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1、Wireless Communication 无线通信技术无线通信技术课程内容课程内容10.210.1 10.4数字微波通信数字微波通信10.3无线传输技术无线传输技术 概述概述 无线传播环境及其特性无线传播环境及其特性10.5卫星通信系统卫星通信系统210.2.2 无线通信信号的传播方式无线通信信号的传播方式反射反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反 射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。衍射衍射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻 挡时将发生绕
2、射。挡时将发生绕射。散射散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体 积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。散射积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。散射 发生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。发生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。直射直射：发射机信号无阻挡到达接收机。发射机信号无阻挡到达接收机。四种最基本传播方式：四种最基本传播方式：10.2.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应阴影效应阴影效应阴影效应阴影效应：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播 的接收区域中产生传播半盲区
3、。的接收区域中产生传播半盲区。远近效应远近效应远近效应远近效应：由于用户的随机移动性，发射机与接收机之间的距由于用户的随机移动性，发射机与接收机之间的距 离也是在随机变化。若发射机发射信号功率一离也是在随机变化。若发射机发射信号功率一 样，那么到达接收机时信号的强弱将不同，离接样，那么到达接收机时信号的强弱将不同，离接 收机近者信号强，离接收机远者信号弱。收机近者信号强，离接收机远者信号弱。多普勒效应多普勒效应：由于用户处于高速移动（如车载通信）由于用户处于高速移动（如车载通信）中，中，从而引起传播频率的扩散，由此引起的附加频移称为多普勒从而引起传播频率的扩散，由此引起的附加频移称为多普勒频移
4、，其频率扩散程度（多普勒频移）与用户运动速度成正频移，其频率扩散程度（多普勒频移）与用户运动速度成正比。多普勒效应只发生在大于等于比。多普勒效应只发生在大于等于70km/h70km/h时时 多径效应多径效应多径效应多径效应：l 由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收到由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收到的信号是多条从不同路径过来的信号的合成。的信号是多条从不同路径过来的信号的合成。l 它们到达时的它们到达时的信号强度、信号相位、信号频率、信号强度、信号相位、信号频率、信号方向都是不一样信号方向都是不一样的。的。l 所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和。称所接收到的信号是上述各路径信号
5、的矢量和。称这种自干扰现象为这种自干扰现象为多径干扰多径干扰或或多径效应多径效应。10.2.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应10.2.4 衰落衰落接收信号电平随距离或时间波动，这种现象称为衰落接收信号电平随距离或时间波动，这种现象称为衰落长期慢衰落长期慢衰落短期快衰落短期快衰落l由传播路径上固定障碍物（建筑物、山丘、树林等）由传播路径上固定障碍物（建筑物、山丘、树林等）的阴影引起，也称为阴影衰落或大尺度衰落。的阴影引起，也称为阴影衰落或大尺度衰落。l衰落是缓慢的，且衰落速率与频率无关，只与周围地衰落是缓慢的，且衰落速率与频率无关，只与周围地形、地物的分布、高度和物体的移动速度有关。
