移动通信基本知识.docx
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移动通信基本知识
目录
1无线电的产生2
1.1电磁波产生原理2
2微波3
2.1微波通信的概念3
2.2数字微波通信的特点4
2.3数字微波通信对网络建设的优点4
2.4微波传输的网络4
2.4.1终端站设备组成4
2.4.2微波传输网络框图5
2.5微波的传波特性5
2.6数字微波技术5
2.6.1PCM技术5
2.6.2调制方式6
2.6.3保护技术6
2.6.4频率设置方案6
3卫星通信7
3.1卫星通信定义7
3.2卫星通信的发展历程7
3.3卫星通信的特点8
3.4卫星通信系统10
3.5卫星通信系统组成11
3.5.1位置与姿态控制系统11
3.5.2天线系统11
3.5.3转发器系统12
3.5.4遥测指令系统12
3.5.5电源系统12
3.5.6温控系统12
3.5.7入轨和推进系统12
表目录
表2.1微波波段代号查询表3
表2.2CCITT规定的30路PCM系列标准5
表3.1国际卫星性能表8
图目录
图1.1电磁波产生原理3
图1.2天线振子3
图2.1微波传输网络框图5
1无线电
1.1电磁波产生原理
按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间要产生变化的磁场，而变化的磁场又要产生变化的电场。
这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远地在空间传播出去。
周期性变化的磁场激发周期性变化的电场，周期性变化的电场激发周期性变化的磁场。
电磁波不同于机械波，它的传播不需要依赖任何弹性介质，它只靠“变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场”的机理来传播，也有的地方说电磁波是以自身为介质传播的。
当电磁波频率较低时，主要籍由有形的导电体才能传递；当频率逐渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。
在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。
然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。
根据以上的理论，每一段流过高频电流的导线都会有电磁辐射。
有的导线用作传输，就不希望有太多的电磁辐射损耗能量；有的导线用作天线，就希望能尽可能地将能量转化为电磁波发射出去。
于是就有了传输线和天线。
无论是天线还是传输线，都是电磁波理论或麦克斯韦方程在不同情况下的应用。
对于传输线，这种导线的结构应该能传递电磁能量，而不会向外辐射；对于天线，这种导线的结构应该能尽可能将电磁能量传递出去。
不同形状、尺寸的导线在发射和接收某一频率的无线电信号时，效率相差很多，因此要取得理想的通信效果，必须采用适当的天线才行。
研究什么样结构的导线能够实现高效的发射和接收，也就形成了天线这门学问。
高频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，使我们可以用导线接收来自远处的无线电信号。
图1.1很直观的体现了电磁波的产生和传播方式。
图1.1电磁波产生原理
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关；当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。
通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。
图1.2天线振子
1.2无线电频率划分
无线电频谱可分为下面表1.1中的14个频带，无线电频率以Hz（赫兹）为单位
表1.1频带划分
带号
频带名称
频率范围
波段名称
波长范围
0.1
至低频（TLF）
0.03－0.3Hz
至长波或千兆米波
10000－1000兆米（Mm）
0
至低频（TLF）
0.3－3Hz
至长波或百兆米波
1000－100兆米（Mm）
1
极低频（ELF）
3－30Hz
极长波
100－10兆米（Mm）
2
超低频（SLF）
30－300Hz
超长波
10－1兆米（Mm）
3
特低频（ULF）
300－3000Hz
特长波
1000－100千米（km）
4
甚低频（VLF）
3－30kHz
甚长波
100－10千米（km）
5
