第2章2微波中继通信系统
无线通信—微波和卫星通信(现代通信技术课件)
• 频分多址 • 时分多址 • 空分多址 • 码分多址
卫星通信多址方式
卫星通信系统
• 卫星通信系统的线路
– 在一个卫星通信系统中，各地球站经过通信卫星转发器可以组成多条 单跳单工或双跳单工卫星通信线路。
– 单工是指通信的双方分别被固定为发信站和收信站。 发信站发送的信 号只经一次卫星转发后就被接收站接收的卫星通信线路叫做单跳单工 卫星通信线路。
– 发信站发送的信号经过两次卫星转发后被接收站接收的卫星通信线路 叫做双跳单工卫星通信线路。
卫星通信系统
卫星通信系统的分类
– 同步卫星通信系统(GEO)
• 卫星绕地球的运行周期与地球自转同步，而对地 球应相对静止，又称为静止轨道卫星系统。
– 非同步卫星通信系统
• 中轨道卫星系统(ICO或MEO) • 高轨道卫星系统(HEO) • 低轨道卫星系统(LEO)
同步通信卫星的设置和可通信区
• 通信卫星一般是指同步卫星， 同步卫星的轨道是圆形且在赤 道平面上，同步卫星离地面 35785.6公里，飞行方向与地 球自转方向相同时，从地面上 任意一点看，卫星都是静止不 动，这种对地静止的卫星称为 通信卫星。利用三或四颗同步 卫星，就能够使信号基本覆盖 地球的表面。
5.微波设备 微波设备主要由IDU、ODU、中频电缆、天线等部分组成
IDU是室内单元，Indoor Unit。ODU是室外单元， Outdoor Unit。 中频是指发射机将信号载 波变换成发射频率，或者 将接收频率变换成基带的 一个中间频率，一般由系 统架构决定。 而射频，就是天线发射出 去的、在空中传播的电磁 波信号频率。
微波通信
5.微波设备组成
IDU负责完成业务接入、复分接 和调制解调，在室内将业务信
微波通信系统概述
旁瓣干扰示意图
解决方法：调整相邻各站天线指向的相对角度。为了 使同频邻站干扰低于60dB，要求线路拐弯、分支处的 夹角不小于90˚；或采用正交极化配置的方法来补偿， 但其夹角也不宜小于70˚。此外，在线路分支处，通过 采用不同的频率配置，可以使夹角的限制条件放宽或 不再受限制。
系统外部干扰
系统外部干扰包括其它无线电设备(如雷 达、卫星通信设备等)辐射的频段相近的 电磁波和工业设备的杂散辐射电磁波。
四频制单波道频率配置
采用四频制方案时，没有反向干扰问题，但仍 然存在越站同频干扰问题，且其占用频带比二 频制方案宽一倍。
交错制多波道频率配置
相邻波道的发信或收信频差(80MHz)是同一波道收发频差 (40MHz)的两倍，因而较易实现分波道滤波，但由于收发频差 不太大，为保持发射方向和接收方向之间有足够的衰减，对带 通滤波器的频带特性要求较高。此外，交错排列的6个收信频 率和6个发信频率布满整个频段，发射天线和接收天线很难做 到宽频带内的阻抗匹配，因而各中间站需要设置多副天线。
微波中继通信系统组成
微波中间站的转接方式
(1)基带转接方式 (2)中频转接方式 (3)微波转接方式
基带转接方式
基带转接方式可以直接上、下话路，是微波分 路站和枢纽站必须采用的转接方式。采用这种 转接方式的中间站的设备与终端站可以通用。
中频转接方式
中频转接不需调制、解调器，简化了设备，且没有调 制和解调引入的失真和噪声；其发本振和收本振采用 移频振荡方案，降低了对本振稳定度的要求。但中频 转接不能上、下话路，不能消除噪声积累。对于不需 要上、下话路的中继站，可以采用中频转接方式，如 模拟微波中继通信系统就常用这种方式。
短波天波传播示意图 微波传播示意图
基于微波和毫米波的无线通信系统研究
基于微波和毫米波的无线通信系统研究第一章绪论近年来，随着无线通信技术的不断发展和应用，人们对通信系统的要求不断提高。
无线通信系统需要有更高的数据传输速率和更高的可靠性。
为此，微波和毫米波无线通信系统逐渐成为无线通信发展的主要方向。
通过利用微波和毫米波通信技术，可以实现更高的数据传输速率和更高的可靠性。
本文将从微波和毫米波通信技术的基本原理、信号传输、调制解调、天线设计、传输机制等多个方面展开探讨和研究无线通信系统。
第二章微波通信技术微波通信是一种高频率的无线电通信技术，其频率范围在300MHz至300GHz之间。
微波通信系统主要由发射机、接收机、天线、传输媒介等多个部分组成，通过这些部分的互相作用，实现数据的传输和通信。
微波通信系统的主要特点是传输距离较短，但传输速率非常快。
由于微波信号的波长非常短，因此在传输中的衰减非常小，可以实现更高的传输速率和更高的可靠性。