6、形、地物的分布、高度和物体的移动速度有关。l由于多径传播而引起的接收信号场强短时间内随机快速起由于多径传播而引起的接收信号场强短时间内随机快速起伏，也称小尺度衰落。伏，也称小尺度衰落。l接收端接收到的信号是发送端的信号经过直射、反射、折接收端接收到的信号是发送端的信号经过直射、反射、折射、散射、绕射等的信号的叠加，即接收信号是发送信号经射、散射、绕射等的信号的叠加，即接收信号是发送信号经过多径传播后的叠加信号。过多径传播后的叠加信号。10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术1.1.扩频通信概念扩频通信概念扩展频谱通信扩展频谱通信扩展频谱通信扩展频谱通信(Spread Spectrum Commu
7、nication)(Spread Spectrum Communication)(Spread Spectrum Communication)(Spread Spectrum Communication)所谓所谓扩展频谱通信扩展频谱通信技术（简称扩频通信）一般是指：用技术（简称扩频通信）一般是指：用比信比信号带宽宽得多的频带号带宽宽得多的频带来传输信息的技术，与光纤通信、卫星来传输信息的技术，与光纤通信、卫星通信一同誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。通信一同誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。l 扩频通信与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一扩频通信与传统通信系统不同的是，在
8、信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。个宽带的低谱密度的信号。l 扩频通信是将待传送的信息数据被扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码伪随机编码调制，实现调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。关处理，恢复原始信息数据。l 具有具有伪随机编码调制伪随机编码调制和和信号相关处理信号相关处理两个特点。两个特点。10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术2.2.扩频通信理论基础扩频通信理论基础其中：其中：C C：信道容量（比特：信道容量（比特/秒）；秒）；N N：噪声功率：噪声功率 W W：带宽；：带
9、宽；S S：信号功率：信号功率理论基础：信息论中的香农定理理论基础：信息论中的香农定理l 在信道容量在信道容量C C 不变时，如不变时，如S/N S/N 很小，则必须使用很小，则必须使用足够大的带宽足够大的带宽W W 来传输信号。来传输信号。l用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本原用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本原理，其目的是为了提高通信系统的可靠性理，其目的是为了提高通信系统的可靠性 10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术3.3.扩频通信基本原理扩频通信基本原理l 在扩频通信中，使用不同的伪随机编码，不同通信用户可在同一频段、同一时间工作，互不影响或影响极小。信源数据调制扩频调制
10、伪随机码发生器扩频解调伪随机码发生器同步电路数据解调信宿B1B2B1B2扩频通信基本原理图扩频通信基本原理图l 伪随机编码（PN码：Pseudo Noise Code）10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术5.5.直接序列扩频方式直接序列扩频方式【基本原理基本原理】PN编码发生器信息码载波信息码PN码1111000010发送码1111000110BPSK调制调制BPSKPN编码发生器信码本振解调混频本振中频解调信号已知已知PN码码10.3.1 扩频通信技术扩频通信技术6.6.跳变频率方式（简称：跳频方式、跳变频率方式（简称：跳频方式、FHFH方式）方式）p 调频通信是指传输信号的载波频率按照预
11、定规律调频通信是指传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式进行离散变化的通信方式。p 跳频信号具有时变、伪随机的载频，所有可能的跳频信号具有时变、伪随机的载频，所有可能的载波频率的集合称为跳频集。载波频率的集合称为跳频集。10.3.2 多址技术多址技术1.1.多址技术的概念多址技术的概念多址接入多址接入多址接入多址接入：两个或多个用户希望利用同一个传播信道同：两个或多个用户希望利用同一个传播信道同时相互通信的一种信号传输方式时相互通信的一种信号传输方式 v自从电话技术和无线电技术问世以来，人们就在自从电话技术和无线电技术问世以来，人们就在试图通过单条电路传送尽可能多的业务。试图通过
