技術(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn)。了解無線接入技術(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn)。內(nèi)容簡介5.1無線通信概述5.2無線通信的主要關(guān)鍵技術(shù)5.3微波通信5.4衛(wèi)星通信5.5無線接入放映結(jié)束內(nèi)容簡介5.1無線通信概述5.1.1無線傳播的基本特性5.1.2天線基本知識(shí)5.1.3無線通信的頻率資源

返回主目錄內(nèi)容簡介5.2無線通信的主要關(guān)鍵技術(shù)5.2.1多址技術(shù)5.2.2擴(kuò)頻技術(shù)5.2.3正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)返回主目錄內(nèi)容簡介5.3微波通信5.3.1微波通信概述5.3.2微波中繼通信5.3.3微波通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展返回主目錄內(nèi)容簡介5.4衛(wèi)星通信5.4.1衛(wèi)星通信概述5.4.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)5.4.3衛(wèi)星移動(dòng)通信

返回主目錄內(nèi)容簡介5.5無線接入5.5.1無線接入概述5.5.2無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）5.5.3藍(lán)牙技術(shù)5.5.4超寬帶無線電（UWB）技術(shù)

返回主目錄5.1

無線通信概述無線通信系統(tǒng)大致可以分成兩類，一類是利用無線電波來解決信息傳輸問題，如微波傳輸系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)；另外一類是利用無線方式作為系統(tǒng)接入，形成具有覆蓋能力的通信網(wǎng)絡(luò)，如陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)以及各種短距離無線通信等。返回5.1.1

無線傳播的基本特性無線信道的基本特征如下：

帶寬有限干擾和噪聲影響大在移動(dòng)通信中存在多徑衰落無線傳播的基本特性1.電波的自由空間傳播無線電波是由導(dǎo)體中或由若干導(dǎo)體組成的天線中的電子流動(dòng)而產(chǎn)生的，并以橫向電磁波（TEM）的形式在空間中傳播。自由空間是指理想的電磁波傳播環(huán)境。自由空間傳播損耗的實(shí)質(zhì)是因電波擴(kuò)散損失的能量，其特點(diǎn)是接收電平與距離的平方及頻率的平方均成反比關(guān)系。無線傳播的基本特性2.電波的地面?zhèn)鞑?/p>

電波的地球表面?zhèn)鞑ヅc自由空間傳播的最明顯區(qū)別：地面?zhèn)鞑サ姆秶３Ｊ艿降仄矫娴南拗?，信?hào)從地球本身反射回來，而且在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間存在各種各樣的障礙物（1）視距傳播視距傳播的實(shí)際通信距離受到地球表面曲率的限制，一般無線通信的視距距離要比可視的視距長1／3。無線傳播的基本特性（2）多徑傳播盡管視距傳播使用從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的直接路徑，但是接收機(jī)有時(shí)也能拾取反射信號(hào)，直接信號(hào)與反射信號(hào)將會(huì)相互干擾，干擾是加強(qiáng)型或削弱型，取決于兩信號(hào)間相位關(guān)系。若兩信號(hào)為同相，結(jié)果信號(hào)則加強(qiáng)；若兩信號(hào)的相位相差180度，則會(huì)有部分抵消，其效應(yīng)稱為衰落。如圖5-1所示。無線傳播的基本特性（3）移動(dòng)環(huán)境當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的一方或多方均處于運(yùn)動(dòng)中時(shí)，將會(huì)使接收信號(hào)的頻率發(fā)生偏移，即多普勒效應(yīng)，且移動(dòng)速度越快，多普勒效應(yīng)越嚴(yán)重。

