现代卫星通信中的调制技术研究

论文题目: 现代卫星通信中的调制技术研究专业: 通信技术学生: 签名:_指导老师: 签名:_摘 要现代卫星通信的特点是通信范围大,只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内,从任何两点之间都可进行通信,不易受陆地灾害的影响,只要设置地球站电路即可开通,同时可在多处接收,能经济地实现广播、多址通信,电路设置非常灵活,可随时分散过于集中的话务量,同一信道可用于不同方向或不同区间。本文介绍了卫星通信的历史、发展现状和应用。重点分析了卫星通信的基本原理，优缺点、系统组成和卫星通信的工作原理。介绍了卫星通信中的调制技术研究，简单的介绍了正交幅度调制（QAM ） ，四相相移键控信号（QPSK）以及最小 频移键控(MSK)。结合卫星通信市场需求和世界技术发展，提出了未来卫星通信应用展望。【关键词】卫星通信，调制技术，QPSK, QAM, MSK【论文类型】应用型Title: Modulation in modern satellite communicationMajor: Communication technologyName: Signature: _Supervisor: Signature: _ABSTRACTModern satcom characteristic is that communication range is very large, as long as it is in the range of the satellite launching electric wave ,from this between any two points can be communication,and it is not easy to impact by the land of disasters.As long as the setting of earth station circuit can be opened,it can be multiple receiving at the same time and can also achieve the roadcast, multicast communication economically,circuit arrangement is very flexible so that it cann be readily dispersed concentrated traffic,and a channel can be used in different directions or different interval.This paper introduces the history, current situation of the development of satcom and its application.Focuses on the analysis of the basic principle of satcom,advantages and disadvantages,system components and the satcom principle.I introduce the satcom in the modulation technology research and introduce the quadrature amplitude modulation simply（QAM）,Quadrature Phase Shift Keying（QPSK）and Minimum Shift Keying(MSK).Combining the market demand of satcom and the technical development of the world,put forward the future of satellite communication application prospect.【Key words】 Satcom ,Modulation technology,QPSK, QAM, MSK【Type of Thesis】 Applied前 言通信技术和通信产业 20 世纪 80 年代以来发展最快的领域之一。不论是在国际还是在国内都是如此。这是人类进入信息社会的重要标志之一。通信就是互通信息。从这个意义上来说，通信在远古的时代就已存在。人之间的对话是通信，用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情况是通信，快马与驿站传送文件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信，国际上称为远程通信。自 20 世纪 90 年代以来，卫星移动通信的迅猛发展推动了天线技术的进步。卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球个人通信必不可少的一种重要手段。是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体，是将通信卫星发射到赤道上空 35860 公里的高度上，使卫星运转方向与地球自转方向一致，并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期（ 24 小时） ，从而使卫星始终保持同步运行状态。故静止卫星也称为同步卫星。静止卫星天线波束最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。因此，在静止轨道上，只要等间隔地放置三颗通信卫星，其天线波束就能基本上覆盖整个地球（除两极地区外），实现全球范围的通信。目前使用的国际通信卫星系统，就是按照上述原理建立起来的，三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空。随着卫星通信技术的进步和卫星通信能力的提高，卫星通信应用范围愈来愈广泛，服务水平愈来愈提高。在当今地面通信飞速发展的情况下，卫星通信在发展市场中虽然遇到很大的困难和风险，甚至遭受重大挫折，但由于它的不可替代的特点决定了它仍要发展和应用。因此，从全局和长远来看，未来卫星通信的发展前景仍是光明而美好的。目 录第一章 绪 论 .51.1 引言 .5第二章 卫星通信的基本原理 .82.1 卫星通信中的基本概念 .82.2 卫星通信的特点 .92.3 卫星通信系统组成 .102.4 卫星通信的工作原理 .10第三章 卫星通信中的调制技术 .123.1 卫星通信中的调制技术简介 .123.2 QAM 方式 .133.2.1 2ASK 信号的产生与解调 .143.2.2QAM 信号 .143.3 QPSK.173.4 MSK .193. 4.1 MSK 调制方式概述 .193 4.2 最小频移键控(MSK) .203. 4. 3 MSK 原理 .213.4. 