第5章微波与卫星通信技术精选PPT.ppt

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1、第第5章微波与卫星通信技术章微波与卫星通信技术第1页，本讲稿共145页5.4一点多址微波通信系统一点多址微波通信系统5.5卫星通信技术卫星通信技术5.6卫星通信系统的构成卫星通信系统的构成第2页，本讲稿共145页5.1数字微波通信的概述数字微波通信的概述5.1.1数字微波通信的概念数字微波通信的概念 微波是指频率在微波是指频率在300MHz300GHz范围内的电磁波。范围内的电磁波。常用的范围是常用的范围是140GHz。数字微波通信是指利用微波。数字微波通信是指利用微波(射频射频)作载波携带数字信息，通过无线电波空间进行中作载波携带数字信息，通过无线电波空间进行中继（接力）的通信方式。目前使用

2、较多的频段是继（接力）的通信方式。目前使用较多的频段是2、4、6、7、8和和11 GHz。微波通信是无线通信的一种方式。进行无线通信，发微波通信是无线通信的一种方式。进行无线通信，发信端需把待传信息转换成无线电信号，依靠无线电波在信端需把待传信息转换成无线电信号，依靠无线电波在空间传播。收信端需把无线电信号还原出发信端所传信空间传播。收信端需把无线电信号还原出发信端所传信息。因此，在介绍微波中继通信前，应首先了解无线电息。因此，在介绍微波中继通信前，应首先了解无线电波及其特性。波及其特性。第3页，本讲稿共145页（一）无线电波和频段划分（一）无线电波和频段划分 无线电频段的划分如表无线电频段的

3、划分如表5.1所示。所示。表表5.1 无线电波频段划分无线电波频段划分频频段名称段名称频频率范率范围围波波长长范范围围长长波波中波中波短波短波超短波（特高超短波（特高频频）3030300kHz300kHz3003003000kHz3000kHz3 330MHz30MHz3030300MHz300MHz10000100001000m 1000m 10001000100m100m10010010m10m10101m1m微微波波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波300MHz300MHz3GHz 3GHz 3 330GHz30GHz3030300GHz300GHz10010010cm10cm1010

4、1cm1cm1cm1cm1mm1mm第4页，本讲稿共145页 在无线电技术中，通常用频率（或波长）作为无线电在无线电技术中，通常用频率（或波长）作为无线电波最有表征意义的参量。这是因为频率波最有表征意义的参量。这是因为频率(或波长或波长)相差很远相差很远的无线电波，往往具有很不相同的性质，如传播方式，中的无线电波，往往具有很不相同的性质，如传播方式，中长波沿地面传播，绕射能力较强，而微波却只能在大气对长波沿地面传播，绕射能力较强，而微波却只能在大气对流层中直线传播，绕射能力很弱。流层中直线传播，绕射能力很弱。一般说来，各个频段的无线电波都可以用作无线通信。一般说来，各个频段的无线电波都可以用作

5、无线通信。所谓微波，一般是指频率为所谓微波，一般是指频率为300MHz300GHz(或波长或波长为为1mlmm)范围内的无线电波。范围内的无线电波。“微微”，就是该无线，就是该无线电波的波长相对于周围物体的几何尺寸很短的意思。电波的波长相对于周围物体的几何尺寸很短的意思。第5页，本讲稿共145页（二）微波通信的特点（二）微波通信的特点微波通信具有下列特点：微波通信具有下列特点：(1)微波频段，受工业、天电和宇宙等外部干扰的影响很小，微波频段，受工业、天电和宇宙等外部干扰的影响很小，使微波通信的传输可靠性提高。使微波通信的传输可靠性提高。12GHz以下，受风雨冰雪等以下，受风雨冰雪等恶劣气象条件

6、的影响较小，可使微波通信的稳定度大大提高。恶劣气象条件的影响较小，可使微波通信的稳定度大大提高。(2)微波频段占有频带很宽，可以容纳更多的无线电设备工微波频段占有频带很宽，可以容纳更多的无线电设备工作。由表作。由表5.1可知，全部长、中、短波频段的总频带占有不可知，全部长、中、短波频段的总频带占有不到到30MHz，而微波仅厘米波的频带就占有，而微波仅厘米波的频带就占有27103MHz，几乎是前者的几乎是前者的103倍。占有频带越宽，可容纳同时工作的无倍。占有频带越宽，可容纳同时工作的无线电设备越多。信息容量大。线电设备越多。信息容量大。第6页，本讲稿共145页(3)微波射束在视距范围内直线、定

