第1章数字微波通信绪论.pdf

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1、2013-09-10Copy right By Dr.Fang120201313年年年年8 8月月月月2727日日日日数字微波通信数字微波通信房少军房少军2013-09-10Copy right By Dr.Fang22013-09-10Copy right By Dr.Fang20 绪论绪论1 数字微波通信系统概述 数字微波通信系统概述 2 微波收发信机微波收发信机3 数字微波通信的基带信号数字微波通信的基带信号4 数字微波通信的调制与解调 数字微波通信的调制与解调 5 天馈线和分路系统 天馈线和分路系统 6 微波传播与衰落 微波传播与衰落 7 数字微波通信波道倒换 数字微波通信波道倒换 8

2、 系统举例系统举例0 绪论绪论2013-09-10Copy right By Dr.Fang31931年从英国多佛尔到法国加来建立了世界上第一条超短 波通信线路，跨越了英吉利海峡。绪论绪论数字微波通信实质是地面数字微波接力通信，是由微波 接力通信发展来的。什么是微波接力通信？在微波频段上，通过接力的方式进行通信。什么是数字微波接力通信？一、数字微波接力通信系统的发展历史一、数字微波接力通信系统的发展历史一、数字微波接力通信系统的发展历史一、数字微波接力通信系统的发展历史数字微波接力通信指微波接力通信传输的是数字信号。1947年美国贝尔实验室在纽约和波士顿之间建设了世界上第 一条模拟微波通信线路

3、。真空管作信号放大，采用调频方式。2013-09-10Copy right By Dr.Fang4一、数字微波接力通信系统的发展历史（续）一、数字微波接力通信系统的发展历史（续）一、数字微波接力通信系统的发展历史（续）一、数字微波接力通信系统的发展历史（续）50年代初，澳大利亚、加拿大、法国、意大利、和日本 的主干路由上都安装了与美国类似的微波接力通信系统。60年代末期国外出现了数字微波接力通信系统。数字微波接力通信经历了PDH和SDH两个阶段的发展。PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）SDH（Synchronous Digital Hierarchy）p

4、lesiochronous pli:sikrns adj.准同步hierarchy hair:ki n.体系,系统,数据层次Synchronous sikrns adj.同时存在的，同步的2013-09-10Copy right By Dr.Fang51957年我国开始了60路及300路模拟微波通信系统的研发。1964年我国开始600路微波的研发。1966年我国开发960路微波系统。1986年我国完成1800路模拟微波的开发工作。1992年我国研制6GHz的PDH微波系统建于武昌与阳逻之间。1997年我国研制的6GHzSDH微波系统在山东通过鉴定验收。2013-09-10Copy right

5、By Dr.Fang6二、二、二、二、数字微波接力通信系统的用途数字微波接力通信系统的用途数字微波接力通信系统的用途数字微波接力通信系统的用途1.传输长途电话2.2.长距离传输电视节目长距离传输电视节目3.大型企业专用通信网4.船舶交通管理系统5.移动通信基站与移动 交换中心MSC通信2013-09-10Copy right By Dr.Fang7三、三、三、三、数字微波接力通信系统的地位数字微波接力通信系统的地位数字微波接力通信系统的地位数字微波接力通信系统的地位现代通信三大手段现代通信三大手段:光纤通信光纤通信数字微波接力通信数字微波接力通信卫星通信卫星通信2013-09-10Copy r

6、ight By Dr.Fang8卫星通信具有距离 远、覆盖面积大、不受 地形条件限制、可靠性 高等特点。成本高，通信 费昂贵，有时受到 天气的影响。卫星通信卫星通信2013-09-10Copy right By Dr.Fang9发端电端机将信息模/数转换，用转 换后的数字信号去调制发送机中的光源，输出携带信息的光波。光波经光纤传 输后到达收端，光接收机从光波中检测 出数字信号送给电端机，电端机进行数/模转换，恢复成原信息。电端机（模 电端机（模/数）数）光发送机光发送机光纤光纤中继器中继器光接收机光接收机电端机（模电端机（模/数）数）模拟信号模拟信号光纤光纤模拟信号模拟信号 典型的数字光纤通信

