《[工学]第九章现代通信系统简介.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]第九章现代通信系统简介.doc（26页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、9.1同步数字系列（SDH）的微波通信系统本节知识要点：发信机的主要性能指标收信机的主要性能指标SDH微波通信系统的组成SDH数字微波技术发展趋势微波通信技术问世已经半个多世纪了，它是在微波频段通过地面视距进行信息传播的一种无线通信手段。最初的微波通信系统都是模拟制式的，它与当时的同轴电缆载波传输系统同为通信网长途传输干线的重要传输手段。在60年代至70年代初期，随着微波通信相关技术的进步，人们研制出了中小容量（如8Mbps、34Mbps）的数字微波通信系统，这是通信技术由模拟向数字发展的必然结果。80年代后期，由于同步数字系列（SDH）在传输系统中的推广应用，出现了N155Mbps的SDH大
2、容量数字微波通信系统。现在，数字微波通信、光纤通信和卫星通信一起被称为现代通信传输的三大支柱。随着技术的不断发展，除了在传统的传输领域外，数字微波技术在固定宽带接入领域也越来越引起人们的重视。工作在28GHz频段的LMDS（本地多点分配业务）已在发达国家大量应用，这预示数字微波技术仍将拥有良好的市场前景。本节将对SDH微波通信系统及其相关技术进行简要的介绍。9.1.1微波通信主要设备的性能指标发信机和收信机是微波通信系统中非常重要的设备，根据微波信号传送的特点，将分别介绍发信机和收信机的主要性能指标。1.发信机的主要性能指标发信机的主要性能指标包括工作频段、输出功率和频率稳定度等，下面逐一进行
3、介绍。(1)工作频段从无线电频谱的划分来看，可以把频率为0.3GHz300GHz的射频称为微波频率，而目前通常使用的微波频率范围只有1GHz40GHz。当然，系统工作频率越高，越能获得较宽的通频带和较大的通信容量，也可以得到更尖锐的天线方向性和天线增益。但是，当频率较高时，雨、雾及水蒸气对电波的散射或吸收衰耗增加，造成电波衰落和接收信号电平下降。这些影响对12GHz以上的频段尤为明显，并随频率的增加而急剧增加。目前我国基本使用2、4、5、6、7、8、11GHz微波频段。其中2、4、5、6GHz频段因电波传播比较稳定，通常用于干线微波通信，而支线或专用网微波通信常用2、7、8、11GHz微波频段
4、。当然，对频率的使用，还需要经专门的申请，由上级主管部门和国家无线电管理委员会批准才行。(2)输出功率输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。输出功率的确定与设备的用途、站距、衰落影响及抗衰落方式等因素有关。由于数字微波的输出比模拟微波有较好的抗干扰性能，故在要求同样的通信质量情况下，数字微波的输出功率可以小些。当用场效应管功率放大器作末级输出时，一般为几十毫瓦到1瓦左右。(3)频率稳定度在发信机的每个波道中，都有一个标称的射频中心工作频率，用表示，工作频率的稳定度取决于发信本振源的频率稳定度。设实际工作频率与标称工作频率的最大偏差值为，则频率稳定度的定义为。对于采用PSK调制方式的数字微波通
5、信系统而言，若发信机工作频率不稳，即有频率漂移，这将使相干解调的有效信号幅度下降，误码率增加。对于PSK调制方式，通常要求频率稳定度在15之间。发信本振源的频率稳定度与本振源的类型有关。近年来由于微波介质稳频振荡源可以直接产生微波频率，并具有电路简单、杂波干扰及热噪声较小的优点，所以正在被广泛采用，其自身的频率稳定度可达到12左右。如果对频率稳定度要求较高或较严格时，例如（15），可采用脉冲抽样锁相振荡源等形式的本振源。2.收信机的主要性能指标数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，也就是收信机。这里所讲的收信设备只包括射频和中频两部分。目前收信设备都采用外插式收信方案，而解调设备是从中频
