现代通信系统第2章微波中继通信系统

现代通信系统第2章微波中继通信系统第2章微波中继通信系统现代通信系统第2章微波中继通信系统2本章内容：2.1微波中继系统的概念2.2微波中继通信系统的组成2.3微波中间站的转接方式2.4数字微波中继通信系统设计中的若干问题2.5微波传播特性与微波线路设计现代通信系统第2章微波中继通信系统3当今三大通信传输技术——•数字微波中继通信•卫星通信•光纤通信微波中继通信作为通信网的一种传输方式，可以同其他传输方式一起构成微波、光纤、卫星一体的整个通信传输网。现代通信系统第2章微波中继通信系统4微波中继通信系统在整个通信网中的位置终端卫星通信端局交换中心交换中心交换中心端局终端交换中心光纤通信微波中继交换中心交换中心交换中心交换中心交换中心交换中心微波中继光纤通信卫星通信端局端局终端终端现代通信系统第2章微波中继通信系统52.1微波中继通信的概念微波通信的发展与无线通信的发展是分不开的。微波中继通信是利用微波频率（300MHz~300GHz)作载波携带信息，通过无线电波空间，采用中继（接力）通信方式在地面上进行的无线电通信。现代通信系统第2章微波中继通信系统61、微波通信的频段微波通信是依靠空间电磁波来传递信息的一种通信方式，它是属于无线通信的范畴。无线电磁波是以频率或波长来分类的，波长与频率的关系如下：其中：λ—电磁波波长(m)C—电磁波传播速度3×105(km/s)f—电磁波频率(Hz)C=f现代通信系统第2章微波中继通信系统7电磁波频率不同，波长不同（频率越低，波长越长），其空间传播的特性也不一样，且用途也有不同。•中频：用于广播、通信、导航（机场着陆系统）。采用多元天线可实现较好的方向性，但是天线结构庞大。•高频：用于远距离通信广播，超视距天波及地波雷达，超视距地-空通信。现代通信系统第2章微波中继通信系统8•米波：用于语音广播，移动（包括卫星移动）通信，接力（~50km跳距）通信，航空导航信标，以及容易实现具有较高增益系数的天线系统。微波频段是在较高频段，通常人们所说的微波是指频率在0.3～300GHz范围的电磁波，微波通信利用此频段的电磁波来传递信息。现代通信系统第2章微波中继通信系统9现代通信系统第2章微波中继通信系统10频段名称频率范围波长范围长波（低频）中波（中频）短波（高频）超短波(甚高频)30—300(kHz)300—3000(kHz)3—30(MHz)30—300(MHz)10000—1000(m)1000—100(m)100—10(m)10—1(m)微分米波(特高频)厘米波(超高频)波毫米波(极高频)300MHz—3(GHz)3—30(GHz)30—300(GHz)100—10cm10—1cm1cm—1mm红外线(光波)＞300(GHz)＜1mm电磁波频段分类现代通信系统第2章微波中继通信系统11•分米波（特高频）：用于电视广播，飞机导航、着陆，警戒雷达，卫星导航，卫星跟踪、数传及指令网，蜂窝无线电通信。•厘米波（超高频）：用于多路语音与电视信道，雷达，卫星遥感，固定及移动卫星信道。•毫米波（极高频）：用于短路径通信，雷达，卫星遥感。现代通信系统第2章微波中继通信系统12地球表面是个曲面，且天线所架高度有限，发信端发出的电磁波会受到地面的阻挡。在一定天线高度的情况下，为了克服地球的凸起而实现远距离通信，必须采用中继接力的方式，两个通信点(信号转节点)间设立中继站，即所谓的视距通信。否则A站发射出的微波射线将远离地面而根本不能被D站接收。现代通信系统第2章微波中继通信系统13微波中继接力的方式BC中继站中继站终端站终端站AD终端站终端站中继站中继站现代通信系统第2章微波中继通信系统142、采用中继方式的原因（1）微波传播具有视距传播特性。微波波长短，接近于光波，具有与光一样的传输特性，因此微波在自由空间中只能沿直线传播,其绕射能力很弱,且在传播中遇到不均匀的介质时,将产生折射和反射现象。（2）微波传播有损耗，在远距离通信时有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大和发送。现代通信系统第2章微波中继通信系统153、微波中继通信的作用目前，世界上许多国家都把微波中继通信作为其通信网的主要传输手段之一。