第三章毫米波通信技术毫米波通信技术是一种高频率的无线电通信技术，其频率范围在30GHz至300GHz之间。
毫米波通信系统主要由发射机、接收机、天线、传输媒介等多个部分组成，通过这些部分的互相作用，实现数据的传输和通信。
毫米波通信系统的主要特点是传输距离较短，但传输速率非常快。
由于毫米波信号的波长非常短，因此在传输中的衰减非常小，可以实现更高的传输速率和更高的可靠性。
毫米波通信技术与微波通信技术相比，具有更高的频率和更小的波长，因此在传输中的衰减更小，可以实现更高的传输速率和更高的可靠性。
但是，由于毫米波信号的传输距离较短，因此需要更多的中继站来加强信号和扩展传输距离。
第四章信号传输在无线通信系统中，信号传输是非常关键的一部分。
信号传输可以通过调制解调、编解码、信道编码等技术来实现。
调制解调技术是数据传输的基础技术之一。
调制是指将数字信号转换成模拟信号，并将其传输到接收端。
解调是指将接收到的模拟信号转换成数字信号，以便进行数据解读。
调制解调技术可以实现更高的传输速率和更高的可靠性。
微波通信原理演示幻灯片
天线参数
频段
天线口径
增益
典型性能
33
1.5 衰落
微波传播必须采用直射波，接收点的场强是直射空间波与地面反 射波的叠加。传播媒介质是地面上的低空大气层和路由上的地面 、地物。当时间(季节、昼夜等)和气象(雨、雾、雪等)条件发生 变化时，大气的温度、湿度、压力和地面反射点的位置、反射系 数等也将发生变化。这必然引起接收点场强的高低起伏变化。这 种现象，叫做电波传播的衰落现象。显然衰落现象具有很大的随 机性。
也可以在微波频段直接调制，但调制限于PSK； 6.微波通信的理论基础是电磁场理论；
8
1.4.1 不同的传输方法
同轴电缆
微波
MUX
卫星 光缆
MUX
9
微波设备 电话/数据图像等信息
A站
微波设备 电话/数据/图像等信息
B站
数字微波点对点传输模型
10
微波 设备
电话 / 数据 图像等信息
A站（端）
微波 设备
其中 a 为反射板有效面积 m 2
a Acos2
反射板无源
d 2 （km）
15
无源中继站（实物照片）
反射板式无源中继站 Plane reflectors
双抛物面无源中继站 Parabolic reflectors
16
应用范围
宏蜂窝、微蜂窝网络传输 专用网 接入网 临时话音或数据链路 传输线的备份
2. 普通无线电波会被高空的电离层所吸收或被反射回来，而微波则 能够穿过电离层至外层空间。电视广播、卫星通信、宇宙航行， 射电天文学，以及受控热核反应中的等离子体的参数测量等，都 是利用了微波的这一特性才得以实现的；
3. 微波的频率很高，因此可利用的频带较宽、信息容量大，从而使 微波通信得到了广泛的应用和发展。
现代通信系统新技术(第二版)课后答案
2.1 SDH帧结构分哪几个区域?各自的作用是什么?分为信息净负荷、段开销和管理单元指针。
作用：信息净负荷负责对打包的货物（低阶通道）进行通道性能监视、管理和控制；段开销是为了保证信息净负荷正常传送；管理指针单元是用来指示净负荷中信息起始字节的位置。
2.2通过STM1帧结构计算STM-1、SOH和AU-PTR的速率。
2.3简述数字复接原理。
把若干个小容量低速数字流合并成一个大容量高速数字流，然后通过高速信道传到对方后再分开。
2.4数字复接器和分接器的作用是什么?复接器是把两个以上的低速数字信号合并成一个高速数字信号；分接器是把高速数字信号分解成相应的低速数字信号。
2.5准同步复接和同步复接的区别是什么?同步复接是输入端的各支路信号与本机定时信号是完全同步的；准同步复接是存在一个很小的容差。
2.6为什么数字复接系统中二次群的速率不是一次群(基群)的4倍?因为四个基群的码元速率存在偏差，在复接前必须进行码速调整，同时还需要加入同步码。
2.7采用什么方法可以形成PDH高次群?采用数字复接来形成PDH高次群。
2.8为什么复接前首先要解决同步问题?因为如果不解决同步问题的话，直接将几个低次群进行复接，就会产生重叠和错位，在接收端不可能完全恢复。
2.9数字复接的方法有哪几种?PDH采用的是哪一种?同步复接和异步复接。
PDH采用的是异步复接。
2.10为什么同步复接要进行码速变换?简述同步复接中的码速变换与恢复过程。
因为只有当几个低次群的数码率统一在主时钟的频率上才可实现同步复接，而进行码型变换，即在码流中插入附加码，可使系统码速相等。