7、向传播，天线的两站间微波射束在视距范围内直线、定向传播，天线的两站间的通信，距离不会太远，一般为的通信，距离不会太远，一般为50km。5.1.2 微波传播特性微波传播特性（一）自由空间的电波传播（一）自由空间的电波传播1.自由空间的概念自由空间的概念自由空间又称为理想介质空间，即相当于真空状态的理想空自由空间又称为理想介质空间，即相当于真空状态的理想空间。在此空间充满着均匀、理想的介质。间。在此空间充满着均匀、理想的介质。2.自由空间传播损耗自由空间传播损耗在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，即总能量在传播过程没有被损耗

8、掉。现象，即总能量在传播过程没有被损耗掉。视距视距:以地球为圆心，地球半径以地球为圆心，地球半径R，在地球上的两点，高度分别为，在地球上的两点，高度分别为h和和h1,把把（R+h）和（）和（R+h1）两点连线，和地球弧面相切得切线叫做视距！）两点连线，和地球弧面相切得切线叫做视距！第7页，本讲稿共145页 但是，电波在自由空间传播时，其能量会因向空间扩散但是，电波在自由空间传播时，其能量会因向空间扩散而衰耗。这是因为电波由天线辐射后，向周围空间传播，到而衰耗。这是因为电波由天线辐射后，向周围空间传播，到达接收地点的能量仅是一小部分。距离越远，接收点的能量达接收地点的能量仅是一小部分。距离越远，

9、接收点的能量越小，如同一只灯泡所发出的光一样，均匀地向四面八方扩越小，如同一只灯泡所发出的光一样，均匀地向四面八方扩散出去。散出去。这种电波扩散衰耗称为自由空间传播损耗。传播损耗为：这种电波扩散衰耗称为自由空间传播损耗。传播损耗为：（5-1）式中：式中：d为收发天线的直线距离，为收发天线的直线距离，m；f为发信频率，为发信频率，Hz；c为为光速度，光速度，；第8页，本讲稿共145页当距离以当距离以km为单位，频率以为单位，频率以GHz为单位时为单位时 （5-2）若频率以若频率以MHz为单位，则为单位，则 （5-3）第9页，本讲稿共145页3.自由空间传播条件下收信电平的计算自由空间传播条件下收

10、信电平的计算实际使用的天线均为有方向性天线。设收发天线增益分别实际使用的天线均为有方向性天线。设收发天线增益分别为为 、；收发两端馈线系统损耗分别为；收发两端馈线系统损耗分别为 、；收；收发两端分路系统损耗分别为发两端分路系统损耗分别为 、。则在自由空间传播。则在自由空间传播条件下，接收机的输入电平为条件下，接收机的输入电平为 （5-4）例例 已知发信功率为已知发信功率为 ，工作频率，工作频率 ,两站间两站间距离距离 第10页，本讲稿共145页,，求在自由空间传播条件下，接收机的输入电平和输入功率。解 由式（5-2）式得第11页，本讲稿共145页再由式（5-4）可得（）即第12页，本讲稿共14

11、5页（二）地形地物对微波传播的影响（二）地形地物对微波传播的影响 微波中继通信的电磁波主要在靠近地表的大气空间传微波中继通信的电磁波主要在靠近地表的大气空间传播，因而地形地物对微波电磁波会产生反射、折射、绕射播，因而地形地物对微波电磁波会产生反射、折射、绕射和吸收现象。和吸收现象。1.平坦地表对微波的反射平坦地表对微波的反射 水面或平坦地面等地表对微波的反射，造成接收点的水面或平坦地面等地表对微波的反射，造成接收点的场强是直射波和反射波的矢量和。当收发天线足够高时，场强是直射波和反射波的矢量和。当收发天线足够高时，可以认为直射波是自由空间波。可以认为直射波是自由空间波。2.地表障碍物对微波视距

12、传播的影响地表障碍物对微波视距传播的影响 地表障碍物是诸如丘陵、山头、树林和高大建筑物等地表障碍物是诸如丘陵、山头、树林和高大建筑物等会阻挡电磁波视距传播的地物。与自由空间传播相比，地会阻挡电磁波视距传播的地物。与自由空间传播相比，地表障碍物对微波视距传播的影响表现为引入了阻挡损耗。表障碍物对微波视距传播的影响表现为引入了阻挡损耗。第13页，本讲稿共145页（三）大气对微波传播的影响（三）大气对微波传播的影响 由于微波中继通信的大气空间电磁波传播主要在对流层中由于微波中继通信的大气空间电磁波传播主要在对流层中完成，因此讨论大气对微波传播的影响，实际就是讨论对流完成，因此讨论大气对微波传播的影响

13、，实际就是讨论对流层对微波传播的影响。对流层对微波传播的影响主要表现在层对微波传播的影响。对流层对微波传播的影响主要表现在3个方面：氧气分子和水蒸汽分子对电磁波的吸收；雨、雾、个方面：氧气分子和水蒸汽分子对电磁波的吸收；雨、雾、雪等气象微粒对电磁波的吸收和散射；对流层结构的不均匀雪等气象微粒对电磁波的吸收和散射；对流层结构的不均匀对电磁波的折射。当微波中继通信系统的工作频段在对电磁波的折射。当微波中继通信系统的工作频段在10GHz以下时，前两个方面的影响不显著，只需考虑对流层折射的以下时，前两个方面的影响不显著，只需考虑对流层折射的影响；当工作频段在影响；当工作频段在10GHz以上时，以上时，

