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2.4.2 卫星微波

《无线通信网络与系统》第2章信号传输基础,本章的目的是使没有或者具有很少数据通信背景知识的读者能够对本书所包含的内容有一个初步的认识。在本章的最后,我们为感兴趣的读者提供了参考资料以便进行更深入的学习。本节为大家介绍卫星微波。

作者:朱磊/许魁 译来源:机械工业出版社|2017-11-16 15:39

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2.4.2 卫星微波

物理描述 从功能上讲,通信卫星就是一个微波中继站。它用于将地面上的两个或者更多个微波发射机/接收机(也就是我们说的地球站或地面站)连接起来。卫星接收一个频段上的传输信号(上行链路),放大或者重复该信号,然后在另一个频段上发送该信号(下行链路)。一个单轨卫星会工作在若干个频段上,也称为转发器信道,简称转发器。

应用 与光导纤维一样,通信卫星是一次重要的技术革命。其中,卫星最重要的应用包括:

●电视节目分发

●长途电话传输

●私人商务网络

由于其所具有的广播特性,所以卫星很适合用在电视节目分发上,目前这一应用已经被美国乃至世界各地广泛使用。在它的传统应用中,电视网络在一个中心地点提供节目,将该节目传输到卫星,随后向下广播到多个地面站点,之后这些站点就可以将节目分发给各个观众了。其中,一个名为公共电视网(PBS)的电视网络,几乎仅使用卫星信道来分发电视节目。其他的商业网络也广泛使用卫星,并且在有线电视系统提供的电视节目中通过卫星接收节目的比例正在不断增长。卫星电视分发技术的最新应用是直播卫星(DBS),该技术可以将卫星视频信号直接传输到家庭用户。随着费用的不断降低以及接收天线尺寸的不断缩小,使得DBS是经济可行的,现在DBS也已经很普遍了。我们将在第16章中讨论DBS。

卫星传输同样可以用在公共电话网络中电话交换局之间的点对点中继线(bunk)。对于高利用率的国际中继线,卫星传输是最适宜的媒介,与由多国长途链路构成的地面系统相比有很强的竞争力。

最后,卫星还有一些商业数据应用。卫星供应商可以将整个容量分成多个信道,然后将这些信道租赁给个体商业用户。用户可以在几个地点安置天线,这样可以使用卫星信道实现专用网络。过去,该应用价格昂贵,用户只局限于具有高容量需求的大型组织。

传输特性 对于卫星传输,最适宜的频率范围是1~10GHz。频率低于1GHz时,自然界的噪声就很大,包括来自银河、太阳、大气噪声以及各类电子设备产生的人为干扰。频率高于10GHz时,信号会因为大气的吸收和降雨而严重衰减。

现在,大多数卫星利用5.925~6.425GHz的频段来进行地球到卫星的点对点传输(上行链路),利用3.7~4.2GHz的频段来进行卫星到地球的点对点传输(下行链路)。这种组合称为4/6GHz频段。需要说明的是,上行链路和下行链路的频率是不同的。为了连续进行无干扰的工作,卫星不能在同一个频率上进行发送和接收。因此,从地面站接收的信号在一个频率,而卫星发送的信号必须在另一个频率。

4/6GHz频段是1~10GHz频率范围内的最佳频段,但是目前已经饱和。而在该频率范围内的其他频率是不可用的,因为这些频率是干扰源的工作频率,这里干扰源通常指的是地面微波。因此,12/14GHz频段就开发出来(上行链路:14~14.5GHz;下行链路:11.7~12.2GHz)。在这个频段上,我们必须克服信号衰减的问题。然而,由于越来越小也越来越廉价的地球站接收机的使用,我们可以预测,这一频段也将达到饱和,所以20/30GHz频段(上行链路:27.5~30GHz;下行链路:17.7~20.2GHz)预计也将使用。这一频段中的衰减问题更为严重,但它能够支持更宽的频段(2500MHz与500MHz相比)并且接收机也更小更便宜。

这里需要说明卫星通信的几个性质。第一,由于涉及远距离传输,所以从一个地球站发送到另一个地球站且被它接收期间会产生大约1/4s的传播延迟。这个延迟在普通电话通话中可以被察觉到。同时,卫星通信也会引入差错控制和流量控制领域的问题,我们将在后面的章节讨论这个问题。第二,卫星微波本质上是广播设备。多个站点都可以发送信号给卫星,而从卫星发送的信号也可以被多个站点接收。


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