7、系统光纤通信容量大、速率高，但需要在地下铺设光缆，造价 高、建设周期长、受到地形地质条件的影响。2013-09-10Copy right By Dr.Fang10ACDEB 微波中继通信微波中继通信微波中继通信常用于电缆无法铺设或极难铺设的地方,而且相 对而言，线路铺设简单,建设周期短,投资少。2013-09-10Copy right By Dr.Fang11光纤、微波传输方式比较光纤、微波传输方式比较光纤、微波传输方式比较光纤、微波传输方式比较光光 纤纤微微 波波传输媒介传输媒介光纤光纤自由空间自由空间抗自然灾害能力抗自然灾害能力弱弱强强灵活性灵活性较低较低高高建设费用建设费用高高低低建设周

8、期建设周期长长短短传输速率传输速率频带宽、速率高频带宽、速率高频带窄、速率低频带窄、速率低2013-09-10Copy right By Dr.Fang12四、本课程的基础知识四、本课程的基础知识四、本课程的基础知识四、本课程的基础知识五、五、五、五、课程目的课程目的课程目的课程目的六、学习方法和注意事项六、学习方法和注意事项六、学习方法和注意事项六、学习方法和注意事项通信原理（特别是数字通信）掌握数字微波通信系统基本知识，提升就业竞争能力。在框图的层次上学习系统的组成和原理；注意系统的技术 指标的定义和理解；注意与线路设计有关的概念。微波技术电波传播与天线电磁波理论2013-09-10Cop

9、y right By Dr.Fang13房少军，数字微波通信，电子工业出房少军，数字微波通信，电子工业出 版社，版社，20082008年年.姚冬苹，数字微波通信，清华大学出姚冬苹，数字微波通信，清华大学出 版社，版社，20042004年年.唐朝京，数字微波通信技术，国防工 业出版社，2002.七、有关考试的问题七、有关考试的问题七、有关考试的问题七、有关考试的问题期末考试70分；平时成绩 根据点名、作业、实验成绩和 小测验给出，共30分。八、教材与参考书籍八、教材与参考书籍八、教材与参考书籍八、教材与参考书籍2013-09-10Copy right By Dr.Fang142013-09-10

10、Copy right By Dr.Fang140 绪论绪论1 数字微波接力通信系统概述 数字微波接力通信系统概述 2 微波收发信机微波收发信机3 数字微波接力通信的基带信号数字微波接力通信的基带信号4 数字微波接力通信的调制与解调 数字微波接力通信的调制与解调 5 天馈线和分路系统 天馈线和分路系统 6 微波传播与衰落 微波传播与衰落 7 数字微波接力通信波道倒换 数字微波接力通信波道倒换 8 系统举例系统举例1 数字微波接力通信系统概述数字微波接力通信系统概述2013-09-10Copy right By Dr.Fang15一、微波通信及其分类一、微波通信及其分类第一章 数字微波接力通信系统

11、概述第一章 数字微波接力通信系统概述1.1 微波通信的基本概念1.1 微波通信的基本概念1.无线电波频段划分1.无线电波频段划分2013-09-10Copy right By Dr.Fang16（2）短波利用电离层反射来进行远距离通信；2.电波传播特性2.电波传播特性L波段：1.121.7GHz；Ls波段：1.7 2.6GHz；S波段：2.63.95GHz；C波段：3.955.85GHz；Xc波段：5.858.2GHz；（1）中长波绕射能力强，可沿地面传播；（3）微波像光波一样作直线传播，能够穿透电离层。3.微波通信所用主要频段3.微波通信所用主要频段X波段：8.212.4GHz；Ku波段：1

