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1、第第4章章无线电通信无线电通信w4.1无线电通信概述无线电通信概述w4.2短波通信短波通信w4.3微波通信微波通信w4.4卫星通信卫星通信14.1无线电通信概述无线电通信概述 4.14.1.1.1无线电通信基本知识无线电通信基本知识 1.1.何谓无线电通信何谓无线电通信w利利用用无无线线电电波波作作载载波波传传递递各各种种消消息息的的通通信信方方式式的的总总称。称。2.无线电通信的发明无线电通信的发明w1902年，无线电广播之父年，无线电广播之父美国巴纳特美国巴纳特.施特波施特波斐德进行了第一次无线电广播。斐德进行了第一次无线电广播。w1920年，美国匹兹堡的年，美国匹兹堡的KDKA电台进行了
2、首次商业电台进行了首次商业无线电广播。无线电广播。23.3.何谓无线电波何谓无线电波何谓无线电波何谓无线电波 （1 1）自然界中形形色色的波：）自然界中形形色色的波：）自然界中形形色色的波：）自然界中形形色色的波：n n水波水波水波水波n n光波光波光波光波n n地震波地震波地震波地震波n n电磁波电磁波电磁波电磁波n n无线电波无线电波无线电波无线电波4.1无线电通信概述无线电通信概述3w电磁波的频谱范围很广，从电磁波的频谱范围很广，从电磁波的频谱范围很广，从电磁波的频谱范围很广，从30HZ30HZ30HZ30HZ1010101019191919HZHZHZHZ的高频的高频的高频的高频宇宙射
3、线。宇宙射线。宇宙射线。宇宙射线。w从宽广频率范围的电磁波中取出对无线电技术特从宽广频率范围的电磁波中取出对无线电技术特从宽广频率范围的电磁波中取出对无线电技术特从宽广频率范围的电磁波中取出对无线电技术特别有用的某一段频率范围的电磁波，就被称为无别有用的某一段频率范围的电磁波，就被称为无别有用的某一段频率范围的电磁波，就被称为无别有用的某一段频率范围的电磁波，就被称为无线电波。线电波。线电波。线电波。w具体地说，无线电波频率范围一般为具体地说，无线电波频率范围一般为具体地说，无线电波频率范围一般为具体地说，无线电波频率范围一般为3kHz3kHz3kHz3kHz300GHz300GHz300GH
4、z300GHz。4.1无线电通信概述无线电通信概述4（2 2 2 2）电磁波的家族）电磁波的家族）电磁波的家族）电磁波的家族 n n老大老大老大老大无线电波无线电波无线电波无线电波：担任通讯任务担任通讯任务担任通讯任务担任通讯任务n n老二老二老二老二红外线：加热器红外线：加热器红外线：加热器红外线：加热器n n老三老三老三老三可见光：给人类带来光明和色彩。可见光：给人类带来光明和色彩。可见光：给人类带来光明和色彩。可见光：给人类带来光明和色彩。n n老四老四老四老四紫外线：保护人类健康的卫士。紫外线：保护人类健康的卫士。紫外线：保护人类健康的卫士。紫外线：保护人类健康的卫士。n n老五老五老
5、五老五X X X X射线，也叫伦琴射线，能透视人体。射线，也叫伦琴射线，能透视人体。射线，也叫伦琴射线，能透视人体。射线，也叫伦琴射线，能透视人体。n n老六老六老六老六 射线，能穿透厚厚的铅板，还能杀死射线，能穿透厚厚的铅板，还能杀死射线，能穿透厚厚的铅板，还能杀死射线，能穿透厚厚的铅板，还能杀死癌细胞。癌细胞。癌细胞。癌细胞。4.1无线电通信概述无线电通信概述5电磁波谱电磁波谱67 4.4.无线电波的发现与初步应无线电波的发现与初步应用用n法拉第法拉第l电磁感应定律：变化电场产生磁场，变化的磁场可电磁感应定律：变化电场产生磁场，变化的磁场可以产生电场。以产生电场。l预言：电与磁的传播是和光
6、一样的一种波。预言：电与磁的传播是和光一样的一种波。n麦克斯韦麦克斯韦l当电子移动时，它们就会在自由空间中释放出电磁当电子移动时，它们就会在自由空间中释放出电磁波。波。Maxwell在在1865年首先预言，年首先预言，l所有的现代通信都是依靠处理和控制电磁波频谱内所有的现代通信都是依靠处理和控制电磁波频谱内的信号来实现的。的信号来实现的。l光也是电磁波的一种，是一种看得见的电磁波。光也是电磁波的一种，是一种看得见的电磁波。4.1无线电通信概述无线电通信概述8w赫兹：赫兹：n电磁波的首次被证实和观测则是由电磁波的首次被证实和观测则是由Herz在在1887年实年实现的。现的。n世界上第一个人工产生
