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1、1第第6章章 数字微波通信系统数字微波通信系统p6.1 概述p6.2 微波的视距传播特性p6.3 数字微波通信系统26.1 概述概述p6.1.1基本概念p6.1.2微波通信发展历程p6.1.3微波通信的特点p6.1.4微波通信系统的分类p6.1.5微波通信的应用36.1.1基本概念基本概念p微波是指波长在1nm1m或频率为300MHz-300GHz的电磁波。p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式。p微波通信的主要频段名称甚低频VLF 低频LF中频MF高频HF甚高频VHF 超高频UHF 特高频SHF 极高频EHF频率3-30kHz30-300kHz 0.3-3Mh
2、z3-30MHz30-300MHz 0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波传播特性 空间波为主 地波为主地波与天波 天波与地波 空间波空间波空间波空间波46.1.2 微波通信的发展历程微波通信的发展历程p19世纪30年头中期出现了工作在VHF频段的第一个商用模拟无线通信系统p二战期间出现了UHF频段的军用无线中继通信系统p1951年，美国纽约到旧金山之间成功开通了商用的微波通信线路。在随后的二三十年间，模拟微波通信系统快速发展p我国从“七五”期间起先引入微波通信系统p20世纪70年头末出现了接受简洁QPSK、8PSK等的商用数字微波通信系统
3、p20世纪80年头，随着数字信号处理技术和大规模集成电路的发展，微波通信系统得到快速发展 p20世纪90年头后出现了容量更大的数字微波通信系统 56.1.3 微波通信的特点微波通信的特点p频带宽，传输容量大频带宽，传输容量大p适于传送宽频带信号适于传送宽频带信号p天线增益高，方向性强天线增益高，方向性强 p外界干扰小，通信线路稳定牢靠外界干扰小，通信线路稳定牢靠p投资少，建设快，通信敏捷性大投资少，建设快，通信敏捷性大 p中继通信方式中继通信方式 66.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(1/4)p地面微波中继通信p特点：接受中继传输方式，一般50Km左右一个中继站。p缘由：微波是沿
4、直线传播的；p 微波传播时，存在能量损耗。p应用：长距离、大容量p 干线通信；p 短距离、p 小容量通信；6.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(2/4)p一点对多点（PMP）微波通信n组成：基地台，用户组成：基地台，用户n应用：一种无线宽带接入方式，适用于用户比较分散应用：一种无线宽带接入方式，适用于用户比较分散且业务量小的系统。且业务量小的系统。6.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(3/4)p微波卫星通信p特点：p中继站在卫星上；p运用微波波段，技术与微波相通，但有自己的特点；6.1.4 微波通信系统的分类微波通信系统的分类(4/4)p微波散射通信p利用大气对流层不匀
5、整气团的散射作用，实现微波通信p特点：p距离远p放射功率大p信号质量差p应用：p 军事通信106.1.5 微波通信的应用微波通信的应用p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 p边远地区和专用通信网中为用户供应基本业务边远地区和专用通信网中为用户供应基本业务 p市内的短距离支线连接市内的短距离支线连接 p无线宽带业务接入无线宽带业务接入 116.2 微波的视距传播特性微波的视距传播特性p6.2.1 天线高度与传播距离p6.2.2 自由空间传播损耗p6.2.3 地面效应和大气效应126.2.1 天线高度与传播距离天线高度与传播距离136.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗
6、p在半径为在半径为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：146.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p实际微波通信中接受的天线均有方向性，对于放射天线而言，天线增益Gt表示天线在最大辐射方向上单位立体角的放射功率与无方向天线单位立体角的放射功率的比值。此时，与放射源相距d的单位面积所接收的功率为 156.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p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实力。依据天线理论，天线的有效面积为 p若接收机与放射机的距离为d，接收天线的有效面积为A，放射天
7、线的增益为Gt，接收天线的增益为Gr，则接收到的信号载波功率为166.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p若不考虑放射天线增益Gt和接收天线增益Gr，电波的自由空间损耗定义为放射功率与接收功率之比，即p通常用分贝表示自由空间传播损耗，即 176.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗p若考虑放射天线增益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186.2.3 地面效应和大气效应地面效应和大气效应p地面效应地面效应p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p电电波波在在平平滑滑地地面面（如如水水面