12、2.418GHz；K波段：1826.5GHz；Ka波段：26.540GHz；2013-09-10Copy right By Dr.Fang17Point-to-multipoint Microwave Communication System4.微波通信分类（1）地面微波接力通信（2）微波一点多址通信4.微波通信分类（1）地面微波接力通信（2）微波一点多址通信地面微波接力通信为什么要进行接力？地球是一个椭球体；补充信号能量的损耗。2013-09-10Copy right By Dr.Fang18（3）卫星通信（3）卫星通信微波卫星通信(Microwave Satellite Communica

13、tion)是一种 特殊的微波接力通信系统。通信卫星离地面多高？离地面几千公里高的卫星保持在地面某处上空时间一昼夜只 有几十分钟。后来发射了大椭圆轨道的通信卫星，卫星离地面3万 多公里，在地面通信站上空的时间一昼夜可达十几小时。1963年2 月，美国发射了静止卫星，可实现24小时连续通信。它的中继站设在离开地面的天空中。2013-09-10Copy right By Dr.Fang19利用对流层不均匀 团的散射作用，使 部分微波信号返回 地面，实现远距离 通信。一次跨越距 离可达数百公里。微波散射通信用 于军事方面，一 般较少用于民用 通信。（4）微波散射通信（4）微波散射通信2013-09-1

14、0Copy right By Dr.Fang20（5）平流层天星通信（5）平流层天星通信高度：20km；直径：61m；长度：245m；重量：32.4T。ITU批准频段：上行47.247.5GHz下行47.948.2GHz固定业务：宽带无线接入和高速无线因特网；移动业务：第四代移动通信；广播业务：数字电视和遥感信息；监视业务：无线电波、气象、地面交通监视。2013-09-10Copy right By Dr.Fang21总结其特点如下：高使其作用远，近使其损耗低；独立可照省市，组网可盖地球；长可十年五载，短可抢险救灾；多种信息业务，一星多家使用。总结其特点如下：高使其作用远，近使其损耗低；独立可

15、照省市，组网可盖地球；长可十年五载，短可抢险救灾；多种信息业务，一星多家使用。2013-09-10Copy right By Dr.Fang22二、微波通信的特点二、微波通信的特点1微波频段的频带很宽；2微波通信设备工作频率高；3传输质量高，通信稳定可靠；4天线增益高，保密性好；5方便灵活，成本较低。2013-09-10Copy right By Dr.Fang231.系统性能要求，质量评价标准不同。2.解调器的构成也就不同。3数字微波传输信息可进行再生接力方式。4模拟微波系统采用频分复用，而数字微波系统则采用时 分复用，所以信号同步是关键。5数字信号频谱较模拟信号宽。多径衰落影响将加剧。6.

16、数字微波系统除抗干扰性能较模拟系统强外，对基带信 号便于根据需要进行处理，有利于实现集成化和数字化 电路以及综合业务数字网的建立。数字微波与模拟微波相比，有以下特点：数字微波与模拟微波相比，有以下特点：2013-09-10Copy right By Dr.Fang241.2 数字微波中继通信线路的构成1.2 数字微波中继通信线路的构成郑州北京石家庄平顶山许昌武汉右图所示的是一个专 用数字微波中继通信线 路，其主干线长约1260公 里，共有34个微波站，并 有一些支线，加上总站和 各地区程控汇接交换机的 信息迂回转接，距离超过 2500公里。2013-09-10Copy right By Dr.

