民航通信系统分解课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3 民航通信系统,3.1 概 论,从广义上来讲，通信是指信息从发送者传递到接收者的过程,在自然科学领域内涉及“通信”这一术语时，一般指的就是电,通信,，,简称为通信。,3.1.1 通信系统的分类,1.按信号特征分为:,模拟通信系统和数字通信系统,2,.,按提供的业务种类分为,:,电报、电话、数据、图像、视频、会议、传真等通信系统,3.按传输媒介分为:,有线通信系统和无线通信系,4.按照调制技术分类，其分法如下：,按信号频谱特性分为:,基带系统和频带系统,按调制方式分为:,连续波调制系统和脉冲调制系统,按信号复用方式分为:,时分、频分、码分、空分等,3.1.2 通信系统的构成,3.1.2.1 通信系统的基本构成,通信系统的组成,3.1.2.2 模拟与数字通信系统,模拟通信系统,指该系统内传输的是模拟信号,组成,模拟通信系统基本特点:,强调发送的信号波形在接收端无失真地恢复,。,数字通信系统,指该系统内传输的是数字信号,组成,模拟信号-,信源编码,数字信号-,信道编码,数字通信系统基本特点:,强调数字状态的正确识别,数字通信系统的主要特点, 抗噪声性能好;, 数字通信系统可以通过信道编码方式更有效地改善通信质量;, 数字信号便于运用计算机技术，即有利于信号的处理、存储和交换;, 数字信号便于各种不同种类信号的综合.,缺点:,技术较为复杂，信号占用频带较宽,3.1.2.4 通信方式,1. 单工制,(1)分类:,同（单）频单工和异（双）频单工,(2)同（单）频单工,指基地台和移动台使用相同工作频率的系统，它的操作采用“按讲”（,PTT,）方式。,收、发信机可共用一副天线，而不需要天线共用器,（单）频单工方式的优点,只要在有效的通信范围内，若干部电台均可互相通话。,设备简单，同时因发信机只在发话时才工作，所以功耗较小，它特别适用于移动台。,（单）频单工方式的,缺点,使用不方便。,同一地区多部电台使用相邻频道，频道相距较近的电台间将产生严重的干扰，影响正常通信。,(3),异（双）频单工,指通信的双方使用两个不同的频率,f,1,和,f,2,的通信方式。,A,型机与,B,型机之间可实现通信，A,型机与,A,型机或,B,型机与,B,型机之间都不能实现通信,(4),单工通信方式适用范围,用户不多的专业移动通信网,2.半双工制,(1)定义,基地台,A,的收、发信机可同时工作，移动台,B,的工作方式仍为双频单工制。,(2)优点,只要频率,f,1,、,f,2,间有足够的间隔并采用一定的收、发隔离措施，就能避免发信机对收信机的干扰，故,基站可以多波道工作。,移动台的功耗小，设备简单。,(3)应用范围,专业移动通信网，如民航地空通信网,3.双工制,(1)定义,指基地台和移动台都以双工方式工作。,(2)优缺点,任意一方发话的同时也能收听到对方的话音，而无需按压“按讲”开关,消耗电能较多，这对以电池为电源的移动台很不利,3.1.3 通信系统的容量,式中，C的单位为b/s,N,为白噪声的平均功率；B为信道带宽,S,是信号的平均功率；,S,/,N,为信噪比；,C,是指信道可能传输的最大信息速率。,香农公式为:,根据香农公式得出以下结论:, 任何一个信道，都有信道容量,C ;, 给定的信道容量,C,可以有不同的带宽和信噪比的组合来传输 ;, 当信道噪声为高斯白噪声时，噪声功率不是常数而与带宽,B,有关 ;,当,S,和,n,0,一定时，信道容量虽然随带宽,B,的增加而增大，然而当,B,时，,C,不会趋于无限大，而是趋于常数 。