無線傳播的基本特性3.電波的多徑傳播和衰落（1）長期慢衰落（2）短期快衰落如圖5-2所示。返回5.1.2天線基本知識(shí)1.天線的作用

無線通信是利用無線電波進(jìn)行通信。無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來（僅接收很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)天線基本知識(shí)2.天線的特性（1）天線方向性發(fā)射天線有兩種基本功能：一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去；二是將大部分能量向所需的方向輻射。天線根據(jù)其方向性可分為全向天線和方向性（或定向）天線。天線基本知識(shí)（2）天線增益在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的球型輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生信號(hào)的功率密度之比，定量描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。其物理含義為：在相同距離上某點(diǎn)產(chǎn)生相同大小信號(hào)所需發(fā)送信號(hào)的功率比。天線基本知識(shí)（3）天線的極化天線輻射時(shí)形成的電場強(qiáng)度方向。當(dāng)電場強(qiáng)度方向垂直（或平行）于地面時(shí)，此電波稱為垂直（或水平）極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號(hào)在貼近地面時(shí)將在大地表面產(chǎn)生極化電流。返回5.1.3無線通信的頻率資源

1.長波信道2.中波信道

3.短波信道4.超短波信道5.微波信道6.衛(wèi)星信道7.散射信道返回5.2無線通信的關(guān)鍵技術(shù)在無線通信中，為了充分利用信道，在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)相互間互不干擾的多邊通信，常采用不同的多址技術(shù)，如頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址、空分多址等。同時(shí)，還采用了多類先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，如具有抗干擾能力強(qiáng)和信號(hào)隱蔽等突出特點(diǎn)的擴(kuò)頻技術(shù)；具有無線環(huán)境高速傳輸特征的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)等。

返回5.2.1

多址技術(shù)1.多址接入概述在無線通信中，一個(gè)信道只容納一個(gè)用戶進(jìn)行通話；許多同時(shí)通話的用戶，可以共享無線媒體；用某種方式可區(qū)分不同的用戶，即為多址方式。解決多址接入的方法稱為多址接入技術(shù)。

如圖5-3所示多址接入。多址技術(shù)2.頻分多址（FDMA）技術(shù)

（1）FDMA系統(tǒng)原理FDMA原理：將給定頻譜資源按頻率劃分，把傳輸頻帶劃分為若干較窄且互不重疊的子頻帶（或稱信道），每個(gè)用戶分配到一個(gè)固定子頻帶，按頻帶區(qū)分用戶；將信號(hào)調(diào)制到該子頻帶內(nèi)，各用戶信號(hào)同時(shí)傳送；接收時(shí)分別按頻帶提取，實(shí)現(xiàn)多址通信。多址技術(shù)（2）FDMA系統(tǒng)應(yīng)用在模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用頻分多址方式是唯一的選擇；在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，則很少采用純頻分的方式。其目前仍在衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、一點(diǎn)多址微波通信等系統(tǒng)中應(yīng)用。多址技術(shù)3.時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)

（1）TDMA系統(tǒng)原理TDMA是在給定傳輸頻帶的條件下，把傳遞時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙（幀或時(shí)隙均互不重疊）。各用戶在同一頻帶中傳送，用戶收發(fā)各使用一個(gè)指定的時(shí)隙，時(shí)間上互不重疊。多址技術(shù)（2）TDMA系統(tǒng)應(yīng)用TDMA系統(tǒng)的收發(fā)雙工可采用頻分雙工（FDD）方式或時(shí)分雙工（TDD）方式。在FDD方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀結(jié)構(gòu)既可相同也可不同。在TDD方式中，通常收發(fā)工作在相同頻率上；在一幀中，一半的時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)發(fā)送，另一半的時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)接收。多址技術(shù)4.碼分多址（CDMA）技術(shù)（1）CDMA系統(tǒng)原理當(dāng)以不同的互相正交的碼序列來區(qū)分用戶并建立多址接入時(shí)，稱為碼分多址（CDMA）方式。CDMA系統(tǒng)中，各用戶使用相同的載波頻率，占用相同頻帶，發(fā)射時(shí)間任意；各用戶的頻率和時(shí)間可相互重疊，用戶劃分利用不同地址碼序列實(shí)現(xiàn)。多址技術(shù)CDMA方式是頻譜擴(kuò)展的通信方式，即擴(kuò)頻方式。用戶信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)頻處理，再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)送出去。接收端使用完全相同的擴(kuò)頻碼序列，同步后與接收的寬帶信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)解擴(kuò)為原始數(shù)據(jù)信息。不同用戶使用不同的碼序列，其占用相同頻帶，可以同時(shí)傳輸，接收機(jī)雖然能收到但不能解出，這樣可實(shí)現(xiàn)互不干擾的多址通信。多址技術(shù)（2）CDMA系統(tǒng)應(yīng)用CDMA將是今后無線通信中主要的多址手段，應(yīng)用范圍已涉及數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、微蜂窩系統(tǒng)、一點(diǎn)多址微波通信和無線接入網(wǎng)等領(lǐng)域。多址技術(shù)5.空分多址（SDMA）技術(shù)