14、3个方面的影响都需考个方面的影响都需考虑。虑。（四）微波信号传输线路中的余隙概念（四）微波信号传输线路中的余隙概念第14页，本讲稿共145页 收、发两微波站间的电波传播，受到电离层、对流层及环收、发两微波站间的电波传播，受到电离层、对流层及环境的大气压力、温度、湿度等参数变化的影响。境的大气压力、温度、湿度等参数变化的影响。在空间不同高度的波束，其传播速度会发生变化，当上层在空间不同高度的波束，其传播速度会发生变化，当上层比下层快时，则电波射线往下弯曲，当下层比上层传播快时比下层快时，则电波射线往下弯曲，当下层比上层传播快时则往上弯曲，如图则往上弯曲，如图5-1所示。从图中看出，在传输线路上，

15、所示。从图中看出，在传输线路上，有一部分波会投射到地面上来，引起地面波的反射，这样在有一部分波会投射到地面上来，引起地面波的反射，这样在收端除收到直射波外，还会收到满足反射条件的反射波。此收端除收到直射波外，还会收到满足反射条件的反射波。此时接收信号的电波即为合成波。从图时接收信号的电波即为合成波。从图5-1中可看出微波线路中可看出微波线路的余隙概念，它是指从地面最高点的余隙概念，它是指从地面最高点(设为信号反射点设为信号反射点)至收、至收、发天线连线间的距离，用发天线连线间的距离，用hc来表示。在设计天线高度时一定来表示。在设计天线高度时一定要有余隙的计算。要有余隙的计算。第15页，本讲稿共

16、145页 图图5-1 地面反射和大气折射示意图地面反射和大气折射示意图第16页，本讲稿共145页 余隙的计算与等效地球半径系数余隙的计算与等效地球半径系数k和第一菲涅尔区半径和第一菲涅尔区半径(F1)有关。其中，有关。其中，k主要随气象变化而受影响；主要随气象变化而受影响；F1与电波与电波反射波长、地面反射点距两微波天线距离等有关，其计算反射波长、地面反射点距两微波天线距离等有关，其计算公式为公式为 （m）（）（5-5）式中：式中：为微波工作波长为微波工作波长，m；d1为反射点离发射天线距为反射点离发射天线距离，离，km；d2为反射点离接收天线距离，为反射点离接收天线距离，km；d为收、发为收

17、、发天线间距离天线间距离 ，km。第17页，本讲稿共145页余隙的计算方法如下：余隙的计算方法如下：当地面反射系数较小时，线路当地面反射系数较小时，线路(山区、丘陵、城市、森林等地山区、丘陵、城市、森林等地区区)天线不能太低，否则会使大气折射电波向下弯曲，这时天线不能太低，否则会使大气折射电波向下弯曲，这时k=2/3，hc0.3F1。当地面反射系数较大时，线路当地面反射系数较大时，线路(如水面、湖面、稻田等地区如水面、湖面、稻田等地区)，余隙不能太小。这时，余隙标准为，余隙不能太小。这时，余隙标准为 k=4/3(标准大气标准大气)，hc10F1。当当k=(余隙较大余隙较大)时，时，hc1.35

18、F1。因此。因此第18页，本讲稿共145页(5-6)第19页，本讲稿共145页（四）地面远距离微波通信（四）地面远距离微波通信 微波是一种波长很短的无线电波，它除了具有无线电波的微波是一种波长很短的无线电波，它除了具有无线电波的一般特性外，还具有其本身的特性，其中最主要的是具有类一般特性外，还具有其本身的特性，其中最主要的是具有类似光的传播特性。微波在自由空间只能像光波一样沿直线传似光的传播特性。微波在自由空间只能像光波一样沿直线传播，绕射能力很弱；在传播过程中遇到不均匀介质时，将产播，绕射能力很弱；在传播过程中遇到不均匀介质时，将产生折射和反射现象。地面上进行远距离微波通信需要采用生折射和反

19、射现象。地面上进行远距离微波通信需要采用“中继中继”方式，这是因为：方式，这是因为：（1）地球是个椭球体，地面是个球面。地面上某点发出的沿）地球是个椭球体，地面是个球面。地面上某点发出的沿直线传播的微波射束，经过一定地段后，就会离开地平线而直线传播的微波射束，经过一定地段后，就会离开地平线而逐渐射向远方空间。因此，在地平线以远的地点自然就接收逐渐射向远方空间。因此，在地平线以远的地点自然就接收不到微波信号了。欲实现地面上不到微波信号了。欲实现地面上A、B两地间的远距离微波通两地间的远距离微波通信，必须采用信，必须采用“接力接力”方式，如图方式，如图5-2所示。所示。第20页，本讲稿共145页

