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1、1第第6章章 数字微波通信系统数字微波通信系统p6.1 概述p6.2 微波的视距传播特性p6.3 数字微波通信系统26.1 概述概述p基本概念p微波通信发展历程p微波通信的特点p微波通信系统的分类p微波通信的应用3基本概念基本概念p微波是指波长在1nm1m或频率为300MHz-300GHz的电磁波。p微波通信指的是以微波频率作为载波，通过中继接力方式实现的一种通信方式。p微波通信的主要频段名称甚低频VLF 低频LF中频MF高频HF甚高频VHF 超高频UHF 特高频SHF 极高频EHF频率3-30kHz30-300kHz 0.3-3Mhz3-30MHz30-300MHz 0.3-3GHz3-30
2、GHz30-300GHz波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波传播特性 空间波为主 地波为主地波与天波 天波与地波 空间波空间波空间波空间波46.1.2 微波通信的发展历程微波通信的发展历程p19世纪30年代中期出现了工作在VHF频段的第一个商用模拟无线通信系统p二战期间出现了UHF频段的军用无线中继通信系统p1951年，美国纽约到旧金山之间成功开通了商用的微波通信线路。在随后的二三十年间，模拟微波通信系统迅速发展p我国从“七五”期间开始引入微波通信系统p20世纪70年代末出现了采用简单QPSK、8PSK等的商用数字微波通信系统p20世纪80年代，随着数字信号处理技术和大规模集成电路的发
3、展，微波通信系统得到迅速发展 p20世纪90年代后出现了容量更大的数字微波通信系统 56.1.3 微波通信的特点微波通信的特点p频带宽，传输容量大频带宽，传输容量大p适于传送宽频带信号适于传送宽频带信号p天线增益高，方向性强天线增益高，方向性强 p外界干扰小，通信线路稳定可靠外界干扰小，通信线路稳定可靠p投资少，建设快，通信灵活性大投资少，建设快，通信灵活性大 p中继中继通信方式通信方式 66.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(1/4)p地面微波中继通信n特点：采用特点：采用中继传输中继传输方式，一般方式，一般50Km50Km左右一个中继站。左右一个中继站。n原因：微波是沿直线传播
4、的；原因：微波是沿直线传播的； 微波传播时，存在能量损耗。微波传播时，存在能量损耗。n应用：长距离、大容量应用：长距离、大容量 干线通信；干线通信； 短距离、短距离、 小容量通信；小容量通信；6.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(2/4)p一点对多点（PMP）微波通信n组成：基地台，用户组成：基地台，用户n应用：一种无线宽带接入方式，适用于用户比较分散应用：一种无线宽带接入方式，适用于用户比较分散且业务量小的系统。且业务量小的系统。6.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(3/4)p微波卫星通信n特点：特点：中继站在卫星上；中继站在卫星上；使用微波波段，技使用微波波段，技术
5、与微波相通，但术与微波相通，但有自己的特点；有自己的特点；6.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(4/4)p微波散射通信n利用大气对流层不均匀气利用大气对流层不均匀气团的散射作用，实现微波团的散射作用，实现微波通信通信n特点：特点：距离远距离远发射功率大发射功率大信号质量差信号质量差n应用：应用： 军事通信军事通信106.1.5 微波通信的应用微波通信的应用p作为干线光纤传输的备份和补充作为干线光纤传输的备份和补充 p边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务 p市内的短距离支线连接市内的短距离支线连接 p无线宽带业务接入无线宽带业务接入 116
6、.2 微波的视距传播特性微波的视距传播特性p6.2.1 天线高度与传播距离p6.2.2 自由空间传播损耗p6.2.3 地面效应和大气效应126.2.1 天线高度与传播距离天线高度与传播距离136.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p在半径为在半径为d的球面上的功率（电通量）密度为的球面上的功率（电通量）密度为 辐射源发出的总辐射功率 传播（或扩散）因子：传播（或扩散）因子： 146.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p实际微波通信中采用的天线均有方向性，对于发射天线而言，天线增益Gt表示天线在最大辐射方向上单位立体角的发射功率与无方向天线单位立体角的发射功率的比值。此时，与发射源相
7、距d的单位面积所接收的功率为 156.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p对于接收天线而言，天线增益Gr表示天线接收特定方向电波功率的能力。根据天线理论，天线的有效面积为 p若接收机与发射机的距离为d，接收天线的有效面积为A，发射天线的增益为Gt，接收天线的增益为Gr，则接收到的信号载波功率为166.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p若不考虑发射天线增益Gt和接收天线增益Gr，电波的自由空间损耗定义为发射功率与接收功率之比，即p通常用分贝表示自由空间传播损耗，即 176.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p若考虑发射天线增益Gt和接收天线增益Gr ，则将这种有方向性的传播损