7、电磁波的仪器世界上第一个人工产生电磁波的仪器赫兹振子赫兹振子 通过实验证实了麦氏理论的正确，证明了电磁通过实验证实了麦氏理论的正确，证明了电磁波的存在波的存在.4.1无线电通信概述无线电通信概述9w马马克尼与波波夫克尼与波波夫无线电之父无线电之父n完成了完成了电电磁波的磁波的发发送和接收送和接收实验实验 n在在实验实验中中发现发现，利用天，利用天线线可使可使发发射距离增加射距离增加 n18951895年，年，马马可尼成功地可尼成功地进进行了行了约约3 3公里的无公里的无线电线电通信通信 n几乎同几乎同时时，波波夫也研制成功了一台无，波波夫也研制成功了一台无线电线电收收发报发报机机4.1无线电通
8、信概述无线电通信概述105.无线电波的模样无线电波的模样 w形状：正弦波形状：正弦波w波长波长:相邻的两圈电波之间的距离相邻的两圈电波之间的距离w波速波速:与光的速度一样，即每秒与光的速度一样，即每秒3030万公里万公里w频率：波速除以波长。频率：波速除以波长。例如，中央人民广播电台有中波例如，中央人民广播电台有中波639639千赫兹、短波千赫兹、短波98009800千赫兹和调频千赫兹和调频106.1106.1兆赫兹三个发射频率，它们兆赫兹三个发射频率，它们相对应的波长则分别为相对应的波长则分别为469.5469.5米、米、30.630.6米和米和2.82.8米。米。4.1无线电通信概述无线电
9、通信概述114.1无线电通信概述无线电通信概述126.无线电波的特性无线电波的特性 1.1.无线电波只能用仪器接收到：无线电波只能用仪器接收到：如半导体收音机如半导体收音机2.2.无线电波的速度：无线电波的速度：3030万公里万公里/秒秒3.3.无无线电线电波可以在真空中波可以在真空中传传播播 4.4.无无线电线电波的波的频频率很高率很高 n汽笛声，频率达几千赫兹汽笛声，频率达几千赫兹n飞机的马达声，频率在几百赫兹以下飞机的马达声，频率在几百赫兹以下n人类嗓音的频率在几十几千赫兹之间人类嗓音的频率在几十几千赫兹之间n无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十兆赫兹。无线电波的频率可以达到几万赫兹、几
10、十兆赫兹。一般为一般为3kHz3kHz300GHz300GHz。4.1无线电通信概述无线电通信概述134.1.2无线电波频率范围无线电波频率范围及及频段的划分频段的划分频段和波段名称频段和波段名称 频率和波长频率和波长甚低频甚低频(TLF)超长波超长波330kHz100010km低频低频(LF)长波长波30300kHz101km中频中频(MF)中波中波0.33MHz1000100m高频高频(HF)短波短波330MHz10010m甚高频甚高频(VHF)超短波超短波30300MHz101m微微波波特高频特高频(UHF)分米波分米波0.33GHz101dm超高频超高频(SHF)厘米波厘米波330GH
11、z101cm极高频极高频(EHF)毫米波毫米波 30300GHz101mm4.1无线电通信概述无线电通信概述14注意注意w 无无线线电电波波是是全全世世界界共共同同拥拥有有的的资资源源和和财财产产，利用电波时必须遵守国际法规，利用电波时必须遵守国际法规，w 对对频频率率的的使使用用，要要经经申申请请由由上上级级主主管管部部门门和和国家无线电管理委员会批准才行。国家无线电管理委员会批准才行。154.1.3 4.1.3 无线电波的传播方式无线电波的传播方式1无线电波的产生和发送无线电波的产生和发送w自然界里，许多物体都无时无刻地在产生电磁波和无自然界里，许多物体都无时无刻地在产生电磁波和无线电波线
12、电波如：太阳、人体、某些植物等等如：太阳、人体、某些植物等等w无线电通信，要按照人们的需要，产生出一定无线电通信，要按照人们的需要，产生出一定频率或频率或波长波长的无线电波的无线电波4.1无线电通信概述无线电通信概述16w要产生无线电波要产生无线电波必须有必须有波源和天线波源和天线n波源波源：发射天线上流动的高频电流。：发射天线上流动的高频电流。n天线天线：将线路上流过的：将线路上流过的高频电流高频电流高效率地转换成高效率地转换成电电磁波辐射到空中去磁波辐射到空中去的装置，或者的装置，或者 接收空中的电磁接收空中的电磁波波并高效率地变换成并高效率地变换成高频电流高频电流的装置。的装置。n天线长