6、输出中解调出数字基带信号。因此，这里研究的收信机的性能指标，主要是指收信设备，而不包括解调设备，它们主要包括：工作频率、收信本振的频率稳定度、噪声系数、通频带、选择性、收信机的最大增益和自动增益控制范围。(1)工作频率收信机是与发信机配合工作的，对于某一个中继段而言，前一个微波站的发信频率就是本收信机的收信频率，频段的使用参见前面有关发信设备主要性能指标中的内容。(2)收信本振的频率稳定度接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决定的。但是收信机输出的中频是收信本振与收信微波射频进行混频的结果，所以若收信本振偏离标称较多，就会使混频输出的中频偏离标称值。这样，就使中频已调信号频谱的一部分不能通过中
7、频放大器，造成频谱能量的损失，导致中频输出信噪比下降，引起信号失真，使误码率增加。对收信本振频率稳定度的要求与发信设备基本一致，通常要求（12），要求较高者为（15）。(3)噪声系数数字微波收信机的噪声系数一般为3.57dB，比模拟微波收信机的噪声系数小5dB左右。噪声系数是衡量收信机热噪声性能的一项指标，它的基本定义如下：在环境温度为标准室温（17）、一个网络（或收信机）输入与输出端在匹配的条件下，噪声系数NF等于输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值，可以表示为： (9-1)设网络的增益系数为G，则输出端的噪声功率是由输入端的噪声功率（被放大G倍）与网络本身产生的噪声功率两部分组成的，这时式
8、（9-1）就可以改写为：(9-2)由公式（9-2）可以看出，网络（或收信机）的噪声系数最小值为1（合0dB）。NF=1，说明网络本身不产生热噪声，其输出端的噪声功率仅由输入端的噪声源所决定。实际的收信机不可能使NF = 1，即NF1。式（9-2）说明，收信机本身产生的热噪声功率越大，NF值就越大。通常收信机本身的噪声功率要比输入端的噪声功率经放大G倍后的值还要大很多，根据噪声系数的定义，可以说NF是衡量收信机热噪声性能的一项指标。(4)通频带收信机接收的已调波是一个频带信号，即已调波频谱的主要成份要占有一定的带宽。收信机要使这个频带信号无失真地通过，就要具有足够的工作频带宽度，这就是通频带。通
9、频带过宽，信号的主要频谱成分当然都会无失真地通过，但也会使收信机收到较多的噪声；反之，通频带过窄，噪声自然会减小下来，但却造成了有用信号频谱成分的损失，所以要合理地选择收信机的通频带和通频带的幅频衰减特性。经过分析可认为，一般数字微波收信设备的通频带可取传输码元速率的12倍。对于 = 8.448Mbps的二相调相数字微波通信设备，可取通频带为13MHz，这个带宽约等于码元速率（二相调相中与比特速率相等）的1.5倍，通频带的宽度是由中频放大器的集中滤波器予以保证的。(5)选择性对某个波道的收信机而言，要求它只接受本波道的信号，对邻近波道的干扰、镜像频率干扰及本波道的收、发干扰等要有足够大的抑制能
10、力，这就是收信机的选择性。收信机的选择性是用增益频率（Gf ）特性表示。要求在通频带内增益足够大，而且Gf特性平坦，通频带外的衰减越大越好，通带与阻带之间的过渡区越窄越好。(6)收信机的最大增益天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平在随时变动。要维持解调机正常工作，收信机的主中放输出应达到所要求的电平，例如要求主中放在75负载在输出250mV（相当于-0.8dBm）。但是收信机的输入端信号是很微弱的，假设其门限电平为-80dBm，则此时收信机输出与输入的电平差就是收信机的最大增益。对于上面给出的数据，其最大增益为79.2dB。(7)自动增益控制范围以自
11、由空间传播条件下的收信电平为基准，当收信电平高于基准电平时，称为上衰落；低于基准电平时，称为下衰落。假定数字微波通信的上衰落为+5dB，下衰落为-40dB，其动态范围（即收信机输入电平变化范围）为45dB。当收信电平变化时，若仍要求收信机的额定输出电平不变，就应在收信机的中频放大器内设置自动增益控制（AGC）电路，使之当收信电平下降时，中放增益随之增大；收信电平增大时，中放增益随之减小。根据上面假定的数据，本例中AGC范围就应为45dB。微波中继通信属于无线通信方式，其无线电波的收和发是由天线来完成的。即微波发信机输出的信号通过馈线（同轴电缆或波导）送至天线，由天线向对方发射无线电磁波，或由天