（1）SDMA系統(tǒng)原理空分多址（SDMA）利用不同的用戶空間特征（用戶位置）區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)多址通信的方式。采用智能天線技術(shù)，可構(gòu)成空間上用戶的分割。配合電磁波被傳播的特征，可使不同地域的用戶在同一時(shí)間使用相同頻率，實(shí)現(xiàn)互不干擾的通信。多址技術(shù)（2）SDMA系統(tǒng)應(yīng)用蜂窩移動(dòng)通信中充分運(yùn)用了SDMA方式，用有限的頻譜構(gòu)成大容量的通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信用窄波束天線實(shí)現(xiàn)SDMA，提高了頻譜利用率。智能天線技術(shù)利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)產(chǎn)生空間定向波束，高效利用用戶信號(hào)并可刪除或抑制干擾信號(hào)。返回5.2.2擴(kuò)頻技術(shù)

擴(kuò)展頻譜通信（簡稱擴(kuò)頻通信）技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過一個(gè)獨(dú)立的碼序列來完成，并用編碼及調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻技術(shù)1.擴(kuò)頻通信的概念擴(kuò)頻通信方式具有以下特點(diǎn)(與窄帶通信方式相比)：信息的頻譜擴(kuò)展后形成寬帶傳輸；相關(guān)處理后恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻通信的優(yōu)良特性：抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落保密性、功率譜密度低、隱蔽性和低截獲率可多址復(fù)用和任意選址可高精度測量圖5-4示出了擴(kuò)頻通信的信號(hào)特性。擴(kuò)頻技術(shù)2.擴(kuò)頻通信的基本原理在擴(kuò)頻通信中，系統(tǒng)占用頻帶寬度遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)挠脩艋鶐盘?hào)原始帶寬。在發(fā)送端，頻帶的展寬通過編碼及調(diào)制（即擴(kuò)頻調(diào)制）的方法來實(shí)現(xiàn)；在接收端，則用與發(fā)送端完全相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)（解擴(kuò)）來恢復(fù)信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻技術(shù)在由擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)的碼分復(fù)用及多址連接構(gòu)成的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)中，各用戶采用不同的互為正交的偽隨機(jī)碼序列作為地址碼，可使大量用戶共享數(shù)兆赫以上的擴(kuò)頻帶寬，且具有極強(qiáng)的抗干擾的能力。擴(kuò)頻通信將用戶信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，然后再進(jìn)行傳輸，因而提高了通信的抗干擾能力，即使在強(qiáng)干擾情況下（甚至在信號(hào)被噪聲淹沒時(shí)）仍可保持可靠的通信。擴(kuò)頻技術(shù)3.擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)：（1）處理增益：處理增益Gp是指擴(kuò)頻信號(hào)帶寬W與基帶數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬B之比，了系統(tǒng)信噪比改善的程度。（2）干擾容限：在保證系統(tǒng)正常工作的條件下（即保證輸出端有一定的信噪比），接收機(jī)輸入端能承受的干擾信號(hào)比有用信號(hào)所高出的分貝（dB）數(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)4.擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、誤碼率低、保密性能強(qiáng)、隱蔽性好；功率譜密度低，對(duì)其他系統(tǒng)及人體干擾影響??；易于實(shí)現(xiàn)大容量多址通信；能精確定時(shí)與測距；適合于隨參信道的無線通信；占用信道頻帶寬（缺點(diǎn)）。擴(kuò)頻技術(shù)5.擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作方式