20、图图5-2 微波通信的中继方式微波通信的中继方式第21页，本讲稿共145页(2)无线电波在空间传播过程中，能量要受到损耗。频率越无线电波在空间传播过程中，能量要受到损耗。频率越高，衰减越大。微波射束的能量，经过一定地段损耗后，将高，衰减越大。微波射束的能量，经过一定地段损耗后，将大为减少。因此，欲实现地面上大为减少。因此，欲实现地面上A、B两地间的远距离微波通两地间的远距离微波通信，也必须采用信，也必须采用“接力接力”方式，逐段收发放大，最终到达远方式，逐段收发放大，最终到达远距离收信端。距离收信端。上述的上述的“接力接力”就是就是“中继中继”。微波中继通信也叫微波接。微波中继通信也叫微波接力

21、通信。例如，为了实现北京至上海之间的微波通信，必须力通信。例如，为了实现北京至上海之间的微波通信，必须在北京和上海之间设置若干个中间接力站，每个中间接力站在北京和上海之间设置若干个中间接力站，每个中间接力站把上一站发来的微波信号接收下来，放大等处理后，转发到把上一站发来的微波信号接收下来，放大等处理后，转发到下一站，如此一站接续一站，最终到达上海下一站，如此一站接续一站，最终到达上海(或北京或北京)收信端。收信端。第22页，本讲稿共145页(五五)数字微波信道的干扰和噪声数字微波信道的干扰和噪声 微波线路的干扰主要来自天馈系统和空间传播引入，一般有回微波线路的干扰主要来自天馈系统和空间传播引入

22、，一般有回波干扰、交叉极化干扰、收发干扰、邻近波道干扰、天线系统波干扰、交叉极化干扰、收发干扰、邻近波道干扰、天线系统同频干扰等。同频干扰等。噪声主要来自设备，如收、发信机热噪声以及本振源的热噪声噪声主要来自设备，如收、发信机热噪声以及本振源的热噪声等。等。5.1.3 数字微波的使用与发展简况数字微波的使用与发展简况 数字微波通信起步于数字微波通信起步于20世纪世纪50年代，经过了年代，经过了20多年的历史，多年的历史，直到直到70年代初，才造成小容量、低频段的数字微波通信系统。年代初，才造成小容量、低频段的数字微波通信系统。70年代末得到了迅速发展，并形成了一个完整的年代末得到了迅速发展，并

23、形成了一个完整的 第23页，本讲稿共145页技术系统。从实用化的技术系统。从实用化的70年代算起至今的年代算起至今的30年中，调制方式年中，调制方式由由(2PSK)的相移键控，发展到的相移键控，发展到(1024QAM)的正交调幅方式，其的正交调幅方式，其频谱利用率大大提高。目前由于新的调制方式及频带压缩技术频谱利用率大大提高。目前由于新的调制方式及频带压缩技术的使用，已使数字微波的频谱利用率大大提高。传输一路码流的使用，已使数字微波的频谱利用率大大提高。传输一路码流为为64kb/s的数字电话，已能被压缩到与一路模拟电话的数字电话，已能被压缩到与一路模拟电话(带宽带宽4KHz)所占用的信道频谱利

24、用率相当。进入所占用的信道频谱利用率相当。进入90年代后，出现年代后，出现了基于了基于SDH的数字微波通信系统。数字微波具有建站快、成本的数字微波通信系统。数字微波具有建站快、成本低、不须铺设线路的特点，尤其适合于紧急通信、临时通信、低、不须铺设线路的特点，尤其适合于紧急通信、临时通信、无线接入等用途。无线接入等用途。第24页，本讲稿共145页 5.2 数字微波通信系统数字微波通信系统5.2.1 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成 一条数字微波通信线路由两端的终端站和若干个中间一条数字微波通信线路由两端的终端站和若干个中间站构成。如图站构成。如图5-3所示。所示。第25页，本讲稿共1

25、45页 图图5-3 数字微波通信系统方框图数字微波通信系统方框图第26页，本讲稿共145页 下面以微波通信用于长途电话传输时，系统的简单工作下面以微波通信用于长途电话传输时，系统的简单工作原理为例加以说明。电话机相当于甲地的用户终端原理为例加以说明。电话机相当于甲地的用户终端(即信源即信源)，人们讲话的声音通过电话机送话器的声，人们讲话的声音通过电话机送话器的声/电转换作用，变电转换作用，变成电信号，再经过市内电话局的交换机，将电信号送到甲地成电信号，再经过市内电话局的交换机，将电信号送到甲地的长途电话局或微波端站。经时分复用设备完成信源编码和的长途电话局或微波端站。经时分复用设备完成信源编码