12、线接收对方发射来的无线电磁波，并通过馈线送往微波收信机。由此可见，微波天线系统是构成微波通信系统的一个重要组成部分，有关天线的性能指标请参阅有关书籍。9.1.2SDH微波通信系统的组成考虑到微波信号在自由空间的传播特性，一个SDH微波接力通信系统可由终端站、枢纽站、分路站及若干中继站组成。其传输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，通常主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路。但不论哪种形式，根据各站所处位置和功能不同，数宇微波传输线路总是由图9-1中给出的几种站型组成。下面分别介绍它们的作用及设备配置。图9-1数字微波传输线路示意图1.终端站 SDH微波终端
13、站的发送端完成主信号的发信基带处理、调制、发信混频及发信功率放大等；终端站的收信端完成主信号的低噪声接收、解调、收信基带处理。在公务联络方面，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可与电信管理网连接。终端站基带接口与SDH复用设备连接，用于上、下支路信号。终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。2.枢纽站 枢纽站一般处在干线上，需完成多个方向上的通信任务。在系统多波道工作的情况下，此类站要完成某些波道信号或
14、部分支路的转接，完成话路的上、下，另外还要完成某些波道信号的复接与分接等等。因此，这一类站上的设备门类繁多，可以包括各种站型的设备。 3.分路站 分路站处在线路中间，除了可以在本站完成话路的上、下和收、发信波道的分支处理外，还可以沟通干线上两个方向之间的通信。在此类站上，配有SDH微波传输设备和SDH分插复用设备（ADM）。视要求也可安装多套微波传输再生设备，同时该站还可以作为监控系统的主站，也可以用作受控站。 4.中继站 处在线路中间不进行上、下话路的站称为中继站。它可分为再生中继站、中频转接站、射频有源转接站和无源转接站等。由于SDH数字微波传输容量大，一般只采用再生中继站。再生中继站对收
15、到的已调信号进行解调、判决和再生，然后转发至下一方向的调制器。经过它的处理可以去掉传输中引入的噪声、干扰和失真，这充分体现出数字通信的优越性。在一般情况下，两个中继站的距离为50公里左右。 9.1.3SDH数字微波技术发展趋势对于宽带ISDN而言，SDH微波通信和光纤通信是两种重要的信息传输方式，由于这两种传输链路分别使用无线和有线介质，因此，在很多应用场合它们的优势可以相互补充发挥，这不仅确保干线电路的高质量，而且降低了运营成本。微波的传输容量一般比光纤要小，为使微波在一个微波传输频段中总传输容量和可靠性与现有光纤容量及可靠性接近，这就必须进一步提高微波信道的频谱利用率，同时也要提高SDH微
16、波通信的纠错能力，这些也正是目前数字微波通信技术的主要发展方向。1.提高QAM调制级数及严格限带微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITU-R建议，我国在411GHz频段大都采用的波道间隔为2830MHz和40MHz（ITU-R相关的频率配置建议）。要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。在这里一般多采用多电平QAM调制技术，目前已达到256/512QAM，正逐步实现1024/2048QAM。与此同时，对信道滤波器的设计提出了极为严格的要求：在某些情况下，其余弦滚降系数应低至0.1，现已可做到0.2左右。只有这样才能实现提高频谱利用率的目的。2.网格编码调制及维特比检测技术为
