现代通讯系统课件第三章 微波中继通信系统
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第三章微波中继通信系统3-3
收端定时系统的主要任务： 收端定时系统的主要任务： 1、再生：从收总信码中提取主时钟 、再生： 和总信码的再生。 和总信码的再生。 2、产生收端的分路定时脉冲及各种 、 时间信号。 时间信号。 3、同步的建立。 、同步的建立。
（二）八路帧结构
一帧的周期为1ms，当总数码率为256Kb/S时 一帧共256个码 一帧的周期为1ms，当总数码率为256Kb/S时，一帧共256个码 1ms 256Kb/S 256 当数码率为128Kb/S 128Kb/S时 一帧共128个码位。 128个码位 位；当数码率为128Kb/S时，一帧共128个码位。 四帧组成一个复帧，一个复帧的周期为4ms 4ms。 四帧组成一个复帧，一个复帧的周期为4ms。 每帧由T0~T7时隙组成，其中，T1~T7时隙分别为 T0~T7时隙组成 时隙分别为1 话路时隙， 每帧由T0~T7时隙组成，其中，T1~T7时隙分别为1～7话路时隙， 当总数码率为256Kb/S 256Kb/S时 每路各占32Kb/S 当总数码率为128Kb/s 32Kb/S； 当总数码率为256Kb/S时，每路各占32Kb/S；当总数码率为128Kb/s 每路各占16Kb/s 16Kb/s。 时，每路各占16Kb/s。 T0时隙又分为T01（ 时隙又分为T01 T02（ ）。当数码率为256Kb/S时 当数码率为256Kb/S T0时隙又分为T01（奇）和T02（偶）。当数码率为256Kb/S时， T01时隙为复帧专用码 16Kb/S）时隙，T02为勤务话路 时隙为复帧专用码（ 为勤务话路（ T01时隙为复帧专用码（16Kb/S）时隙，T02为勤务话路（也称为 16Kb/S，）时隙， T01和T02时隙脉冲是交替出现的 ，）时隙 时隙脉冲是交替出现的； “0”路，16Kb/S，）时隙，且T01和T02时隙脉冲是交替出现的； 当数码率为128Kb/S 128Kb/S时 没有勤务话路时隙。 当数码率为128Kb/S时，没有勤务话路时隙。
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。
微波通信基本原理ppt课件
几个基本概念 费涅耳半径(The Fresnel Radius)
T
F1
R
d1 P
d2
d
图1
第一费涅耳区半径
F1=（λd1d2/d）1/2 F2=（2λd1d2/d）1/2
= (2)1/2 F1
...... Fn=（nλd1d2/d）1/2
= (n)1/2 F1
微波通信的基本原理
• 几个基本概念 • 自由空间的电波传播 • 各种衰落及抗衰落技术 • 微波通信对设计的要求 • 干扰信号
几个基本概念
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)
费涅耳区 The Fresnel Zone:
➢ 如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从T或R点出发认定的某一波前面相交 割，在交割的界面上我们就可以得到一系列的圆和环，中心是一个圆，称为第一费 涅耳区。
➢ 其外的圆环（外圆减内圆得到的圆环）称为第二个费涅耳区，再往外的圆环称为第 三费涅耳区、第四费涅耳区...... 第N费涅耳区。
线传播。
即：R e =KR
R为实际地球半径。
K值的实际测量平均值为4/3左右。但实际地段的K值和该地段的气象 有关，可以在较大范围内变化，影响视距传播。
自由空间的电波传播
• 自由空间的定义 • 自由空间损耗的定义 • 自由空间损耗的计算
自由空间的电波传播
自由空间的定义
自由空间 Free Space:
又称为理想介质空间，它相当于真空状态的理想空间。 在这个空间中充满均匀的、理想的介质，它的导电率σ=0，介电常数ε=ε0=109/36π F/m(法拉/米)，导磁系数μ=μ0=4π×10-7 H/m （亨/米）。
几个基本概念
现代通信概论：微波通信
对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的 直接原因有两个：