8、面、沙沙漠漠、草草原原等等）的的反反射射引引起起的的多径传播，进而产生接收信号的干涉衰落。多径传播，进而产生接收信号的干涉衰落。p地面反射地面反射p电电波波在在比比较较平平滑滑的的地地表表面面上上传传播播时时会会产产生生猛猛烈烈的的镜镜面面反反射射，形成多径传播。形成多径传播。p大气效应大气效应p大大气气对对微微波波传传输输所所产产生生的的影影响响主主要要有有大大气气损损耗耗、雨雨雪雪天天气气引起的损耗以及大气折射引起的损耗。引起的损耗以及大气折射引起的损耗。196.3 数字微波通信系统数字微波通信系统p6.3.1 中继通信线路与设备组成p6.3.2 微波波道及其频率配置 p6.3.3 发信设
9、备p6.3.4 收信设备p6.3.5 天馈线系统 206.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波通信线路数字微波通信线路216.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波通信系统组成数字微波通信系统组成n用户终端；交换机用户终端；交换机；数字终端机；微波站；数字终端机；微波站226.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p用户终端用户终端p干干脆脆为为用用户户所所运运用用的的终终端端设设备备。如如电电话话机机、传传真真机机、计算机、调度电话机等。计算机、调度电话机等。p交换机交换机p用用户户可可通通过过交交换换机机进进行行呼呼叫叫连连接
10、接，建建立立短短暂暂的的通通信信信信道道或或电电路路。这这种种交交换换可可以以是是模模拟拟交交换换，也也可可以以是是数数字字交交换换。目目前前，大大容容量量干干线线绝绝大大部部分分接接受受数数字字程程控控交交换换机。机。p数字终端机数字终端机p事事实实上上是是一一个个数数字字电电话话终终端端复复用用/分分接接设设备备，其其基基本本功功能能是是把把来来自自交交换换机机的的多多路路信信号号进进行行复复接接，复复接接信信号号送送往往数数字字微微波波传传输输信信道道。同同时时把把来来自自微微波波终终端端站站的的复复接接信号进行分接，分接信号送往交换机。信号进行分接，分接信号送往交换机。236.3.1
11、中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p微波站微波站n数字微波终端站数字微波终端站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数字微波分路站数字微波分路站n数字微波枢纽站数字微波枢纽站数字微波枢纽站数字微波枢纽站 246.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波终端站数字微波终端站n位于线路两端或分支线路终点的微波站。在位于线路两端或分支线路终点的微波站。在SDH微微波终端站设备中包括发信端和收信端两大部分。波终端站设备中包括发信端和收信端两大部分。nSDH微波终端站的发信端主要负责完成主信号的
12、发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、调制、发信混频和发信功率方法等。信基带处理、调制、发信混频和发信功率方法等。nSDH微波终端站的收信端主要负责完成主信号的低微波终端站的收信端主要负责完成主信号的低噪声接收、解调以及收信基带处理。噪声接收、解调以及收信基带处理。256.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波中继站数字微波中继站p数数字字微微波波中中继继站站指指的的是是位位于于线线路路中中间间的的微微波波站站。依依据据对对信信号号的的处处理理方方式式不不同同，又又可可将将中中继继站站分分为为中中间间站站和和再再生生中中继继站站，再再生生中中继继站站又又
13、包包括括上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。p数字微波中继站的中继方式数字微波中继站的中继方式p基带中继（再生转接）基带中继（再生转接）p外差中继（中频转接）外差中继（中频转接）p干脆中继（射频转接）干脆中继（射频转接）266.3.1 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276.3.1 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286.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成干脆中继（射频转接）干脆中继（射频转接）方式方式296.3.1 中继通信线路与设
14、备组成中继通信线路与设备组成p数字微波分路站数字微波分路站n数数字字微微波波分分路路站站指指的的是是位位于于线线路路中中间间的的微微波波站站，既既可可以以上上、下下某某收收、发发信信波波道道的的部部分分支支路路，也也可可以以沟沟通通干干线线上上两两个个方方向向之之间间的的通通信信。由由于于在在此此站站上上能能够够完完成成部部分分波波道道信信号号的的再再生生，因因此此该该站站应应配配备备有有SDH微微波波传传输输设设备备和和SDH分分插插复复用用设备（设备（ADM）。）。306.3.1 中继通信线路与设备组成中继通信线路与设备组成p数字微波枢纽站数字微波枢纽站p数数字字微微波波枢枢纽纽站站指指的