17、Fang251.2 数字微波中继通信线路的构成（续）1.2 数字微波中继通信线路的构成（续）郑州北京石家庄平顶山许昌武汉一、数字微波中继通信网组成一、数字微波中继通信网组成1.微波站：微波终端站、微波中间 站、微波主站、分路站。这些微波站上主要的高频 系统设备有：微波收发信 机，天线，馈线等。2013-09-10Copy right By Dr.Fang26图15 数字微波中继通信网组成图15 数字微波中继通信网组成2013-09-10Copy right By Dr.Fang272.数字终端复用设备：对电话业务而言，是把来自交换机的音频模拟信号变换成时 分多路复用的数字信号，将其送往高频系统

18、设备去。另一方面，把高频系统传送来的时分多路复用的基带数字信号，变换成模拟 电话信号，送到交换机去。3.交换机：用于不同用户之间的电话交换。4.用户终端：如自动电话单机，电传机等。5.流动站：作为分散流动业务的通信联络，或作为发生故障 时的一种应急手段。6.监控系统：提供全线或部分设备实现无人值守而设的一套 进行维护管理的辅助设备。2.数字终端复用设备：对电话业务而言，是把来自交换机的音频模拟信号变换成时 分多路复用的数字信号，将其送往高频系统设备去。另一方面，把高频系统传送来的时分多路复用的基带数字信号，变换成模拟 电话信号，送到交换机去。3.交换机：用于不同用户之间的电话交换。4.用户终端

19、：如自动电话单机，电传机等。5.流动站：作为分散流动业务的通信联络，或作为发生故障 时的一种应急手段。6.监控系统：提供全线或部分设备实现无人值守而设的一套 进行维护管理的辅助设备。2013-09-10Copy right By Dr.Fang281.终端站1.终端站(Terminal Station)2.中间站中间站(Intermediate Relay Station)将数字终端送来的信号进行调制与上变频，变成微波信号，通过天线发射出去；接收A向站发射来的微波信号，处理后，向B向站转发；将天线接收的微波信号下变频与解调，送给数字终端机。接收B向站发射来的微波信号，放大等处理后，向A向站转发

20、。二、站型的配置二、站型的配置终端站中间站分路站终端站枢纽站终端站中间站分路站终端站枢纽站AB2013-09-10Copy right By Dr.Fang293.分路站分路站(Channel-Group Control Switching Station)中间站可分为再生中继（基带转接）站、中频转接站、射频有 源转接站和无源转接站。收A向站（B向站）发来的信号，处理后送终端机，从中分出部 分话路；并插入部分新话路，处理后向B向站（A向站）转发。二、站型的配置(续)二、站型的配置(续)2013-09-10Copy right By Dr.Fang304主站或枢纽站4主站或枢纽站承担三个以上方向

21、的信号转接任务的分路站称为主站；(Main Relay Station)或称作枢纽站(Junction Center Station)。郑州北京石家庄平顶山许昌武汉这种站一般设置在大城市附近。2013-09-10Copy right By Dr.Fang31三、微波站的基本设备三、微波站的基本设备图16 微波站单方向设备框图图16 微波站单方向设备框图2013-09-10Copy right By Dr.Fang32图17 基带倒换说明需要说明：图17 基带倒换说明需要说明：由于各种微波站所承担的任务不同，其设备组成会有所不同。2013-09-10Copy right By Dr.Fang33

22、中继站四、数字微波通信中继站转发方式四、数字微波通信中继站转发方式ACDEB2013-09-10Copy right By Dr.Fang34中继站四、数字微波通信中继站转发方式（续）四、数字微波通信中继站转发方式（续）2013-09-10Copy right By Dr.Fang35有源有源无源无源?背靠背天线背靠背天线?反射板反射板?再生中继再生中继?中频中继中频中继?射频中继射频中继中继站四、数字微波通信中继站转发方式（续）中继站转发方式四、数字微波通信中继站转发方式（续）中继站转发方式2013-09-10Copy right By Dr.Fang36这种情况往往用大口径天线，天线调整要

23、借助于仪表。费时较长近端距离要小于近端距离要小于5KM中继站背靠背天线无源中继站2013-09-10Copy right By Dr.Fang37Passive repeater with plane reflector中继站反射板式无源中继站2013-09-10Copy right By Dr.Fang38解调接数字终端机基带转接基带转接中间站：调 制微 波放 大中 放混 频本振微 波功 放混 频中 放本振解 调 数字接口,可消除噪声积累 可以上、下话路 各类微波站的设备可通用分路站：接调制器四、数字微波通信中继站转发方式（续）四、数字微波通信中继站转发方式（续）2013-09-10Copy

