e星波通信
① 无限电波可以分为哪几种各自适合什么样的传输方式
无线电波自发射复地点制到接收地点,主要有天波 地波 空间直线波3种传播方式。
地波:沿着地球表面传播的电波,称为地波。
天波:靠大气层中的电离层反射传播的电波,称为天波,又称电离层反射波。
空间直线波:在空间由发射地点向接收地点直线传播的电波,称为空间直线波,又称直线波或视距波。
② 西方发达国家海上通信手段
卫星通信
地球站之间利用人造地球卫星转发信号的无线电通信。主要工作在微波波段,可传送电话、电报、图像、数据等信息,是现代军事通信的重要方式。卫星通信的特点是:覆盖面积广,能实现固定的和移动的多址通信,组网灵活,通信容量大、质量高、距离远,受地理条件影响小,但传播损耗大,时延长,回波影响明显,信号易被敌人截获、干扰。
③ 海事卫星电话的通信系统
Inmarsat系统是由国际海事卫星组织管理的全球第一个商用卫星移动通信系统。原来中文名称为“国际海事卫星通信系统”,现更名为“国际移动卫星通信系统”。°在20世纪70年代末80年代初,Inmarsat租用美国的Marisat、欧洲的Marecs和国际通信卫星组织的Intelsat-V卫星(都是GEO卫星),构成了第一代的Inmarsat系统,为海洋船只提供全球海事卫星通信服务和必要的海难安全呼救通道。第二代Inmarsat的三颗卫星于20世纪90年代初布置完毕。
对于早期的第一、二代Inmarsat系统,通信只能在船站与岸站之间进行,船站之间的通信应由岸站转接形成“两跳”通信。运行的系统是具有点波束的第三代Inmarsat,船站之间可直接通信,并支持便携电话终端。 Inmarsat系统(第三代)的空间段由四颗GEO卫星构成,分别覆盖太平洋(卫星定位于东经178°)、印度洋(东经65°)、大西洋东区(西经16°)和大西洋西区(西经54°)。系统的网控中心(NOC)设在伦敦Inmarsat(国际移动卫星组织)总部,负责监测、协调和控制网络内所有卫星的操作运行,包括对卫星姿态、燃料消耗情况、星上工作环境参数和设备工作状态的监测,同时对各地球站(岸站)的运行情况进行监督,并协助网络协调站对有关运行事务进行协调。
系统在各大洋区的海岸附近有一些地球站(习惯上称为岸站),并至少有一个网络协调站(NCS)。岸站分属Inmarsat签字国主管部门所有,它既是与地面公用网的接口,也是卫星系统的控制和接入中心,其功能有:响应用户(来自船站或陆地用户)呼叫:对船站识别码进行鉴别,分配和建立信道;登记呼叫并产生计费信息;对信道状态进行监视和管理:海难信息监收:卫星转发器频率偏差的补偿;通过卫星的自环测试和对船站的基本测试等。典型的岸站天线直径为1lm~13m。网络协调站对整个洋区的信道进行管理和协调,对岸站调用电话电路的要求进行卫星电路的分配与控制;监视和管理信道使用状况,并在紧急情况下强行插入正在通话的话路,发出呼救信号。
Inmarsat系统的组成如图7-21所示,地面段包括网络协调站、岸站和船站(移动终端)。在卫星与船站之间的链路采用L波段,上行1.636GHz~1.643GHz,下行1.535GHz~ 1.542GHz;卫星与岸站之间是C和L双频段工作。传送话音信号时用C波段(上行6.417GHz~ 6.4425GHz,下行4.192GHz~4.200GHz斗L波段用于用户电报、数据和分配信道。
对于卫星至海面船只的“海事”信道,由于船站对卫星的仰角通常都大于10°,而海面对L波段的电磁波是足够粗糙的,所以不存在镜面反射分量。因此接收信号除直射分量外,只包含漫反射的多径分量,这种“海事”信道为莱斯(Rician)信道。 Inmarsat的船站主要有A,B,C三种标准型,其主要参数见表7.2。
A型站
是系统早期(20世纪80年代)的主要大型船舶终端,采用模拟调频方式,可支持话音、传真、高速数据(用户电报),采用BPSK调制/解调方式,速率为56/64kb/s,并有遇险紧急通信业务。
B型站
是A型站的数字式替代产品,支持A型站的所有业务,数字话音速率为 16kb/s,比A型站有更高的频率和功率利用率(A型站带宽为50kHz,B型为20kHz;B型站使用的卫星功率仅为A型的一半),空间段费用大大降低,同时终端站的体积、质量比A型站减少了许多。
C型站
是用于全球存储转发式低速数据小型终端。船载或车载C型终端采用全向天线,能在行进中通信。便携式或固定终端采用小型定向天线。C系统的信道包括信息信道和信令信道等,速率为1200b/s,其中信息信道传输速率为600b/s(也是C型终端传输速率)。支持数据、传真业务,还广泛用于群呼安全网,车、船管理网,遥测、遥控和数据采集,以及遇险报警等。
D型终端
是用于Inmarsat全球卫星短信息服务系统的地面终端,它支持总部与边远地区人员、无人值守设备和传感器之间的双向短信息通信。终端可接收128个字符的信息,也可发送短信息(少于3个字节)和长信息(少于8个字节),终端可内置GPS接收机。
E型终端
是卫星应急无线电示位标终端,是全球海上遇险告警专用设备。船舶遇险时, E型终端将漂浮海面,并立即发出告警信号(包括位置坐标、船舶的等级等),经卫星传到 Inmarsat的应急无线电示位标处理器。通常,遇险信息能在一分钟之内传送到搜救中心。
M型终端
是小型的数字电话(4.8kb/s)、传真和数据(2.4kb/s)终端机。对于第四代
Inmarsat-3点波束系统,M型终端演变为更小的Mini-M或称Inmarsat-Phone型,其体积、质量与笔记本计算机相当。该终端已得到了相当广泛的应用。
航空终端
(Inmarsat-Aero)用于飞机之间和飞机与地面之间的通信。航空终端有多种型号。Aero-C型是Inmarsat-C的航空版,以存储转发方式收、发数据、电文,信息速率为256b/s,该终端采用刀形天线,增益为0dBi。Aero-H终端主要用于远程商用大型飞机。该终端有6/12条话音/数据信道,终端具有增益为12dBi的高增益天线。Aero-I是应用较广泛的航空终端,它有1~4条话音/数据信道,在第三代卫星的点波束内可通电话(4.8kb/s),而全球波束覆盖范围内只能传送低速数据(2.4kb/s以下的速率)。
④ 卫星通讯为什么发射和接收频率不一样
文名称:Doppler Effect 多普勒效应是为纪念克里斯琴·多普勒·约翰(Doppler, Christian Johann)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为:物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 (蓝移 blue shift);当运动在波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低 (红移 red shift)。波源的速度越高,所产生的效应越大。根据光波红(蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度
