第7章微波与卫星通信新技术及其通信网

第7章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。

7.1.1 运用于微波通信中的SDH技术的应用特点 • 1. 传输容量大 • 目前数字微波中继系统的单波道传输速率可达300Mbit/s以上，但为了能够适应SDH传输速率的要求，可通过采用适当的调制方法来提高频率的利用率。现在多数情况下是通过采用多级调制方法来达到此目的。

2. 通信性能稳定 • 在系统中由于使用了自适应均衡、中频合成和空间分集接收以及交叉极化消除等高新技术，可进一步消除正交码间干扰及多径衰落的影响，从而达到完善系统性能的目的。 • 3. 投资小、建设周期短 • 在微波通信中，由于是采用无线通信方式，又因为地球曲率的影响，因而要求每隔大约50km左右建立一个微波接力站。

4. 便于进行运行、维护、管理操作 • 在SDH帧结构中，为运行、维护和管理提供了大量的开销，因而当SDH技术运用于微波通信中时，还要加入专用的微波开销字节。

7.1.2 主要应用技术 • 1. 微波帧复用技术 • 在不同的微波通信系统中可以使用不同的微波帧结构，而具体到微波帧结构的选择又与SDH同步传输模块的速率、所插入的微波帧开销比特速率以及调制方式等因素有关。

（1） STM-1微波帧结构 • 根据微波信道的带宽，STM-1同步传输模块可以采用多级编码的64QAM或128QAM调制（MLCM），或采用128QAM的4维格型编码调制（4D-TCM）。 • （2） STM-4微波帧结构 • STM-4微波帧结构如图7-5所示。通常在使用此种结构的微波设备中，采用512梯形QAM作为其数字调制方式，并利用BCH前向纠错来抑制微波传输中的误码。

图7-5 STM-4 微波帧结构图

2.多级编码调制技术 • 根据ITU-R建议，我国在4~11GHz频段大都采用的波道间隔为28~30MHz及40MHz。由于SDH的传输容量很大，因而要在有限的频带内传输SDH信号，则必须采用更高状态（多级）调制技术。

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.自适应频域和时域均衡技术 • 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微波通信设备 • 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。

图7-6 终端站的电路配置

（1）复用设备 • 从上图中可以看出，复用设备主要负责完成4个STM-1或4×63个2Mbit/s数据流的复用，这样在复用器的输出端将以STM-4数据流输出，并通过STM-4光接口送到SDH微波传输设备中的中频调制解调器（IF.Moden）。

（2） SDH微波传输设备 • SDH微波传输设备主要包括中频调制解调器部分、微波收发信机部分和操作、管理、维护和参数配置部分（OAMP）。 • ① 光传输接口 • 光传输接口（OTI）的结构如图7-7所示。下面我们就以发送信号为例来进行说明。

图7-7 光传输接口

② 数字处理器DSP • DSP主要用于完成SDH微波传输中所要求的信号处理功能的，如图7-8所示。图中可以看出，从公务信道和开销接入电路来的段开销(SOH)数据插入到RC6数据流中，然后再经扰码后插入微波辅助开销（RFCOH）。

③ 中频调制解调器 • 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

 收信过程 • 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。

图7-10 信号接收流程

7.1.4 SDH微波通信系统 • 数字微波通信是指以微波作为载体传送数字信息的一种通信手段，因而SDH微波通信将兼有SDH数字通信与微波通信两者的优点。下面来对其系统组成进行讨论。 • 1. SDH微波通信系统组成 • 图7-11数字微波中继通信线路示意图数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。

（1）微波站：按不同工作性质，它可以分为数字微波端站、数字微波中继站、数字微波分路站和枢纽站。 • ① 终端站 • 终端站是指位于线路两端或分支线路终点的站。 • ② 中继站 • 中继站是指位于线路中间、不上下话路的站，可分为再生中继站、中频转接站、射频有源转接站和无源转接站。

③ 分路站 • 分路站是指位于线路中间的站，它既可以上、下某收、发信波道的部分支路，也可以沟通干线上两个方向之间的通信。 • ④ 枢纽站 • 枢纽站是指位于干线上的、需完成多个方向通信任务的站。

(2)交换机：这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。(2)交换机：这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。 • (3)用户终端：这是由用户使用的终端设备，如自动电话机、电传机和计算机等。

（4）数字终端机：它实际是一个数字电话终端复用设备，其功能是将交换机送来的多路信号变换为时分多路数字信号，并送往数字微波传输信道，或者是将数字微波传输信道所接收的时分多路数字信号反变换为交换机所要求的信号，并同时送至交换机。（4）数字终端机：它实际是一个数字电话终端复用设备，其功能是将交换机送来的多路信号变换为时分多路数字信号，并送往数字微波传输信道，或者是将数字微波传输信道所接收的时分多路数字信号反变换为交换机所要求的信号，并同时送至交换机。

2. SDH微波的综合应用 • 其主要应用如图7-13所示，有以下几种方式： • （1）用SDH微波系统使光纤通信网形成闭合环路。 • （2）与SDH光纤系统串联使用。 • （3）作为SDH光纤网的保护，以解决整个通信网的安全保护问题。 • （4）自成链路或环路。