17、降低系统误码率，提高信息传输的可靠性，就必须采用更加复杂的纠错编码技术，但由此会导致频带利用率的下降。为了解决这个问题，可以采用网格编码调制（TCM）技术。采用TCM技术需利用维特比算法解码，在高速数字信号传输中，应用这种解码算法难度较大，需要进一步攻关。3.自适应频域和时域均衡技术当系统采用多状态QAM调制方式时，要达到ITU-R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到ITU-R的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。在各种抗衰落技术中，最常用的技术之一是自适应均衡技术，它包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。频域均衡主要
18、用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变；时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落，为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器。4.多载波并联传输多载波并联传输可显著降低发信码元的速率，减少传播色散的影响。运用双载波并联传输可使瞬断率降低到原来的1/10。5.其它技术如多重空间分集接收、发信功放非线性预校正、自适应正交极化干扰消除电路等。9.2VSAT卫星通信系统本节知识要点：VSAT卫星通信系统组成VSAT的接入方式VSAT主要类型VSAT的特点VSAT（ Very Small Aperture Termina
19、l）是80年代初发展起来的一种卫星通信系统，它的中文含义为“甚小口径天线地球站”，通常它是指天线口径小于2.4米，G/T（天线增益/天线温度）值低于19.7dB/K的高度智能化控制的地球站。目前，采用扩频方式（SS）的C频段VSAT，其天线口径可进一步压缩；Ku频段的天线口径已经小于1.8米。按VSAT所承担主要业务的不同可分成两大类：一类是以数据为主的小型数据地球站（PES，Personal Earth Station）；另一类是以话务为主、数据兼容的小型电话地球站（TES，Telephone Earth Station）。VSAT由于应用了大规模集成电路、数字信号处理和微处理器等新技术，因
20、而具有成本低、体积小、智能化、高可靠、信道利用率高和安装维护方便等特点，特别适用于缺乏现代通信手段、业务量小的专用卫星通信网。自VSAT问世以来，立即得到各国的重视，至80年代中期获得广泛应用，成为卫星通信中的热门领域之一。因此，将简要地介绍VSAT通信系统。9.2.1系统的组成VSAT系统由通信卫星转发器、天线口径较大的主站（中枢站）和众多甚小天线口径的小站组成。VSAT网中的空间通信由Ku频段（1114GHz）或C频段（46 GHz）的卫星转发器提供的。主站通常有主、备用两份设备，天线口径在3.511米之间。VSAT网小站（终端）除天线以外其它设备与主站的类似。终端通过设备之间的电缆，将室
21、内单元连接到射频单元。射频单元与天线一起设置在室外，以提供频率变换等功能及收信机功能等。室外单元的射频设备包括：天线、低噪声放大器（LNA）、上下变频器、固态放大器（SSPA）。SSPA的一般输出功率为5W、l0W、30W不等。为减少信号功率的损耗和引入的噪声，一般都将SSPA、LNA 和上、下变频器直接安装在天线后面，并由室内经电缆供电。因室外工作环境恶劣，室外设备既要密封（为了防雨防潮），又要能承受温度的大范围变化，因此，对室外单元各个部件的要求极高。中频及基带部分属于室内单元，它们主要包括：调制解调器、前向纠错编译码器以及其它基带设备等，其具体组成根据业务类型不同而略有不同。从中枢站（主
22、站）到VSAT小站的信道叫出境路由，系统中所有小站都有相同的出境路由。从VSAT小站到中枢站（主站）的信道称为入境路由，由于VSAT小站天线小、功率低，因此入境路由的速率要低于出境路由的速率。VSAT网络从传输方向上可分为2种：单向VSAT网络和双向VSAT网络；从传输方式上可分为4种：点对点、点对多点广播式、多点对点搜集式和点对多点的多边通信网络；基于网络功能特点VSAT网络可分为4种：数据交换、电路交换、视频音频数据分布网络和微型终端网络；从网络拓扑结构上可分为2种：星形拓扑结构和网状拓扑结构。9.2.2VSAT的接入方式（多址方式）接入方式是决定VSAT性能的关键要素之，同时也决定着系统
