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民航通信系统

发布时间:2019-07-03 00:03 来源:未知 编辑:admin

  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、传线.按传输媒介分为: 有线通信系统和无线.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 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪 声 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 3.1.2.3数字通信系统的主要特点 ① 抗噪声性能好; ② 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; ③ 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; ④ 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 1. 单工制 通信方式 (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 ① 只要在有效的通信范围内,若干部电台均可互 相通话。 ② 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 ① 使用不方便。 ② 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f1和f2 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f1、f2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。 专业移动通信网,如民航地空通信网 ? (3)应用范围 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 香农公式为: C ? B log( 1 ? S / N ) 2 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。 根据香农公式得出以下结论: ① 任何一个信道,都有信道容量C ; ② 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 ; ③ 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 1.44 S / n 0 。 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 1.有效性: ? 通信系统的主要性能指标 指要求系统高效率地传输消息。 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。 2.可靠性: ? ? 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 ① 多普勒效应 f D ?υ / ? ② 多径传播效应(产生衰落现象) ③ 阴影效应 ④ 远近效应(要求动态范围大) ⑤ 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: ① 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。 ② 短波通信设备简便,比较机动灵活,特别适用 于军事通信。 ③ 安全性好。 ④ 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 调制方式:调幅(AM),调频(FM),常用的是调幅单边带(SSB) 单边带信号的频谱 (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 BAM=2Fmax Bssb=Fmax ? 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 ① 对同一条电路,冬季工作频率低一些;夏季工作频率 高一些 ② 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 ③ 高纬度电路,工作频率低一些;低纬度电路,工作频 率高一些 ④ 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 ① 长期预报值和观测值在一天内有很大的偏差。 ② 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。 ③ 长期预报没有考虑多径效应的影响。 ④ 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 ? 功用: 短波通信系统 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 1.6~30?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?000~2?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 : 2~29.999?9?MHz 发射功率: 30~40?W ? 联络距离: 地/空通信一致,约为 1?000~2?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 地面短波天线)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 水平偶极天线 (常用) 笼形天线 (工作频段较宽) 菱形天线)几种常用的短波天线)短波天线的架设 信 源 模拟调制 信 道 解 调 信 宿 噪 声 图3.2 模拟通信系统方框图 信源 信源 编码 信道 编码 调制 器 信道 调制 器 信道 编码 信源 编码 信宿 噪声 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 n0?(?W/Hz?) ,则噪声功率 N = n0B ,代入上 式可得: ? S ? ? C ? B log2 ? ?1 ? n B ? 0 ? ? 带宽B趋于?时的信道容量为: ? S ? S ? ? lim C ? lim B log2 ?1 ? ? 1.44 ? B ?? B ?? n0 ? n0 B ? 由于信息速率C=I/T,I为信息量,T 为传输时间,则 S? ? I ? TB log2 ?1 ? ? ? N? HF 通信控制板 音频选择板 音频放大器 收发机 天线耦合器 高频天线 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,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2~30MHz,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。

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