图7-13 SDH微波应用图例

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分类 • 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。具体分类如下。

（1）按卫星移动通信系统的业务进行划分 • 有海事卫星移动通信系统（MMSS）、航空卫星移动通信系统（AMSS）和陆地卫星移动通信系统（LMSS）。

（2）按卫星移动通信系统的卫星轨道进行划分（2）按卫星移动通信系统的卫星轨道进行划分 • 静止轨道卫星移动通信系统：其系统卫星位于地球赤道上空约35786km附近的地球同步轨道上,卫星绕地球公转与地球自转的周期和方向相同。 • （3）按卫星移动通信系统的通信覆盖区域进行划分 • 有国际卫星移动通信系统、区域卫星移动通信系统和国内卫星移动通信系统。

2.卫星移动通信系统的结构 • 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个卫星移动通信系统的卫星星座。 • （2）网络操作中心具有管理卫星移动通信业务的功能。 • （3）卫星测控中心负责卫星星座的管理功能，即卫星轨道修正、卫星工作状态的故障诊断等功能。

（4）卫星移动终端是一终端设备，通过该终端设备，移动用户可在移动环境中，如空中、海上及陆地上实现各种业务通信。（4）卫星移动终端是一终端设备，通过该终端设备，移动用户可在移动环境中，如空中、海上及陆地上实现各种业务通信。 • （5）关口站一方面负责为卫星移动通信系统与地面固定网、地面移动通信网提供接口以实现彼此间的互通，另一方面，还负责卫星移动终端的接入控制工作，从而保证通信的正常运行。

3.卫星移动通信系统的工作过程 • 其呼叫过程如下。 • （1）卫星移动终端开机后，便自动向其归属关口站发出一个移动终端开机通知信息，并告知其具体所在位置。 • （2）移动用户向卫星移动终端（主叫终端）输入被叫号码。

（3）卫星移动终端向该终端视线内的卫星发出一个包括该终端注册号码和被叫终端号码的请求服务信息，并通过卫星将此信息传送到本地服务关口站，以建立呼叫。（3）卫星移动终端向该终端视线内的卫星发出一个包括该终端注册号码和被叫终端号码的请求服务信息，并通过卫星将此信息传送到本地服务关口站，以建立呼叫。 • （4）本地关口站又通过卫星线路分别向主叫终端和被叫终端的归属关口站发出询问信息，如主叫或被叫终端是否有权使用此系统及其权限（即鉴权）。

（5）如双方都拥有使用权限，则系统将某卫星信道分配给此主叫终端和被叫终端，以供连接，并同时向被叫终端发起呼叫。（5）如双方都拥有使用权限，则系统将某卫星信道分配给此主叫终端和被叫终端，以供连接，并同时向被叫终端发起呼叫。 • （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送相应的通信记录，以供主叫和被叫终端的归属关口站计费等项使用。

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。

7.2.2 卫星移动通信的特点和面对的技术问题 • 1.卫星移动通信的特点 • （1）通信距离远，具有全球覆盖能力，能满足陆地上、海洋中、空中立体化的、全方位的多址通信的需求，从而实现真正意义上的全球通信和个人通信。

（2）系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多样化和综合化方向发展，满足用户多方面的需求。（2）系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多样化和综合化方向发展，满足用户多方面的需求。 • （3）在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业务性能更优良，但在星座设计和技术上更为复杂。

2.面对的技术问题 • （1）由于要求卫星移动终端的体积、重量、发射功率、天线尺寸趋于小型化，因此对技术的要求更高。 • （2）利用现代化、智能化、数字化及多媒体技术，在网络设计、系统构成、星间协调、星上处理和系统运营等方面取得重大进展，力求获得良好的性能价格比，提高产品的市场竞争力。

(3)卫星无线波束应能根据地面覆盖区域的变化，保持指向。通常卫星移动通信系统中的用户链路的工作频段限制在200~10×103GHz之内。 •  (4)因移动终端的EIRP（等效全向辐射功率）是有限的，故此要求卫星转发器和星上天线应采取多点波束技术和大功率技术。

(5)在有多颗卫星构成的星座系统中，要求具有星际链路建立、星上处理和星上交换功能，同时地面关口站也应具有相应交换和处理功能。(5)在有多颗卫星构成的星座系统中，要求具有星际链路建立、星上处理和星上交换功能，同时地面关口站也应具有相应交换和处理功能。 • (6)寻求对频段资源的不断扩张，以满足通信业务发展的要求。

7.2.3 卫星移动通信技术 • 1.抗干扰技术 • 在卫星通信系统中同样存在热噪声、交调干扰、邻道干扰、交叉极化干扰以及码间干扰，但由于卫星移动通信的特点决定了在其系统中既具有卫星通信系统的特性，又具有移动通信系统的特性，因而首先讨论一下卫星移动系统中还会受到哪些干扰的影响。

（1）同频干扰 • 所有进入接收机通带内的、与本信道频率相同的或相近的无用信号都会对本信道信号构成干扰，这种干扰就是同频干扰。

（2）近端对远端比干扰 • 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）多址访问干扰 • 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。

第7章 微波与卫星通信新技术及其通信网