23、的工作量和总延时，早期VSAT无例外地采用了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多址方式。随着技术的进步，分组数据传输的大规模地兴起，VSAT系统又增添了不少新型多址连接方式，例如随机多址连接（RA）和按需分配的多址方式（DAMA）等。当然，在VSAT系统中，不同的网络拓扑结构，不同的传输链路，其接入方式也是不同的。下面就介绍5种常用的接入方式：1.TDM/FDMA（时分复用频分多址）方式这种方式通常用于星型网络中心站的出站链路，采用连续的TDM载波，典型的信息速率为：57.6、153.6、256和512kbps。在一个VSAT网络中，如果不
24、能满足业务量要求，则可增加多个TDM 出站载波，即TDM/FDMA载波，每个TDM载波对应一群VSAT站。2.SCPC/FDMA（每载波单信道频分多址）方式这种方式通常用于各远程VSAT站向中心站发送数据的入站链路，每个VSAT站占用一个载波，这种方式典型的信息速率为：1.2、2.4、4.8、9.6kbps，其优点是线路延时小、线路专用；缺点是线路利用率低，灵活性差。它适用于业务量固定且平稳的VSAT网。3.TDMA时分多址方式传统的TDMA方式是根据网络内站数的多少，给每个站划分一个固定时隙，而在VSAT网络中，它们与传统的TDMA方式有很大差异，比较典型的有：(1)S-ALOHA（时隙AL
25、OHA）方式ALOHA和S-ALOHA均指随机争用卫星信道方式。ALOHA是纯随机方式，既没有预约也没有分配时隙，主要用于突发数据通信，发送短文等。S-ALOHA是时隙ALOHA方式，为普通使用的方式，与ALOHA相比，减少了碰撞概率，提高了传输率，这种方式常用于低业务突发通信且VSAT站数目的网络。(2)R-ALOHA（预约ALOHA）方式这是方式是在ALOHA信道上开一个预约时隙，对较长的分组采用预约方式来传输数据，对较短的数据则采用随机方式。在这种接入方式中，当VSAT站有数据要发送到中心站时，需发送一个申请给中心站的按需分配处理器，并表明需要发送的通信量，中心站把定量的TDMA时隙分配
26、给相应的VSAT站。当有多个VSAT站同时向中心站发出申请时，则需排队等侯。这种方式可用于数据量变化较大的用户。(3)Stream（数据流）方式这种方式主要用于传输较长的连续数据，如大数据文件、话音及视频电话等。(4)AA-TDMA （自适应时隙分配）方式这是一种自适应调整TDMA方式。每个远程VSAT站按需使用时隙，并根据通信量的大小调整时隙的宽度。也可根据用户的业务情况，自动变换接入方式，如ALOHA、Stream和R-ALOHA。4.CDMA（码分多址）方式这种方式根据需要采用适当位数的扩频编码，不同的VSAT站采用不同的地址码。当中心站与若干个（如N个）VSAT站通信时，将所要传输的N
27、个信号用指定的N种不同的伪随机码进行扩频调制，同时使用同一种出站载波频率传给N个VSAT站，只要各个VSAT站的接收机使用各自规定的伪随机码来解调，它们便可分别接收到相应的原始信号。这种通信方式具有抗窄带干扰能力及保密通信的能力。5.DAMA（按需分配多址）方式在路由较少环境中，采用保SCPC、传统的FDMA这样的固定分配方式是对空间段资源的浪费，为提高效率，可以使用DAMA技术。这可以在每呼叫（call by call）基础上建立卫星链路，大量的VSAT站按需享用卫星容量，以较好利用空间段资源。当DAMA技术用于FDMA网络时就被称为DAFDMA方式；用于TDMA网络中时就被称为DATDMA
28、方式，或称为SCPCDAMA方式。9.2.3VSAT主要类型和特点目前已经开发出了4种类型的VSAT系统，这里简要的介绍它们的主要类型和特点。1.主要类型(1)非扩展频谱VSAT，这种类型的VSAT工作于Ku频段，具有高速度和双向的通信特点，采用无扩频相移键控调制技术和自适应带宽接入协议；(2)采用扩展频谱的VSAT，这种类型的VSAT工作于C频段，可提供单向或双向数据通信业务；(3)扩展频谱超小口径终端（USAT），它的天线口径通常为0.30.5米，是目前最小的双向数据通信地球站。(4)T型小口径终端（TSAT），这种类型的终端可以传输点对点双向综合数据、图像和话音，能与ISDN接口不需要主