二次群速率：8448 kb/s；基群变换速率：8448/4=2112 kb/s；码速变换：为插入附加码留下空位且将码速由2048 kb/s提高到2112 kb/s；插入码之后的子帧长度：=(2112×103)×T=(2112×103)×(125×10-6)=264 bit；插入比特数：256(原来码)=264 256=8 bit；插入8 bit的平均间隔时间(按位复接)：256/8 = 32 bit；码速恢复：去掉发送端插入的码元，将各支路速率由2112 kb/s还原成2048 kb/s；2.11异步复接中的码速调整与同步复接中的码速变换有什么不同?码速调整插入脉冲要视具体情况，不同支路、不同瞬时数码率、不同的帧，可能插入也可能不插入脉冲(不插入脉冲时，此位置为原信息码)，且插入的脉冲不携带信息。
微波中继通讯
从总体上看，吸收损耗随频率的增加而加大； 在 l0GHz以下，链路附加损耗较小且平坦； 频率超过12GHz后，损耗上升很快。
微波通信的基本概念
衰落及抗衰落技术
雨雾衰减：
由于雨、雾、雪能对电波能量 的吸收，微小水滴产生导电电 流和定向辐射能量的散射。这 种作用对5CM（即6GHZ）以下 的微波才有明显作用，长于此 波长的可不考虑。 一般情况10GHz 以下频段，雨 雾衰落还不太严重，通常在两 站间的这种衰落仅有几个dB。 但10GHZ以上频段，中继段间 的距离将受到降雨衰耗的限制， 不能过长。
微波通信的基本概念
微波通信的常用频段
微波既是一个很高的频率，同时也是一个很宽的频段，在微 波通信中所使用的频率范围一般在1GHz～40GHz? 3GHz～ 30GHz? 7GHz ～ 38GHz?，具体来讲，主要有以下几个频段：
L波段 1.0——2.0GHz S波段 2.0——4.0GHz C波段 4.0——8.0GHz x波段 8.0——12.4GHz Ku波段12.4——18GHz K波段 18——26.5GHz
微波通信的基本概念
衰落及抗衰落技术
雨衰与频率的关系---随着频率的增高而加大。
• 通常在10GHz以上频段，雨衰影响不容忽视。 雨衰的大小:雨量、电波传 播时穿过雨区的有效距离。
在暴雨时，由于雨滴不再是 球形，将对电波的极化也将 产生影响
例：浓雾情况，波长大于 4cm(f<7.5GHz)，跨距50Km 的散射衰减为3.3dB。
微波通信的基本概念
微波通信的起源和发展
微波技术是第二次世界大战期间围绕 着雷达的需要发展起来的，由于具有 通信容量大而投资费用省、建设速度 快、安装方便和相对成本低、抗灾能 力强等优点而得到迅速的发展。20世 纪40年代到50年代产生了传输频带较 宽，性能较稳定的模拟微波通信，成 为长距离大容量地面干线无线传输的 目前，单波道传输速率可达300Mbit/s以上， 主要手段，其传输容量高达2700路， 为了进一步提高数字微波系统的频谱利用率， 而后逐步进入中容量乃至大容量数字 使用了交叉极化传输、无损伤切换、分集接 微波传输。80年代中期以来，随着同 收、高速多状态的自适应编码调制解调等技 步数字序列（SDH）在传输系统中的推 术，这些新技术的使用将进一步推动数字微 广使用，数字微波通信进入了重要的 波通信系统的发展。因此，数字微波通信和 发展时期。 光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传 输的三大支柱。
《现代通讯系统》课件(第三章-微波中继通信系统)
本课件介绍微波通信及中继系统的基本概念，包括传输链路、参数设计、数 字化、应用领域等方面，旨在加深对现代通讯技术的理解。
微波通信的基本概念
微波通信的定义
微波通信是指利用微波电磁波进行通信的方法。
微波信道的特点
信道宽带大、传输速率快、免受电磁干扰等。
微波通信与其他通信方的比较
与有线通信比较，微波通信无需线路，安装方便；与卫星通信比较，微波通信无需面向卫星 天线，使用成本更低。
微波中继数字化的应用
主要应用在高速率通信和高质量 音频广播领域。
微波通信系统的应用领域
1 微波通信系统的应用领域
主要应用在军事通信、铁路通信、航空与航海通信、广播电视传输等。
2 微波通信系统的优势和短处
传输距离远，速度快，但受气象条件限制较大。
3 微波通信系统的未来发展方向
数字化技术的应用以及对天气干扰的优化处理等。
总结
1
微波通信的优越性
高速率、宽带、传输距离远。
2
微波中继系统的参数设计
需要综合考虑多种因素，如信道距离、频带等。
3
微波数字化在通信领域中的应用
