第二章微波中继通信系统2-1.

第二章微波中继通信系统第二章微波中继通信系统一、基本概念接力通信-接力赛跑起点-交接-交接-终点信源-中继-中继-信宿简易接力通信：烽火传信、击鼓传音、驿站等。无线电接力通信：是指利用超短波或微波的视距传输特性，采用中间站转发的方式达成的远距离多路无线电通信。第二章微波中继通信系统一、基本概念（一）微波通信的概念微波通信是利用微波作为载波来携带信息，并通过自由空间电波传送信息。微波的频率范围？微波的传输特性？第二章微波中继通信系统一、基本概念（一）微波通信的概念微波通信是利用微波作为载波来携带信息，并通过自由空间电波传送信息。微波的频率范围？300MHz~300GHz微波的传输特性？视距传输特性（直线传播）第二章微波中继通信系统一、基本概念（二）微波中继通信的概念微波中继通信是利用微波的视距传输特性，采用中间站转发的方式达成的远距离多路通信。问：为什么利用微波进行远距离传输必须采用中间站转发的方式？第二章微波中继通信系统一、基本概念（二）微波中继通信的概念问：为什么利用微波进行远距离传输必须采用中间站转发的方式？1、微波工作频率高，波长短，能穿透电离层，不能利用天波进行远距离传播。第二章微波中继通信系统一、基本概念（二）微波中继通信的概念问：为什么利用微波进行远距离传输必须采用中间站转发的方式？2、由于地球表面为球面，再加上地物地貌的影响使得视距传播距离受限。第二章微波中继通信系统措施？增加天线高度，增大发射功率？第二章微波中继通信系统中继方式第二章微波中继通信系统一、基本概念（三）微波中继通信的特点微波通信具有频带宽、容量大、传输稳定可靠等优点。1.通信频带宽微波频段（300MHz~300GHz）占用的频带约300GHz，大约是整个长波、中波和短波频段总和的10000倍。由于占用的频带宽，可容纳更多的无线电设备同时工作，通信容量大。通常，一套短波通信设备只能容纳几个话路同时工作，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，还可以传输电视图像等宽频带信号。第二章微波中继通信系统一、基本概念（三）微波中继通信的特点2.抗电磁干扰能力强微波频段基本不受工业干扰、天电干扰及太阳黑子活动的影响，因地，微波中继通信系统工作稳定，通信的可靠性高。第二章微波中继通信系统一、基本概念（三）微波中继通信的特点3.通信机动性好微波中继通信采用中继方式，即可以跨越沼泽、江河、湖泊和高山等特殊地域，实现地面上的远距离通信，又能在遭遇地震、洪水、战争等灾祸时，迅速建立和组织有效的通信，而且微波通信系统的撤收和转移都较容易。因此，它比光缆、电缆等固定通信信道具有更好的机动性。第二章微波中继通信系统一、基本概念（三）微波中继通信的特点4.天线增益高、方向性强由于微波频率高，工作波长短，所以其天线尺寸，容易制成高增益的面式天线，降低发信机的输出功率。另外，微波电磁波具有直线传播特性，可以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，减少通信中的相互干扰和被截获的概率。第二章微波中继通信系统一、基本概念（三）微波中继通信的特点5.建设成本低、周期短在通信容量和质量基本相同的条件下，按话路千米计算，微波中继通信线路建设费用不到同轴电缆通信线路的一半，还可以节约大量的有色金属，建设时间也比较短。第二章微波中继通信系统一、基本概念（四）微波中继通信的应用微波中继通信主要用于长途电话、电视广播、数据以及移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号传输，还可用于跨越河流、峡谷等特殊地形的通信线路。第二章微波中继通信系统一、基本概念二、微波中继线路的组成微波线路发信设备收信设备中继方式第二章微波中继通信系统18数字微波通信线路第二章微波中继通信系统19数字微波通信系统组成用户终端；交换机；数字终端机；微波站第二章微波中继通信系统20用户终端直接为用户所使用的终端设备。如电话机、传真机、计算机、调度电话机等。交换机用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。目前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。数字终端机实际上是一个数字电话终端复用/分接设备，其基本功能是把来自交换机的多路信号模拟变换成时分多路数字信号，复接信号送往数字微波传输信道。同时把来自微波终端站的复接信号进行分接，分接信号送往交换机。第二章微波中继通信系统21微波站数字微波终端站数字微波中继站数字微波分路站数字微波枢纽站第二章微波中继通信系统22数字微波终端站数字微波终端站指的是位于线路两端或分支线路终点的微波站，它对一个方向收、发，且收发射频不同。微波终端站设备中包括发信端和收信端两大部分。第二章微波中继通信系统23数字微波中继站数字微波中继站指的是位于线路中间的微波站。根据对信号的处理方式不同，又可将中继站分为中间站和再生中继站，再生中继站又包括上下话路和不上下话路两种结构。第二章微波中继通信系统24数字微波分路站数字微波分路站指的是位于线路中间的微波站，既可以上、下某收、发信波道的部分支路，也可以沟通干线上两个方向之间的通信。由于在此站上能够完成部分波道信号的再生，因此该站应配备有微波传输设备和分插复用设备。