29、站就可以构成网状结构，是一种较高级的VSAT，TSAT系统一般采用2.4米口径天线，目前，有报道说可以采用口径更小的天线。TSAT系统通过Ku频段和C频段的卫星转发器工作，安装简便，网路结构容易改变，适合于多种应用场合。2.VSAT的特点(1)VSAT网主要用于传输实时数据业务，信道响应时间十分重要，它对信号质量和网络利用率影响很大。因此，信道响应时间就成为VSAT的网络资源之一。在一般情况下，较大的业务量和较快的信道响应时间将占用较多的网络资源；(2)从VSAT系统的业务性能分析，在整个系统中，参与组网的VSAT小站数目越多，网络的利用率就越高，这时每个小站所承担的费用也就越小。在一般情况下
30、，组网小站数应为2005000个较为合理；(3)中枢站至小站采用广播式的传输方式，向全网发布信息。各小站按照一定的协议选取本站要接收的信息。因此，在系统设计时，为了保障出站链的数据高传输速率，以充分提高卫星转发器的利用率，中枢站天线口径选得较大；(4)通常小站至中枢站的业务量小，在系统设计时对于中枢站链路，应当优先考虑VSAT小站的高频功率放大器（HPA）的利用率。其多址接入规程大多采用SSMA或TDMA方式，以尽可能地缩小天线口径，降低高频功率放大器的输出功率；(5)VSAT站主要采用软件管理，易于控制。一般天线口径较小，G/T小于19.6dB/K，设备结构紧凑，全固体化，功耗小，环境条件要
31、求不高，VSAT小站的公用部件（HPA、LNA等）一般没有冗余设备；(6)对于VSAT小站而言，其公用部件主要是指共用的主站和卫星转发器，因此，随着小站数量的增加，每个小站的均摊费用会逐步降低。当然，随着VSAT小站数据终端站（DTE）的数量、速率、活动系数的变化，小站费用、共用设备（即主站和卫星转发器）费用在每站每月费用中也会发生一定的变化。9.3海事卫星移动通信系统Inmarsat本节知识要点：Inmarsat系统组成nmarsat航空卫星通信系统Inmarsat-P系统的组成Inmarsat-P系统特点最早的GEO卫星移动系统，是利用美国通信卫星公司（COMSAT）的Marisat卫星进
32、行卫星通信的，它是一个军用卫星通信系统。70年代中期为了增强海上船只的安全保障，国际电信联盟决定将L波段中的15351542.5MHz和1636.31644MHz分配给航海卫星通信业务，这样Marisat中的部分内容就提供给远洋船只使用。1982年形成了以国际海事卫星组织（Inmarsat）管理的Inmarsat系统，开始提供全球海事卫星通信服务。1985年对公约作修改，决定把航空通信纳入业务之内，1989年又决定把业务从海事扩展到陆地。1994年12月的特别大会上，国际海事卫星组织改名为国际移动卫星组织，其英文缩写不变仍为“Inmarsat”。目前它已是一个有79个成员国的国际卫星移动通信组
33、织，约在143个国家拥有4万多台各类卫星通信设备，它已经成为惟一的全球海上、空中和陆地商用及遇险安全卫星移动通信服务的提供者。中国作为创始成员国之一，由中国交通部和中国交通通信中心分别代表中国参加了该组织。9.3.1系统的组成Inmarsat系统由船站、岸站、网络协调站和卫星等部分组成。下面简要介绍各部分的工作特点：1.卫星Inmarsat通信系统的空间段由四颗工作卫星和在轨道上等待随时启用的四颗备用卫星组成。这些卫星位于距离地球赤道上空约35700km的同步轨道上，轨道上卫星的运动与地球自转同步，即与地球表面保持相对固定位置。所有Inmarsat卫星受位于英国伦敦Inmarsat总部的卫星控
34、制中心（SCC）控制，以保证每颗卫星的正常运行。每颗卫星可覆盖地球表面约13面积，覆盖区内地球上的卫星终端的天线与所覆盖的卫星处于视距范围内。四个卫星覆盖区分别是大西洋东区、大西洋西区、太平洋区和印度洋区。目前使用的是Inmarsat第三代卫星，它们拥有48dBW的全向辐射功率，比第二代卫星高出8倍，同时第三代卫星有一个全球波束转发器和五个点波束转发器。由于点波束和双极化技术的引入，使得在第三代卫星上可以动态地进行功率和频带分配，从而大大提高了卫星信道资源的利用率。为了降低终端尺寸及发射电平，Inmarsat-3系统通过卫星的点波束系统进行通信。除南北纬75度以上的极地区域以外，四个卫星几乎可