12、单条电路传送尽可能多的业务。采用多址技术的好处采用多址技术的好处增加系统的容量，为更多的用户提供服务增加系统的容量，为更多的用户提供服务因为所需传输媒介减少，降低了系统成本因为所需传输媒介减少，降低了系统成本降低单用户的费用降低单用户的费用双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光缆光缆空中接口空中接口(无线电信号无线电信号)传输介质类型举例传输介质类型举例传输传输介质介质n每对用户各自通过传输每对用户各自通过传输介质使用一专用电路通介质使用一专用电路通信而彼此并不知道其他信而彼此并不知道其他用户的存在。用户的存在。10.3.2 多址技术多址技术3.FDMA3.FDMA原理原理原理原理：将通信系统的将通信
13、系统的总带宽总带宽划分为若干等间隔的划分为若干等间隔的信道，分配给不同的用户。信道，分配给不同的用户。10.3.2 多址技术多址技术3.FDMA3.FDMA每个用户分配一个信道，即一对频谱每个用户分配一个信道，即一对频谱每个用户分配一个信道，即一对频谱每个用户分配一个信道，即一对频谱较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向
14、的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道必须同时占用必须同时占用必须同时占用必须同时占用2 2 2 2个信道（个信道（个信道（个信道（2 2 2 2对频谱）才能实现双工通信对频谱）才能实现双工通信对频谱）才能实现双工通信对频谱）才能实现双工通信基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基
15、站的中转设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠前向信道与反向信道之间设有保护频带前向信道与反向信道之间设有保护频带前向信道与反向信道之间设有保护频带前向信道与反向信道之间设有保护频带用户频道之间，设有保护频隙用户频道之间，设有保护频隙用户频道之间，设有保护频隙用户频道之间，设有保护频隙10.3.2 多址技术多址技术3.FDMA3.FDMA系统特点系统特点每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即每信道
16、占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常通常通常通常在窄带系统中实现在窄带系统中实现在窄带系统中实现在窄带系统中实现符号时间符号时间符号时间符号时间 平均延迟扩展（平均延迟扩展（平均延迟扩展（平均延迟扩展（T T T Ts s s s ），所，所，所，所以码间干扰较少，以码间干扰较少，以码间干扰较少，以码间干扰较少，无需自适应均衡无需自适应均衡无需自适应均衡无需自适应均衡基站基站基站基站复杂庞大复杂庞大复杂庞大复杂庞大，易产生信道间的，易产生信道间的，易产生信道间的，易产生信道间的互调干扰互调干扰互调干扰互调干扰必须使用必须使用必须使用必须使用带通滤波
17、器带通滤波器带通滤波器带通滤波器来限制邻道干扰来限制邻道干扰来限制邻道干扰来限制邻道干扰越区切换复杂越区切换复杂越区切换复杂越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传，必须瞬时中断传输，对于数据传，必须瞬时中断传输，对于数据传，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据的丢失输将带来数据的丢失输将带来数据的丢失输将带来数据的丢失10.3.2 多址技术多址技术4.TDMA4.TDMA在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧帧帧帧，每一，每一，每一，每一帧再分割成若干帧再
18、分割成若干帧再分割成若干帧再分割成若干时隙时隙时隙时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的，无论帧或时隙都是互不重叠的，无论帧或时隙都是互不重叠的，无论帧或时隙都是互不重叠的每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号收发信号收发信号收发信号MS3MSMS1 1MS2BSBS时隙帧时