26、和信道编码，并在微波信道机信道编码，并在微波信道机(包括调制机和微波发信机上完包括调制机和微波发信机上完成调制、变频和放大作用。微波已调波信号经过中继站转发，成调制、变频和放大作用。微波已调波信号经过中继站转发，到达乙地的长途电话局或微波端站。乙地到达乙地的长途电话局或微波端站。乙地(收端收端)方框图中与方框图中与甲地对应的设备，其功能与作用正好相反。而用户终端甲地对应的设备，其功能与作用正好相反。而用户终端(信信宿宿)是电话机的受话器，并完成电是电话机的受话器，并完成电/声转换。声转换。第27页，本讲稿共145页5.2.2 数字微波通信系统的主要技术数字微波通信系统的主要技术 为了提高数字微

27、波信道的传输质量和进一步提高频谱为了提高数字微波信道的传输质量和进一步提高频谱利用率，对新技术的研制和使用可概括为如下几个方面：利用率，对新技术的研制和使用可概括为如下几个方面：（一）多载频多电平调制技术（一）多载频多电平调制技术 目前数字微波通信系统的目前数字微波通信系统的4PSK、8PSK、16QAM及及64QAM调制方式设备中，一个波道的发信机调制方式设备中，一个波道的发信机(或收信机或收信机)只只使用一个载频使用一个载频(即射频即射频)。为了减小数字微波通信的多径衰。为了减小数字微波通信的多径衰落，把传输频谱变窄是一种有效的方法。因此提出了在落，把传输频谱变窄是一种有效的方法。因此提出

28、了在256QAM系统中采用多载频的传输方式。例如采用系统中采用多载频的传输方式。例如采用4个载个载频，使每个载频都用频，使每个载频都用256QAM调制方式去传输调制方式去传输100Mb/s的信息，这样，一个波道的的信息，这样，一个波道的4个载频同时传送，个载频同时传送，第28页，本讲稿共145页就可传输就可传输400Mb/s的信息了。而其占用的频谱却与只用一个的信息了。而其占用的频谱却与只用一个载频传输载频传输100Mb/s占用的频谱相当。同样，对于占用的频谱相当。同样，对于1024QAM系统，一个波道可使用更多载频，使数字微波朝着既扩大容系统，一个波道可使用更多载频，使数字微波朝着既扩大容量

29、，又不占用较大的信道带宽方向发展。量，又不占用较大的信道带宽方向发展。（二）干扰信号抵消技术（二）干扰信号抵消技术 20世纪世纪80年代中期，国外在数字微波通信系统中使用了年代中期，国外在数字微波通信系统中使用了这种技术。因干扰噪声是数字微波通信系统中一种主要噪声，这种技术。因干扰噪声是数字微波通信系统中一种主要噪声，所以当信道中存在干扰信号时，可设法把干扰信号提取出来。所以当信道中存在干扰信号时，可设法把干扰信号提取出来。或用另外的方法由其它地方获得干扰信号，然后，加入到原或用另外的方法由其它地方获得干扰信号，然后，加入到原信道去抵消存在的干扰。只要使提取的干扰信号与存在的干信道去抵消存在的

30、干扰。只要使提取的干扰信号与存在的干扰电平相等、相位相反，就可使原信道中的干扰成分扰电平相等、相位相反，就可使原信道中的干扰成分第29页，本讲稿共145页大大减小，提高了信道的传输质量。大大减小，提高了信道的传输质量。（三）微波射频频率再用技术（三）微波射频频率再用技术 长期以来，微波通信系统用于多波道工作时，在两个微长期以来，微波通信系统用于多波道工作时，在两个微波站之间，往同一方向的多个发信频率波站之间，往同一方向的多个发信频率(对应多个波道对应多个波道)间间要有一定的频率间隔。例如我国要有一定的频率间隔。例如我国4GHz、960路干线模拟微路干线模拟微波，波道间隔为波，波道间隔为29MH

31、z。为了提高数字微波通信系统的频。为了提高数字微波通信系统的频谱利用率，提出了射频频率再用方案，如图谱利用率，提出了射频频率再用方案，如图5-4所示。所示。第30页，本讲稿共145页 图图5-4 微波射频频率再用方案微波射频频率再用方案第31页，本讲稿共145页 图图5-4()为同波道型频率再用。在这种方案中，同一个为同波道型频率再用。在这种方案中，同一个微波频率可水平极化微波频率可水平极化(图中用图中用“=”表示表示)用作射频，同时又可用作射频，同时又可以垂直极化以垂直极化(图中用图中用“”表示表示)用来做另一个射频，在图中用来做另一个射频，在图中分别用分别用F和和Fr表示。这样一来系统的频