13、度天线长度：电磁波波长的电磁波波长的1/2或或1/4如信号载波频率为如信号载波频率为10kHz，则波长为，则波长为30km，天，天线长度为？线长度为？4.1无线电通信概述无线电通信概述17w无线电波的产生无线电波的产生：n若在若在发射天线上流过频率很高的电流发射天线上流过频率很高的电流，则天线，则天线的周围将产生一个的周围将产生一个变化的磁场变化的磁场，这个变化的磁，这个变化的磁场又会感应出一个场又会感应出一个变化的电场变化的电场，这样互相感应，这样互相感应的结果，就会形成一个的结果，就会形成一个辐射的电磁场辐射的电磁场，n一层又一层地向外传播，即将一层又一层地向外传播，即将高频电流转换成高频
14、电流转换成无线电波无线电波辐射到了空中。辐射到了空中。4.1无线电通信概述无线电通信概述18w反射反射：无线电波通过不同媒质的交界面时，会产生：无线电波通过不同媒质的交界面时，会产生反射。反射。例如：雷达通信例如：雷达通信4.1无线电通信概述无线电通信概述2无线电波传播过程中的反射、绕射、折射和无线电波传播过程中的反射、绕射、折射和散射散射19w绕射绕射：无线电波碰到障碍物时，能绕过去继续前进无线电波碰到障碍物时，能绕过去继续前进。n波长越长则绕射能力越强波长越长则绕射能力越强4.1无线电通信概述无线电通信概述20w折射折射：当无线电波从一种媒质射入另一种媒质时，传播：当无线电波从一种媒质射入
15、另一种媒质时，传播方向改变的现象。方向改变的现象。例如：潜艇通信例如：潜艇通信4.1无线电通信概述无线电通信概述21w散射散射：媒质不均匀：媒质不均匀4.1无线电通信概述无线电通信概述223无线电波的传播方式无线电波的传播方式 是指无线电波从发射点到接收点的是指无线电波从发射点到接收点的传播路径传播路径。（1 1）地波传播方式）地波传播方式w无线电波沿地球表面传播无线电波沿地球表面传播w部分能量被大地吸收而受到严重的衰减部分能量被大地吸收而受到严重的衰减n土质的导电性愈好衰减愈小土质的导电性愈好衰减愈小n频率越高则衰减愈大频率越高则衰减愈大w传播距离不远传播距离不远w传播特性很稳定传播特性很稳
16、定w适合波段：适合波段：长波、中波和短波的低频段长波、中波和短波的低频段4.1无线电通信概述无线电通信概述23（2 2）天波传播）天波传播w利用高空利用高空电离层对无线电波电离层对无线电波的反射进行传播的的反射进行传播的w电离层是位于离地面电离层是位于离地面60km650km左右的充满带电离左右的充满带电离子和电子的高层大气区域子和电子的高层大气区域w可建立远距离通信可建立远距离通信w适合波段：适合波段：频率为频率为330MHZ的短波的短波4.1无线电通信概述无线电通信概述24w电离层：电离层中有电离层：电离层中有电离层：电离层中有电离层：电离层中有各种各种各种各种分子、原子以及分子、原子以及
17、分子、原子以及分子、原子以及它们的离子和自由电它们的离子和自由电它们的离子和自由电它们的离子和自由电子等子等子等子等，它们各自集中，它们各自集中，它们各自集中，它们各自集中地聚在一起形成层状，地聚在一起形成层状，地聚在一起形成层状，地聚在一起形成层状，致使天空中的电子浓致使天空中的电子浓致使天空中的电子浓致使天空中的电子浓度也相对集中度也相对集中度也相对集中度也相对集中，形成，形成，形成，形成电子密度不均匀分布电子密度不均匀分布电子密度不均匀分布电子密度不均匀分布几层。几层。几层。几层。w一般按一般按一般按一般按电子密度随高电子密度随高电子密度随高电子密度随高度的变化，电离层相度的变化，电离层
18、相度的变化，电离层相度的变化，电离层相应地分为应地分为应地分为应地分为4 4个导电层。个导电层。个导电层。个导电层。4.1无线电通信概述无线电通信概述25（1）D层层w位置：位置：地球上空地球上空60km90km的高度处的高度处，最大电子密度发生最大电子密度发生在在80km处。处。w特点：出现在太阳升起时，而特点：出现在太阳升起时，而消失在太阳降落后，电子密度消失在太阳降落后，电子密度低，短波将穿过低，短波将穿过D层层，而不反，而不反射，但衰减很大射，但衰减很大（2）E层层w位置：位置：地球上空地球上空1km120km的高度处。最大电子密度发生的高度处。最大电子密度发生在在110km处处4.1
19、无线电通信概述无线电通信概述w特点：特点：出现在太阳升起时，而在太阳降落后，基本不对出现在太阳升起时，而在太阳降落后，基本不对短波通信产生影响。短波通信产生影响。可以反射高于可以反射高于1.5MHz频率的电波。频率的电波。26w特点：特点：特点：特点：n n高度高，允许传输距离远高度高，允许传输距离远高度高，允许传输距离远高度高，允许传输距离远n nF F2 2层：层：层：层：高度在冬季的白天最低，高度在冬季的白天最低，高度在冬季的白天最低，高度在冬季的白天最低，而在夏天的白天最高。而在夏天的白天最高。而在夏天的白天最高。而在夏天的白天最高。n nF F2 2层和其它层不同，在日落以层和其它层