首先是因为微波波长短，接近于光波，是直线传播具有 视距传播特性，而地球表面是个曲面，因此若在通信两 地直接通信，当通信距离超过一定数值时，电磁波传播 将受到地面的阻挡，为了延长通信距离，需要在通信两 地之间设立若干中继站，进行电磁波转接。
上变频器：将中频信号变换成射频信号
高功率放大器
滤波器
收信机
低噪声放大器：将接收的微弱信号予以放大 下变频器：将射频信号变换成中频信号 中频放大器 中频滤波器
（2）天线馈电系统 天线馈电系统由馈线、双工器及天线组成。
基本作用：
将发射机送来的射频信号变成定向（对准卫星）辐射的 电磁波；同时，收集微波站（或卫星）发来的电磁波， 送到接收设备。
通常，微波站（地球站）天线是收发共用的，因 此要用双工器。
微波收信设备、
微波天线馈电设备、
电源设备、监测控制设备等。
（1）微波收发信机
发信机
工作频段：微波中继工作频段范围很宽，工作频率愈 高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量。对 于较长距离的微波中继，其主要工作频段是1.7-12 GHz，12GHz以上频段目前使用不多。
我国选用2，4，6，18，11作为微波通信的主要工作频段， 其中2，4，6 GHz频段主要用于干线微波中继， 2，7，8， 11 GHz主要用于支线或专用网。
40年代出现了UHF频段的军用无线中继通信系统 数字微波通信起步于50年代，
1947年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统TD-2。 经过了20多年的历史，直到70年代初，才完成小容量、 低频段的通信系统。
1951年，美国纽约——旧金山成功开通了商用的微波 通信线路，工作在4GHz频段，能承载480路的模拟话 音
首先是因为微波波长短，接近于光波，是直线传播具有 视距传播特性，而地球表面是个曲面，因此若在通信两 地直接通信，当通信距离超过一定数值时，电磁波传播 将受到地面的阻挡，为了延长通信距离，需要在通信两 地之间设立若干中继站，进行电磁波转接。
上变频器：将中频信号变换成射频信号
高功率放大器
滤波器
收信机
低噪声放大器：将接收的微弱信号予以放大 下变频器：将射频信号变换成中频信号 中频放大器 中频滤波器
（2）天线馈电系统 天线馈电系统由馈线、双工器及天线组成。
基本作用：
将发射机送来的射频信号变成定向（对准卫星）辐射的 电磁波；同时，收集微波站（或卫星）发来的电磁波， 送到接收设备。
通常，微波站（地球站）天线是收发共用的，因 此要用双工器。
微波收信设备、
微波天线馈电设备、
电源设备、监测控制设备等。
（1）微波收发信机
发信机
工作频段：微波中继工作频段范围很宽，工作频率愈 高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量。对 于较长距离的微波中继，其主要工作频段是1.7-12 GHz，12GHz以上频段目前使用不多。
我国选用2，4，6，18，11作为微波通信的主要工作频段， 其中2，4，6 GHz频段主要用于干线微波中继， 2，7，8， 11 GHz主要用于支线或专用网。
40年代出现了UHF频段的军用无线中继通信系统 数字微波通信起步于50年代，
1947年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统TD-2。 经过了20多年的历史，直到70年代初，才完成小容量、 低频段的通信系统。
1951年，美国纽约——旧金山成功开通了商用的微波 通信线路，工作在4GHz频段，能承载480路的模拟话 音
微波通信原理 ppt课件
ppt课件
22
天线的极化
线极化：水平极化和垂直极化 （以电场方向为参考）
ppt课件
23
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。
(4)采用同步复用特性，只需利用软件即可使高速信号一次 直接分插出低速支路信号。
(5)SDH的结构可使网络管理功能大大加强。
ppt课件
39
SDH 标准系列
PDH
日本 （T）
北美 （T）
欧洲 (E)
97.728 32. 064 6.312M
44.763 6. 312
139. 264 34. 368 8.448
微波通信系统介绍
ppt课件
0
目录