（1）直接序列擴(kuò)頻方式（DS）如圖5-5所示。直接序列擴(kuò)頻（直擴(kuò)）方式：實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展方便，是最典型的擴(kuò)頻系統(tǒng)，關(guān)鍵過程為擴(kuò)頻和解擴(kuò)。擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻：基帶信號(hào)的信碼是需傳輸?shù)男盘?hào)，通過速率很高的編碼序列進(jìn)行調(diào)制，將其頻譜展寬；對(duì)頻譜展寬后的序列進(jìn)行射頻調(diào)制，其輸出則是擴(kuò)展頻譜的射頻信號(hào)，經(jīng)天線輻射出去。解擴(kuò)：在接收端，射頻信號(hào)經(jīng)混頻后變?yōu)橹蓄l信號(hào)，與本地的發(fā)端相同的編碼序列進(jìn)行反擴(kuò)展，將寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)。解擴(kuò)后的中頻窄帶信號(hào)經(jīng)普通信息解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成原始的信息碼。擴(kuò)頻技術(shù)（2）跳變頻率擴(kuò)頻方式（FH）跳變頻率擴(kuò)頻（跳頻）：載波頻率在很寬的頻帶范圍內(nèi)，按某種序列進(jìn)行跳變，即在工作頻率范圍內(nèi)，在一個(gè)偽隨機(jī)碼（PN）碼的控制下，載頻的頻率按PN碼的規(guī)律不斷地變化。跳頻是以躲避干擾來提高信噪比。擴(kuò)頻技術(shù)跳頻指令（又稱為跳頻圖案）由所傳送的信息碼與PN碼的組合（按模2加規(guī)律）來構(gòu)成。由時(shí)間和頻率組成的該平面稱為時(shí)頻域圖；平面中的陰影線即為跳頻圖案，其表征了在何時(shí)以何頻率進(jìn)行通信，通信頻率隨時(shí)間不同而異。跳頻系統(tǒng)指標(biāo)為跳變速率，可分為慢跳頻和快跳頻，如圖5-6所示。擴(kuò)頻技術(shù)跳頻系統(tǒng)發(fā)送端的信息碼與偽隨機(jī)碼調(diào)制后，按不同跳頻指令去控制頻率合成器，發(fā)射機(jī)輸出頻率在寬范圍內(nèi)隨機(jī)改變，使射頻載波也在寬范圍內(nèi)變化，形成一個(gè)寬帶離散譜。在接收端，收發(fā)跳頻必須同步，以保證通信的建立。為了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)（即解跳），需要有與發(fā)端相同的跳頻指令去控制頻率合成器，使其輸出的跳頻信號(hào)在混頻器中，能與接收到的跳頻信號(hào)差頻出一個(gè)固定中頻信號(hào)；經(jīng)中頻放大器后，送到解調(diào)器恢復(fù)出原基帶數(shù)據(jù)信號(hào)信息。如圖5-7所示跳頻原理。擴(kuò)頻技術(shù)（3）跳變時(shí)間擴(kuò)頻方式（TH）跳變時(shí)間擴(kuò)頻（跳時(shí)）：已調(diào)載波在PN碼的控制下，偽隨機(jī)地在一幀的不同時(shí)隙內(nèi)以時(shí)發(fā)信號(hào)形式發(fā)送；由于在時(shí)隙中傳送的突發(fā)信號(hào)速率要比原信號(hào)高，從而達(dá)到擴(kuò)頻的目的。擴(kuò)頻技術(shù)（4）混合式擴(kuò)頻方式混合擴(kuò)頻：若系統(tǒng)僅用單一方式不能滿足要求時(shí)，往往采用兩種或兩種以上工作方式，如：FS／DS，DS／TH，F(xiàn)H／TH。返回5.2.3正交頻分復(fù)用（OFDM））正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，屬多載波調(diào)制。其基本思想：在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，且各子載波并行傳輸。正交頻分復(fù)用（OFDM）1.OFDM原理