20、不同，在日落以层和其它层不同，在日落以层和其它层不同，在日落以后并没有完全消失，仍保持有后并没有完全消失，仍保持有后并没有完全消失，仍保持有后并没有完全消失，仍保持有剩余的电离。剩余的电离。剩余的电离。剩余的电离。4.1无线电通信概述无线电通信概述（3 3）F F层层层层（对短波最重要）（对短波最重要）（对短波最重要）（对短波最重要）w位置：位置：位置：位置：n nF F1 1层位于地球上空层位于地球上空层位于地球上空层位于地球上空170km170km220km220km高度处；高度处；高度处；高度处；n nF F2 2层位于地球上空层位于地球上空层位于地球上空层位于地球上空225km225k
21、m450km450km高度处高度处高度处高度处27（3 3）视距传播）视距传播：w直射波传播：直射波传播：从发射天线辐射的电波，直接传到接从发射天线辐射的电波，直接传到接收点的传播方式收点的传播方式w大地反射波传播大地反射波传播：以地面反射到达接收点的传播以地面反射到达接收点的传播方式方式w视距传播视距传播：以上两种的统称。：以上两种的统称。4.1无线电通信概述无线电通信概述28w三种情况：三种情况：n地面视距传播地面视距传播l收、发天线都设在地面上，天线离地面高度大于收、发天线都设在地面上，天线离地面高度大于十倍波长以上十倍波长以上l传播的距离一般只有几十公里传播的距离一般只有几十公里l一般
22、适宜超短波、微波通信一般适宜超短波、微波通信n地面地面空间视距传播空间视距传播l发端和收端，其中任一端在地面而另一端则在远发端和收端，其中任一端在地面而另一端则在远离地面的空间离地面的空间l适用于微波或超短波通信适用于微波或超短波通信n空间空间空间视距传播空间视距传播l发端和收端两个端点都是远离地面的发端和收端两个端点都是远离地面的4.1无线电通信概述无线电通信概述29（4 4）散射传播）散射传播w电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的“介质团介质团”时就会发生散射，散射波的一部分到达接收时就会发生散射，散射波的一部分到达接收天线处的传播方式天
23、线处的传播方式称为散射传播称为散射传播w包括：包括：对流层散射和电离层散射对流层散射和电离层散射n对流层是大气的最低层，通常是指从地面算起至对流层是大气的最低层，通常是指从地面算起至高达高达135千米的区域千米的区域w容量大，可靠性高，保密性好容量大，可靠性高，保密性好w适用于适用于微波和超短波微波和超短波w一般用于无法建立微波中继站一般用于无法建立微波中继站的地区的地区4.1无线电通信概述无线电通信概述304 4无线电波各波段的特点和应用无线电波各波段的特点和应用无线电波各波段的特点和应用无线电波各波段的特点和应用 （1 1 1 1）超长波）超长波）超长波）超长波：100010km10001
24、0kmw主要传播方式：主要传播方式：主要传播方式：主要传播方式：地波传播地波传播地波传播地波传播w特点：特点：特点：特点：n n绕射能力强、信号稳定绕射能力强、信号稳定绕射能力强、信号稳定绕射能力强、信号稳定n n天线体积大天线体积大天线体积大天线体积大n n可利用频带窄可利用频带窄可利用频带窄可利用频带窄w应用：应用：应用：应用：海上导航及海岸固定站与潜艇之间通信海上导航及海岸固定站与潜艇之间通信海上导航及海岸固定站与潜艇之间通信海上导航及海岸固定站与潜艇之间通信、标标标标准频率和时间信号的广播等准频率和时间信号的广播等准频率和时间信号的广播等准频率和时间信号的广播等 4.1无线电通信概述无
25、线电通信概述31（2 2 2 2）长波长波长波长波 101km101kmw传播方式：传播方式：传播方式：传播方式：地波、地波、地波、地波、电离层下缘电离层下缘电离层下缘电离层下缘天波反射传播天波反射传播天波反射传播天波反射传播 w特点特点特点特点n n信号较稳定信号较稳定信号较稳定信号较稳定n n地面对信号能量的吸收比超长波大地面对信号能量的吸收比超长波大地面对信号能量的吸收比超长波大地面对信号能量的吸收比超长波大 w应用：远距离精密无线电导航、标准频率与时间信应用：远距离精密无线电导航、标准频率与时间信应用：远距离精密无线电导航、标准频率与时间信应用：远距离精密无线电导航、标准频率与时间信号