低频（LF）
30－300kHz
长波
10－1千米（km）
6
中频（MF）
300－3000kHz
中波
1000－100米（m）
7
高频（HF）
3－30MHz
短波
100－10米（m）
8
甚高频（VHF）
30－300MHz
米波
10－1米（m）
9
特高频（UHF）
300－3000MHz
分米波
10－1分米（dm）
10
超高频（SHF）
3－30GHz
厘米波
10－1厘米（cm）
11
极高频（EHF）
30－300GHz
毫米波
10－1毫米（mm）
12
至高频（THF）
300－3000GHz
丝米波或亚毫米波
10－1丝米（dmm）
常用字母代码和业务频段对应对应关系见表1.2。
表1.2常用字母代码与业务频段对应表
字母代码
雷达
空间无线电通信
频谱区域
举例（GHz）
标称频段
举例（GHz）
L
1-2
1.215-1.4
1.5GHz频段
1.525-1.710
S
2-4
2.3-2.5
2.5GHz频段
2.5-2.690
C
4-8
5.25-5.85
4/6GHz频段
3.4-4.2
4.5-4.8
5.85-7.075
X
8-12
8.5-10.5
-
Ku
12-18
13.4-14.0
11/14GHz频段
10.7-13.25
15.3-17.3
12/14GHz频段
14.0-14.5
K（注）
18-27
24.05-24.25
20GHz频段
17.7-20.2
Ka（注）
27-40
33.4-36.0
30GHz频段
27.5-30.0
V
40-75
46-56
40GHz频段
37.5-42.5
47.2-50.2
注：
对于空间无线电通信，K和Ka频段一般只用字母代码Ka表示；相应代码及频段范围非正式标准，仅作简化称呼参考之用。
1.2.2国际电信联盟ITU的区域划分
为划分无线电频率，国际电信联盟《无线电规则》将世界划分为三个区域，中国位于第三区（见图1.3）。
图1.1ITU区域划分
1.2.3中国无线电划分
CHN190-95kHz频带内的水上移动业务，限于海岸电台无线电报。
CHN268.5±1kHz、100±10kHz可用于标准频率和时间信号业务。
CHN31650kHz、1750kHz、1800kHz系国内无线电导航频率，其他业务不得对其产生有害干扰。
CHN42-64.5MHz可有限制地用于无线电定位业务，不得对其他业务产生有害干扰。
CHN54292-4305kHz、6443-6457kHz、8803-8813kHz、10555-10655kHz、10740-10760kHz、13155-13165kHz、14815-14825kHz，17155-17165kHz、19750-19760kHz、22510-22520kHz和25080-25090kHz系国内保护频带，用于水上移动业务。
20015kHz为国内保护频点。
CHN6广播业务需经协调后方可使用5900-5950kHz、7300-7350kHz、9400-9500kHz、11600-11650kHz、12050-12100kHz、13570-13600kHz、13800-13870kHz、15600-15800kHz、17480-17550kHz、18900-19020kHz和798-806MHz频带。
CHN731-35MHz频带可用于水上移动业务，为主要业务。
其中33.0MHz可用于近海安全救助通信，其他业务不得对其产生有害干扰。
27.5-29.7MHz频带内现有渔业电台可用至报废为止，2005年底开始在此频带不能启用新的渔业电台。
29.7-39.5MHz频带内的其他频率可用于水上移动业务，在沿海各省、直辖市和自治区为主要业务，在其他地区为次要业务。
CHN8在不干扰广播业务条件下，48.5-72.5MHz、76-84MHz可用于固定、移动业务。
CHN984-87MHz频带内的现有广播业务用至2008年底为止。
CHN1076-108MHz无线电定位业务限于现有设备，可以继续有控制地使用；100-108MHz航空移动业务限于现有设备，可以继续使用。
76-84MHz和87-108MHz频带内，遇有固定、移动、航空移动、无线电定位业务干扰广播业务时，应采取措施消除干扰。
CHN11229-235MHz在北京密云县用于射电天文业务，其他业务不得对其产生有害干扰。
CHN12322-328.6MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京密云县、乌鲁木齐南山地区、贵州南部喀斯特地形区；