35、以覆盖全球所有的陆地区域。2.岸站（CES）CES是指设在海岸附近的地球站，归各国主管部门所有，并归它们经营。它既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和接续中心。其主要功能为：(1)对从船舶或陆上来的呼叫进行分配并建立信道；(2)信道状态（空闲、正在受理申请、占线等）的监视和排队的管理；(3)船舶识别码的编排和核对；(4)登记呼叫，产生计费信息；(5)遇难信息监收；(6)卫星转发器频率偏差的补偿；(7)通过卫星的自环测试；(8)在多岸站运行时的网络控制功能；(9)对船舶终端进行基本测试。每一海域至少有一个岸站具备上述功能。典型的CES抛物面天线直径为1114米，收发机采用双频段工作方式，C
36、频段用于语音，L频段用于用户电报、数据和分配信道。3.网路协调站（NCS）网路协调站（NCS）是整个系统的一个重要组成部分。在每个洋区至少有一个地球站兼作网络协调站，并由它来完成该洋区内卫星通信网络必要的信道控制和分配工作。大西洋区的NCS设在美国的Southbury，太平洋区的NCS设在日本的Ibaraki，印度洋区的NCS设在日本的Namaguchi。4.船站（SES）SES是设在船上的地球站。因此，SES的天线在跟踪卫星时，必须能够排除船身移位以及船身的侧滚、纵滚、偏航所产生的影响；同时在体积上SES必须设计得小而轻，使其不致影响船的稳定性，在收发机带宽方面又要设计得有足够带宽，能提供各
37、种通信业务。为此，对SES采取了以下技术措施：(1)选用L频段；(2)采用SCPCFDMA制式以及话路激活技术，以充分利用转发器带宽；(3)卫星采用极子碗状阵列式天线，使全球波束的边缘地区亦有较强的场强；(4)采用改善HPA（发送部分的高功放），来弥补因天线尺寸较小所造成天线增益不高的情况；(5)L频段的各种波导分路和滤波设备，广泛采用表面声波器件（SAW）；(6)采用四轴陀螺稳定系统来确保天线跟踪卫星。SES根据Inmarsat业务的发展被分为A型站、B型站、M型站和C型站标准，1992l993年投入应用的B、M型站，采用了数字技术，它们最终将取代A型站和C型站。每个SES都有自己专用的号码
38、，通常SES由甲板上设备（ADE）和甲板下设备（BDE）两大部分组成。ADE包含天线、双工器和天线罩；BDE包含低噪声放大器、固体高功放等射频设备，以及天线控制设备和其它电子设备。射频部分也可装在ADE天线罩内。9.3.2Inmarsat航空卫星通信系统Inmarsat航空卫星通信系统主要提供飞机与地球站之间的地对空通信业务。该系统由卫星、航空地球站和机载站三部分组成。如图9-2所示。图9-2Inmarsat航空卫星通信系统卫星与航空地球站之间采用C频段，卫星与机载站之间采用L频段。航空地球站是卫星与地面公众通信网的接口，是Inmarsat地球站的改装型；机载站是设在飞机上的移动地球站。Inm
39、arsat航空卫星通信系统的信道分为P、R、T和C信道，P、R和T信道主要用于数据传输，C信道可传输话音、数据、传真等。航空卫星通信系统与海上或地面移动卫星通信系统有明显差异，例如飞机高速运动引起的多普勒效应比较严重、机载站高功率放大器的输出功率和天线的增益受限。因此，在航空卫星通信系统设计中，采取了许多技术措施，如采用相控阵天线，使天线自动指向卫星；采用前向纠错编码、比特交织、频率校正和增大天线仰角，以改善多普勒频移的影响。目前，支持Inmarsat航空业务的系统主要有以下5个：(1)Aero-L系统：低速（600bps）实时数据通信，主要用于航空控制、飞机操纵和管理；(2)Aero-l系统
40、：利用第三代Inmarsat卫星的强大功能，并使用中继器，在点波束覆盖的范围内，飞行中的航空器可通过更小型、更廉价的终端获得多信道话音、传真和电路交换数据业务，并在全球覆盖波束范围内获得分组交换的数据业务；(3)Aero-H系统：支持多信道话音、传真和数据的高速（10.5kbps）通信系统，在全球覆盖波束范围内，用于旅客、飞机操纵、管理和安全业务；(4)Aero-H+系统：是H系统的改进型，在点波束范围内利用第三代Inmarsat卫星的强大容量，提供的业务与H系统基本一致；(5)Aero-C系统：它是Inmarsat-C航空版本，是一种低速数据系统，可为在世界各地飞行的飞机提供存储转发电文或数
