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1、现代通信技术概论现代通信技术概论2第第5章章 数字微波通信系统数字微波通信系统5.1 概述5.2 微波的视距传播特性5.3 数字微波通信系统35.1 概述概述基本概念微波通信发展历程微波通信的特点微波通信系统的分类微波通信的应用4基本概念基本概念u 微波是指波长在微波是指波长在1nm1m或频率为或频率为 300MHz-300GHz的电磁波。的电磁波。u 微波通信指的是以微波频率作为载波，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通过中继接力方式实现的一种通信方 式。式。55.1.2 微波通信的发展历程微波通信的发展历程u 19世世纪纪30年代中期出年代中期出现现了工作在
2、了工作在VHF频频段的第一个商段的第一个商 用模用模拟拟无无线线通信系通信系统统。u 二二战战期期间间出出现现了了UHF频频段的段的军军用无用无线线中中继继通信系通信系统统。u 1951年，美国年，美国纽约纽约到旧金山之到旧金山之间间成功开通了商用的微成功开通了商用的微 波通信波通信线线路。在随后的二三十年路。在随后的二三十年间间，模，模拟拟微波通信系微波通信系统统 迅速迅速发发展。展。u 我国从我国从“七五七五”期期间间开始引入微波通信系开始引入微波通信系统统。u 20世世纪纪70年代末出年代末出现现了采用了采用简单简单QPSK、8PSK等的等的商用数字微波通信系商用数字微波通信系统统。u
3、20世世纪纪80年代，随着数字信号年代，随着数字信号处处理技理技术术和大和大规规模集成模集成电电路的路的发发展，微波通信系展，微波通信系统统得到迅速得到迅速发发展。展。u 20世世纪纪90年代后出年代后出现现了容量更大的数字微波通信系了容量更大的数字微波通信系统统 65.1.3 微波通信的特点微波通信的特点u频带宽，传输容量大频带宽，传输容量大u适于传送宽频带信号适于传送宽频带信号u天线增益高，方向性强天线增益高，方向性强 u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u投资少，建设快，通信灵活性大投资少，建设快，通信灵活性大 u中继中继通信方式通信方式 75.1.4 微波通信系统
4、的分类微波通信系统的分类u模拟微波通信系统模拟微波通信系统u数字微波通信系统数字微波通信系统85.1.5 微波通信的应用微波通信的应用u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 u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 u市内的短距离支线连接市内的短距离支线连接 u无线宽带业务接入无线宽带业务接入 95.2 微波的视距传播特性微波的视距传播特性5.2.1 天线高度与传播距离5.2.2 自由空间传播损耗5.2.3 地面效应和大气效应105.2.1 天线高度与传播距离天线高度与传播距离115.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗在半径为
5、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：125.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 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，与发射源相距d的单位面积所接收的功率为 135.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 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 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G
6、t，接收天线的增益为Gr，则接收到的信号载波功率为 145.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 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 通常用分贝表示自由空间传播损耗，即 155.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 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耗称为系统损耗，通常用L表示，其分贝形式为165.2.3 地面效应和大气效应地面效应和大气效应u地面效应地面效应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电波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射电波在平滑
7、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。引起的多径传播，进而产生接收信号的干涉衰落。u地面反射地面反射电波在比较平滑的地表面上传播时会产生强烈的镜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。面反射，形成多径传播。u大气效应大气效应大气对微波传输所产生的影响主要有大气损耗、雨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。雪天气引起的损耗以及大气折射引起的损耗。175.3 数字微波通信系统数字微波通信系统5.3.1 中继通信线路与设备组成5.3.2 微波波道及其频率配置 5.3.3 发信设备5.3.4
8、 收信设备5.3.5 天馈线系统 185.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成数字微波通信线路数字微波通信线路195.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成数字微波通信系统组成数字微波通信系统组成 用户终端；交换机；数字终端机；微波站205.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成u用户终端用户终端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、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。调度电话机等。
9、调度电话机等。u交换机交换机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。目路。这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。目路。这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。目路。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。前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。u数
10、字终端机数字终端机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，其基本功能是分接设备，其基本功能是分接设备，其基本功能是分接设备，其基本功能是把来自交换机的多路信号进行复接，复接信号送往数字把来自交换机的多路信号进行复接，复接信号送往数字把来自交换机的多路信号进行复接，复接信号送往数字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输信道。同时把来自微波终端站的复接信号进行微波传输信道。同时把来自微波终端站的复接信号进行微波传输信道。同时把来自微波终端站的复接信号进行微波传输信道。同时把来自微波终端站的复接信号
11、进行分接，分接信号送往交换机。分接，分接信号送往交换机。分接，分接信号送往交换机。分接，分接信号送往交换机。215.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成u微波站微波站数字微波终端站数字微波终端站数字微波中继站数字微波中继站数字微波分路站数字微波分路站数字微波枢纽站数字微波枢纽站 225.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成u数字微波终端站数字微波终端站数字微波终端站指的是位于线路两端或分支线路终点的数字微波终端站指的是位于线路两端或分支线路终点的微波站。在微波站。在SDHSDH微波终端站设备中包括发信端和收信端微波终端站设备中包括发信端和收信端两大部分。两大部分