发生原因
1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。一天,他正路过铁路交叉处,恰逢一列火车从他身旁驰过,他发现火车从远而近时汽笛声变响,音调变尖,而火车从近而远时汽笛声变弱,音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣,并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动,使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为,声源相对于观测者在运动时,观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时,声波的波长增加,音调变得低沉,当声源接近观测者时,声波的波长减小,音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大,改变就越显著,后人把它称为“多普勒效应”。 把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步,便发射了一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。 所谓多普勒效应就是当发射源与接收体之间存在相对运动时,接收体接收的发射源发射信息的频率与发射源发射信息频率不相同,这种现象称为多普勒效应,接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。声音的传播也存在多普勒效应,当声源与接收体之间有相对运动时,接收体接收的声波频率f'与声源频率f存在多普勒频移Δf(doppler shift)即 Δf=f'-f 当接收体与声源相互靠近时,接收频率f'大于发射频率f即: Δf>0 当接收体与声源相互远离时,接收频率f'小于发射频率 即: Δf<0 可以证明若接收体与声源相互靠近或相互远离的速度为v,声速为c,则接收体接收声波的多普勒频率为: f'= f·(c+-v)/(c-+v) 括号中分子和分母的上行运算和下行运算分别为“接近”和“远离”之意。
编辑本段应用实例
多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波形,包括光波。科学家Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远处银河系的光线频率在变低,即移向光谱的红端。这就是红色多普勒频移,或称红移。若银河系正移向蓝端,光线就成为蓝移。 在卫星移动通信中,当飞机移向卫星时,频率变高,远离卫星时,频率变低,而且由于飞机的速度十分快,所以我们在卫星移动通信中要充分考虑“多普勒效应”。另外一方面,由于非静止卫星本身也具有很高的速度,所以现在主要用静止卫星与飞机进行通信,同时为了避免这种影响造成我们通信中的问题,我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了卫星移动通信的复杂性。 声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断,也就是我们平常说的彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒,首先说说超声频移诊断法,即D超,此法应用多普勒效应原理,当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率有所改变,此种频率的变化称之为频移,D超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理,把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上,即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见,彩色多普勒超声(即彩超)既具有二维超声结构图像的优点,又同时提供了血流动力学的丰富信息,实际应用受到了广泛的重视和欢迎,在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。
⑤ 卫星通信的覆盖范围
全球覆盖的固定卫星通信业务静止地球轨道(GEO)卫星,轨道高度大约为36 000km,成圆形轨道,只要三颗相隔120°的均匀分布卫星,就可以覆盖全球。国际卫星通信组织的Intelsat I-IX代卫星。是全球覆盖的最好例子,已发展到第九代。
卫星在空中起中继站的作用,即把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站。地球站则是卫星系统形成的链路。由于静止卫星在赤道上空36000千米,它绕地球一周时间恰好与地球自转一周(23小时56分4秒)一致,从地面看上去如同静止不动一样。三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1一10GHz频段,即微波频段、为了满足越来越多的需求,已开始研究应用新的频段,如12GHz,14GHz,20GHz及30GHz。 全球覆盖的移动卫星通信海事卫星通信系统Inmarsat是全球覆盖的移动卫星通信,工作的为第三代海事通信卫星,它们分布在大西洋东区和西区、印度洋区和太平洋区,第四代Inmarsat一4卫星,已于2005年3月发射了第一颗卫星,另一颗卫星亦准备发射,它们分别定点在64。E和53。W,具有一个全球波束,l9个宽点波束,228个窄点波束,采用数字信号处理器。有信道选择和波束成形功能。
全球覆盖的低轨道移动通信卫星有“铱星”(Iridium)和全球星(Globalstar),“铱星”系统有66颗星,分成6个轨道,每个轨道有11颗卫星,轨道高度为765km,卫星之间、卫星与网关和系统控制中心之间的链路采用ka波段,卫星与用户间链路采用L波段。2005年6月底铱星用户达12.7万户,在卡特里娜飓风灾害时”铱星”业务流量增加30倍,卫星电话通信量增加5倍。
全球星(Globalstar)有48颗卫星组成,分布在8个圆形倾斜轨道平面内,轨道高度为1 389km,倾角为52度。用户数逐年稳定增长,成本下降,2005年比2004年话音用户增长。