41、据报业务，但不包括航行安全通信。目前，Inmarsat的航空卫星通信系统已能为旅客、飞机操纵、管理和空中交通控制提供电话、传真和数据业务。从飞机上发出的呼叫，通过Inmarsat卫星送入航空地球站，然后通过该地球站转发给世界上任何地方的国际通信网络。9.3.3Inmarsat-PInmarsat业务的发展如表9-1所示。其中移动性较强的Inmarsat-C及M的开发是由于Inmarsat-3卫星的成功发射，而逐步走向实用的。Inmarsat-A/B的体积相当于衣箱大小，Inmarsat-C/M体积相当于公文包大小。表9-1Inmarsat业务的发展业务日期使用终端Inmarsat-A1982年
42、初期的话音和数据终端Inmarsat-Aero1990年航空话音和数据终端Inmarsat-C1991年公文包式数据终端Inmarsat-M1993年公文包式数字电话终端Inmarsat-B1993年数字全业务终端全球寻呼1994年袖珍式传呼机导航业务1995年各种专用业务终端音频广播九十年代中期尚未规范化Inmarsat-P正在逐步完善之中手持式卫星电话在Inmarsat-P的开发过程中，第一步是在1991年底推出的Inmarsat-C终端，它是采用信息存储转发方式进行通信的。移动用户可事先在显示屏上编辑好电文，然后以数据包形式通过卫星发往所需的地面站，地面站在收完最后一组数据包后，对数据包
43、进行复原处理，最后通过国际电信网在几秒钟内将电报送达用户。采用存储转发方式，可以使Inmarsat卫星的工作容量得到最大限度的利用，从而降低用户的费用；还可以使用户充分利用陆地通信网中各种通信方式发送数据。Inmarsat-C终端把接收机、发射机、天线三者集成在个仅有16开书本大小的公文包内，重量约35kg，其天线使用小型的定向或全向性天线，很易于指向卫星。Inmarsat-M终端是Inmarsat于1992年底推出的，它是通向全球个人移动通信的桥梁。它可提供直接拨号、双向电话、第三类传真（GROUP-3）和数据通信，提供单跳、全球范围内的移动、稀路由电话服务，具有直接与国际电信网连接的选择能
44、力。该终端已经广泛用于各类船舶、航空用户以及各种类型的车辆。即使船舶、飞机、车辆在行进中，其天线也能够自动跟踪卫星，随时保持与卫星的联系。随着世界网络信令系统的发展，Inmarsat-M终端将提供单一号码的入口接续，并与蜂窝系统互连。Inmarsat为了实现全球个人移动通信，在1991年9月公布了Inmarsat 21世纪工程计划，也就是现在的ICO通信系统。目前体积小、重量轻、费用低的通信终端（称Inmarsat-P终端），已经能够提供用户越洋的全球手持卫星话音通信以及数据、寻呼、定位等业务，并能与国际公众通信网（PSTNS）接口。自1995年ICO全球通信公司成立到目前为止，Inmarsa
45、t-P系统正在按照预定的方案和计划如期进行和落实，部分功能和业务目前已经能够实现。下面介绍该系统组成和特点。1.Inmarsat-P系统的组成Inmarsat-P系统由空间段、地面段和用户终端组成。Inmarsat-P使用GSM标准作为其主要的数据通信技术平台，同时保留与非GSM标准业务漫游的兼容能力。(1)空间段Inmarsat-P的空间段由在高度10355km轨道运行的10颗主用卫星、2颗备用卫星及相关控制设备组成。每颗卫星至少能支持4500个电话，采用时分多址（TDMA）技术，使用(19802010MHz)/(21702200MHz)频段，一颗卫星有163个点波束，由网络协调中心（NCC）通过网络协调站（NCS）实施系统的全面管理和运作。(2)地面段地面段由合理分布在全球不同地方的12个卫星接续枢纽站（SAN站）和两个网络中心（NME）与一个通过光缆组成的全球网络相互连接而构成。每个SAN站提供与Inmarsat-P卫星转接的基本接口，同时存储必要的用户数据，SAN站还与地面各种互连接点相连，作为与公众电话交换网、移动网和数据网的基本接口，SAN站由当地运营者管理和维护。(3)用户终端段In