32、谱利用率就提高了一倍。表示。这样一来系统的频谱利用率就提高了一倍。这种使用之所以可行，是因为数字微波的抗干扰性强，更由这种使用之所以可行，是因为数字微波的抗干扰性强，更由于可以在收信端采用上面提到的干扰信号抵消技术，将有效于可以在收信端采用上面提到的干扰信号抵消技术，将有效地压低同一微波频率经不同极化造成的同频干扰。图地压低同一微波频率经不同极化造成的同频干扰。图5-4(b)为插入波道型频率再用。在这种方案中，再用波道插在两个为插入波道型频率再用。在这种方案中，再用波道插在两个主用波道之间，与原来的频率配置方案相比，系统的频谱利主用波道之间，与原来的频率配置方案相比，系统的频谱利用率也提高了一

33、倍，这种方案两个不同极化波的干扰程度比用率也提高了一倍，这种方案两个不同极化波的干扰程度比图图5-4()方案低。方案低。第32页，本讲稿共145页（四）收、发微波射频单频制技术（四）收、发微波射频单频制技术 在收、发共用同一天线、馈线的系统中，收、发微波射在收、发共用同一天线、馈线的系统中，收、发微波射频频率是不同的。在已建成的微波线路中，要求收、发之频频率是不同的。在已建成的微波线路中，要求收、发之间的去耦度不小于间的去耦度不小于30dB。在我国。在我国4GHz、960设备中，收、设备中，收、发频率相差发频率相差213MHz。若采用收、发频率分开的两个天线、。若采用收、发频率分开的两个天线、

34、馈线系统，上述收、发之间的去耦度可达到馈线系统，上述收、发之间的去耦度可达到7080dB。这就使从两频制进展到单频制成为可能，当然要求收、发这就使从两频制进展到单频制成为可能，当然要求收、发频率要采用不同的极化方式。采用单频制后，重点要解决频率要采用不同的极化方式。采用单频制后，重点要解决的问题是站内本系统收、发之间的同频干扰和来自其它站的问题是站内本系统收、发之间的同频干扰和来自其它站的越站干扰问题。包括使用高性能的两个天线、馈线系统，的越站干扰问题。包括使用高性能的两个天线、馈线系统，对收、发信设备加强屏蔽和去耦，采用干扰信号抵消技术对收、发信设备加强屏蔽和去耦，采用干扰信号抵消技术等措施

35、。收、发微波射频单频制技术也使系统的频谱利用等措施。收、发微波射频单频制技术也使系统的频谱利用率提高一倍。率提高一倍。第33页，本讲稿共145页（五）多径分集技术（五）多径分集技术 由于电波空间的多径传输现象，造成了微波通信中的频由于电波空间的多径传输现象，造成了微波通信中的频率选择性衰落。这是因为多径传输的反射波、折射波和直射率选择性衰落。这是因为多径传输的反射波、折射波和直射波各以不同的方向和时延到达收信点而进行矢量相加的结果。波各以不同的方向和时延到达收信点而进行矢量相加的结果。而多径传输的电波却载有相同的有用信息，所以人们想用数而多径传输的电波却载有相同的有用信息，所以人们想用数字分析

36、的方法和信号处理技术，把有用信号分离出来，并加字分析的方法和信号处理技术，把有用信号分离出来，并加以利用，这就是多径分集技术的设想。由于实现的难度较大，以利用，这就是多径分集技术的设想。由于实现的难度较大，所以其进展程度不快。所以其进展程度不快。第34页，本讲稿共145页（一）发信设备的组成（一）发信设备的组成 从目前使用的数字微波通信设备来看，分为直接调制式发从目前使用的数字微波通信设备来看，分为直接调制式发信机信机(使用微波调相器使用微波调相器)和变频式发信机。中小容量的数字微和变频式发信机。中小容量的数字微波波(480路以下路以下)设备可用前一种方案。而中大容量的数字微设备可用前一种方案

37、。而中大容量的数字微波设备大多采用变频式发信机，这是因为这种发信机的数字波设备大多采用变频式发信机，这是因为这种发信机的数字基带信号调制是在中频上实现的，可得到较好的调制特性和基带信号调制是在中频上实现的，可得到较好的调制特性和较好的设备兼容性。较好的设备兼容性。下面以一种典型的变频式发信机为例加以说明，见图下面以一种典型的变频式发信机为例加以说明，见图5-5。由调制机或收信机送来中频已调信号经发信机的中频放大。由调制机或收信机送来中频已调信号经发信机的中频放大器放大后，送到发信混频器，经发信混频，将中频已调信号器放大后，送到发信混频器，经发信混频，将中频已调信号变为微波已调信号。由单向器和滤