406.1-410MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京密云县、乌鲁木齐南山地区、贵州南部喀斯特地形区、内蒙古正镶白旗；
608-614MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京密云县不老屯镇、乌鲁木齐南山地区、贵州南部喀斯特地形区、内蒙古正镶白旗；
1330-1400MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京怀柔县和密云县、上海佘山，昆明凤凰山、乌鲁木齐南山地区、贵州南部喀斯特地形区、内蒙古正镶白旗；
1610.6-1613.8MHz、1718.8-1722.2MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京怀柔县和密云县，上海佘山、昆明凤凰山、乌鲁木齐南山地区、贵州南部喀斯特地形区、内蒙古正镶白旗；
1660-1670MHz频带射电天文为主要业务，现用于现用于北京怀柔县和密云县、上海佘山、乌鲁木齐南山地区、陕西临潼、贵州南部喀斯特地形区、昆明凤凰山、内蒙古正镶白旗；
2655-2690MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京怀柔县、江苏淮阴、贵州南部喀斯特地形区、内蒙古正镶白旗；
3260-3267MHz、3332-3339MHz、3345.8-3352.5MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京怀柔县、贵州南部喀斯特地形区、内蒙古正镶白旗；
4825-4835MHz、4950-4990MHz、4990-5000MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京密云县、上海佘山、南京紫金山、乌鲁木齐南山地区、贵州南部喀斯特地形区、昆明凤凰山、内蒙古正镶白旗；
6650-6675.2MHz频带射电天文为主要业务，现用于北京怀柔县、南京紫金山、贵州南部喀斯特地形区、内蒙古正镶白旗；
10.6-10.68GHz频带射电天文为主要业务，现用于乌鲁木齐南山地区、北京密云县、内蒙古正镶白旗；
14.47-14.50GHz频带射电天文为主要业务，现用于北京密云县、内蒙古正镶白旗；
15.35-15.4GHz频带射电天文为主要业务，现用于北京密云县，内蒙古正镶白旗；
22.01-22.5GHz、22.81-22.86GHz、23.07-23.12GHz、23.6-24GHz频带射电天文为主要业务，现用于青海德令哈、上海佘山、乌鲁木齐南山地区、北京密云县；
31.3-31.8GHz频带射电天文为主要业务，现用于北京密云县；
42.5-43.5GHz频带射电天文为主要业务，现用于青海德令哈、上海佘山、乌鲁木齐南山地区、北京密云县；
84-94GHz、94.1-116GHz、200-231.5GHz、241-275GHz频带射电天文为主要业务，现用于青海德令哈。
其他业务不得对上述所有射电天文业务产生有害干扰。
CHN13其他业务不得对344-351MHz频带内的卫星移动（空对地）业务和389-396MHz频带内的卫星移动（地对空）业务产生有害干扰。
CHN14广播业务限用于珠海船底山电视发射台使用582-590MHz，中山五桂山电视发射台使用590-598MHz。
CHN15无线电导航业务需与广播业务协调后方可使用606-610MHz频带。
CHN16905-925MHz可用于航空无线电导航业务，为次要业务；925-930MHz可用于航空无线电导航业务，为主要业务，其他业务不得对其产生有害干扰。
CHN171270-1375MHz频带使用的无线电定位业务可用于风廓线雷达。
CHN18现有无线电定位业务应尽早移出1535-1544MHz、1545-1645.5MHz、1645.5-1660MHz、1850-1880MHz、2085-2120MHz、3400-3800MHz、5925-6425MHz、7500-8185MHz、14-15.35GHz频带，从2005年底起不能启用新设备，但现有设备可用至设备报废为止。
CHN191545-1559MHz频带的现有无线电导航设备可用至报废为止，从2005年底起不能启用新设备。
CHN20考虑到IMT-2000全球移动通信应用的需求，现有无线电定位业务应尽早移出2500-2690MHz频带。