8、耗称为系统损耗，通常用L表示，其分贝形式为186.2.3 地面效应和大气效应地面效应和大气效应p地面效应地面效应n传播路径上障碍物的阻挡或部分阻挡引起的损耗传播路径上障碍物的阻挡或部分阻挡引起的损耗n电波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射引起的多径电波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射引起的多径传播，进而产生接收信号的干涉衰落。传播，进而产生接收信号的干涉衰落。 p地面反射地面反射n电波在比较平滑的地表面上传播时会产生强烈的镜面反射，形电波在比较平滑的地表面上传播时会产生强烈的镜面反射，形成多径传播。成多径传播。p大气效应大气效应n大气对微波传输所产生的影响主要有大气损耗、雨雪天气
9、引起大气对微波传输所产生的影响主要有大气损耗、雨雪天气引起的损耗以及大气折射引起的损耗。的损耗以及大气折射引起的损耗。 196.3 数字微波通信系统数字微波通信系统p6.3.1 中继通信线路与设备组成p6.3.2 微波波道及其频率配置 p6.3.3 发信设备p6.3.4 收信设备p6.3.5 天馈线系统 206.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波通信线路数字微波通信线路216.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波通信系统组成数字微波通信系统组成n用户终端；交换机用户终端；交换机 ；数字终端机；微波站；数字终端机；微波站226.3.1 中继通
10、信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p用户终端用户终端n直接为用户所使用的终端设备。如电话机、传真机、计算机、直接为用户所使用的终端设备。如电话机、传真机、计算机、调度电话机等。调度电话机等。 p交换机交换机n用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。目前，路。这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。目前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。 p数字终端机数字终端机n实际上是一个数字电话终端复用实际上是一个数字电话终端复用/分接设备，其基本功能
11、是把分接设备，其基本功能是把来自交换机的多路信号进行复接，复接信号送往数字微波传来自交换机的多路信号进行复接，复接信号送往数字微波传输信道。同时把来自微波终端站的复接信号进行分接，分接输信道。同时把来自微波终端站的复接信号进行分接，分接信号送往交换机。信号送往交换机。236.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p微波站微波站n数字微波终端站数字微波终端站数字微波终端站数字微波终端站n数字微波中继站数字微波中继站数字微波中继站数字微波中继站n数字微波分路站数字微波分路站数字微波分路站数字微波分路站n数字微波枢纽站数字微波枢纽站数字微波枢纽站数字微波枢纽站 246.3.1 中继通信
12、线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波终端站数字微波终端站n位于线路两端或分支线路终点的微波站。在位于线路两端或分支线路终点的微波站。在SDH微微波终端站设备中包括发信端和收信端两大部分。波终端站设备中包括发信端和收信端两大部分。nSDH微波终端站的发信端主要负责完成主信号的发微波终端站的发信端主要负责完成主信号的发信基带处理、调制、发信混频和发信功率方法等。信基带处理、调制、发信混频和发信功率方法等。nSDH微波终端站的收信端主要负责完成主信号的低微波终端站的收信端主要负责完成主信号的低噪声接收、解调以及收信基带处理。噪声接收、解调以及收信基带处理。 256.3.1 中继通信线路与设
13、备组成中继通信线路与设备组成p数字微波中继站数字微波中继站n数字微波中继站指的是位于线路中间的微波站。数字微波中继站指的是位于线路中间的微波站。根据对信号的处理方式不同，又可将中继站分根据对信号的处理方式不同，又可将中继站分为中间站和再生中继站，再生中继站又包括上为中间站和再生中继站，再生中继站又包括上下话路和不上下话路两种结构。下话路和不上下话路两种结构。 n数字微波中继站的中继方式数字微波中继站的中继方式基带中继（再生转接）基带中继（再生转接）外差中继（中频转接）外差中继（中频转接）直接中继（射频转接）直接中继（射频转接） 266.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成基带中
14、继（再生转接）方式基带中继（再生转接）方式276.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成外差中继（中频转接）方式外差中继（中频转接）方式286.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成直接中继（射频转接）直接中继（射频转接） 方式方式296.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波分路站数字微波分路站n数数字字微微波波分分路路站站指指的的是是位位于于线线路路中中间间的的微微波波站站，既既可可以以上上、下下某某收收、发发信信波波道道的的部部分分支支路路，也也可可以以沟沟通通干干线线上上两两个个方方向向之之间间的的通通信信。由由于于在在此此站站上上能
15、能够够完完成成部部分分波波道道信信号号的的再再生生，因因此此该该站站应应配配备备有有SDH微微波波传传输输设设备备和和SDH分分插插复复用用设备（设备（ADM）。）。 306.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波枢纽站数字微波枢纽站n数字微波枢纽站指的是位于干线上的、需要完数字微波枢纽站指的是位于干线上的、需要完成多个方向通信任务的微波站。在系统多波道成多个方向通信任务的微波站。在系统多波道工作的情况下，此类站应能完成对某些波道工作的情况下，此类站应能完成对某些波道STM-4信号或部分支路的转接和话路的上、下信号或部分支路的转接和话路的上、下功能，同时也能完成对某些波