26、的广播号的广播号的广播号的广播4.1无线电通信概述无线电通信概述32（3 3 3 3）中波中波中波中波 1000100m1000100mw 传播方式：地波、天波传播方式：地波、天波传播方式：地波、天波传播方式：地波、天波w特点：特点：特点：特点：n n白天天波受电离层强烈吸收，主要靠地波传播，传白天天波受电离层强烈吸收，主要靠地波传播，传白天天波受电离层强烈吸收，主要靠地波传播，传白天天波受电离层强烈吸收，主要靠地波传播，传播的距离短，信号比较稳定播的距离短，信号比较稳定播的距离短，信号比较稳定播的距离短，信号比较稳定n n晚上天波受电离层吸收弱，有较远的传播距离，但晚上天波受电离层吸收弱，有
27、较远的传播距离，但晚上天波受电离层吸收弱，有较远的传播距离，但晚上天波受电离层吸收弱，有较远的传播距离，但信号传播不稳定信号传播不稳定信号传播不稳定信号传播不稳定 n n利用地波传播时衰减比长波大，利用天波传播时损利用地波传播时衰减比长波大，利用天波传播时损利用地波传播时衰减比长波大，利用天波传播时损利用地波传播时衰减比长波大，利用天波传播时损耗比短波大耗比短波大耗比短波大耗比短波大 w应用：应用：应用：应用：中等距离广播与无线电导航中等距离广播与无线电导航中等距离广播与无线电导航中等距离广播与无线电导航53516055351605千赫是国际规定的中波广播段千赫是国际规定的中波广播段千赫是国际
28、规定的中波广播段千赫是国际规定的中波广播段4.1无线电通信概述无线电通信概述33（4 4）短波短波 10010mw传播方式：天波、地波传播方式：天波、地波w特点：特点：n天波传播时距离远，可达天波传播时距离远，可达50050020002000公里公里 n地波传播时衰减大，传播距离一般小于几十地波传播时衰减大，传播距离一般小于几十公里公里 w应用：应用：各种距离的定点通信、国际通信及广播、各种距离的定点通信、国际通信及广播、船岸间的航海移动通信，飞机地面间的航空移动船岸间的航海移动通信，飞机地面间的航空移动通信等通信等4.1无线电通信概述无线电通信概述34（5 5 5 5）超短波和微波：超短波和
29、微波：超短波和微波：超短波和微波：10m10m以下以下以下以下w传播方式：视距、散射、绕射传播方式：视距、散射、绕射传播方式：视距、散射、绕射传播方式：视距、散射、绕射w特点特点特点特点n n天线的增益较高，有利于定向传播天线的增益较高，有利于定向传播天线的增益较高，有利于定向传播天线的增益较高，有利于定向传播 n n频率很高，信道容量很大频率很高，信道容量很大频率很高，信道容量很大频率很高，信道容量很大 w应用：调频广播、电视广播、卫星通信、移动通信、应用：调频广播、电视广播、卫星通信、移动通信、应用：调频广播、电视广播、卫星通信、移动通信、应用：调频广播、电视广播、卫星通信、移动通信、雷达
30、、天文学等方面雷达、天文学等方面雷达、天文学等方面雷达、天文学等方面 4.1无线电通信概述无线电通信概述354.1.4媒体空间对无线电波传播的影响媒体空间对无线电波传播的影响 1.主要影响主要影响（1 1）传输损耗传输损耗 w电波在实际的媒质（信道）中传播时电波在实际的媒质（信道）中传播时能量损耗的的现能量损耗的的现象象w主要原因：主要原因：n大气对电波的吸收或散射大气对电波的吸收或散射n球形地面或障碍物对电波的绕射等球形地面或障碍物对电波的绕射等4.1无线电通信概述无线电通信概述36（2 2）电波传播方向的变化）电波传播方向的变化w不同媒质的分界处将使电波折射、反射；不同媒质的分界处将使电波
31、折射、反射；w媒质的不均匀体如对流层中的湍流团将使电波产生媒质的不均匀体如对流层中的湍流团将使电波产生散射；散射；w球形地面和障碍物将使电波产生绕射；球形地面和障碍物将使电波产生绕射；w某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变化。某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变化。4.1无线电通信概述无线电通信概述37（3 3）多径效应）多径效应w多径传播：多径传播：电波通过多条路径传播到接收端的电波通过多条路径传播到接收端的现象称为多径传播。现象称为多径传播。4.1无线电通信概述无线电通信概述38w多径传播对通信系统性能的影响多径传播对通信系统性能的影响 引起的接收点场强的起伏变化引起的接收点场强的起伏变化
