概论04微波与扩频通信

《概论04微波与扩频通信》由会员分享，可在线阅读，更多相关《概论04微波与扩频通信（119页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、微波通信技术微波通信技术第一部分、微波通信第一部分、微波通信 第二部分、扩频通信第二部分、扩频通信第一部分、微波通信概述 1、微波通信概念 2、微波通信特点 3、微波通信发展 4、微波通信原理 5、微波通信应用微波枢纽站1、微波通信概念 无线电频段的划分 长波 30 300KHz 中波 300 3000KHz 短波 3 30MHz 超短波 30 300MHz 微波 300MHz300GHz 波长与频率的关系 入入C/ 入C/F1、微波通信概念 微波中继通信的定义 工作在300MHz300GHz的频率范围 ，采用无线通信方式，以接力的形 式达到长距离传送信息叫微波中继 通信。微波中继通信示意图2

2、、微波通信特点 特点 1通信稳定，与短波通信相比传 播稳定受外界干扰小，但会受 到地形、地物及气候等影响 2、微波通信特点 特点 2容量大 长波、中波和短波总 共带宽只有30MHz，而微波带 宽有300GHz，是前三者总和的 1000倍2、微波通信特点 特点 3抗自然灾害能力强 与有线通信 网相比是有优势的。并且微波 通信系统建设速度快，易于组 网3、微波通信发展无线通信是微波通信得以实现的 基础。1901年马可尼使用800KHz中波 无线电完成了人类第一次跨越大 西洋的无线电通信，开创了人类 无线通信的新纪元。3、微波通信发展在20世纪30年代中期，世界上 出现了第一个商用模拟无线电通 信系

3、统。采用甚高频（VHF）频 段。二战期间，出现了特高频（ UHF）的军用无线通信系统。 3、微波通信发展20世纪50年代才出现了真正意 义上的微波通信系统。美国纽约 -旧金山的商用微波通信系统采 用4GHz的频段，能承载480路模 拟话音，通过100多个中继站， 第一次实现了长距离、中等容量 的通信。3、微波通信发展随着电子技术的发展，模拟微 波通信的性能不断提高，容量增 大,随着数字技术和时分复用技 术的出现，数字微波通信系统逐 步取代了模拟系统。3、微波通信发展我国早在1955年就开展了微波 通信技术的研究工作，进行了与 微波技术相关的开发、引进和应 用工作。60年代，用于邮电系统 的微波

4、通信干线达10000km。3、微波通信发展70年代中期，由于数据传输的 保密要求，我国也开始了数字微 波通信系统的研究。1978年3月 2GHz120路，6GHz120路数字微 波通信系统研制成功，并应用于 川汉输气工程。3、微波通信发展1998年，我国研制的同步数 字微波通信系统M-2000各项技术指标已达到或接近国际先进水平3、微波通信发展数字微波通信系统的特点： 1、抗干扰能力强采用检测、再生、纠错等技术手段，消除了模拟微波噪声和干 扰逐级累积的问题。3、微波通信发展2、保密性能好由于信号的数字化，很方便在信号发送端加入密码，接收端按 照相同的规律解除密码，从而解 决了模拟微波通信系统保

5、密性差 的问题。3、微波通信发展3、便于组成数字通信网由于数字微波传输的是数字信号，可以直接在数字通信网 上传输，计算机控制各种信息 的交换容易。而模拟微波系统 是做不到的。3、微波通信发展4、设备可靠集成电路和计算机技术的高速发展，集成电路的集成度不断提高，功耗不断降低，也使得数字微波通信设备的可靠性和稳定性得到提高。3、微波通信发展5、抗自然灾害能力强与模拟微波通信系统一样，与同轴电缆和光纤通信系统相比， 数字微波通信系统具有更强的抵 御自然灾害的能力。4、微波通信原理 数字微波通信系统线路组成终端站终端站终端站中继接力站中继接力站枢纽站4、微波通信原理功率放大器功率放大器馈 线双工器天线