1 微波通信系统简介 2 微波通信系统方框图 3 微波通信系统数字传输系列
4 爱立信微波的实际应用
ppt课件
1
1 微波通信系统简介
ppt课件
2
微波站
ppt课件
3
微波的定义
微波是一种电磁波，从广义上讲，频率 从300MHZ~300GHZ，微波通信使用频 率范围3GHZ~30GHZ
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。
ppt课件
9
不同的传输方法
MUX
同轴电缆
微波
卫星 光缆
微波通信课件
20世纪80年代
注：微波传输中，传输容量在10M以下的称为小容量，在10~100M之间的称为中容量，大于100M的称为
构
制式
数字微波 模拟微波
复用 方 式
PDH SDH
全室内型微波（Trunk MW）
结构 分体式微波（Split MW）
按站 点类
型
终端站 中继站 枢纽站
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HSB (hot stand-by, 热备份)，FD (frequency diversity, 频率分集) 和SD (space diversity, 空间分集) 三种模式： 热备份：两套完全相同的单元同时工作，其中一套作为另一套的备份，当工作单元故障时，可以及时切换到备份单元上； 频率分集：发送端使用2个不同频点发送相同信号，由于传输过程中不同频率衰落程度不同，接收端进行选收、合成以改善传 输质量； 空间分集：发送端通过1个相同频点发送相同信号，由于传输过程中不同空间位置衰落程度不同，接收端在不同高低位置接收 后进行选收以改善传输质量。SD时，备用通道静默，不发送信号，只接收信号。
微波主要应用（续）
回传链型组网
回传树型组网
回传终端站
微波保护方式
“1+0”和”1+1:“1+0”为无保护，即同一链路上的高站 (或低站) 只有1个ODU，当这个ODU出现故障时，该跳链路 无法正常通信；“1+1”为有保护，实现备份，提高了系统的可用度。在“1+1”情形下同一链路上的高站 (或低站) 就 有2个 ODU。一般来说，HSB是最普通、最常见的，SD次之但少很多，FD最少。
RTN 产品是接入和汇聚层微波设备，可以直接接入RNC和BSC，也可以通过本地回传网接入RNC和BSC。 RTN 产品提供多种类型的接口和业务承载技术以适应本地回传网络的类型。本地回传网络可以是TDM网络或者PSN网络。 RTN 产品支持EoSDH/EoPDH功能和ML-PPP功能，分组业务可以穿越TDM网络进行回传。 RTN 产品支持PWE3仿真，TDM业务、ATM业务和以太网业务可以穿越分组交换网络进行回传。 RTN 产品支持VLAN子接口功能，MPLS分组业务可以穿越二层网络进行回传。
微波通信系统概述PPT课件
微波中继通信：是利用微波作为载波并 采用中继(接力)方式在地面上进行的无 线电通信。
精选
短波微天波波传传播播示示意意图图
F2层 F1层 E层 D层
发
225~450km 170~220km 100~1中继通信示意图
(1)微波传播具有视距传播特性 (2)微波传播具有损耗
背比；为防止越站干扰，在微波线路设计和站址选择
时应妥善安排。
精选
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。
精选
微波线路的干扰
系统内部干扰
越站干扰 旁瓣干扰
系统外部干扰
精选
越站干扰示意图
干扰信号应比有用信号低60dB以上 解决方法：使线路走向错开一定角度(不小于 15˚) ，即用“之”字形路由，使天线主瓣射线 与AD连线夹角大于天线主瓣宽度，避免电磁波 传播方向(主瓣)与相邻各精选站的线路走向一致。
旁瓣干扰示意图
解决方法：在进行微波线路路由和站址选择时，应尽 量避开各种外部干扰源。此外，设计新线路时，有时 会遇到与现有通信线路相互连接和配合使用的问题， 若处理不当，也会造成同频或邻频干扰。
精选
微波线路设计中的路由和站址选择
明确已知条件
(1)线路或被连接的终端的位置，沿线城市或单位
(2)沿线附近原有通信线路站址及频段、天线方向 图等。它们涉及到线路之间或站间相互干扰问题。
微波转接方式
微波转接实现起来比中频转接困难，但微波转接方案 简单，设备体积小、功耗低，对于不需要上、下话路 的中继站可采用这种转接方式。
精选