19、隙N时隙3时隙2时隙1保护比特信息数据同步比特尾比特一个TDMA帧10.3.2 多址技术多址技术4.TDMA4.TDMA实例：GSM系统前向/反向信道的单向带宽：25MHz信道数：共有125个RF载波，每个载波带宽200kHz。GSM系统能同时容纳的用户数为：上行：上行：890MHz915MHz下行：下行：935MHz960MHz收、发频率间隔为收、发频率间隔为45MHz。10.3.2 多址技术多址技术4.TDMA-4.TDMA-系统特点系统特点突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为突发传输的速率高，远大于
20、语音编码速率，因为TDMATDMATDMATDMA系统中需要较高的系统中需要较高的系统中需要较高的系统中需要较高的同步开销同步开销同步开销同步开销发射信号速率随发射信号速率随发射信号速率随发射信号速率随N N N N的增大而提高，引起码间串扰加的增大而提高，引起码间串扰加的增大而提高，引起码间串扰加的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用大，所以必须采用大，所以必须采用大，所以必须采用自适应均衡自适应均衡自适应均衡自适应均衡不需双工器不需双工器不需双工器不需双工器.TDMA.TDMA.TDMA.TDMA用不同的时隙来发射和接收用不同的时隙来发射和接收用不同的时隙来发射和接收用不同的时隙来发
21、射和接收.基站复杂性小，互调干扰小基站复杂性小，互调干扰小基站复杂性小，互调干扰小基站复杂性小，互调干扰小抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大越区切换简单越区切换简单越区切换简单越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失，可在无信息传输时进行，不会丢失，可在无信息传输时进行，不会丢失，可在无信息传输时进行，不会丢失数据数据数据数据10.3.2 多址技术多址技术5.CDMA5.CDMACDMACDMA（Code Division Multi-AcccessCode Divisio
22、n Multi-Acccess ）直接序列扩频多址方式直接序列扩频多址方式p它是第二代移动通信中的两种主要多址方式中除它是第二代移动通信中的两种主要多址方式中除TDMATDMA以外的另一种形式，最典型的是以外的另一种形式，最典型的是IS-95IS-95。p在第三代移动通信中，提出的最主要的三种体制在第三代移动通信中，提出的最主要的三种体制也是采用也是采用CDMACDMA，它们是，它们是FDDFDD的的CDMA2000CDMA2000、FDDFDD的的WCDMAWCDMA，与，与TDDTDD的的TD-SCDMATD-SCDMA。10.3.2 多址技术多址技术5.CDMA-5.CDMA-基本原理基
23、本原理码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息利用公共信道来传输信息利用公共信道来传输信息利用公共信道来传输信息CDMACDMACDMACDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠而在频率、时间和空间上都可能重叠而在频率、时间和空间上都可能重叠而在频率、时间和空间上都可
24、能重叠系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测对接收的信号进行相关检测对接收的信号进行相关检测对接收的信号进行相关检测 MSMSN NMSMS1 1MSMS2 21c2c1C2CNcNCMSCBS10.3.2 多址技术多址技术5.CDMA-5.CDMA-系统特点系统特点多用户共享同一频率。多用户共享同一频率。多用户共享同一频率。多用户共享同一频率。通信容量大，通信容量大，通信容量大，通信容量大，CDMACDMACDMACDMA是干扰限制
25、性系统。是干扰限制性系统。是干扰限制性系统。是干扰限制性系统。容量的软特性容量的软特性容量的软特性容量的软特性 多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象，称现硬阻塞现象，称现硬阻塞现象，称现硬阻塞现象，称“软容量软容量软容量软容量”。由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落减小多径衰落减小多径衰落减小多径衰落信道数据速率很高，信道数据速率很高