12、。SDHSDH微波终端站的发信端主要负责完成主信号的发信基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（包括带处理（包括CMI/NRZCMI/NRZ变换、变换、SDHSDH开销的插入与提取、开销的插入与提取、微波帧开销的插入和旁路业务的提取等）、调制（包括微波帧开销的插入和旁路业务的提取等）、调制（包括纠错编码、扰码和差分编码等）、发信混频和发信功率纠错编码、扰码和差分编码等）、发信混频和发信功率方法等。方法等。SDHSDH微波终端站的收信端主要负责完成主信号的低噪声微波终端站的收信端主要负责完成主信号的低噪声接收（根据需要可含分集接收和分集合成）、解调（含接收（根据需要可含分集接收和分
13、集合成）、解调（含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码和纠错译码等）以及收信基带处理（含旁路业务解扰码和纠错译码等）以及收信基带处理（含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取、的提取、微波帧开销的插入与提取、SDHSDH开销的插入与开销的插入与提取，以及提取，以及NRZ/CMINRZ/CMI变换等）。变换等）。235.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成u数字微波中继站数字微波中继站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
14、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。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）245.3.1 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继（再生转接）方式基带中继（再生转接）方式255.3.1 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265.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线
15、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275.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成u数字微波分路站数字微波分路站数字微波分路站指的是位于线路中间的微波站，数字微波分路站指的是位于线路中间的微波站，既可以上、下某收、发信波道的部分支路，也既可以上、下某收、发信波道的部分支路，也可以沟通干线上两个方向之间的通信。由于在可以沟通干线上两个方向之间的通信。由于在此站上能够完成部分波道信号的再生，因此该此站上能够完成部分波道信号的再生，因此该站应配备有站应配备有SDHSDH微波传输设备和微波传输设备和SDHSDH分插复用分插复用设备（设备（ADMADM）。）。285
16、.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成u数字微波枢纽站数字微波枢纽站数字微波枢纽站指的是位于干线上的、需要完成多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。在系统多波道工作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的情况下，此类站应能完成对某些波道STM-4STM-4信号或部分支路的转接和话路的上、下功能，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道同时也能完成对某些波道STM-4STM-4信号的复接和信号的复接和分接操作，如果需要，还能对某些波道的信号分接操作，如果需要，还能对某些波道的信号进行再生处理
17、后的再继续传播。进行再生处理后的再继续传播。295.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置u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。u频率配置时应考虑的因素频率配置时应考虑的因素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。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。同的频率，以避免自调干扰。在多路微波信号传输频率之
18、间必须留有足够的频率间隔以避免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。不同信道间的相互干扰。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低又能满足技术指标的目的。天线建设费用低又能满足技术指标的目的。避免某一传输信道采用超外差式接收机的镜像频率传输信号。避免某一传输信道采用超外差式接收机的镜像频率传输信号。305.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置u单波道的频率配
19、置单波道的频率配置二频制频率分配二频制频率分配 四频制频率分配四频制频率分配 315.3.2 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 325.3.2 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 335.3.2 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 345.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置u多波道的频率配置多波道的频率配置收发频率相间排列收发频率相间排列收发频率集中排列收发频率集中排列355.3.2 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:365.3.2 微波波道及其频率
20、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:375.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置u频率再用频率再用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。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
21、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。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 385.3.2 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用 395.3.2 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 405.3.3 发信设备发信设备u直接调制式发信机直接调制式发信机u变频式发信机变频式发信机 415.3.3 发信设备发信设备u发信机的主要性能指标发信机的主要性能指标工作频段工作频段输出功率输出功率频率稳定度频率稳定度425.3.4 收信设备收信设
22、备收信设备的组成收信设备的组成:435.3.4 收信设备收信设备u收信机的主要性能指标收信机的主要性能指标工作频段工作频段收信本振的频率稳定度收信本振的频率稳定度 噪声系数噪声系数 通频带通频带选择性选择性收信机的最大增益收信机的最大增益 自动增益控制范围自动增益控制范围 445.3.5 天馈线系统天馈线系统u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。u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，而而在在厘米波段采用波导管可以降低馈线损耗。厘米波段采用波导管可以
23、降低馈线损耗。u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化去耦度和足够的机械强度。极化去耦度和足够的机械强度。45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46本章习题解题指导本章习题解题指导 概念部分主要给出对应的知识点，教学中可以指导学生在相关章节中自己归纳。