第30講 電磁波傳播與通信

電磁波傳播

—通信技術(shù)

人類科技進步的產(chǎn)物——現(xiàn)代通信現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)——微電子技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)的核心——計算機技術(shù)現(xiàn)代通信的基本特征——數(shù)字化衛(wèi)星通信技術(shù)的基礎(chǔ)——空間技術(shù)光通信的基礎(chǔ)——光子技術(shù)傳遞信息的通信員模擬方式的代表：AM與FMAM調(diào)制原理FM調(diào)制原理目錄衛(wèi)星通信移動通信光纖通信地面微波接力通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信發(fā)展衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信特點衛(wèi)星通信體制衛(wèi)星通信典型應(yīng)用衛(wèi)星通信—發(fā)展1945年，英國人克拉克設(shè)想：發(fā)射三顆同步軌道衛(wèi)星到地球的赤道上空；相鄰衛(wèi)星之間角度60度；離地面高度35800km；衛(wèi)星天線波束寬度17度；可構(gòu)成全球性的衛(wèi)星通信。這種設(shè)想已實現(xiàn)了。衛(wèi)星通信—發(fā)展電磁波傳播機理：同步衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動一周時間等于地球自轉(zhuǎn)的周期，從地球看好象不動；從地面發(fā)射電磁波到衛(wèi)星（有中繼器）；衛(wèi)星接收電磁波，放大。衛(wèi)星把電磁波送回地面接收機。完成通信過程衛(wèi)星通信是一種接力通信衛(wèi)星通信—發(fā)展1954—1964年，衛(wèi)星通信試驗階段初期，無源通信，利用衛(wèi)星反射。1954年，美國，地球—月球——地球，話音試驗；1956年，美國，華盛頓—夏威夷，建立雙工中繼線路，工作6年；1960-1964年，美國，氣球衛(wèi)星試驗；以上試驗質(zhì)量不好衛(wèi)星通信—發(fā)展1954—1964年，衛(wèi)星通信試驗階段中期，低軌有源通信，利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)。1950年，試驗星上有信號處理設(shè)備，實驗成功后期，同步軌道試驗衛(wèi)星通信。1963年，完成了電話、電視、傳真?zhèn)鬏斣囼?，成功?964年，美國，轉(zhuǎn)播在日本舉行的奧運會衛(wèi)星通信—發(fā)展1965年——，衛(wèi)星通信實用階段1965年，“國際衛(wèi)星通信組織”發(fā)射“intelsat-1”，正式承擔(dān)國際通信業(yè)務(wù)。開始標志多種多樣業(yè)務(wù)固定衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，地球站是固定移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，艦、船、車、飛機等廣播衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，電視廣播、聲音廣播無線電導(dǎo)航與定位業(yè)務(wù)，其它衛(wèi)星通信—系統(tǒng)組成四大智能分系統(tǒng)空間分系統(tǒng)通信地球站分系統(tǒng)跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)監(jiān)控管理分系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)組成—空間分系統(tǒng)組成：通信系統(tǒng)天線系統(tǒng)姿態(tài)和位置控制系統(tǒng)電源系統(tǒng)主要作用無線電中繼站衛(wèi)星系統(tǒng)組成—地球站連接衛(wèi)星線路與用戶的中樞衛(wèi)星系統(tǒng)組成—跟蹤遙測指令分系統(tǒng)主要作用：對衛(wèi)星進行跟蹤測量控制其準確進入軌道，到達指定位置衛(wèi)星正常后，定期進行軌道修正和保持衛(wèi)星系統(tǒng)組成—監(jiān)控管理主要作用：對規(guī)定點上的衛(wèi)星參數(shù)進行業(yè)務(wù)開通前后的監(jiān)控和控制如基本通信參數(shù)：衛(wèi)星發(fā)射功率衛(wèi)星天線增益射頻和帶寬保證網(wǎng)絡(luò)暢通衛(wèi)星通信特點覆蓋范圍大。在10GHZ頻率下受大氣環(huán)境影響小，全天暢通。大容量通信。成千上萬路電話等建站方便，費用小。長距離比接力通信費用小多地通信，組網(wǎng)方便。衛(wèi)星通信體制模擬數(shù)字衛(wèi)星通信典型應(yīng)用SCPC系統(tǒng)：單路單載波系統(tǒng)，話音、數(shù)據(jù)、傳真等國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)：下頁圖數(shù)據(jù)站衛(wèi)星通信系統(tǒng)：下頁圖移動通信移動通信概念：移動通信就是指通信的雙方,至少有一方在移動中進行信息的交換。