26、，信道数据速率很高，信道数据速率很高，无需自适应均衡。无需自适应均衡。无需自适应均衡。无需自适应均衡。平滑的平滑的平滑的平滑的软切换软切换软切换软切换和有效的和有效的和有效的和有效的宏分集，宏分集，宏分集，宏分集，不会引起通信中断不会引起通信中断不会引起通信中断不会引起通信中断低信号功率谱密度低信号功率谱密度低信号功率谱密度低信号功率谱密度的好处。的好处。的好处。的好处。抗窄带干扰能力强抗窄带干扰能力强抗窄带干扰能力强抗窄带干扰能力强对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段对窄带系统的干扰很小，可以与其
27、它系统共用频段10.3.2 多址技术多址技术6.SDMA-6.SDMA-工作原理工作原理使用使用使用使用定向波束天线定向波束天线定向波束天线定向波束天线在不同用户方向上形成不同的在不同用户方向上形成不同的在不同用户方向上形成不同的在不同用户方向上形成不同的波束波束波束波束相同的频率相同的频率相同的频率相同的频率（在（在（在（在TDMATDMATDMATDMA或或或或CDMACDMACDMACDMA系统中）或系统中）或系统中）或系统中）或不同不同不同不同的频率的频率的频率的频率（在（在（在（在FDMAFDMAFDMAFDMA系统中）用来服务于被天线波系统中）用来服务于被天线波系统中）用来服务于被
28、天线波系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域束覆盖的这些不同区域束覆盖的这些不同区域束覆盖的这些不同区域 SDMA系统工作示意图课程内容课程内容10.210.1 10.4数字微波通信数字微波通信10.3无线传输技术无线传输技术 概述概述 无线传播环境及其特性无线传播环境及其特性10.5卫星通信系统卫星通信系统2310.4.1 概述概述【微波通信的定义】【微波通信的定义】微波通信微波通信是指用微波频率作载波携带信息是指用微波频率作载波携带信息,通过无线电波通过无线电波空间进行中继空间进行中继(接力接力)通信的方式通信的方式LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave 10Km1
29、0Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GHz30GHz300GHz300GHz红外线可见光工工业业和天和天电电干干扰扰，太阳黑子，太阳黑子对对微波通信影响微波通信影响较较小小微波信号的频率范围微波信号的频率范围频频率率为为300MHz300GHz的的电电磁波，磁波，其所其所对应对应的波的波长为长为1m1mm10.4.1 概述概述v微波通信的发展微波通信的发展：20302030年代年代微波理论、元器件
30、、应用微波理论、元器件、应用40504050年代年代模拟微波通信系统模拟微波通信系统 AMAM模拟调制，模拟调制，27002700路路60706070年代年代中、小容量的数字微波通信系统中、小容量的数字微波通信系统 第一代：短距离、低速率、第一代：短距离、低速率、PSKPSK和和QPSKQPSK调制，调制，34Mbps34Mbps，480480路路PDHPDH系统系统80908090年代年代大容量数字微波通信系统大容量数字微波通信系统 第二代：中距离、高速率、第二代：中距离、高速率、16QAM16QAM调制、四次群、调制、四次群、140Mb/s140Mb/s，19201920路路PDHPDH微
31、波微波9090年代至今年代至今SDHSDH微波通信微波通信 第三代第三代 ：9090年代，年代，SDHSDH微波，微波，256QAM256QAM调制、调制、400Mb/s400Mb/s10.4.1 概述概述【微波的传播特性】【微波的传播特性】微波似光性卫星、微波、移动通信 极化 分集 穿透电离层 天文学研究 频率高 多路通信 10.4.1 概述概述【中继通信】【中继通信】特点特点：微波，多路，接力：微波，多路，接力v“微波微波”是指微波工作频段宽，它包括了分米波、是指微波工作频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。厘米波和毫米波三个频段。v“多路多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通