CHN213600-4200MHz、4400-4990MHz、5925-6425MHz、6425-7110MHz固定业务主要用于大容量微波接力干线网路，其他微波线路建设时，对已建或已规划建设的大容量微波接力干线网路不得产生有害干扰。
CHN22无线电定位业务需与水上无线电导航业务协调后方可使用5470-5650MHz频带。
CHN236425-7250MHz频带在个别地区经协调后方可使用部分频带用于无线电定位业务。
CHN2424.45-24.65GHz频带可用于无线电定位次要业务，但应逐步移出。
CHN25卫星移动（空对地）业务使用1544-1545MHz频带，限于遇险和安全通信，其他业务不得对其产生有害干扰。
2微波
2.1微波通信的概念
所谓微波是一种具有极高频率（通常为300MHz~300GHz），波长很短（通常为1m~1mm）的电磁波。
在微波频段，由于频率很高，电波的绕射能力弱，所以信号的传输主要是利用微波在视线距离内的直线传播，又称视距传播。
在微波技术中，常用字母代号表示微波波段，常用微波代号如表1.1所示。
表2.1微波波段代号查询表
2.2数字微波通信的特点
●干扰性强，线路噪声不积累
●传输数字化便于组成数字通信网
●容量大，在同样频带利用率下，有更大可用带宽。
2.3数字微波通信对网络建设的优点
●经济性：
建设费用低，尤其在复杂地形、大长度时
●灵活性：
可用于不同长度、不同容量的需要
●线路使用权：
电缆光缆可能会穿越第三方财产，而微波在空间传输，没有这些不利因素
●组网速度快：
不需要布线，可短期内解决网络覆盖问题
●重装能力强：
易于拆下，迅速重装，不留财产于地面
2.4微波传输的网络
2.4.1终端站设备组成
终端站设备实现基带信号到微波的相互装换，通常由复用设备、解复用设备、调制解调器、收发信机、天线等组成信号通道
2.4.2微波传输网络框图
图2.1微波传输网络框图
2.5微波的传波特性
我国微波通信广泛应用L、S、CX频段，K频段的应用尚在开发之中。
由于微波的频率极高，波长又很短，其在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。
这种通信方式，称为微波中继通信或称微波接力通信。
2.6数字微波技术
2.6.1PCM技术
我国采用基群为30路的PCM系列，每话路数据速率为64kbps，加两路同步信号后，基群数率2048kbps。
表1.2为CCITT规定的30路PCM系列标准。
表2.1CCITT规定的30路PCM系列标准
2.6.2调制方式
采用何种调制方式主要考虑以下因素：
频谱利用率，抗干扰能力，对传输失真的适应能力及抗多径衰落能力，所采用频段设备的复杂性程度及成本与可实现性等。
目前常用的小容量数字微波调制技术主要有2PSK、4PSK、8PSK、16QAM等。
2.6.3保护技术
●硬件保护：
小容量微波常用硬件设置有1+0,1+1，大容量常用n+1备份方式。
●微波抗衰落方法有：
扰码、均衡、前向纠错、分集方式。
●网络拓扑：
传输干线成环，以路径分集保护重要线路。
●采用分集技术是最有效的抗衰落措施，包括：
⏹空间分集：
接收机有两幅或更多相隔充分远的天线，它们接收信号的衰落时相对独立的，称为空间分集接收。
⏹频率分集：
在两个或以上具有一定间隔的微波频率上同时发射和接收同一信息，然后进行合成或选择。
2.6.4频率设置方案
微波站收信、发信必须使用不同的频率，而且有足够大的保护间隔。
国家无线管理委员会对频段分配及频道配置有规定，必须照此申请及执行。
如PDH数字微波规定13GHz频段8.448Mbps容量第n波道中心频率为
fn=12996-245+14nfn’=12996+21+14n（n=1,2,3,…16）
其中12996MHz称频带中心频率，保护间隔266MHz。
双向波道常用的二频制方案分配频率。
将收信频率低于发信频率的微波站称为低站，将收信频率高于发信频率的微波站称为高站。
微波中继线路上，高站和低站是间隔排列的。
为防止越站干扰，各站最后成“之”字形排列。
3卫星通信
3.1卫星通信定义
卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信
3.2卫星通信的发展历程
自从1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星以来，世界许多国家相继发射了各种用途的卫星。
这些卫星广泛应用于科学研究，宇宙观测，气象观测，国际通信等许多领域。
1958年12月美国宇航局（NASA）发射了“斯科尔”（SCORE）广播试验卫星，进行磁带录音信号的传输。