模拟微波中继通信逐渐被数字微波中继通信取代。数字微波通信是指利用微波携带数字信息，通过电波空间，同时传送若干相互无关信息，并进行再生中继的通信方式。现代通信系统第2章微波中继通信系统16微波中继通信主要用来传送长途电话信号、宽频带信号（如电视信号）、数据信号、移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号等，还可用于通向孤岛等特殊地形的通信线路以及内河船舶电话系统等移动通信的入网线路。现代通信系统第2章微波中继通信系统17微波通信自第二次世界大战后期开始应用，历经由模拟到数字，使用频段由低频段向高频段的发展，其频谱利用率也不断由于技术的进步而得到不断的提高，应用领域也由长途电信、彩色电视传输，拓展到一点多址、无线接入、无线局域网等领域，微波通信的发展应用历程，是它特点的充分体现。现代通信系统第2章微波中继通信系统184、微波中继通信的特点（1）通信频段的频带宽，传输信息容量较大微波频段占用的频带约300GHz，而全部长波、中波和短波频段占有的频带总和不足30MHz，前者是后者的10000多倍。占用的频带越宽，可容纳同时工作的无线电设备就越多，通信容量也就越大。现代通信系统第2章微波中继通信系统19一套短波通信设备一般只能容纳几条话路同时工作，而一套微波中继通信设备可以容纳几千甚至上万条话路同时工作，并可传输电视图像等宽频带信号。现代通信系统第2章微波中继通信系统20（2）受外界干扰的影响小工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活动对微波频段通信的影响小（当通信频率高于100MHz时，这些干扰对通信的影响极小），但这些干扰源严重影响短波以下频段的通信。因此，微波中继通信信号比较稳定和可靠。现代通信系统第2章微波中继通信系统21（3）通信灵活性较大微波中继通信采用中继方式，可以实现地面上的远距离通信，并且可以跨越沼泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境。在遭遇地震、洪水、战争等灾祸时，通信的建立、撤收及转移都比较容易，这些方面比电缆通信具有更大的灵活性。现代通信系统第2章微波中继通信系统22（4）天线增益高、方向性强中继通信可以减小对发射功率的要求而获得满意的通信效果。另外，由于微波具有直线传播特性，因此，可利用微波天线把电磁波聚集成很窄的波束，使微波天线具有很强的方向性，以减少通信中的相互干扰。现代通信系统第2章微波中继通信系统23（5）投资少、建设快在通信容量和质量基本相同的条件下，按话路公里计算，微波中继通信线路的建设费用不到同轴电缆通信线路的一半，而且还可以节省大量的有色金属，另外，建设时间也比后者短。现代通信系统第2章微波中继通信系统24（6）中继传输在微波波段，电磁波按直线传播，要进行远距离长途通信时，就必须采用中继(接力)传输方式，将信号多次转发，才能到达接收点。如一条2500km的微波线路，中间大约有中继站50个。现代通信系统第2章微波中继通信系统252.2微波中继通信系统的组成通信线路由终端站、中间站和再生中继站及电波空间组成。现代通信系统第2章微波中继通信系统26一条微波中继信道主干线可以长达几百公里甚至几千公里，支线可以有多条。除了在线路未端设置微波终端站外，还在线路中间每隔一定距离设置若干微波中继站和微波分路站。现代通信系统第2章微波中继通信系统27通信线路的组成主干线支线微波终端站微波分路站主干线支线微波终端站微波中继站微波中间站现代通信系统第2章微波中继通信系统281.微波中继通信系统的主要设备（1）用户终端用户终端是逻辑上最靠近用户的输入／输出设备，是用户使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调度电话机等。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。