,当,S,/,N,一定时,，给定的信息量可以用不同的带宽和时间,T,的组合来传输。,3.1.4 通信系统的主要性能指标,1.有效性:,指要求系统高效率地传输消息。,2.可靠性:,指要求系统可靠地传输消息。,可靠性是干扰的一种,度量,，用来表示接收消息与发送消息的误码率。,3.1.5 民航通信概述,1.中国民航通信业务可以分为:,地面业务通信,场内移动通信,有线电话通信,地空通信,航务管理通信,对空广播,机要通信,2.民航航空通信,平面通信网和地空通信网,平面通信网目前是基于,X.25,公众网、帧中继,FR、异步传输模式,ATM,等的数据通信网络。,地空通信网主要有:,高频HF通信、甚高频VHF通信和卫星通信等。,3.1.5.1 移动通信系统的特点, 多普勒效应, 多径传播效应(,产生衰落现象,), 阴影效应, 远近效应(,要求动态范围大,), 干扰严重,3.1.5.2 移动通信的干扰,热噪声干扰,人为干扰,大气噪声、城市人为噪声、郊区人为噪声、银河系噪声、太阳系噪声以及接收机内部噪声,电磁干扰,电磁干扰,（,1,）同信道干扰,载波频率和调制方式都与有用信号相同的干扰称为同信道干扰,抗干扰方法:,使两个信道相同的基地台相隔一定的距离,（,2,）相邻信道干扰,本系统与其他系统相邻信道信号间的干扰,分类,:,带内干扰(可能产生严重的干扰 ),带外干扰(一般不太严重 ),（,3,）互调干扰,移动通信所用的角度调制是一种非线性调制方式，两个或多个干扰信号可能在这种调制的电路中互相调制，产生同有用信号频率相近的干扰信号，这种干扰称为互调干扰。,产生条件:,几个干扰信号的频率与接收机的接收频率存在等差关系(存在频率间隔相同的干扰信号 ),;,干扰信号应有足够的强度才能产生互调,。,3.1.5.3 民航地空移动通信规定,机场管制塔台（TWR）,进近管制对空台（APP）,机场地面滑行管制台（SMC）,航路甚高频对空台（ACC）,高频国际对空台（MG）,高频高空对空台（,YL,）,高频中、低空对空台（,NC,）,高频专业对空台（,NC,）,航空管理对空台（,OP-CTL,）,高频气象广播台（,VOLMET,）,航站自动情报服务台（,ATIS,）,3.2 高频短波通信系统,1.优点:,不需要中继站转发就可以实现远距离的通信，通信距离可达数百、乃至数千、甚至数万公里。,短波通信设备简便，比较机动灵活，特别适用于军事通信。,安全性好。,设备的建设和维护费比较低，基本上是一次性投资。,2.,缺点:,通信容量小，传播媒质不稳定，干扰大，可靠性差。,改进(,针对电离层,):,自适应技术(,包括自适应天线、自适应控制器、实时选频等,),最高可用频率(MUF),3.2.1 SSB单边带通信技术,单边带信号的频谱,调制方式:,调幅(AM),调频(FM),常用的是调幅单边带(SSB),(1)单边带的,分类,载波抑制式单边带电话,用于小型短距离通信设备,载波部分抑制式单边带电话,可收发常规的调幅信号,载波抑制式或部分抑制式独立边带电话,可传输两路信号,全载波式单边带电话,收信机兼容使用,载波部分抑制式多路高频电报,用于多路电报传输,(2)单边带通信的特点,占用频率窄,B,AM,2F,max,Bssb=F,max,发射功率利用率高,抗选择性衰落能力强,选择性衰落：,由于不同频率分量产生的衰落现象。,通信距离越远，选择性衰落越严重。,各个信道之间互相干扰小,I、发射功率小,II、只发射边带信号，不发射载波，减小空中的相互干扰信号,3.2.2 电路的设计和频率选择,3.2.2.1 短波电路的设计要点,最高可用频率的预测，,最低可用频率的预测，,短波天波场强的估算，,估算接收点当地的噪声电平，,所需最小功率的估算。