32、是指微波通信的通信容量大，即微波通信设备的通频带可以做得很宽。信设备的通频带可以做得很宽。v“接力接力”是目前广泛使用于视距微波的通信方式。是目前广泛使用于视距微波的通信方式。10.4.1 概述概述【微微波波通通信信需需要要中中继继的的原原因因】微波似光性，电波近似直线传播微波似光性，电波近似直线传播 微波的传输损耗大微波的传输损耗大,波长越短，损耗越大。波长越短，损耗越大。ACDEB中继站微波的视距传播示意图10.4.1 概述概述【微波通信的特点】【微波通信的特点】v微波占用微波占用频带宽，频带宽，通信通信容量大容量大 v通信稳定、可靠通信稳定、可靠 v接力传输接力传输 v通信灵活性较大通信
33、灵活性较大 v天线增益高、方向性强天线增益高、方向性强 v投资少、建设快投资少、建设快 v数字化数字化 10.4.1 概述概述【微波中继通信系统在通信网中的地位微波中继通信系统在通信网中的地位】终端终端端局端局交换交换中心中心交交换换中心中心交交换换中心中心端局端局终终端端微波微波中中继继交换交换中心中心交交换换中心中心卫星通信卫星通信光纤通信光纤通信10.4.1 概述概述【典型的微波通信系统】【典型的微波通信系统】10.4.1 概述概述【微波通信的应用】【微波通信的应用】v济南济南-东营数字微波线路东营数字微波线路黄河水利委员会于黄河水利委员会于19951995年建成年建成主要用于解决黄河下
34、游到入海口的防洪、防凌预报、抗洪抢险等主要用于解决黄河下游到入海口的防洪、防凌预报、抗洪抢险等全长全长231.79231.79公里，公里，8 8个微波站个微波站电路容量为电路容量为8M bit/s(1208M bit/s(120路路)工作频率使用工作频率使用2GHz2GHz频段频段10.4.1 概述概述【微波通信的应用】【微波通信的应用】10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成终端站、分终端站、分路站、枢纽路站、枢纽站和中继站站和中继站 10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成 微波线路微波线路 发信设备发信设备 收信设备收信设备 中继方式中继方式【数字微波
35、通信线路】【数字微波通信线路】10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成端站端站中中间间站站枢纽站枢纽站再生中继站再生中继站端站端站端站端站图数字微波中继线路组成图数字微波中继线路组成处处于于线线路两端或分支路两端或分支线线路路终终点的站点的站,可上下全部支路信号可上下全部支路信号,可配可配备备ADM或或TM设备设备处处于于长长途干途干线线上上,需要完成数个方需要完成数个方向上的通信任向上的通信任务务沟通本站上下部分支沟通本站上下部分支路路,另外沟通干另外沟通干线线上上两个方向之两个方向之间间通信通信对对收到的已收到的已调调信号信号进进行解行解调调,判决再生判决再生,转转发发至
36、下一方向至下一方向【数字微波通信线路】【数字微波通信线路】10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成【微波中继站的中继方式】【微波中继站的中继方式】可以分为可以分为直接中继直接中继(射频转接射频转接),),外差中继外差中继(中频中频转接转接),),基带中继基带中继(再生中继再生中继)三种方式三种方式微波放大微波放大微波放大微波放大移频移频(a)直接中继方式直接中继方式v直直接接中中继继最最简简单单,仅仅仅仅是是将将收收到到的的射射频频信信号号直直接接移移到到其其他他射射频频上上,无无需需经经过过微微波波-中中频频-微微波波的的上上下下变变频频过过程程,因因而而信信号号传传输输失
37、失真真小小。这这种种方方式式的的设设备备量量小小，电电源源功功耗耗低低,适适用用于于无无需需上上下下话路的无人值守中继站。话路的无人值守中继站。10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成低噪声低噪声放大放大功率功率放大放大下变频下变频上变频上变频中放中放(b)外差中继方式外差中继方式v外外差差中中继继是是将将射射频频信信号号进进行行中中频频解解调调,在在中中频频进进行行放放大大,然然后后经经过过上上变变频频调调制制到到微微波波频频率率,发发送送到到下下一站。一站。10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成低低噪噪声声放放大大功功率率放放大大下下变变频频上上变变频
