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(shí)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(gè)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(gè)，功率小于1000瓦的通信衛(wèi)星稱為小容量衛(wèi)星；有24個(gè)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(gè)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(gè)，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(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。東方紅三號有24個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，6個(gè)電視和18個(gè)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(bào)、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(diǎn)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(diǎn)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(gè)視區(qū)–一般由圓錐喇叭天線加上45°的反射板組成點(diǎn)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(shí)現(xiàn)也可利用多個(gè)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(diǎn)”(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(dòng)終端的接入。多波束天線可以采用多個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(diǎn)。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(gè)集中監(jiān)視、告警和控制的平臺，將分散監(jiān)視點(diǎn)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(shí)時(shí)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(jià)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(gè)全方位俯仰旋轉(zhuǎn)跟蹤的機(jī)械裝置上。）大型地球站的大功率微波輻射會(huì)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(jì)，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(diǎn)，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(gè)或多個(gè)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