OFDM系統(tǒng)中，各子載波的產(chǎn)生和接收都由數(shù)字信號(hào)處理算法完成，極大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。為提高頻譜利用率，而使各子載波上的頻譜相互重疊，且使這些頻譜在整個(gè)符號(hào)周期內(nèi)滿足正交性，從而保證接收端能夠不失真地復(fù)原信號(hào)。OFDM將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對(duì)低速的并行數(shù)據(jù)，并對(duì)不同的載波進(jìn)行調(diào)制。該并行傳輸體制大大擴(kuò)展了符號(hào)的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落等惡劣傳輸條件的性能。正交頻分復(fù)用（OFDM）2.OFDM技術(shù)特點(diǎn)

增強(qiáng)了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力；

OFDM不同于過去的FDM；每個(gè)載波所使用的調(diào)制方法可以不同；采用了功率控制和自適應(yīng)調(diào)制相協(xié)調(diào)工作方式；存在問題：（1）對(duì)頻偏和相位噪聲較敏感；（2）峰值平均功率較大；（3）增加發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜度；（4）不適于高速移動(dòng)終端。返回5.3微波通信微波是頻率為300MHz~300GHz的電磁波。微波通信是在微波頻段通過地面視距進(jìn)行信息傳播的一種無線通信手段。返回5.3.1微波通信概述1.微波頻段的劃分特高頻（UHF）頻段／分米波頻段超高頻（SHF）頻段／厘米波頻段極高頻（EHF）頻段／毫米波頻段微波通信概述2.微波的傳播特性似光性：在電磁波譜中，微波以上的電磁波為光波，光是直線傳播的，微波也具有類似光波的直線傳播特性。極化特性：電磁波在傳播過程中，電場和磁場在同一地點(diǎn)隨時(shí)間t的變化存在某種規(guī)律（極化特性）。返回5.3.2微波中繼通信1.微波中繼通信的概念

地面遠(yuǎn)距離微波通信采用中繼方式的直接原因：微波傳播具有視距傳播特性（即電磁波是沿直線傳播的），而地球表面是個(gè)曲面，為了延長通信距離，需要在通信兩地之間設(shè)立若干中繼站，進(jìn)行電磁波轉(zhuǎn)接。微波在傳播過程中有損耗，在遠(yuǎn)距離通信時(shí)需要采用中繼方式對(duì)信號(hào)逐段接收、放大和發(fā)送。圖5-8示出了微波中繼通信系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的位置。

微波中繼通信2.微波中繼通信系統(tǒng)的基本組成微波中繼通信系統(tǒng)的微波站分為終端站、分路站和中繼站。微波終端站設(shè)置在線路末端，其任務(wù)是將復(fù)用設(shè)備送來的基帶信號(hào)（或由電視臺(tái)送來的視頻及伴音信號(hào)），調(diào)制到微波頻率上并發(fā)射出去；將所收到的微波信號(hào)解調(diào)出基帶信號(hào)送往復(fù)用設(shè)備（或?qū)⒔庹{(diào)出的視頻信號(hào)及伴音信號(hào)送往電視臺(tái)）。微波中繼通信當(dāng)兩條以上的微波中繼通信線路在某一微波站交匯時(shí)，該微波站稱為樞紐站（能上下話路），具有通信樞紐功能；微波中繼站和分路站則統(tǒng)稱微波中間站（不能上下話路）。微波站由微波天線、射頻收發(fā)模塊、基帶收發(fā)部分、傳輸接口等部分組成。設(shè)備連接示意圖如圖5-9所示。微波中繼通信3.數(shù)字微波中的常用技術(shù)

時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM）正交幅度調(diào)制技術(shù)同步數(shù)字系列（SDH）返回5.3.3微波通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1.微波通信的主要應(yīng)用

干線光纖傳輸?shù)膫浞菁把a(bǔ)充；

邊遠(yuǎn)地區(qū)和專用通信網(wǎng)中為用戶提供基本業(yè)務(wù)；城市內(nèi)的短距離支線連接；無線寬帶業(yè)務(wù)接入。

微波通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展2.數(shù)字微波通信技術(shù)的主要發(fā)展