38、频中中放放解解调调调调制制中中放放载载波波载载波波(c)基带中继方式基带中继方式采用数字接口，可消除噪声积累，可直接上下话路，微采用数字接口，可消除噪声积累，可直接上下话路，微波终端站和中继站的设备可以通用，是目前波终端站和中继站的设备可以通用，是目前数字微波通数字微波通信中最常用的一种转接方式信中最常用的一种转接方式。10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成【发信设备】【发信设备】微波调制发射机微波调制发射机v 信码经码型变换后直接对微波载频进行调制信码经码型变换后直接对微波载频进行调制v 发射机结构简单，但通用性差发射机结构简单，但通用性差v 发射频率较高时，设备制作难度
39、大发射频率较高时，设备制作难度大微波微波振振荡荡器器微波微波调调制器制器微波微波功放功放微波微波滤滤波器波器信信码码码码型型变换变换10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成【发信设备】【发信设备】中频调制发射机中频调制发射机中中频频振振荡荡器器中中频频调调制制器器微微波波功功放放微微波波滤滤波波器器信信码码码码型型变变换换中中频频功功放放上上变变频频器器微波振微波振荡荡器器l 信码经码型变换后，首先在中频调制器对中频载频信码经码型变换后，首先在中频调制器对中频载频（70MHz/140MHz70MHz/140MHz）进行调制；）进行调制；l 只要更换调制、解调单元，就可以传输模
40、拟数字信号，实只要更换调制、解调单元，就可以传输模拟数字信号，实现数字模拟系统兼容。现数字模拟系统兼容。10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成【收信设备】【收信设备】收信设备组成一般采用超外差接收方式收信设备组成一般采用超外差接收方式,由由射频系统、中频系统和解调系统组成。射频系统、中频系统和解调系统组成。10.4.2 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置1 1、波道的设置波道的设置 一条微波线路提供的可用带宽一般都比较宽一条微波线路提供的可用带宽一般都比较宽(几百几百兆兆)，而一般收发信机的
41、通频带较之小得多而一般收发信机的通频带较之小得多(几十兆几十兆)。为了使一条微波通信线路的可用带宽得到充分利用为了使一条微波通信线路的可用带宽得到充分利用,将将微波线路的可用带宽划分成若干频率小段微波线路的可用带宽划分成若干频率小段,并在每个频并在每个频率小段上设置一套微波收发信机率小段上设置一套微波收发信机,构成一条微波通信的构成一条微波通信的传输通道传输通道,也称为也称为波道波道.通常一条微波通信线可以设置通常一条微波通信线可以设置6,8,126,8,12个波道个波道10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置2 2、射频波道设置、射频波道设置u由于一条微波线
42、路上允许有多套微波收发信机同时工由于一条微波线路上允许有多套微波收发信机同时工作，这就必须对各波道的微波频率进行分配。作，这就必须对各波道的微波频率进行分配。u波道频率配置的原则波道频率配置的原则:在给定的可用频率范围内尽可在给定的可用频率范围内尽可能多安排波道数能多安排波道数,增加通信容量增加通信容量;减少各波道间的干扰减少各波道间的干扰,以提高通信质量以提高通信质量;有利于通信设备的标准化有利于通信设备的标准化,系列化系列化.(a)(a)【一个波道频率设置：【一个波道频率设置：二频制二频制】f1f2f1f2f2f1f2f1ABCD越站干越站干扰扰反向干反向干扰扰 各站交叉使用两个不同的收发
43、频率。优点占用频各站交叉使用两个不同的收发频率。优点占用频带窄，频率利用率高缺点存在反向干扰和越站干扰带窄，频率利用率高缺点存在反向干扰和越站干扰要求天线的反向防卫度高。要求天线的反向防卫度高。10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置 各站的发设备和收设备分别交叉使用两个频率，各站的发设备和收设备分别交叉使用两个频率，共有四个不同的收发频率。四频制天线正反方向存在共有四个不同的收发频率。四频制天线正反方向存在频率差，反向干扰小，但占用频带比二频制宽一倍。频率差，反向干扰小，但占用频带比二频制宽一倍。f1f3f1f3f2f4f2f4ABCD越站干越站干扰扰(a)
44、(a)【一个波道频率设置：【一个波道频率设置：四四频制频制】10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置解决越解决越站站干扰的有效措施之一干扰的有效措施之一:是在设计微波线路时是在设计微波线路时,使相邻的第四微波站不要选择在第一、二两微波站的使相邻的第四微波站不要选择在第一、二两微波站的延长线上延长线上越区干扰越区干扰越区干扰越区干扰无越区干扰无越区干扰越区干扰与无越区干扰示意图越区干扰与无越区干扰示意图10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置(a)(a)【多个波道频率设置】【多个波道频率设置】10.4.3 数字微波的波道及其射频