6、上变频器调 制 器调制器多路复用设备用户终端设备发信机结构示意图发 信 机4、微波通信原理功率放大器低噪声放大馈 线双工器天线下变频器调 制 器解调器多路复用设备用户终端设备收信机结构示意图收 信 机4、微波通信原理微波通信的频率设置为了提高系统的传输效率，节省频率资源，在微波通信系统中要采用复用技术。4、微波通信原理微波站1微波站2微波站3微波站Nf1f2f2f1f1f1f2f2单信道设置的二频制方案5、微波通信应用 电视传输 在50年代至80年代，它曾为电视广播节目的长 距离传输和城市间电视节目的交换，促进电视 广播事业的发展立下了汗马功劳。 通信传输 在此期间，与平衡电缆，同轴电缆的载波

7、通信 系统一起，同时承担长途电信业务的传输。5、微波通信应用 电信部门 已建成大容量，长距离一级干线25000km，其 中数字微波5100km，模拟电路占主导，在“九五 ”期间改为数字电路。 铁路部门 已开通微波线路2000km以上，到“九五”末全路 干线微波达到10000km。同时采用小容量数字 微波解决大城市地区用户接入、小容量局间中 继、工程通信和局间通信。5、微波通信应用邮递员工作照铁路职工列队照5、微波通信应用 电力部门 建成了10多条数字微波电路，初步形成以北京 为中心的全国性电力微波通信干线网。已开通 数字微波电路33000km。 其它部门 广电、石油、煤炭等部门的微波专用网，除

8、了 广电部用于电视传输的电路多为8G的模拟电路 外，其余为数字电路。总之，各部门专用微波 电路总长150000km。5、微波通信应用 数字微波通信系统主要应用场合1、作为干线光纤传输的备份和补充2、应用于一些环境特殊的场合3、城市内的短距离支线连接第二部分：扩频通信 一、扩频通信基本概念 二、扩频通信发展历史 三、扩频通信理论基础 四、扩频通信主要特点 五、扩频通信工作原理一、扩频通信基本概念 扩频通信基本定义扩频通信是扩展频率通信的简称，指用来传输信息的 射频带宽远大于信息本身带 宽的一种通信方式。1、扩频通信基本概念 频带宽度： 它是一种信息传输方式，但传输信号所占用的 带宽远大于所传信息

9、必需的最小带宽； 扩频方法： 通过一个独立的码序列来完成，与所传信息数 据无关； 解扩方法： 用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所 传信息数据。2、解释信号频谱被展宽 扩频通信： 传输信号所占用的带宽(W)远大于原始信息本身 实际所需的最小(有效)带宽(F)，其比值称为处处 理增益理增益Gp:vv常规通信常规通信 通常尽量采用大体相当的带宽信号来传通常尽量采用大体相当的带宽信号来传 输信息。如用调幅信号来传送语音信息，输信息。如用调幅信号来传送语音信息， 其带宽为语音信息带宽的两倍；其带宽为语音信息带宽的两倍；3、解释采用伪随机码调制 时频关系（傅立叶变换） 在时间上有限的信号，其频谱是无

10、限的。例如 很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。 信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微 秒的脉冲的带宽约为1MHz。 调制方法 如果用很窄的脉冲序列被所传信息调制，则可 产生很宽频带的信号。 4、接收端相关解调解扩 解扩方法 在接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收 到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息 。 这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后 的信号又恢复成原来所传的信息。 扩频目的 这种在发端把窄带信息扩展成宽带，而在收端 又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一 系列好处。二、扩频发展历史 1、扩频通信 思想产生 2、扩频通信 实现思路 3、扩频通信 实用产品 4、扩频通信 迅速

11、发展1、扩频通信思想的产生海蒂.拉玛，1914年9月9日出生于奥 地利的维也纳，父亲是当地知名的银 行家，母亲是一名钢琴家。 她因迷 上了表演，跟随著名戏剧导演马克思 莱因哈特到柏林学习表演。曾被誉 为“世界上最美丽的女人”。因32年主 演第一部的电影神魂颠倒而全球 闻名。1966年出版争议性自传后消失 于影坛。因发明跳频通信被誉为“跳频扩频通 信之母”。 1914一20001、扩频通信思想的产生 产生背景： 二战初期拉玛（Lamarr）为了防止德国窃听到 美国用于指挥鱼雷攻击德国军舰的无线电信号 ，想到跳频扩频的方法。 基本想法： 采用某种传送方法，使传送信号随机地从一个 频道跳到另一个频道