32、多径效应多径效应4.1无线电通信概述无线电通信概述39无线电通信系统的基本组成及简单工作过程无线电通信系统的基本组成及简单工作过程1 1、系统组成、系统组成 4.1无线电通信概述无线电通信概述402.工作过程工作过程 信源消息信源消息模拟或数字信号模拟或数字信号(调制器调制器)中中频调制频调制成适合电波传播的信号成适合电波传播的信号(频率变换频率变换器器)发射电波所需要的频率发射电波所需要的频率(功率放大功率放大)发射天线发射天线中继放大中继放大接收天线接收天线频率放频率放大大变频变频解调解调转换成合适的信号转换成合适的信号信信宿宿地球站发射分系统地球站发射分系统地球站接收分系统地球站接收分系
33、统4.1无线电通信概述无线电通信概述413.系统分类系统分类w依终端状态不同依终端状态不同n固定无线通信固定无线通信n移动无线通信移动无线通信w依所用电磁波频段依所用电磁波频段n短波通信短波通信n微波通信微波通信n卫星通信卫星通信4.1无线电通信概述无线电通信概述424.2短波通信短波通信4.2.4.2.1 1概述概述1短波通信的频率范围短波通信的频率范围l实际使用的频率范围约为实际使用的频率范围约为1.5MHz30MHz2 2.传播方式传播方式l高空电离层与地面之间多次反射高空电离层与地面之间多次反射3.特点特点l通信距离远，设备便宜通信距离远，设备便宜l灵活、方便灵活、方便434.2.2
34、4.2.2 短波电离层传播特性短波电离层传播特性1短波在电离层中反射传播的条件短波在电离层中反射传播的条件w天波传播时，电波频率与入射角和电波折回处的电子密天波传播时，电波频率与入射角和电波折回处的电子密度三者之间的关系度三者之间的关系4.2短波通信短波通信442电离层对短波无线电信号传播的影响电离层对短波无线电信号传播的影响w使接收的信号时强时弱的变化即存在使接收的信号时强时弱的变化即存在衰落现象衰落现象w原因：原因：n电离层特性不稳定电离层特性不稳定n多径传播多径传播4.2短波通信短波通信454.2.3 4.2.3 4.2.3 4.2.3 短波通信的应用短波通信的应用短波通信的应用短波通信
35、的应用w广泛用于语音、电报和数据传输。广泛用于语音、电报和数据传输。广泛用于语音、电报和数据传输。广泛用于语音、电报和数据传输。w长期以来，由于短波通信的固有特点，多年来一长期以来，由于短波通信的固有特点，多年来一长期以来，由于短波通信的固有特点，多年来一长期以来，由于短波通信的固有特点，多年来一直被广泛地用于政府、外交、气象、商业等各个直被广泛地用于政府、外交、气象、商业等各个直被广泛地用于政府、外交、气象、商业等各个直被广泛地用于政府、外交、气象、商业等各个部门，用以传送语言、文字、图像、数据等信息；部门，用以传送语言、文字、图像、数据等信息；部门，用以传送语言、文字、图像、数据等信息；部
36、门，用以传送语言、文字、图像、数据等信息；同时，它也是高空飞行和海上航行的必备通信方同时，它也是高空飞行和海上航行的必备通信方同时，它也是高空飞行和海上航行的必备通信方同时，它也是高空飞行和海上航行的必备通信方式；尤其在军事部门，它始终是军事指挥的重要式；尤其在军事部门，它始终是军事指挥的重要式；尤其在军事部门，它始终是军事指挥的重要式；尤其在军事部门，它始终是军事指挥的重要手段之一。手段之一。手段之一。手段之一。4.2短波通信短波通信464.3微波通信微波通信w基本概念基本概念n利用微波作为载波，并采用中继（接力）方式在地利用微波作为载波，并采用中继（接力）方式在地面上进行的无线电通信。面上
37、进行的无线电通信。微波中继通信系统微波中继通信系统n微波波段：微波波段：300MHz300GHzn最常用的通信频率最常用的通信频率：1GHz40GHzn4G首选首选47微波通信的发展微波通信的发展w世界上最早的模拟微波中继通信系统是二战后期美世界上最早的模拟微波中继通信系统是二战后期美国贝尔研究所建立的一个国贝尔研究所建立的一个4GHz4GHz频段的调频系统频段的调频系统w1919世纪世纪3030年代中期年代中期第一个商用的模拟无线通信系统，第一个商用的模拟无线通信系统，工作在工作在VHFVHF频段，采用频段，采用AMAM调制技术，传输调制技术，传输1212路频分复路频分复用的模拟话音信号。用
38、的模拟话音信号。w4040年代出现了年代出现了UHFUHF频段的军用无线中继通信系统频段的军用无线中继通信系统w19471947年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统TD-TD-2 2。经过了。经过了2020多年的历史，直到多年的历史，直到7070年代初，才完成小年代初，才完成小容量、低频段的通信系统。容量、低频段的通信系统。4.3微波通信微波通信48w19511951年，美国纽约年，美国纽约旧金山成功开通了商用的旧金山成功开通了商用的微波通信线路，工作在微波通信线路，工作在4GHz4GHz频段，能承载频段，能承载480480路路模拟话音模拟话音w60年代