提高QAM調(diào)制級(jí)數(shù)及嚴(yán)格限帶；網(wǎng)格編碼調(diào)制及維特比檢測技術(shù)；自適應(yīng)時(shí)域均衡技術(shù)；多載波并聯(lián)傳輸；多重空間分集接收等。返回5.4衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地面站之間進(jìn)行的通信過程或方式。衛(wèi)星通信屬于宇宙無線電通信的一種形式，工作在微波頻段。衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)、航天技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的重要成果。近30年來，衛(wèi)星通信在國際通信、國內(nèi)通信、軍事通信、移動(dòng)通信以及廣播電視等領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用。返回5.4.1衛(wèi)星通信概述現(xiàn)代通信中廣泛應(yīng)用的是有源靜止衛(wèi)星（即同步衛(wèi)星）。靜止衛(wèi)星被發(fā)射到位于赤道上空35800km附近的圓形軌道上，其運(yùn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致，繞地球一周的時(shí)間恰好為24小時(shí)，與地球自轉(zhuǎn)周期相同。以靜止衛(wèi)星作為中繼站所組成的通信系統(tǒng)，稱為靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)或同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信概述1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類按衛(wèi)星的制式分類按通信覆蓋范圍分類按用戶性質(zhì)分類按業(yè)務(wù)范圍分類按基帶信號(hào)體制分類按多址方式分類按運(yùn)行方式分類衛(wèi)星通信概述2.衛(wèi)星通信的工作頻率微波頻段中0.3~10GHz范圍內(nèi)大氣損耗最小，較適合于電波穿出大氣層的傳播；電波可視為自由空間傳播（只按直線傳播），該頻段稱為“無線電窗口”，在衛(wèi)星通信中應(yīng)用最多；在30GHz附近的大氣損耗也相對(duì)較小，常稱此頻段為“半透明無線電窗口”。衛(wèi)星通信概述3.衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)，通信成本與距離無關(guān)；以廣播方式工作，具有多址連接能力；通信容量大，傳送的業(yè)務(wù)種類多；采用先進(jìn)的空間電子技術(shù)，如地球站的高增益天線、大功率發(fā)射機(jī)、低噪聲接收設(shè)備、高靈敏度調(diào)制解調(diào)器等；衛(wèi)星通信概述需解決信號(hào)傳播時(shí)延較大（因信號(hào)傳輸距離長而致）所造成的影響；需解決衛(wèi)星的姿態(tài)控制問題，以適應(yīng)復(fù)雜多變的空間環(huán)境；通信衛(wèi)星的一次投資費(fèi)用較高，且在運(yùn)行中難以維修，要求衛(wèi)星具備高可靠性和長使用壽命；需解決地面微波系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)間的干擾問題。返回5.4.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1.同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成同步衛(wèi)星系統(tǒng)是利用定位在地球同步軌道上的衛(wèi)星進(jìn)行通信的系統(tǒng)，原則上只需要三顆同步衛(wèi)星即可基本覆蓋地球。同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)由地球站、通信衛(wèi)星、控制與管理系統(tǒng)部分組成，如圖5-10所示。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)（1）地球站地球站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的地面部分，用戶通過地球站接入衛(wèi)星線路進(jìn)行通信，一般包括天線、饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備、天線跟蹤伺服設(shè)備、電源設(shè)備等。衛(wèi)星通信系統(tǒng)（2）通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星的基本作用是無線電中繼。主體是通信裝置（星上系統(tǒng)），主要包括轉(zhuǎn)發(fā)器和天線。通信衛(wèi)星可以包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器能夠同時(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)地球站的信號(hào)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)（3）控制與管理系統(tǒng)該系統(tǒng)包括跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，其任務(wù)是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入軌道上的指定位置。衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.衛(wèi)星通信體制通信體制是指通信系統(tǒng)中的信號(hào)形式、信號(hào)傳輸方式和信息交換方式。衛(wèi)星通信采用的基帶信號(hào)形式、基帶復(fù)用方式、調(diào)制方式、多址方式、信道分配及交換方式各不相同，因此產(chǎn)生了不同形式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信中，模擬信號(hào)的調(diào)制方式常為調(diào)頻（FM），數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式通常為相移鍵控（PSK）調(diào)制。基帶信號(hào)的復(fù)用方式可相應(yīng)分成頻分復(fù)用（FDM）或時(shí)分復(fù)用（TDM）。各地球站間的多址連接為FDMA、TDMA、CDMA、SDMA等。信道的分配形式可分成預(yù)定分配（PA）、按申請分配（DA）或隨機(jī)占用等。衛(wèi)星通信系統(tǒng)3.衛(wèi)星通信的多址技術(shù)（1）頻分多址（FDMA）技術(shù)多個(gè)地球站共用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，由配置載波頻率不同來區(qū)分地球站的多址連接方式，稱為頻分多址技術(shù)。該技術(shù)主要包括：單址載波（每個(gè)地球站在規(guī)定頻帶內(nèi)可發(fā)多個(gè)載波，每個(gè)載波代表一個(gè)通信方向）；多址載波（每個(gè)地球站只發(fā)一個(gè)載波，利用基帶的多路復(fù)用進(jìn)行信道定向；單路單載波（將衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬分成許多子載波，每個(gè)載波只傳輸一路話音或數(shù)據(jù)）。衛(wèi)星通信系統(tǒng)（2）時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)TDMA是用不同的時(shí)隙來區(qū)分地球站的地址。該系統(tǒng)中只允許各地球站在規(guī)定時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)，這些射頻信號(hào)通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，在時(shí)間上嚴(yán)格依次排序、互不重疊。衛(wèi)星通信系統(tǒng)（3）碼分多址（CDMA）多址技術(shù)CDMA的原理是采用一組正交（或準(zhǔn)正交）的偽隨機(jī)序列，通過相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)多用戶共享頻率資源和時(shí)間資源，每個(gè)通信方向采用不同的偽隨機(jī)序列作為識(shí)別。衛(wèi)星通信系統(tǒng)（4）空分多址（SDMA）多址技術(shù)SDMA是指在衛(wèi)星上安裝多個(gè)窄波束天線，分別準(zhǔn)確指向地球表面上的不同區(qū)域，即用天線窄波束的方向性來分割不同區(qū)域的地球站電波，使同一頻率能夠再用，從而容納更多的用戶，并提高了抗同波道干擾的能力。返回5.4.3衛(wèi)星移動(dòng)通信