在高速率通信及音频广播方面得到广泛使用。
需要多方面考虑，如信道距离、传输功 率、功率增益等。
中继站的功率放大器设计
需要根据传输信道特性以及信号的频带 和传输距离等因素进行设计。
微波中继通信系统的数字化
微波中继通信数字化的背 景和意义
数字化可以提高通信的可靠性和 数字处理的能力。
微波中继数字化的实现技 术和方法
主要有软件无线电、直接数字频 率合成和数字化下变频等。
微波中继系统的组成
微波中继系统的功能 和特点
实现超距离、高速率的通信。
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
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。
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
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。
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
发信设备的组成
交换 交换 中心 中心
端局 端局
终端 终端
交换 交换 中心 中心 光纤通信 光纤通信
交换 交换 中心 中心
卫星通信 卫星通信
微波中继通信系统在整个通信网中的位置
4
现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
2.1 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。
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
（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。
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4、天线的输入阻抗
• 天线的输入阻抗为输入端电压与输 入端电流之比。
• 为使天线能获得最大的功率，应使 天线输入阻抗与馈线特性阻抗匹配。
5、工作频带
• 天线的各种电性能参数不超过允许 范围时，所对应的工作频率宽度即 为天线工作频带。
• 对频分双工的收发共用天线，必须 考虑天线的工作频带宽度。
6、天线极化方式
• 分为线极化天线、圆极化天线和椭 圆极化天线；
• 基站多采用线极化方式，又分为垂 直极化和水平极化方式；
微波天线的主要电气参数
• 天线增益（dBi） 在输入功率相等的条件下，实际天线与理想
的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率 密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集 中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的 关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。
• 机械下倾：小于10度
• 电调下倾：角度可调，后瓣同时下 倾
2、天线效率
• 天线效率定义为：天线辐射功率Pr 与天线输入功率Pin之比；
• 天线辐射功率与所消耗的功率Ps之 和为输入功率。
3、天线的增益
• 天线增益系数是方向系数与天线效 率的乘积，方向图主瓣越窄，副瓣 越小，增益就越高。
• 在同等条件下，天线增益越高，电 波传播的距离越远，示天线的辐射或接收强 度随空间方向的对应关系
全向天线
• 全向天线由 于其无方向 性，所以常 用在一点对 多点通信的 中心台。
定向天线
定向天线具有 最大辐射或接 收方向，因此 能量集中，增 益相对较高， 适合于远距离 点对点通信。
波瓣宽度
天线方向图的最大辐射功率所在的 波瓣称为主瓣，其余为副瓣 主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度 降低3 dB的两点间的夹角定义为波 瓣宽度
天线最直接的参数
微波天线的主要电气参数
• 前后比
前后比即天线后向(180 °± 30 °的范围内)的副瓣电平与前 向最大波束电平之差.它表明了 天线对后瓣抑制的能力.前后比 低的天线,天线后瓣有可能产生 越区覆盖,导致切换关系混乱,产 生掉话.一般来说,前后比在18～ 45dB之间,工程中一般应选用前 后比为30dB的天线。