16、道功能，同时也能完成对某些波道STM-4信号的信号的复接和分接操作，如果需要，还能对某些波道复接和分接操作，如果需要，还能对某些波道的信号进行再生处理后的再继续传播。的信号进行再生处理后的再继续传播。 316.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p微微波波通通信信频频率率配配置置的的基基本本原原则则是是使使整整个个微微波波传传输输系系统统中中的的相相互干扰最小，频率利用率最高。互干扰最小，频率利用率最高。p频率配置时应考虑的因素频率配置时应考虑的因素n整个频率的安排要紧凑，使得每个频段尽可能获得充分利用。整个频率的安排要紧凑，使得每个频段尽可能获得充分利用。n在同一中继站中，一个单
17、向传输信号的接收和发射必须使用不同的频在同一中继站中，一个单向传输信号的接收和发射必须使用不同的频率，以避免自调干扰。率，以避免自调干扰。n在多路微波信号传输频率之间必须留有足够的频率间隔以避免不同信在多路微波信号传输频率之间必须留有足够的频率间隔以避免不同信道间的相互干扰。道间的相互干扰。n因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法共用天线，因因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法共用天线，因此选用的频率配置方案应有利于天线共用，达到既能使天线建设费用此选用的频率配置方案应有利于天线共用，达到既能使天线建设费用低又能满足技术指标的目的。低又能满足技术指标的目的。326.3.2
18、 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p单波道的频率配置单波道的频率配置n n二频制频率分配二频制频率分配二频制频率分配二频制频率分配 n n四频制频率分配四频制频率分配四频制频率分配四频制频率分配 336.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置二频制频率分配二频制频率分配二频制频率分配二频制频率分配 346.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置四频制频率分配四频制频率分配四频制频率分配四频制频率分配 356.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置越站干扰越站干扰越站干扰越站干扰 366.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p多波道的频率配置多波
19、道的频率配置n n收发频率相间排列收发频率相间排列收发频率相间排列收发频率相间排列n n收发频率集中排列收发频率集中排列收发频率集中排列收发频率集中排列376.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置收发频率相间排列收发频率相间排列收发频率相间排列收发频率相间排列: :386.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置收发频率集中排列收发频率集中排列收发频率集中排列收发频率集中排列: :396.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p频率再用频率再用n频率再用是一种提高频道利用率的常用技术。由微频率再用是一种提高频道利用率的常用技术。由微波的极化特性可知，利用两个相互正
20、交信号的极化波的极化特性可知，利用两个相互正交信号的极化方式（如水平极化和垂直极化）可以减少它们之间方式（如水平极化和垂直极化）可以减少它们之间的干扰，由此可以对微波波道实行频率再用。的干扰，由此可以对微波波道实行频率再用。n在微波通信系统中，频率再用就是在相同和相近的在微波通信系统中，频率再用就是在相同和相近的波道频率位置，借助不同的极化方式来增加射频波波道频率位置，借助不同的极化方式来增加射频波道数量。道数量。n频率再用方案频率再用方案同波道型频率再用同波道型频率再用插入波道型频率再用插入波道型频率再用 406.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置同波道型频率再用同波道型频率再
21、用 416.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置插入波道型频率再用插入波道型频率再用 426.3.3 发信设备发信设备p直接调制式发信机直接调制式发信机p变频式发信机变频式发信机 436.3.3 发信设备发信设备p发信机的主要性能指标发信机的主要性能指标n工作频段工作频段n输出功率输出功率n频率稳定度频率稳定度446.3.4 收信设备收信设备p收信设备的组成收信设备的组成:456.3.4 收信设备收信设备p收信机的主要性能指标收信机的主要性能指标n n工作频段工作频段工作频段工作频段n n收信本振的频率稳定度收信本振的频率稳定度收信本振的频率稳定度收信本振的频率稳定度 n n噪声系
22、数噪声系数噪声系数噪声系数 n n通频带通频带通频带通频带n n选择性选择性选择性选择性n n收信机的最大增益收信机的最大增益收信机的最大增益收信机的最大增益 n n自动增益控制范围自动增益控制范围自动增益控制范围自动增益控制范围 466.3.5 天馈线系统天馈线系统p天馈线系统由馈线、双工器和天线组成。天馈线系统由馈线、双工器和天线组成。p微微波波通通信信中中的的馈馈线线有有同同轴轴电电缆缆和和波波导导管管两两种种形形式式。一一般般在在分分米米波波段段可可以以采采用用同同轴轴电电缆缆，而而在在厘厘米米波波段段采采用用波导管可以降低馈线损耗。波导管可以降低馈线损耗。p对对天天馈馈线线系系统统的的总总体体要要求求是是：足足够够的的天天线线增增益益、良良好好的的方方向向性性、低低传传输输损损耗耗馈馈线线系系统统、极极小小的的电电压压驻驻波波比比。整整个个天天馈馈线线系系统统应应该该具具有有较较高高的的极极化化去去耦耦度度和和足足够够的的机械强度。机械强度。 47本章小结及知识点本章小结及知识点u微波通信的概念和特点u微波通信系统的分类及应用u微波的视距传播特性u数字微波通信系统的组成 u数字微波中继站的中继方式 u微波波道及其频率配置 u数字微波收发信设备