1.全球衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念一顆同步衛(wèi)星的有效覆蓋區(qū)域約為地球表面的三分之一。3顆相隔120度的同步衛(wèi)星就能基本上覆蓋全球（除兩極地區(qū)外），若在其有效覆蓋區(qū)的重疊部分內(nèi)分別設(shè)置3個(gè)地面中繼站，用來轉(zhuǎn)發(fā)來自衛(wèi)星的信號(hào)，就能在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)任何兩個(gè)用戶之間的通信，該系統(tǒng)稱為全球衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信2.衛(wèi)星移動(dòng)通信的分類

（1）靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（2）低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（3）中軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信3.衛(wèi)星移動(dòng)通信的特點(diǎn)通信范圍廣通信容量大移動(dòng)地面站小型化衛(wèi)星移動(dòng)通信4.衛(wèi)星移動(dòng)通信的應(yīng)用

大型遠(yuǎn)洋船舶的通信、導(dǎo)航和海難救助陸地移動(dòng)通信和航空移動(dòng)通信未來全球個(gè)人通信系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分返回5.5無線接入無線接入是用無線傳輸代替接入網(wǎng)的全部或部分，向用戶終端提供電話和數(shù)據(jù)服務(wù)。由無線接入系統(tǒng)所構(gòu)成的用戶接入網(wǎng)，稱為無線接入網(wǎng)。返回5.5.1