1. 天线技术
工作原理: • 基本功能: 辐射和接收无线电波
• 发射: 把高频电流转换为电磁波 • 接收: 把电滋波转换为高频电流
工作原理:
根据电磁场理论，当导体通过高频电 流时会在周围空间产生电场和磁场
当导体长度足够大（能够与波长相比 拟时），就能使电磁波有效辐射出去
工作原理:
• 电磁波从发射天线辐射出来后，向四面传 播出去形成电磁场
天线的种类
• 按工作频段分：短波、超短波、 微波
• 按用途分：基地台、移动台 • 按方向性分：全向、定向 • 按结构分：线状、面状、天线阵
列
2. 分集接收技术
分集接收技术
• 掌握分集技术的基本概念； • 理解每一种不同的分集方式
和合并方式； • 了解其它分集方式的含义
概念
分集是指分散传输和集中接收。 分集接收是指接收端对它收到的经过
• 决定天线性能因素有些与天线本身无关， 如天线架设高度等。
• 有些因素与天线的设计生产工艺相关，这 些因素称为天线参数。
主要的天线参数
• 方向图 • 增益 • 工作频带
效率 输入阻抗 极化方式
1、天线的方向性
• 天线对空间不同方向具有不同的辐射或接 收能力，这就是天线的方向性。
• 在水平面上，辐射与接收无最大方向的天 线称为全向天线，有一个或多个最大方向 的天线称为定向天线。
多个相互独立路径传输的信号进行 特定的处理来减小衰落的深度与持 续时间的方法。
独立衰落信号的特点
• 如果一条无线传播路径中的信号经历 了深度衰落，而另一条相对独立的路 径中可能仍包含着较强的信号。
t
分集接收的含义
• 分散传输：使接收端能获得多 个统计独立的、携带同一信息 的衰落信号；
• 集中接收：把收到的多个统计 独立的衰落信号进行合并以降 低衰落的影响。
• 在交变电磁场中放置一导线，在电磁波的 作用下，导线会产生感应电动势
• 该导线与接收设备相连，在接收设备的输 入端就会产生高频电流
天线的互易原理：
• 发信天线和收信天线都属于能量变换器， 具有“可逆性”
• 天线用作发信时的参数和收信时的参数保 持不变，这就是天线的互易原理
天线参数
• 天线的性能主要关心其信号覆盖范围和辐 射强度。
传播方向
30dB 60dB
微波天线的主要电气参数
•驻波比
驻波比全称为电压驻波比。 在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线 与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折 回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。 SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 反射系数K=(R-r)/(R+r) 驻波比总是大于1的。
水平波瓣 全向天线的水平波瓣宽度为360度
后瓣 第一副瓣
主瓣
垂直波瓣 • 基站定向天线的垂直波瓣宽度为10
度左右； • 对于同一种类的天线，增益相同时，
水平波瓣越宽，垂直波瓣就越窄； • 较窄的垂直波瓣会在基站近端产生
信号“死区” 。
天线下倾调整
• 限制信号在所服务的小区范围内， 减小“死区”，降低对其它小区的 干扰。
分集方式分类
• 宏分集：减小大尺度衰落的分集技 术；
– “多基站”分集
• 微分集：减小小尺度衰落影响的分 集技术。
微分集的种类
• 空间分集 • 时间分集 • 频率分集 • 极化 分集 • 角度分集
1、空间分集
❖空间分集的依据在于快衰落的空间独立性。 ❖空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为
d的天线，间隔距离d与工作波长、地物及天 线高度有关，在移动信道中， 通常取：
❖使用水平和垂直两个正交的分集支路， 也称正交极化分集；
❖可看作是一种特殊的空间分集方式， 只使用两副天线，且天线间距缩短。
市区 d=0.5λ 郊区 d=0.8λ
空间分集工作示意图
1
G1
切换
2
G1
逻辑
或解
输出
m
调器
天线
G1
可变增益
2、频率分集
• 频率分集方式是指用两个或两个以上 的频率来传送相同的信息的方式。
• 频率分集的工作原理是基于在信道相 干带宽之外的频率上不会出现同样的 衰落。
3、极化分集
❖基本工作原理：空中的水平极化和垂 直极化路径是非相关的。