微波射频波道的频率配置
目的：为了增加微波中继通信系统的传输容 量，在一条微波通信线路上允许多套微波收 发信机同时工作，避免相互干扰
精选
短波微天波波传传播播示示意意图图
F2层 F1层 E层 D层
发
225~450km 170~220km 100~1中继通信示意图
(1)微波传播具有视距传播特性 (2)微波传播具有损耗
背比；为防止越站干扰，在微波线路设计和站址选择
时应妥善安排。
精选
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。
精选
微波线路的干扰
系统内部干扰
越站干扰 旁瓣干扰
系统外部干扰
精选
越站干扰示意图
干扰信号应比有用信号低60dB以上 解决方法：使线路走向错开一定角度(不小于 15˚) ，即用“之”字形路由，使天线主瓣射线 与AD连线夹角大于天线主瓣宽度，避免电磁波 传播方向(主瓣)与相邻各精选站的线路走向一致。
旁瓣干扰示意图
解决方法：在进行微波线路路由和站址选择时，应尽 量避开各种外部干扰源。此外，设计新线路时，有时 会遇到与现有通信线路相互连接和配合使用的问题， 若处理不当，也会造成同频或邻频干扰。
精选
微波线路设计中的路由和站址选择
明确已知条件
(1)线路或被连接的终端的位置，沿线城市或单位
(2)沿线附近原有通信线路站址及频段、天线方向 图等。它们涉及到线路之间或站间相互干扰问题。
微波转接方式
微波转接实现起来比中频转接困难，但微波转接方案 简单，设备体积小、功耗低，对于不需要上、下话路 的中继站可采用这种转接方式。
精选
微波射频波道的频率配置
目的：为了增加微波中继通信系统的传输容 量，在一条微波通信线路上允许多套微波收 发信机同时工作，避免相互干扰
现代通信技术ch3.2 微波通信
对收到的已调信号进 行解调,判决再生 转 行解调 判决再生,转 判决再生 发至下一方向
图． 数字微波中继线路组成
微波中继站的中继方式
可以分为直接中继(射频转接),外差中继(中频转接), 基带中继(再生中继)三种方式
微波放大
移频 (a) 直接中继方式
微波放大
设备量少,电源功耗低 适于不须上下话路的无人值守中继站 设备量少 电源功耗低,适于不须上下话路的无人值守中继站。 电源功耗低 适于不须上下话路的无人值守中继站。 为克服传播衰落引起的电平波动， 为克服传播衰落引起的电平波动，需要在 微波放大器上采 取自动增益控制(AGC)。 取自动增益控制 。
20世纪40-50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信， 成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段。模拟调频传输容 量高达2700路，也可同时传输高质量的彩色电视，而后逐步进入中 容量乃至大容量数字微波传输。 80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落 频率选择性色散衰落对数字微波传输中断 频率选择性色散衰落 影响的发现以及一系列自适应衰落对抗技术 多状态调制与检测技 自适应衰落对抗技术与多状态调制与检测技 自适应衰落对抗技术 术的发展，使数字微波传输产生了一个革命性的变化。 特别是80年代至90年代发展起来的一整套高速多状态的自适应编 多状态的自适应编 码调制解调技术与信号处理及信号检测技术的迅速发展，对现今的 码调制解调技术与信号处理及信号检测技术 卫星通信，移动通信，全数字HDTV传输，通用高速有线/无线的接 入，乃至高质量的磁性记录等诸多领域的信号设计和信号的处理应 用起到了至关重要的作用。
(3)微波通信的发展历史 微波通信的发展历史
微波的发展是与无线通信发展是分不开的。
1901年马克尼使用800KHz中波信号进行了从英国到北 美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信 试验； 无线通信初期，人们使用长波及中波来通信； 20世纪20年代初，人们发现了短波通信，直到20世纪 60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主 要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。