39、，数字微波通信得到发展年代，数字微波通信得到发展w70年代末年代末出现了商用数字微波系统出现了商用数字微波系统n70年代末数字微波通信得到了迅速发展，形成年代末数字微波通信得到了迅速发展，形成了一个完整的技术系统。了一个完整的技术系统。w80年代年代，数字微波通信系统的传输效率大大提高，数字微波通信系统的传输效率大大提高，系统容量达系统容量达400Mbit/sw9090年代出年代出现现了基于了基于SDHSDH的数字微波通信系的数字微波通信系统统4.3微波通信微波通信49w我国：我国：n20世纪世纪60年代开始研制并使用模拟微波中继通信年代开始研制并使用模拟微波中继通信系统，系统，n20世纪世纪
40、70年代研制并使用数字微波中继通信系统年代研制并使用数字微波中继通信系统并进行技术引进和开发。并进行技术引进和开发。w光光纤纤技技术术的的发发展展，逐步，逐步取代微波中取代微波中继继作作为长为长途途传输传输干干线线的主要角色的主要角色w在未来的很在未来的很长时间长时间内，数字微波将与光内，数字微波将与光纤纤共存、与共存、与卫卫星通信系星通信系统统一起作一起作为为光光纤纤通信系通信系统统的的辅辅助手段助手段 4.3微波通信微波通信50数字微波中继通信系统数字微波中继通信系统wA、B两地远距离地面微波中继通信系统的中继示两地远距离地面微波中继通信系统的中继示意如图所示意如图所示地面微波接力示意图地
41、面微波接力示意图w对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的直接原因有两个：直接原因有两个：n首先是因为微波波长短，接近于光波，其首先是因为微波波长短，接近于光波，其直线直线传播具有视距传播特性，传播具有视距传播特性，而地球表面是个曲面。而地球表面是个曲面。n其次是因为微波传播有损耗其次是因为微波传播有损耗，随着通信距离的，随着通信距离的增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大后发送给下一段段接收、放大后发送给下一段,延长通信距离。延长通信距离。4.3微波通信微波通信514.3微波通信微波通信52w微
42、波中继通信主要用来传送：微波中继通信主要用来传送：n长途电话信号长途电话信号l短波通信设备一般只能容纳几个话路同时工短波通信设备一般只能容纳几个话路同时工作，而一套微波设备可容纳几千个话路同时作，而一套微波设备可容纳几千个话路同时工作。工作。n宽频带信号宽频带信号(如电视信号如电视信号)n数据信号数据信号n移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号等的信号等n还还可用于通向岛屿等特殊地形的通信。可用于通向岛屿等特殊地形的通信。4.3微波通信微波通信531.1.数字微波中继通信线路数字微波中继通信线路数字微波中继通信线路数字微波中继通信线路w可以是一条
43、主干线可以是一条主干线可以是一条主干线可以是一条主干线,中间有若干支线中间有若干支线中间有若干支线中间有若干支线,其主干线可其主干线可其主干线可其主干线可以长达几千公里以长达几千公里以长达几千公里以长达几千公里,除了在线路末端设置除了在线路末端设置除了在线路末端设置除了在线路末端设置微波终端微波终端微波终端微波终端站站站站外，还在线路中间每隔一定距离设置若干外，还在线路中间每隔一定距离设置若干外，还在线路中间每隔一定距离设置若干外，还在线路中间每隔一定距离设置若干微波微波微波微波中继站中继站中继站中继站和和和和微波分路站微波分路站微波分路站微波分路站。w数字微波通信线路数字微波通信线路数字微波
44、通信线路数字微波通信线路2.2.系统基本设备构成系统基本设备构成系统基本设备构成系统基本设备构成w用户终端、交换机、终端复用设备、微波站等组用户终端、交换机、终端复用设备、微波站等组用户终端、交换机、终端复用设备、微波站等组用户终端、交换机、终端复用设备、微波站等组成。成。成。成。设备组成设备组成设备组成设备组成4.3微波通信微波通信54w用户终端：如自动电话机、电传机、调度电话机等。用户终端：如自动电话机、电传机、调度电话机等。用户终端：如自动电话机、电传机、调度电话机等。用户终端：如自动电话机、电传机、调度电话机等。n n用户终端主要通过交换机集中在微波终端站或微用户终端主要通过交换机集中