移動通信的特點電波傳播條件惡劣在強干擾條件下工作具有多卜勒頻移效應(yīng)移動用戶經(jīng)常移動

多徑效應(yīng)移動通信尋呼系統(tǒng)移動通信集群尋呼移動通信組成學(xué)習(xí)新知識最好的方法：拿它與舊知識進行類比。無線通信與有線通信的區(qū)別接口、信道問題——你知道嗎？問題1：基站如何區(qū)分手機？問題2：手機如何找到基站？問題3：基站如何找到手機？問題4：如何識別手機用戶的身份？問題5：如何保證對話不被他人竊聽？問題6：如何保證“移動”著打電話不會有問題？問題1：基站如何區(qū)分手機？固定電話移動電話平時說話分辨音調(diào)——聲波中頻率最低的基音響度——聲音的大小音色——其它低頻與基音組合決定音色基站區(qū)分手機方法——多址or復(fù)用空分復(fù)用——從空間上將同一頻率的不同終端隔離開來；頻分復(fù)用——把一頻率分成若干塊，不同終端占用不同塊；時分復(fù)用——從時間上將同一頻率的不同終端隔離開來；碼分復(fù)用——通過終端占用不同的擴頻碼來區(qū)分。問題2：手機如何找到基站？發(fā)現(xiàn)基站類似旅游團，基站不停向外發(fā)射廣播信息GSM——不通基站廣播頻率不同，找出信號最強之基站。CDMA——只有一個頻率，調(diào)諧即可，類似110。廣播內(nèi)容廣播頻率校正信號，時間同步、基站標識、空中接口參數(shù)（頻率、位置、優(yōu)先級等）。廣播之間干擾GSM——相鄰基站間頻率不同，不會產(chǎn)生干擾。CDMA——盡管只有一個頻率，但擴頻碼不同。問題3：基站如何找到手機？簡單方法--尋人啟事實用方法問題4：如何識別手機用戶的身份？固定網(wǎng)絡(luò)的接口在您家里——向你要錢移動用戶：標識碼IMSI(全球唯一)存在SIM卡中；為了防止假貨，增加密碼（存在SIM卡中）；IMSI與密碼也存在網(wǎng)絡(luò)中心，好驗證。問題5：如何保證對話不被他人竊聽？問題6:如何保證移動打電話不會有問題？移動通信——GSM移動業(yè)務(wù)需求光纖通信光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀探索時期的光通信原始光通信：中國古代烽火臺、歐洲旗語送信息。望遠鏡極大延長目視光通信距離。1880年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了光電話?，F(xiàn)代光纖通信1966年，英籍華裔高錕和霍克哈姆指出了利用光纖進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。1970年，光纖研制取得了重大突破。1973年，美國貝爾(Bell)實驗室取得了更大成績。1976年，日本電報電話公司等單位將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長1.2μm)。

1976年，日本電報電話公司研制成功激光器。1976年，美國在亞特蘭大進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。

1979年美國和日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。1980年，美國標準化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。

第一階段(1966~1976年)，從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。無中繼傳輸距離約10km。第二階段(1976~1986年)，以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期。實現(xiàn)了單模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離為100~50km。第三階段(1986~1996年)，以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術(shù)研究的時期。無中繼傳輸距離可達150~100km。目前，正在開展研究的光纖通信新技術(shù)，例如，超大容量波分復(fù)用光纖通信、超長距離光孤子通信。光纖通信的發(fā)展三個階段光通信與電通信電纜通信和微波通信的載波是電波，線路由金屬導(dǎo)體制成的同軸電纜和波導(dǎo)管。損耗大光纖通信的載波是光波，光纖是由絕緣的石英材料制成，損耗很小。雖然光波和電波都是電磁波，但是頻率差別很大。光纖通信用的近紅外光頻率比微波頻率高3個數(shù)量級以上。部分電磁波頻譜各種傳輸線路的損耗特性

容許頻帶很寬，傳輸容量很大光纖通信的優(yōu)點通信手段傳輸容量(話路)/條中繼距離/km1000km內(nèi)中繼器個數(shù)微波無線電9605020小同軸9604250中同軸180061600光纜19203033光纜14000(1Gb/s)8411光纜6000(445MB/S)1347光纖通信的優(yōu)點損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小重量輕、體積小抗電磁干擾性能好泄漏小，保密性能好各種通信系統(tǒng)相對造價與傳輸容量的比較

①通信網(wǎng)②構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)，分為有源接入網(wǎng)和無源接入網(wǎng)光纖通信的應(yīng)用光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。用戶要傳輸?shù)男畔⒍喾N多樣，一般有話音、圖像、數(shù)據(jù)或多媒體信息。為敘述方便，這里僅以數(shù)字電話和模擬電視為例。