無線接入概述1.無線接入的基本概念無線接入的概念為：從公用電信網(wǎng)的交換節(jié)點(diǎn)到用戶終端之間的傳輸設(shè)備采用無線方式的、為用戶提供固定或移動(dòng)的接入服務(wù)的技術(shù)。無線接入網(wǎng)的覆蓋范圍取決于基站的發(fā)射功率，基站發(fā)射功率越大，其覆蓋范圍也就越大。無線接入技術(shù)按終端的移動(dòng)性，可分為固定無線接入技術(shù)和移動(dòng)無線接入技術(shù)。無線接入概述2.固定無線接入技術(shù)固定無線接入（FWA）主要是為固定位置的用戶（或僅在小范圍區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的用戶）提供通信服務(wù)，其用戶終端包括電話機(jī)、傳真機(jī)或計(jì)算機(jī)等。（1）窄帶固定無線接入技術(shù)（2）中寬帶固定無線接入技術(shù)（3）寬帶固定無線接入技術(shù)無線接入概述3.移動(dòng)無線接入技術(shù)

移動(dòng)無線接入的用戶終端具有在較大范圍的移動(dòng)性。移動(dòng)接入主要是提供移動(dòng)用戶和固定用戶之間以及移動(dòng)用戶之間的通信服務(wù)，其移動(dòng)用戶終端主要包括手持式、便攜式和車載式電話等。無線接入概述4.常用無線接入技術(shù)

（1）無線本地環(huán)路（WLL）（2）多路多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（MMDS）接入（3）本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）接入（4）數(shù)字直播衛(wèi)星（DBS）接入（5）微波無線接入返回5.5.2無線個(gè)域網(wǎng)1.WPAN的概念無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）是指能在便攜式消費(fèi)類電器和通信設(shè)備之間進(jìn)行短距離特別連接的網(wǎng)絡(luò)。其中“特別連接”的含義為：一是指設(shè)備既能承擔(dān)主控功能，又能承擔(dān)被控功能的能力；二是指設(shè)備加入或離開現(xiàn)有網(wǎng)的方便性。WPAN的覆蓋范圍一般為半徑10m以內(nèi)。無線個(gè)域網(wǎng)2.WPAN的特點(diǎn)

高數(shù)據(jù)速率并行視頻鏈路：100~500Mbit/s；鄰近終端之間的短距離連接：典型為1~10m；標(biāo)準(zhǔn)無線或電纜橋路與外部因特網(wǎng)或廣域網(wǎng)的連接；典型的對(duì)等式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；中等用戶密度。無線個(gè)域網(wǎng)3.WPAN的常用技術(shù)藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)超寬帶（UWB）技術(shù)紅外線傳輸（IrDA）家用射頻（HomeRF）返回5.5.3藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙（BlueTooth）是一種短距離無線通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)娜蜷_放性標(biāo)準(zhǔn)。其使用跳頻（FH／SS）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等先進(jìn)技術(shù)，在小范圍內(nèi)建立多種通信與信息系統(tǒng)之間的信息傳輸。藍(lán)牙技術(shù)1.藍(lán)牙技術(shù)的主要特點(diǎn)：（1）工作頻段與信道：2.4GHzISM頻段；（2）抗干擾技術(shù)：快跳頻、短分組；（3）低功耗無線傳輸：低功率時(shí)分復(fù)用方式；

（4）連接方式：微微網(wǎng)；（5）業(yè)務(wù)支持：電路交換、分組交換業(yè)務(wù)；（6）基本組成：由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元組成；（7）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：802.15WPAN

藍(lán)牙技術(shù)2.藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)的基本單元是微微網(wǎng)，由一個(gè)主設(shè)備（主動(dòng)發(fā)起鏈接的設(shè)備）和至多7個(gè)從設(shè)備（被動(dòng)鏈接的設(shè)備）組成。當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備成功建立鏈路后，便形成了一個(gè)微微網(wǎng)，兩者之間的通信通過無線電波在79個(gè)信道中隨機(jī)跳轉(zhuǎn)而完成。藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)以2.45GHz為中心頻率，工作頻段為2400~2483.5MHz，使用了79個(gè)1MHz帶寬的頻點(diǎn)