38、波器取出混频后的一个边变为微波已调信号。由单向器和滤波器取出混频后的一个边带带(上边带或下边带上边带或下边带)。由功率放大器把微波已调信号放大到。由功率放大器把微波已调信号放大到额定电平，经分路滤波器送往天线。额定电平，经分路滤波器送往天线。5.2.3 收信和发信设备收信和发信设备第35页，本讲稿共145页 图图5-5 变频式发信机方框图变频式发信机方框图第36页，本讲稿共145页 微波功放及输出功放多采用场效应晶体管功率放大器。为微波功放及输出功放多采用场效应晶体管功率放大器。为了保证末级功放的线性工作范围，避免过大的非线性失真，了保证末级功放的线性工作范围，避免过大的非线性失真，常用自动电

39、平控制电路使输出维持在一个合适的电平。常用自动电平控制电路使输出维持在一个合适的电平。发信设备的主要性能指标发信设备的主要性能指标（1）工作频段）工作频段目前使用较多的是目前使用较多的是2、4、6、7、8和和11GHz频段。其中频段。其中2、4、6GHz用于干线微波通信；用于干线微波通信；2、7、8和和11GHz用于支线用于支线或专用网通信。或专用网通信。（2）输出功率）输出功率输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。功率一般为几输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。功率一般为几十毫瓦到十毫瓦到1瓦左右。瓦左右。（3）频率稳定度）频率稳定度第37页，本讲稿共145页 发信机的每个工作波道都有

40、一个标称的射频中心工作频率，发信机的每个工作波道都有一个标称的射频中心工作频率，用表示。工作频率稳定度取决于发信本振的频率稳定度。设用表示。工作频率稳定度取决于发信本振的频率稳定度。设实际工作频率与标称工作频率的最大偏差值为，则频率稳定实际工作频率与标称工作频率的最大偏差值为，则频率稳定度的定义为：度的定义为：（5-7）式中：式中：k为频率稳定度。对于为频率稳定度。对于PSK调制方式，要求频率稳定度调制方式，要求频率稳定度为为110-5510-6。（二）收信设备的组成（二）收信设备的组成 数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，这里所数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，这里所讲的收

41、信设备只包括射频和中频两个部分。目前收信设备都讲的收信设备只包括射频和中频两个部分。目前收信设备都采用外差式收信方案，如图采用外差式收信方案，如图5-6所示。所示。第38页，本讲稿共145页 图5-6 外差式收信机方框图第39页，本讲稿共145页 图图5-6是一个有空间分集接收的收信设备组成方框图。分是一个有空间分集接收的收信设备组成方框图。分别来自上天线和下天线的直射波和经各种途径别来自上天线和下天线的直射波和经各种途径(多径传播多径传播)到到达接收点的电波，经过两个相同的信道：带通滤波器、低噪达接收点的电波，经过两个相同的信道：带通滤波器、低噪声放大器、抑镜滤波器、收信混频器、前置中放，然

42、后进行声放大器、抑镜滤波器、收信混频器、前置中放，然后进行合成，再经主中频放大器后输出中频已调信号。合成，再经主中频放大器后输出中频已调信号。本方框图中画出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下本方框图中画出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下天线的本机振荡源是由中频检出电路的控制电压对移相器进天线的本机振荡源是由中频检出电路的控制电压对移相器进行相位控制的，以便抵消上、下天线收到多径传播的干涉波、行相位控制的，以便抵消上、下天线收到多径传播的干涉波、反射波和折射波，改善带内失真，获得最好的抗多径衰落效反射波和折射波，改善带内失真，获得最好的抗多径衰落效果。果。第40页，本讲稿共145页 为了更

43、好地改善因多径衰落造成的带内失真，在性能较为了更好地改善因多径衰落造成的带内失真，在性能较好的数字微波收信机中还要加中频自适应均衡器，使它与好的数字微波收信机中还要加中频自适应均衡器，使它与空间分集技术配合使用，可最大限度地减少通信中断的时空间分集技术配合使用，可最大限度地减少通信中断的时间。间。图中的低噪声放大是砷化镓场效应晶体管图中的低噪声放大是砷化镓场效应晶体管(FET)放大器，放大器，这种放大器的低噪声性能很好，并能使整机的噪声系数降这种放大器的低噪声性能很好，并能使整机的噪声系数降低。低。由于由于FET放大器是宽频带工作的，所以其输出信号的频放大器是宽频带工作的，所以其输出信号的频率

44、范围很宽，因此在率范围很宽，因此在FET放大器的前面要加带通滤波器，放大器的前面要加带通滤波器，其输出要加装抑制镜像干扰的抑镜滤波器，要求对镜像频其输出要加装抑制镜像干扰的抑镜滤波器，要求对镜像频率噪声的抑制度为率噪声的抑制度为1320dB以上。以上。第41页，本讲稿共145页1.收信设备的主要性能指标收信设备的主要性能指标（1）工作频段）工作频段 收信机是与发信机配合工作的，对于一个中继段而言，收信机是与发信机配合工作的，对于一个中继段而言，前一个微波站的发信频率就是本收信机同一波道的收信频前一个微波站的发信频率就是本收信机同一波道的收信频率。率。（2）收信本振的频率稳定度）收信本振的频率稳