4 MSK 调制的特点 .23第四章 总结 .254.1 卫星通信的发展前景 .25第五章 致谢 .27参考文献： .28第一章 绪 论1.1 引言 卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。它是一种无线通信方式，可以承载多种通信业务，是当今社会重要的通信手段之一。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。利用卫星进行通信的设想，最早是在 1945 年 l0 月由英国空军雷达专家克拉克提出的。他关于在静止轨道(即倾角为零的同步轨道) 上放置三颗卫星来实现全球通信的设想，形成著名的“卫星覆盖通信说” 。但是这一设想直至 1957 年 l0月 4 日苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星卫星 1 号,才使人们看到了实现卫星通信的希望。1963 年,美国发射了第一颗同步通信卫星,试验了横跨大西洋的电视和电话传输,真正解决了卫星通信的实际应用问题，并成功地转播了 1964 年东京奥运会的实况,实现了美、欧、非三大洲的通信和电视转播。1965 年 4 月 6 日，世界上第一颗商用通信卫星“晨鸟号”发射成功，一个崭新的卫星通信时代拉开了帷幕。通信卫星按其运行轨道离地面高度依次有低轨卫星、中轨卫星、高轨卫星和静止轨道卫星 4 种。由于静止轨道卫星对地覆盖面积最大，地球站跟踪卫星最简单，所以，大多数通信卫星为静止轨道通信卫星。目前主要使用的卫星通信业务有以下 5 种：用于固定的地球站进行卫星通信的卫星固定通信业务；用于移动的地球站进行卫星通信的卫星移动通信业务；一般公众用小型天线地球站(接收装置)直接接收卫星广播电视节目的卫星广播业务；用于气象、海洋、资源、减灾等领域的卫星地球探测业务；在军事和民用应用日益广泛的卫星定位导航业务。卫星通信是现代通信技术、航空航天技术和计算机技术结合的重要成果。卫星通信是当今主要的通信方式之一，在国际通信、国内通信、国防、移动通信及广播电视等领域，得到了广泛的应用。卫星通信与其他通信手段相比，具有频带宽、容量大、适于多种业务、覆盖面积大、性能稳定、不妥地地理条件限制等诸多优点，特别是国际通信卫星、国际卫星移动通信等是近年来的研究热点。卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高） ；只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速） ；同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信（多址特点） ；电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量；同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）卫星通信以覆盖面积大、通信距离远、传输容量大、通信质量高、组网灵活快速以及费用与通信距离无关等优点已成为国家信息基础设施不可缺少的重要组成部分，并在信息时代的通信中具有地面通信不可替代的重要作用。卫星通信的发展趋势总的发展方向是大容量、大功率、高速率、宽带、低成本、高发射频率、多转发器、多点波束和赋形波束，应用星上处理技术切换信号，处理信号等，21世纪的卫星直播电视(DBSTV） 、个人移动卫星通信、多媒体卫星通信、卫星音频广播、卫星网络电视等将会得到大量发展。VSAT 业务范围不断扩大，深入到国民经济的各个领域，更加显示其经济和社会效益，Ka 波段的应用使设备更加小型化，当然亦带来衰减严重的缺陷。光通信在卫星通信中的应用逐渐变得成熟可取，它要求精确的卫星控制技术，目前在国际上还处于研发阶段，预计不久将会进入实用阶段我国自行研制的第一代两颗通信卫星分别于 1984 年 4 月 8 日和 1986 年 2 月 1 日发射成功，以后又陆续成功发射了“亚洲” 、 “亚太” 、 “中星” 、 “中卫”和“鑫诺”等多颗通信卫星。至今，我国有在轨对地静止卫星 17 颗、非对地静止卫星 6 颗，共有 179 个卫星通信网在运行，形成了一定规模的满足各种业务需要的卫星通信网和较大规模的卫星广播电视传输网。中国的卫星通信事业亦在迅速发展，2005 年 4 月 12 日发射了亚太一 6 号（Apstar一 6）卫星，它有 38 个 C 波段和 14 个 Ku 波段转发器，2006 年 lo 月发射直播卫星一鑫诺 2 号（Sino-2） ，它有 22 个 Ku 波段转发器（目前有技术故障） 。卫星通信的应用领域不断扩大，除金融、证券、邮电、气象、地震等部门外，远程教育、远程医疗、应急救灾、应急通信、应急电视广播、海陆空导航、连接互联网的网络电话、电视等将会广泛应用。中国的卫星发射技术，长征系列运载火箭领先世界，大推力、无污染、无毒的环保型火箭发动机中国已试验成功，这为发展中国的大型通信卫星乃至载人航天、探月工程创造了有利条件。中国将沿着天地一体、优势互补、军民结合的长远发展方向迈进。第二章 卫星通信的基本原理2.1 卫星通信中的基本概念卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，早两个或多个地球站之间进行的通信。这里，地球站是指在地球表面（包括地面、海洋和大气层）上的无线电通信站。而用于实现通信用途的人造地球卫星就叫做通信卫星。 （如图2.1.1）图 2.1.1可以看出，在通信卫星天线波束覆盖的地球表面区域内，各种地球站通过卫星中继站转发信号来进行通信。因此，卫星通信实际上就是利用通信卫星作为中继站而进行的一种特殊的微波中继通信。2.2 卫星通信的特点目前用于通信的人造卫星主要是静止卫星，因此在此处介绍的微笑停下的特点主要是指利用静止卫星进行中继的卫星通信的特点。1）静止卫星通信的特点（1）通信距离远，且费用与通信距离无关。国际国内通信中，只要最大通信距离不超过 18100KM，均可利用静止卫星进行通信。因此，建设费用和运行费用不因通信站之间的距离远近及两站地面上的自然条件恶劣程度而变化，在远距离通信上占有明显的优势。特别对边远地区，卫星通信是有效的现代通信手段。（2)覆盖面积大，可以进行多址通信。在卫星天线波束覆盖的整个区域内的任何一点均可设置地球站，覆盖区域内的这些地球站基本上不受地理条件或通信对象的限制，可以共用一颗通信卫星来实现多址通信。（3)通信频带宽，传输容量大，适于多种业务传输。卫星通信使用微波频段，信号所用带宽在 500MHZ 以上，可传输几千至上万路电话，并可以传输高分辨率的照片和其它信息。（4)通信质量高，通信线路 稳定可靠。卫星通信的电波主要是在大气层以外的宇宙空间传输的，接近真空状态，电波传输稳定，同时，不受人为干扰以及通信距离变化的影响，不受地形及自然条件的影响。所以，通信质量高，通信线路稳定可靠。（5)通信电路灵活、机动性好。卫星通信不用考虑地势情况，在高空中、海洋上都可以实现通信。不仅能作为大型地球站之间的远距离通信干线，而且可以为车载、船载、地面小型机动终端以及个人终端提供通信，能够根据需要迅速建立同各