24、 right By Dr.Fang39中频转接中频转接应用在什么样的微波站？微波中继站（微波中间站）中频接口，省了调制解调电路，设备较简单，功耗较低；只能增加通信距离，不能消除噪声积累，也不能上、下话路。微 波功 放混 频中 放微 波放 大中 放混 频本振本振四、数字微波通信中继站转发方式（续）四、数字微波通信中继站转发方式（续）2013-09-10Copy right By Dr.Fang40射频转接射频转接微波放大微波放大变频四、数字微波通信中继站转发方式（续）四、数字微波通信中继站转发方式（续）应用在什么样的微波站？微波中继站（微波中间站）射频接口，省了调制解调、中频处理电路，设备更加简

25、单；相比中频转接，要求本振稳定度高、自动增益控制技术难；只能增加通信距离，不能消除噪声积累，也不能上、下话路。2013-09-10Copy right By Dr.Fang41四、数字微波接力通信转发方式（续）三种有源转接方式比较四、数字微波接力通信转发方式（续）三种有源转接方式比较微波放大微波放大变频微 波 放 大微 波 功 放中 放中 放混 频混 频调 制解 调微 波放 大微 波功 放中 放混 频混 频2013-09-10Copy right By Dr.Fang421.3 微波线路的频率配置射频（微波）波道1.3 微波线路的频率配置射频（微波）波道微波站有多套微波收发信机同时工作，每套微

26、波收发信 机构成了一条独立的微波通道，称为一个射频波道。射频波道（微波线路）频率配置射频波道（微波线路）频率配置所谓射频波道的频率配置就是指各波道中收发信机的射频频 率分配。为什么进行射频的频率配置？为什么进行射频的频率配置？为了节省有限的频率资源。2013-09-10Copy right By Dr.Fang431.3 微波线路的频率设置（续）一、频率配置应考虑的原则1.同一波道收和发必须使用不同频率而且有足够大的间隔。2.多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔，以免互相发生干扰。5.不应产生镜像干扰。3.整个频谱安排必须紧凑，使给定通信频段得到经济地利用。4.频率配置方案应有利

27、于天线共用。1.3 微波线路的频率设置（续）一、频率配置应考虑的原则1.同一波道收和发必须使用不同频率而且有足够大的间隔。2.多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔，以免互相发生干扰。5.不应产生镜像干扰。3.整个频谱安排必须紧凑，使给定通信频段得到经济地利用。4.频率配置方案应有利于天线共用。2013-09-10Copy right By Dr.Fang44数字微波通信与模拟微波通信调制方式不同，码速与频 宽不同。再考虑如下几点：1.相邻波道间隔f波道=XfS，取1.5X2。1.3 微波线路的频率设置（续）1.3 微波线路的频率设置（续）2.相邻收发间隔f收发=YfS，取2Y15

28、dB，可使用两种方案；当XPD15 dB时，只能用插入波道型频率再用方案。注意：注意：即使不考虑频率再用，双极化方式的应用也可抑制（发 对收或相邻波道之间的）干扰。此时收和发采用不同的极化 波、或相邻波道采用不同的极化波，称之为双极化应用。四、波道频率再用与双极化应用（续）四、波道频率再用与双极化应用（续）2013-09-10Copy right By Dr.Fang562013-09-10Copy right By Dr.Fang57作业：作业：4GHz（）频段的数字微波线路中有甲、乙、丙三个站。甲为低站，设有1、3两个波道双向传输。（1）计 算两个波道的收发频率；（2）画图表示高低站安排，双极化 应用和频率的高低。04003.5MHzf 2013-09-10Copy right By Dr.Fang58Thank you for your attention！That is all for today.That is all for today.