1960年8月，又发射了“回声”（ECHO）无源发射卫星，首次完成了有源延迟中继通信。
1962年7月美国电话电报公司AT&T发射了“电星一号”（TELESTAR-1）低轨道通信卫星，在6GHz/4GHz实现了横跨大西洋的电话、电视、传真和数据的传输，奠定了商用卫星通信的技术基础。
1962年11月美国无线电公司RCA发射了“中继1号”（RELAY-1）低轨道卫星，完成了横跨太平洋的美、日之间的电视传播。
那时，由于火箭推力有限，卫星高度均没有超过1万公里，这些卫星称为低轨道卫星，它们围绕地球转一圈的时间为几个小时。
对于地球上的观察者而言，卫星总是不停地围绕地球旋转。
为了接收来自卫星地信号，地球站的天线要不停地跟踪卫星。
而当卫星转到地球的另一侧的时候，地球站只有暂停工作，等待再一次转到这一侧的时候继续跟踪。
所以一个地球站和卫星之间的通信只能进行几个小时。
而且，由于卫星相对地球站存在相对运动，由此产生的多普勒效应（在以后的文章中会介绍）使接收频率发生变化，导致设备的复杂化。
1963年7月美国宇航局发射的“辛康2号”（SYNCOM-Ⅱ）卫星，其轨道高度升高后，可使卫星在赤道上空绕地球一周的时间与地球自转一周的时间相等。
因此，卫星和地球站是相对，故这种卫星也称为静止卫星。
这时的卫星轨道称为地球同步轨道，因此也可以称为同步卫星。
使用了这种同步卫星，建立稳定的通信线路才成为现实，至此卫星通信作为现代通信方式取得了稳固的地位。
同年10月克服了许多技术上的困难，利用该卫星向全世界转播了东京奥运会的实况。
1965年苏联发射了“闪电”（MOLNIYA）同步卫星，完成了苏联和东欧之间的区域性通信和电视广播。
至此，经历了近20年的时间，完成了通信卫星的试验，并使卫星通信的实用价值得到了广泛的承认。
1964年8月成立了商用的卫星临时组织。
1973年2月更名为国际通信卫星自治（INTELSAT）。
这是一个国际性商用卫星通信机构，截止1986年已有112个国家参加该组织（包括中国），目前正在使用的国际通信卫星主要是INTELSAT卫星公司（COMSAT）发射的“晨鸟”（EarlyBird），也成为“INTELSAT-Ⅰ”国际通信卫星。
自此之后，先后发射了六代国际通信卫星-Ⅱ~Ⅶ。
前四代已经完成了使命，现在正在运行的包括IS-Ⅴ-A,IS-Ⅵ,IS-Ⅶ。
这些国际卫星的主要性能见表3.1。
表3.1国际卫星性能表
名称
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅳ－A
Ⅴ
Ⅴ－A
Ⅵ
Ⅶ
发射时间（年）
1965
1966
1968
1971
1975
1980
1985
1989
1992
直径（米）
0.72
1.42
1.42
2.38
2.38
1.6*2
1.6*2
3.6
2.7*2.7
高度（米）
0.6
0.67
1.04
5.28
5.9
1.7
1.7
6.4
4.2
轨道重量（公斤）
38
86
152
700
790
815
815
1.8K
1.4K
天线数目
1
1
1
3
7
7
7
/
14
初始功率（瓦）
40
75
120
400
500
1.2K
1.3K
2.2K
3.9K
发射功率（瓦）
6
18
11
6
8
8/20
8/20
11/20
30
转发器数目
2
1
2
12
20
27
32
46
36
总带宽（兆赫）
25
130
500
500
800
2.3K
2.7K
3.3K
2.4K
设计寿命（年）
1.5
3
5
7
7
7
8
10
14
最大话路数
240
240
1.2K
4K
6K
12.5K
14K
24K
23K
电视频道数
或1
或1
+2
+2
+2
+2
+2
+3
+4
每路年资（千美元）
33
11
2.0
1.2
1.0
0.88
0.88
0.63
在大西洋上空的Ⅰ号和Ⅱ号国际卫星用于沟通北美和欧洲间的固定业务。
他们可以传送240路电话或一路电视，但不能同时工作。
Ⅱ号国际卫星可以与几个地球站同时进行通信，也就是具有多址功能。
由于他们的卫星天线随着卫星一起旋转，使天线波束不能始终对准地球站，因此大部分功率浪费在空间。
为了改善这一性能，在Ⅲ号和Ⅳ号卫星中采用了“消旋天线”，由于消旋后的天线并不能随卫星自旋而转动，可以使天线波束总是对准地球，由此地球站的接收功率增大了，就有可能使话路总数增加。
1980年发射的Ⅴ号和1985年发
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