第一章数字微波通信概述

数字微波通信系统授课教师:曾英Email:[e-mail]使用教材:数字微波通信系统作者：唐贤远，邓兴成编著出版社：高等教育出版社授课对象:通信工程0912401-0912402,1012501-1012502授课时数:总64课时;理论:48课时;试验:16课时;授课时间:2012年至2013学年度第一学期先修课程：通信原理主要参考文献:1、姚冬萍编《数字微波通信》北京交通大学出版社2004年2、王贤远编《现代无线通信系统》东南大学出版社2009年3、董金明，林萍实编著《微波技术》机械工业出版社2005年•实验内容与要求•《数字微波通信系统》对实验要求较高，因此，另开有《数字微波通信系统实验》课。本期计划开六个试验。•1．微波发信机系统试验•2．微波收信机系统试验•3．微波锁相振荡器的测试•4．微波压控振荡器的测试•5．微波功分器的测试•6．微波隔离器的测试•实验目的：验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识。培养学生初步掌握微波通信技术的能力。•实验要求：观察现象，验证理论。具备正确处理实验数据的能力，培养运用所学理论解决实际问题的能力、分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。在实验中要求严肃认真的态度和踏实细致、实事求是的作风。•数字微波通信试验主要使用的仪器：频谱分析仪(AT5011A)、扫频仪(DJ1252)、微波通信试验箱（DT-WB-IV）。•课程习题的要求•本课程习题的基本要求是：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念。锻炼独立思考和分析问题的能力。达到掌握微波通信理论的能力。习题的分量占自学时间的三分之一到四分之一，具体数量视习题难易程度而定。考试内容和要求•考核方式：闭卷。•考核范围：所讲授的全部内容•总评成绩：平时成绩占30%，期未考试占70%。第1章数字微波通信概述一、数字微波通信的概念1、微波微波:是指波长为1m--1mm,即频率从300MHz—300GHz范围内的电磁波.2、微波通信:就是利用微波作为载波来携带信息并通过空间电波进行传输的一种无线通信方式.当携带的信息是模拟信号时称为模拟微波通信.当携带的信息是数字信息时称为数字微波通信.3、数字微波中继通信微波中继通信:就是指利用微波作为载波并采用中继（接力）方式在地面上进行无线通信的过程或方式目前数字微波中继通信已成为通信领域中一种重要的传输手段，并与卫星通信、光纤通信一起称为当今三大通信传输技术。所以，若不加说明，本书介绍的内容都是指数字微波中继通信。•无线电波的波段划分及微波通信的常用频段•在微波通信中所使用的频率范围一般为1—40GHz,具体来讲,主要有以下几个波段:•L波段:1.0—2.0GHzC波段4.0—8.0GHz•S波段:2.0—4.0GHzX波段8.0—12.4GHz•Ku波段:12.4—18GHzK波段18—26.5GHz波段名称波长范围频率范围频段名称极长波105m以上3kHz以下极低频超长波105~104m3~30kHz甚低频长波104~103m30~300kHz低频中波103~102m300~3000kHz中频短波102~10m3~30MHz高频超短波10~1m30~300MHz甚高频微波分米波100~10cm300~3000MHz特高频微波厘米波10~1cm3~30GHz超高频微波毫米波10~1mm30~300GHz极高频亚毫米波1~0.1mm300~3000GHz超级高频二、数字微波通信发展概况•微波通信的发展模拟微波→小容量数字微波→中容量数字微波→大容量数字微波二、数字微波通信发展概况•1931年，最初的调幅微波通信设备，1.667GHz。•1947-1951年，4GHz480路电话或一个电视波道的多路微波中继通信系统。•1951年，“TDZ”设备，波长7.5cm,6个宽频带双向波道，每个波道可通一路电视节目或600路电话，后发展为“TD-3”系统，10波道。每个波道1200路电话。•1960年，6GHz宽频带系统，8个波道，每个波道2200路电话或一个彩色电视节目加几百路电话。•20世纪70年代，调频微波通信每个波道扩大为2700路电话。•各国自1965年投入了2,4,6,8,1115,20GHz及毫米波段的数字微波通信系统的研究，调制方式相继出现2PSK,4PSK,8PSK以及16QAM,64QAM等新型的调制和解调方式，传输速率可达几百Mb/s.•我国始于20世纪60年代。•60年代至70年代初，研制了小中容量数字微波通信系统，调制方式以4PSK为主。