45、在微波终端站或微用户终端主要通过交换机集中在微波终端站或微用户终端主要通过交换机集中在微波终端站或微波分路站。波分路站。波分路站。波分路站。w交换机：作用是实现本地用户终端之间的业务互通，交换机：作用是实现本地用户终端之间的业务互通，交换机：作用是实现本地用户终端之间的业务互通，交换机：作用是实现本地用户终端之间的业务互通，如实现本地话音用户之间的通话，又可通过微波中如实现本地话音用户之间的通话，又可通过微波中如实现本地话音用户之间的通话，又可通过微波中如实现本地话音用户之间的通话，又可通过微波中继通信线路实现本地用户终端与远地继通信线路实现本地用户终端与远地继通信线路实现本地用户终端与远地继
46、通信线路实现本地用户终端与远地(对端交换机对端交换机对端交换机对端交换机所辖范围所辖范围所辖范围所辖范围)用户终端之间的业务互通。用户终端之间的业务互通。用户终端之间的业务互通。用户终端之间的业务互通。n n交换机配置在微波终端站或微波分路站交换机配置在微波终端站或微波分路站交换机配置在微波终端站或微波分路站交换机配置在微波终端站或微波分路站4.3微波通信微波通信55w终端复用设备的基本功能终端复用设备的基本功能n将交换机送来的多路信号或群路信号适当变换，将交换机送来的多路信号或群路信号适当变换，送到微波终端站或微波分路站的发信机；送到微波终端站或微波分路站的发信机；n将微波终端站或微波分路站
47、的收信机送来的多路将微波终端站或微波分路站的收信机送来的多路信号或群路信号适当变换后送到交换机。信号或群路信号适当变换后送到交换机。n在民用数字微波通信中数字微波通信系统的终端在民用数字微波通信中数字微波通信系统的终端复用设备是脉冲编码调制复用设备是脉冲编码调制(PCM)时分复用设备。时分复用设备。n终端复用设备配置在微波终端站或微波分路站。终端复用设备配置在微波终端站或微波分路站。4.3微波通信微波通信563.数字微波中继通信系统数字微波中继通信系统工作过程工作过程w用户终端用户终端A通过微波通信系统把信号发给用户终通过微波通信系统把信号发给用户终端端B的系统工作过程如下图所示。的系统工作过
48、程如下图所示。w从发信终端站到收信终端站中间一般要经过若干从发信终端站到收信终端站中间一般要经过若干个微波中继站，个微波中继站，w中继站中有两组中继机，从一个方向的天线收到中继站中有两组中继机，从一个方向的天线收到的微波信号从某中继机的收信机转接到另一中继的微波信号从某中继机的收信机转接到另一中继机的发信机，由朝另一方向天线发送出去。机的发信机，由朝另一方向天线发送出去。w数字微波通信系统的工作过程数字微波通信系统的工作过程4.3微波通信微波通信57工作过程工作过程以电话为例以电话为例声声/电转换电转换（交换机）微波发射机（交换机）微波发射机时分复用时分复用调制到中频调制到中频变频变频中继中继
49、接收端接收端4.3微波通信微波通信584.数字微波站数字微波站w按工作性质不同，可分成：按工作性质不同，可分成：n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n数字微波分路站数字微波分路站4.3微波通信微波通信59微波终端站微波终端站w微波站的主要设备包括微波站的主要设备包括n微波发信设备：微波发信设备：n微波收信设备、微波收信设备、n微波天线馈电设备、微波天线馈电设备、n电源设备、监测控制设备等电源设备、监测控制设备等。4.3微波通信微波通信604.3微波通信微波通信61（1）微波收发信机）微波收发信机w发信机发信机n工作频段：微波中继工作频段范围很宽，工作频率工作频段：微波中
50、继工作频段范围很宽，工作频率愈愈高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量。对于较长距离的微波中继，其主要工作频段是。对于较长距离的微波中继，其主要工作频段是1.7-12GHz，12GHz以上频段目前使用不多。以上频段目前使用不多。l我国选用我国选用2，4，6，7、8，11作为微波通信的主作为微波通信的主要工作频段要工作频段n上变频器上变频器：将中频信号变换成射频信号：将中频信号变换成射频信号n高功率放大器高功率放大器n滤波器滤波器4.3微波通信微波通信62w收信机收信机n低噪声放大器低噪声放大器：将接收的微弱信号予以放大：将接收的微弱信号予以放大n下