,3.2.2.2 频率选择的一般规律,分日频和夜频, 对同一条电路，冬季工作频率低一些；夏季工作频率高一些, 太阳黑子高年，工作频率高一些；太阳黑子低年，工作频率低一些, 高纬度电路，工作频率低一些；低纬度电路，工作频率高一些, 短电路，工作频率低一些；长电路，工作频率高一些。,3.2.2.3 频率预报,对最高可用频率（MUF）需进行预报,长期、短期和实时预报,经过预报得到的MUF，可以作为短波电路的参考值,3.2.2.4 民航高频通信频率,（1）中、低空通信网（代号NC）,（2）高空通信网（代号YL）,（3）国际通信网（代号MG）,（4）专业飞行通信网（代号NC）,（5）航务管理通信网（代号OP-CTL）,（6）气象广播服务通信网（代号VOLMET）,3.2.3 高频自适应通信,3.2.3.1 高频自适应在短波通信中应用的必要性, 长期预报值和观测值在一天内有很大的偏差。, 长期预报所提供的最佳工作频率实际上起不到最佳的效果。, 长期预报没有考虑多径效应的影响。,长期预报没有考虑随时间变化的因素。,3.2.3.2 高频自适应通信的概念,高频自适应是指高频通信系统具有适应通信条件变化的能力。,自适应的类型:,频率自适应、功率自适应、速率自适应、分集自适应、自适应均衡和自适应调零天线等,高频自适应就是指,频率自适应,3.2.4 短波通信系统,功用:,在边远山区、沙漠和海洋上空，民用航空常采用的地空通信系统,3.2.4.1 地面电台MT1501A的主要性能指标,频率范围 1.630,MHz，100,Hz步进,输出功率 1,500,W（峰值功率）,发射种类 A1A（A1）、R3E（A3A）、J3R（A3J）、H2A（A2H）,通信距离 约为1,0002,000,km，为航路地空通信设备,3.2.4.2 机载高频设备,（1）主要性能指标:,工作频率范围 : 229.999,9,MHz,发射功率: 3040,W,联络距离:,地/空通信一致，约为1,0002,000,km,但,存在通信静区,工作方式 : 半双工方式,（2）,系统组成,高频通信收发机（T/R）,高频通信控制面板,（CTL）,高频天线耦合器,高频天线,:,线状天线,3.2.5 地面短波天线,(1)天线的基本特性,水平方向:采用全向辐射天线。,发射天线架设得比较高，以减小或避免地面效应,(2)几种常用的短波天线,水平偶极天线 (常用),笼形天线 (工作频段较宽),菱形天线(远距离通信),(3)短波天线的架设,图3.2 模拟通信系统方框图,数字通信系统组成方框图,信源编码,指将模拟信号进行,模数转换,并进行编码，将模拟信号转换为数字编码信号。,信道编码,指数字信号为了适应信道的传输特性，达到高效可靠的传输而进行的相应信号的处理过程。,信道编码的技术,:,数字信号的加密处理、差错控制编码及扩频编码等,若设单位频带内的噪声功率为,n,0,(,W/Hz,),，则噪声功率,N,n,0,B,，代入上式可得:,带宽,B,趋于,时的信道容量为:,由于信息速率,C,I,/,T,，,I,为信息量，,T,为传输时间，则,高频通信系统组成框图,高频通信机载控制面板,为什么需天线耦合器?,天线长度远远小于,/4，且天线长度固定不变，天线电阻小于发射机负载电阻，为了将足够大的射频功率送到天线，必须使两者达到匹配；,工作在230MHz，频带较宽，阻抗随频率变化较大，要求调谐元件参量的变化能适用于调谐参量的变化；,利用改变输出回路L/C的比值使天线与发射机输出电阻值相等。,