现代通信系统第2章微波中继通信系统29微波终端站微波中继站数字终端站交换机用户终端数字终端站微波终端站微波中继站微波分路站数字分路终端站交换机用户终端微波终端站数字终端站用户终端交换机数字分路终端站微波分路站微波中继站微波终端站数字终端站交换机用户终端交换机用户终端微波中继通信线路组成现代通信系统第2章微波中继通信系统30（2）交换机交换机既可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），又可通过微波中继通信线路实现本地用户终端与远地（对端交换机所辖范围）用户终端之间的业务互通。交换机配置在微波终端站或微波分路站。现代通信系统第2章微波中继通信系统31（3）终端复用设备终端复用设备的基本功能是将交换机送来的多路信号或群路信号进行适当变换，然后送到微波终端站或微波分路站的发信机；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。模拟微波中继通信系统的终端复用设备是频分多路载波机；数字微波中继通信系统的终端复用设备是时分多路数字终端机。终端复用设备配置在微波终端站或微波分路站。现代通信系统第2章微波中继通信系统32（4）微波站微波站的基本功能是传输来自终端复用设备的群路信号。按其与终端复用设备的连接关系，微波站分为终端站、分路站和中继站。现代通信系统第2章微波中继通信系统33微波站的类型（中继站）现代通信系统第2章微波中继通信系统34处于线路两端或分支线路终点的站称为终端站。终端站的任务是将复用设备送来的基带信号或由电视台送来的视频及伴音信号，调制到微波频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信号解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的视频信号及伴音信号送往电视台。在此站可上、下全部支路信号。现代通信系统第2章微波中继通信系统35现代通信系统第2章微波中继通信系统36在线路中间，不上、下话路的中间站称为中继站。可分为再生中继站、中频转接站、射频有源转接站和无源转接站。此站无用户终端、交换机、终端复用设备，只对信号进行解调、判决、再生至下一方向发信机。微波中继站和分路站统称微波中间站。任务是完成微波信号的转发和分路。现代通信系统第2章微波中继通信系统37现代通信系统第2章微波中继通信系统38在长途线路中间，除了可以在本站上、下某收、发信波道的部分支路外，还可以沟通干线上两个方向之间通信的站称为分路站。在此类站，亦有部分波道的信号需再生后继续传输。当两条以上的微波中继通信线路在某一微波站（配有交叉连接设备）交汇时，可以沟通干线上数个方向之间通信，该微波站称为枢纽站（能上、下话路），它具有通信枢纽功能。微波分路站和枢纽站统称微波主站。现代通信系统第2章微波中继通信系统39现代通信系统第2章微波中继通信系统40现代通信系统第2章微波中继通信系统41微波站的主要设备包括发信设备、收信设备、天馈系统、电源设备以及保障通信线路正常运行和无人维护所需要的监测控制设备等。现代通信系统第2章微波中继通信系统42发信设备的组成数字微波发信设备可以有如下两种组成方案：①射频调制发射机来自数字终端机的数字信号经过码型变换后，直接对微波（射频）载波进行调制，然后经过功放和微波滤波器送到天馈系统，由天线发射出去。现代通信系统第2章微波中继通信系统43②中频调制发射机来自数字终端的信号经过码型变换后，在中频调制器中对中频载波（70MHz或140MHz）进行调制（数字相位调制），获得中频调制信号。然后通过功率中放，把中频信号放大到规定要求的功率电平，经上变频器变换为微波调制信号，再经微波功放、微波滤波器馈送到天线，由发射天线发射出去。现代通信系统第2章微波中继通信系统44(a)微波调制发射机方框图中频振荡器中频调制器功率中放上变频器微波功放微波滤波器码型变换微波本振信码入微波振荡器微波调制器微波功放微波滤波器码型变换信码入(b)中频调制发射机方框图微波调制发射机的组成现代通信系统第2章微波中继通信系统45数字微波收信设备数字微波收信设备由射频系统、中频系统和解调系统三部分组成。来自接收天线的微波微弱信号经过馈线、微波滤波器、低噪声放大器和本振信号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大、滤波后，送到解调单元，实现信码