無線通信技術(shù)課件

第五章星載和地球站設(shè)備衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星星載轉(zhuǎn)發(fā)器、地球站接收和發(fā)送設(shè)備組成。高功率放大器（HPA）衛(wèi)星通信系統(tǒng)中通常采用的HPA有三種類型：行波管放大器（TWTA），速調(diào)管放大器（KPA，Klystronpoweramplifier）和固態(tài)功率放大器（SSPA，Solidstatepoweramplifier）。不同頻段時三種放大器的輸出功率如圖所示：5.1高功率放大器和低噪聲放大器低噪聲放大器（LNA）低噪聲放大器（LNA）的最重要指標(biāo)是內(nèi)部噪聲的大小，用等效噪聲溫度來量度。LNA的性能在很大程度上決定了整個接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度。參量放大器、致冷和常溫的砷化鎵場效放大器三種商用LNA現(xiàn)在幾乎所有的地球站或是衛(wèi)星上都采用包含GaAsFET放大器的LNA。

轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量越多，衛(wèi)星的通信能力就越大，所以轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量是衡量衛(wèi)星先進(jìn)與否的重要標(biāo)志。星載轉(zhuǎn)發(fā)器少于12個，功率小于1000瓦的通信衛(wèi)星稱為小容量衛(wèi)星；有24個轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在1000~3000瓦之間的衛(wèi)星稱為中容量通信衛(wèi)星；有48個轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在3000~7000瓦之間的衛(wèi)星是大容量通信衛(wèi)星；轉(zhuǎn)發(fā)器多于48個，功率在7000瓦以上的是超大容量通信衛(wèi)星。目前最大的通信衛(wèi)星平臺上可裝150個轉(zhuǎn)發(fā)器。東方紅三號有24個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，6個電視和18個通信傳輸信道，可傳輸6套彩色電視接，節(jié)目和15000路電話或電報、傳真、數(shù)據(jù)信號，工作壽命為8年。彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器是相對于數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器而言的。它僅完成對信號的放大和將上行頻率變換為下行頻率。下圖給出了彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖。為了提高星載轉(zhuǎn)發(fā)器的可靠性，一些容易失效的模塊或部件都有冗余配置。因此，星上除了通信設(shè)備及其冗余部分外，還有各種切換開關(guān)。天線1、單級或雙級線狀天線：主要用于TTC全向天線。2、喇叭天線：用于全球波束，信標(biāo)天線。3、反射面天線：用于區(qū)域波束或點波束；多饋源賦形。

2）饋源偏置的拋物面天線。4、全球波束天線點波束天線賦形波束天線全球波束天線波束的半功率寬度約等于17.4°,覆蓋衛(wèi)星對地球的整個視區(qū)–一般由圓錐喇叭天線加上45°的反射板組成點波束天線–覆蓋面積小，一般為圓形，半功率寬度幾度–天線通常為前饋拋物面天線，饋源為喇叭賦形波束天線可通過修改反射器形狀來實現(xiàn)也可利用多個饋源從不同方向經(jīng)反射器產(chǎn)生多波束的組合高頻地波雷達(dá)天線陣列

超視距雷達(dá)的天線陣列

多波束天線星載多波束天線的應(yīng)用是多方面的。比如，跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星用于跟蹤不同的低軌用戶星；對地面特定的“點”(小的高業(yè)務(wù)密度地區(qū))進(jìn)行覆蓋；對地面形成蜂窩覆蓋，以支持小型移動終端的接入。多波束天線可以采用多個饋源和同一反射面天線組成，但更多的是相控兩列天線。數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器星載數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器在將接收的上行信號向地球站轉(zhuǎn)發(fā)之前要進(jìn)行數(shù)字信號處理。包括時分或分組信道的交換。窄帶信道的選擇和路由，F(xiàn)EC數(shù)據(jù)流的解碼和再編碼等，其目的是便于下行鏈路的最佳傳輸。這些處理技術(shù)涉及到高速A/D轉(zhuǎn)換、快速傅氏變換、數(shù)字濾波、高速數(shù)據(jù)的緩存和編解碼等。應(yīng)用實例：解調(diào)-再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器星上交換的TDMA轉(zhuǎn)發(fā)器星載路由器星載電源太陽能電池的安裝有體裝式和展開式兩類。5.3通信地球站設(shè)備本書討論的地球站設(shè)備主要包括RF終端、調(diào)制與解調(diào)器、基帶與控制設(shè)備以及用戶接口，如圖所示。對于每個固定地球站設(shè)備，還必須有可靠的電源供給和保持電氣性能所需的溫度和濕度。地球站的末端是與地面某種類型設(shè)備相連接的接口。地面線路可以是光纜或者微波線路，將業(yè)務(wù)延伸到相應(yīng)得業(yè)務(wù)點。地球站一般都設(shè)置有本地或遠(yuǎn)端的監(jiān)視和控制設(shè)備，以便于對地球站的操作和管理。不同類型的地球站其監(jiān)視和控制設(shè)備的復(fù)雜程度不一樣，但總體來說都主要具有三方面的功能：為工作人員提供一個集中監(jiān)視、告警和控制的平臺，將分散監(jiān)視點的數(shù)據(jù)和各類告警信號集中的操作臺，還可以有存儲和打印監(jiān)視數(shù)據(jù)的外圍設(shè)備，并為操作人員提供啟閉設(shè)備、切換傳輸路徑等功能。向網(wǎng)絡(luò)控制中心提供地球站的傳輸和業(yè)務(wù)質(zhì)量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。提供有遙測能力的綜合測試功能，以便對傳輸指標(biāo)進(jìn)行測試和其他常規(guī)測試，做出故障診斷。5.3.1射頻部分天線對于干線的大型地球站，可以采用大功率的放大器和高增益的天線。天線增益取決于上行頻率和天線尺寸。（大尺寸天線本身的價格高之外，由于波束較窄，為了保持指向誤差精度，需要將其安裝在一個全方位俯仰旋轉(zhuǎn)跟蹤的機械裝置上。）大型地球站的大功率微波輻射會造成有害于人體健康的環(huán)境，因此大型地球站通常不設(shè)置在人群稠密的地方或者進(jìn)行必要的屏蔽。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，目前地球站通常采用卡塞格倫天線，如圖所示。組成：它由主反射器和副反射器構(gòu)成。原理：饋源喇叭輻射的顛簸首先投射到副反射器上，再反射到主反射器，主反射器電波形成平行波束反射出去，形成波束的定向發(fā)射。注意：1）利用對副反射器形狀的修正，可以改善主反射器的能量分布，使主反射器上能量分布更均勻，減少能量的外溢，提高天線的效率。2）副反射器對主反射器形成的平行波束產(chǎn)生阻擋，從而使效率下降并產(chǎn)生旁瓣效應(yīng)。若采用其他類型的副反射器再采用特殊的饋源設(shè)計，可避免天線副反射器阻擋的不利影響。5.3.2中頻與基帶處理部分中頻和基帶處理單元是地球站設(shè)備的重要組成部分，它具有調(diào)制/解調(diào)、編/解碼和復(fù)用等重要功能。5.3.3地面接口與陸地鏈路1.陸地鏈路的設(shè)置和選擇地球站的地面接口可視為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)終點，它通過陸地鏈路與地面網(wǎng)或用戶終端相連接。地球站通過陸地鏈路與遠(yuǎn)端的一個或多個用戶連接起來，其距離在幾百米至百千米之間。若衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面