45、频率配置数字微波的波道及其射频频率配置多波道多波道 一条微波线路上有多个波道同时工作一条微波线路上有多个波道同时工作配置方法配置方法 收发频率相间收发频率相间 每站各个波道的收、发频率按波道的次序间隔排列每站各个波道的收、发频率按波道的次序间隔排列 收发频率集中排列收发频率集中排列 每站各个波道的收、发频率分别相对集中每站各个波道的收、发频率分别相对集中(a)(a)【收发频率相间排列】【收发频率相间排列】10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置 每站各个波道的收发频率按波道的次序间隔排列每站各个波道的收发频率按波道的次序间隔排列 ,相邻站的收发频率配置正好相反
46、相邻站的收发频率配置正好相反。要用多天线，一。要用多天线，一般不采用。般不采用。(a)(a)【收发频率集中排列】【收发频率集中排列】10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置 每站各个波道的收发频率分别相对集中。分割每站各个波道的收发频率分别相对集中。分割制的收发频率相隔较远，抗干扰能力优于交错制。制的收发频率相隔较远，抗干扰能力优于交错制。10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置3 3、射频波道的频率再用、射频波道的频率再用常用常用圆极化圆极化椭圆极化椭圆极化 在相同或相近的波道频率上在相同或相近的波道频率上,借助于不同的借助
47、于不同的极化方式来安排更多的射频波道。极化方式来安排更多的射频波道。10.4.3 数字微波的波道及其射频频率配置数字微波的波道及其射频频率配置3 3、射频波道的频率再用、射频波道的频率再用 同波道型再用方案同波道型再用方案 主用与再用的波道频率完全重合主用与再用的波道频率完全重合 插入波道型再用方案插入波道型再用方案 主用与再用的波道频率互相错开主用与再用的波道频率互相错开10.5.1 概述概述1 1、卫星通信的基本概念、卫星通信的基本概念 卫卫星星通通信信是是指指利利用用人人造造地地球球卫卫星星作作为为中中继继站站转转发发无无线线电电信信号号，在在多多个个地地球球站站之之间间进进行行的的通通
48、信信。由由于于作作为为中中继继站站的的卫卫星星离离地地面面很很高高，所所以以经经过过一一次次中中继继转转接接之之后后即即可可进进行行长长距距离离的的通通信信。用用于于实实现现通通信信目目的的的的这这种种人人造造地地球球卫卫星星被被称称为为通通信信卫卫星星。卫卫星星通通信信是是宇宇宙宙通通信信形形式式之之一一，采采用用的的是是微微波波频段频段。1 1、卫星通信的基本概念、卫星通信的基本概念 地球上的无线电通信站地球上的无线电通信站之间利用人造地球卫星作之间利用人造地球卫星作为中继站而进行的通信。为中继站而进行的通信。使用微波技术的原因：使用微波技术的原因：1 1、通信容量大、通信容量大 2 2、
49、微波可以穿透电离层、微波可以穿透电离层10.5.1 概述概述1 1、卫星通信的基本概念、卫星通信的基本概念10.5.1 概述概述通信通信卫卫星星地面站地面站A 地面站地面站B 2 2、卫星通信由幻想到现实、卫星通信由幻想到现实10.5.1 概述概述v卫星通信概念的提出：卫星通信概念的提出：Sir Arthur Charles Clarke Sir Arthur Charles Clarke （1917-20081917-2008）19451945年，英国空军雷达军官年，英国空军雷达军官阿瑟阿瑟克拉克克拉克在无线电世界在无线电世界上发表了科学设想论文：上发表了科学设想论文：地球外的中继地球外的中
50、继卫星能提供全球范围的无线电覆盖卫星能提供全球范围的无线电覆盖吗？吗？陈述通讯和电视传播的基本原理陈述通讯和电视传播的基本原理最先提出了利用静止卫星进行通信的设想最先提出了利用静止卫星进行通信的设想为卫星通信奠定了理论基础为卫星通信奠定了理论基础2 2、卫星通信由幻想到现实、卫星通信由幻想到现实10.5.1 概述概述v约约2020年之后，人类就实现了年之后，人类就实现了阿瑟阿瑟克拉克克拉克的设想的设想19651965年年4 4月月6 6号世界第一颗半试验、半实用的卫星号世界第一颗半试验、半实用的卫星“晨鸟晨鸟号号”的发射成功，标志着卫星通信时代的开始的发射成功，标志着卫星通信时代的开始v克拉克