12、，从而阻止敌人通过获知 无线电信号的发送频道来窃听。 2、扩频通信实现思路 思想的实施 拉玛和安塞尔开始完善这个想法。 遇到问题 鱼雷的接收器如何知道什么时候应该监听什么 频道呢？安塞尔（Antheil）设计了一种方案， 来同步跳频接收器和跳频发送器。 具体方法 利用一个长的呈现随机变化的频道模式向鱼雷 发送信号，接收器知道这个秘密的跳频模式， 所以它可以在每一时刻都注意收听正确的频道 。1、扩频通信思想的产生关于同步问题安塞尔提出，可以用 他在欧洲期间曾尝试过的对16部同 步演奏的自动钢琴进行调节的类似 方式来调节无线电频率。 自动钢琴很象老式计算机，通过读入编好码的打孔纸带来演奏，实现跳频

13、 技术时也选用了类似自动钢琴上使用的打孔纸带来同步信道，甚至连信道数都参考了钢琴键的数目88个。 3、扩频通信实用产品 实用产品 50年代，开始跳频技术的实验，利用新型的电 子部件代替了最初的机械系统。并在1962年古 巴危机时首次应用中取得了极大的成功。 民用化 80年代中期，美国军方公开了扩频技术，许多 商业公司将它用于消费类电子产品。 导弹危机事件导弹危机事件时间：1962年10月地点：古巴境内事件：围绕前苏联 在古巴布置导弹， 美苏两国之间大有 战争一触即发的架 势美国前总统肯尼迪前苏联领导人赫鲁晓夫4、扩频通信飞速发展 CDMA商用化 90年代初期，美国高通公司解决了CDMA商用化

14、中的基本问题，并制订了IS95窄带CDMA标准 。 CDMA特点 频谱效率高（GSM的34倍） 话音质量好（抗干扰能力强） 掉话率低 基站覆盖面广三、扩频通信理论基础 1、仙农（shannon）公式 2、仙农(shannon)定理 3、哈尔凯维奇定理三、扩频通信理论基础 1940 1940年获得年获得MITMIT数数 学博士学位和电子工程学博士学位和电子工程 硕士学位。硕士学位。通信数学原理通信数学原理和和 噪声下的通信噪声下的通信两篇两篇 论文成为信息论的奠基论文成为信息论的奠基 性著作，使他成为信息性著作，使他成为信息 论的创始人。论的创始人。克劳德克劳德. .仙农（仙农（1916-200

15、11916-2001）1、仙农公式 C W log2(1十S/N) C 信道容量，W 信道带宽； S 信号功率，N 白噪声功率； 仙农（Shannon） 美国数学家，信息论的创始人，在1948年发表 了通信的数学理论。2、仙农定理 仙农定理 在高斯噪声的干扰下，在限平均功率的信道上 ，实现有效和可靠通信的最佳信号是具有白噪 声统计特性的信号。 实现难点 理想白噪声信号的产生，加工和复制一直存在 困难。 可以用伪随机序列来代替，它们的统计特性近 似于高斯白噪声。3、哈尔凯维奇定理 定理 克服多径衰落干扰的影响，信道中传输的最佳 信号形式具有白噪声统计特性。 推论 扩频函数（伪随机序列）逼近白噪声的统计特 性，因而扩频通信又具有抗多径干扰能力。 哈尔凯维奇 50年代，前苏联数学家，证明了定理；4、性能指标处理增益 基本定义 频带扩展后的信道带宽W与频谱扩展前的信息 带宽F之比：4、性能指标处理增益 增益原理 在扩频通信系统中，接收机作扩频解调后，只 提取伪随机编码相关处理后的带宽为F的信息 ，而排除掉宽频带W中的外部干扰、噪音和其 地用户的