45、定度 收信机输出的中频是收信本振与收信微波射频进行混频收信机输出的中频是收信本振与收信微波射频进行混频的结果，所以若收信本振偏离标称值较多，就会使混频输的结果，所以若收信本振偏离标称值较多，就会使混频输出的中频偏离标称值。这样，就使中频已调信号频谱的一出的中频偏离标称值。这样，就使中频已调信号频谱的一部分不能通过中频放大器，造成频谱能量的损失，导致中部分不能通过中频放大器，造成频谱能量的损失，导致中频输出信噪比下降，引起信号失真，使误码率增加。频输出信噪比下降，引起信号失真，使误码率增加。第42页，本讲稿共145页 对收信本振频率稳定度的要求与发信设备基本一致，通常对收信本振频率稳定度的要求与

46、发信设备基本一致，通常要求要求(12)10-5，要求较高者为，要求较高者为(l5)10-6。收信本。收信本振和发信本振常采用同一方案。振和发信本振常采用同一方案。（3）噪声系数）噪声系数 噪声系数是衡量收信机热噪声性能的一项指标，它的基本噪声系数是衡量收信机热噪声性能的一项指标，它的基本定义为：定义为：在环境温度为标准室温在环境温度为标准室温(17)、一个网络、一个网络(或收信机或收信机)输入输入与输出端在匹配的条件下，噪声系数与输出端在匹配的条件下，噪声系数NF等于输入端的信噪等于输入端的信噪比与输出端信噪比的比值，记作比与输出端信噪比的比值，记作 （5-8）第43页，本讲稿共145页 数字

47、微波收信机的噪声系数一般为数字微波收信机的噪声系数一般为3.57dB。假设分路带通滤波器的传输损耗为假设分路带通滤波器的传输损耗为1dB，FET放大器的噪放大器的噪声系数为声系数为1.52.5dB，则数字微波收信机噪声系数的理论，则数字微波收信机噪声系数的理论值仅为值仅为3.5dB，考虑到使用时的实际情况，较好数字微波收，考虑到使用时的实际情况，较好数字微波收信机的噪声系数为信机的噪声系数为3.57dB。（4）通频带）通频带 一般数字微波收信设备的通频带可取传输码元速率为一般数字微波收信设备的通频带可取传输码元速率为12倍。对于倍。对于fb=8.448Mb/s的二相调相数字微波通信设备，的二相

48、调相数字微波通信设备，可取通频带为可取通频带为13MHz，这个带宽等于码元速率，这个带宽等于码元速率(二相调相中二相调相中与比特率速相等与比特率速相等)的的1.5倍。通频带的宽度是由中频放大器的倍。通频带的宽度是由中频放大器的集中滤波器予以保证的。集中滤波器予以保证的。第44页，本讲稿共145页（5）选择性）选择性 对某个波道的收信机而言，要求它只接收本波道的信号，对某个波道的收信机而言，要求它只接收本波道的信号，对邻近波道的干扰、镜象频率干扰及本波道的收、发干扰等对邻近波道的干扰、镜象频率干扰及本波道的收、发干扰等要有足够大的抑制能力，这就是收信机的选择性。要有足够大的抑制能力，这就是收信机

49、的选择性。收信机的选择性是用增益频率收信机的选择性是用增益频率(G f)特性表示的。要求在特性表示的。要求在 通频带内增益足够大，而且通频带内增益足够大，而且Gf特性平坦；通频带外的衰减特性平坦；通频带外的衰减越大越好；通带与阻带之间的过渡区越窄越好。越大越好；通带与阻带之间的过渡区越窄越好。收信机的选择性是靠收信混频之前的微波滤波器和混频后中收信机的选择性是靠收信混频之前的微波滤波器和混频后中频放大器的集中滤波器来保证的。频放大器的集中滤波器来保证的。第45页，本讲稿共145页（6）收信机的最大增益）收信机的最大增益 天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达收信机。由天线收到的微波信号经馈线和

50、分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平在随时变动。要维持于受衰落的影响，收信机的输入电平在随时变动。要维持解调器正常工作，收信机的主中放输出应达到所要求的电解调器正常工作，收信机的主中放输出应达到所要求的电平，例如要求主中放在平，例如要求主中放在75负载上输出负载上输出250mV(相当于相当于-0.8dBm)。但是收信机的输入端信号是很微弱的，假设。但是收信机的输入端信号是很微弱的，假设其门限电平为其门限电平为-80dBm，则此时收信机输出与输入的电平，则此时收信机输出与输入的电平差就是收信机的最大增益。对于上面给出的数据，其最大差就是收信机的最大增益。对于上面给出的数据，其最