15、的是是位位于于干干线线上上的的、须须要要完完成成多多个个方方向向通通信信任任务务的的微微波波站站。在在系系统统多多波波道道工工作作的的状状况况下下，此此类类站站应应能能完完成成对对某某些些波波道道STM-4信信号号或或部部分分支支路路的的转转接接和和话话路路的的上上、下下功功能能，同同时时也也能能完完成成对对某某些些波波道道STM-4信信号号的的复复接接和和分分接接操操作作，假假如如须须要要，还还能能对对某某些些波波道道的信号进行再生处理后的再接着传播。的信号进行再生处理后的再接着传播。316.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p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
16、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。p频率配置时应考虑的因素频率配置时应考虑的因素p整个频率的支配要紧凑，使得每个频段尽可能获得充分利用。整个频率的支配要紧凑，使得每个频段尽可能获得充分利用。p在在同同一一中中继继站站中中，一一个个单单向向传传输输信信号号的的接接收收和和放放射射必必需需运运用用不同的频率，以避开自调干扰。不同的频率，以避开自调干扰。p在在多多路路微微波波信信号号传传输输频频率率之之间间必必需需留留有有足足够够的的频频率率间间隔隔以以避避开不同信道间的相互干扰。开不同信道间的相互干扰。p因因微微波波天天线
17、线和和天天线线塔塔建建设设费费用用很很高高，多多波波道道系系统统要要设设法法共共用用天天线线，因因此此选选用用的的频频率率配配置置方方案案应应有有利利于于天天线线共共用用，达达到到既既能使天线建设费用低又能满足技术指标的目的。能使天线建设费用低又能满足技术指标的目的。326.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p单波道的频率配置单波道的频率配置p二频制频率安排二频制频率安排 p四频制频率安排四频制频率安排 336.3.2 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安排二频制频率安排二频制频率安排二频制频率安排 346.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置四频制频
18、率安排四频制频率安排四频制频率安排四频制频率安排 356.3.2 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越站干扰越站干扰 366.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p多波道的频率配置多波道的频率配置n n收发频率相间排列收发频率相间排列收发频率相间排列收发频率相间排列n n收发频率集中排列收发频率集中排列收发频率集中排列收发频率集中排列376.3.2 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收发频率相间排列收发频率相间排列:386.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置收发频率集中排列收发频率集中排列收发频率集中排列收发
19、频率集中排列:396.3.2 微波波道及其频率配置微波波道及其频率配置p频率再用频率再用p频频率率再再用用是是一一种种提提高高频频道道利利用用率率的的常常用用技技术术。由由微微波波的的极极化化特特性性可可知知，利利用用两两个个相相互互正正交交信信号号的的极极化化方方式式（如如水水平平极极化化和和垂垂直直极极化化）可可以以削削减减它它们们之之间间的的干干扰扰，由由此此可可以以对对微微波波波波道道实实行频率再用。行频率再用。p在在微微波波通通信信系系统统中中，频频率率再再用用就就是是在在相相同同和和相相近近的的波波道道频频率率位位置置，借借助助不不同同的的极极化化方方式式来来增增加射频波道数量。加
20、射频波道数量。p频率再用方案频率再用方案p同波道型频率再用同波道型频率再用p插入波道型频率再用插入波道型频率再用 406.3.2 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 416.3.2 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 426.3.3 发信设备发信设备p干脆调制式发信机干脆调制式发信机p变频式发信机变频式发信机 436.3.3 发信设备发信设备p发信机的主要性能指标发信机的主要性能指标n工作频段工作频段n输出功率输出功率n频率稳定度频率稳定度446.3.4 收信设备收信设备p收信设备的组成收信设备的组成:456.3.
21、4 收信设备收信设备p收信机的主要性能指标收信机的主要性能指标p工作频段工作频段p收信本振的频率稳定度收信本振的频率稳定度 p噪声系数噪声系数 p通频带通频带p选择性选择性p收信机的最大增益收信机的最大增益 p自动增益限制范围自动增益限制范围 466.3.5 天馈线系统天馈线系统p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。p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接接受受同同轴轴电电缆缆，而而在在厘厘米米波波段段接接受受波导管可以降低馈线损耗。波导管可以降低馈线损耗。p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、微微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当当具具有有较较高高的的极极化化去去耦耦度度和和足足够够的的机械强度。机械强度。47本章小结及学问点本章小结及学问点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