•80年代，单波道传输数率上升到140Mb/s,调制方式一般为16QAM，自适应均衡，中频合成和空间分集接收等高新技术出现。•80年代后期至今，同步数字序列（SDH）被采用，单波道传输速率达300Mb/s，同波道交叉极化传输，多重空间分集接收和无损伤切换等技术使用。三、数字微波通信的主要特点•数字微波通信的数字通信特点•1、抗干扰能力强，线路噪声不积累（但误码累积）；•2、保密性强，便于加密；•3、便于组成数字通信网•4、设备体积小、功耗低•5、占用频带宽微波通信的特点数字微波通信：准同步数字序列（PDH）微波通信和同步数字序列（SDH）微波通信基本特点：微波、多路、接力•频带宽，传输容量大，适于传送宽频带信号•天线增益高，方向性强•外界干扰小，通信线路稳定可靠•中继通信方式•投资少，建设快，通信灵活性达图1微波中继通信示意图BC中继站中继站终端站终端站A电磁波的传播方式•主要分为地波、天波和视距传播三种。•1、频率较低（大约2MHz以下）的电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播，有一定的绕射能力。这种传播方式称为地波传播。在低频和甚低频段，地波能够传播超过数百千米或数千千米。•2、频率较高（2MHz-30MHz）的电磁波称为高频电磁波，它能够被电离层反射。电离层位于地面上60km-400km之间，它是太阳的紫外线和宇宙射线辐射使大气电离的结果。利用电离层反射的传播方式称为天波传播。•3、频率高于30MHz的电磁波将穿透电离层，不能被反射回来。此外，它沿地面绕射的能力也很小。所以，它只能类似光波那样做视距传播。数字微波通信的缺点•缺点：1、要求传输信道带宽较宽2、产生频谱选择性衰落•四、数字微波通信系统的组成与性能指标1、数字微波通信系统线路的组成终端站、中继站、分路站等完整的数字微波通信系统•组成：用户终端,交换机,数字终端机,微波站。微波站1、微波终端站2、微波中继站3、微波分路站•1.一条数字微波通信线路由:终端站中继站电波空间组成.•2.根据对接受信号的处理方式的不同,中继站又分为:中间站再生中继器分路站枢纽站中继方式：即中继站的工作方式•如下图•数字微波中继通信的中继方式(即中继站的工作方式)分为:1.直接中继（射频转接）接收天线--微波放大--移频--微波放大--发射天线2.外差中继（中频转接）接收天线--低噪声放大--混频--中放--上变频--功放--发射天线3.基带中继（再生转接）接收天线--低噪声放大--混频--中放--解调--基带信号--调制--中放--上变频--功放--发射天线数字微波通信的分类•1、地面微波中继通信•2、一点对多点微波通信•3、微波卫星通信•4、微波散射通信数字微波通信系统的性能指标•1.传输容量比特传输速率码元传输速率•2.频带利用率•3.传输质量比特误码率码元误码率第2章数字微波调制与解调技术•1.7.2数字微波通信系统方框图•见P3图0-21.7.3微波通信系统试验箱方框图调制器可变衰减器70MHz滤波器混频器视频信号锁相本振源带通滤波器功率放大器天线音频信号图1-1发信机系统方框图调制器的原理•实验室的试验箱•为了实现图像和语音信号的同步传播，往往在发送端同时采取幅度和频率两种调制方式。其中，图像采取幅度调制，语音则采取频率调制。同时为了避免相互干扰，采用双载波分别携带两种低频信号。•1．1图像调制•图像视频信号VF对70MHz载波Fp信号进行幅度调制（AM）,其原理见下图所示。AM调制器低频视频VF高频本振载波Fp70MHz已调射频RFpAM调制器原理高频本振载波Fp信号频谱AM已调波RFp信号频谱•1．2语音调制•音频信号SF对63.5MHz载波Fs进行频率调制（FM）,其原理见下图所示。63.5MHz高频载波Fs低频音频SF已调射频RFsFM调制器原理高频载波Fs信号频谱FM已调波RFs信号频谱•1．3信号的合成传播•将两路分别携带图像和语音信号的高频载波合成同时发送，其原理见下图所示。AM调制器低频视频VF高频本振载波Fp70MHzRF双载波AM&FM双载波调制原理合成63.5MHz副载波Fs低频音频SFRF双载波无调制（空载波）AM&FM双载波调制信号频天线低噪声放大器带通滤波器混频器70MHz滤波器锁相本振源70MHz滤波器AGC放大器音频信号解调器收信系统方框图•解调器原理•对于普通的单载波AM信号，由于载波信号的包络反映了调制信号的变化规律，因此常采用非相干解调，即普通的检波方式实现解调。但对于合成双载波调制信号的解调则不能简单地采用这种方式，往往采取“同步检波”（相干解调）。其原理见下图所示。AM检波输出视频VF本振Fp70MHz射频RFFM鉴频输出音频SFAM&FM同步解调原理混频