第二章微波中继通信系统25数字微波枢纽站数字微波枢纽站指的是位于干线上的、需要完成多个方向通信任务的微波站。在系统多波道工作的情况下，此类站应能完成对某些波道信号或部分支路的转接和话路的上、下功能，同时也能完成对某些波道STM-4信号的复接和分接操作，如果需要，还能对某些波道的信号进行再生处理后的再继续传播。第二章微波中继通信系统2.1.1.2发信设备-微波调制发射机信码经码型变换后直接对微波载频进行调制发射机结构简单，但通用性差发射频率较高时，设备制作难度大微波振荡器微波调制器微波功放微波滤波器信码码型变换2.1.1.2发信设备-中频调制发射机中频振荡器中频调制器微波功放微波滤波器信码码型变换中频功放上变频器微波振荡器中频单元射频单元信码经码型变换后，首先在中频调制器对中频载频（70MHz/140MHz）进行调制；只要更换调制、解调单元，就可以传输模拟／数字信号，实现数字模拟系统兼容。2.1.1.2发信设备-微波调制发射机收信设备组成一般采用超外差接收方式,由射频系统、中频系统和解调系统组成。2.1.1.3收信设备微波中继通信系统中间站的转接方式一般是按照收发信机转接信号时的接口频带划分的，分为3种：再生转接方式、中频转接方式和微波转接方式。2.1.1.4中间站的转接方式1.再生转接方式中继站把来自某一通信方向的载频为f1的接收信号经对应中继机(微波收发信机)的天线馈电系统、微波低噪声放大器后，与该中继机的接收机本振信号混频，混频输出信号经中放后送到解调器解调输出基带信号，再转接到该中继站的另一中继机调制其发信机的中频或直接对微波振荡器进行调制。已调信号经过变频输出载频为f2的微波信号，该信号经微波功放、天线馈电系统后向中继站的另一个通信方向发送出去。321再生转接中继方式第二章微波中继通信系统1.再生转接方式因为信号从某一中继机的收信机转接到另一中继机的发信机时，接口频带为基带，所以称作基带转接。模拟微波中继通信系统的基带转接又称为群频转接，数字微波中继通信系统的基带转接又称为再生转接。对群频转接而言，群路信号在调制、解调过程中产生失真，随着中间站数目的增加，调制、解调的次数增加，失真和噪声积累不断加剧，使系统的信噪比恶化，影响通信质量。1.再生转接方式而再生转接，由于解调信号在转接之前进行了再生，因而消除了噪声积累。再生转接方式是目前数字微波中继通信系统最常用的一种中间站转接方式。基带转接方式可以直接上、下话路，是微波分路站必须采用的转接方式。采用这种转接方式的中继站的设备与终端站可以通用。2.中频转接方式中间站把来自某一通信方向的载频为f1的接收信号经对应中继机(微波收发信机)的天线馈电系统、微波低噪声放大器后，与该中继机接收机本振信号混频，混频输出信号经中放后转接到该中继站的另一中继机的发信机功率中放，将信号放大到上变频器所需的功率电平，然后与发信机本振信号进行上变频，输出载频为f2的微波信号。该信号经微波功放、天线馈电系统后，向中继站的另一通信方向发送出去。362中频转接中继方式第二章微波中继通信系统2.中频转接方式因为信号从中间站的某一中继机的收信机转接到另一中继机的发信机时，接口频带为中频，所以称作中频转接又称为外差转接。中频转接省去了调制、解调器，简化了设备，且没有调制和解调引入的失真和噪声。中频转接的发信本振和收信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的中继站就常用这种方式。3.微波转接方式微波转接与中频转接类似，但其转接接口是微波接口，且为了使同中继站的转发信号不干扰接收信号，转信载频f2，相对于收信载频f1；需要移频，即移频振荡器的频率等于f2与f1之差。另外，为了克服传播衰落引起的电平波动，还需在微波放大时采取自动增益控制措施。微波转接电路技术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。393微波转接中继方式第二章微波中继通信系统2.1.2微波传播特性2.1.2.1天线高度与传播距离2.1.2.2自由空间传播损耗2.1.2.3天气效应2.1.2.4地面效应2.1.2.5衰落、电平储备与分集接收Rh1h2d1d22211RhRd2222RhRd22222121RhRRhRddd)(3.57)(222212121hhhhRRhRhd21,hRhR考虑到，上式可以写成：当h1=h2=50m时，d=50kmAB2.1.2.1天线高度与传播距离422.1.2.2自由空间传播损耗实际微波通信中采用的天线均有方向性，对于发射天线而言，天线增益Gt表示天线在最大辐射方向上单位立体角的发射功率与无方向天线单位立体角的发射功率的比值。此时，与发射源相距d的单位面积所接收的功率为2tt'r4dGPP432.1.2.2自由空间传播损耗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能力。根据天线理论，天线的有效面积为42A若接收机与发射机的距离为d，接收天线的有效面积为A，发射天线的增益为Gt，接收天线的增益为Gr，则接收到的信号载波功率为trt222r2ttr'rr)4(44PGGdGdGPAGPP442.1.2.2自由空间传播损耗若不考虑发射天线增益Gt和接收天线增益Gr，电波的自由空间损耗定义为发射功率与接收功率之比，即通常用分贝表示自由空间传播损耗，即22222rtf4)4(fdcdPPLfdLlg20lg2044.23f452.1.2.2自由空间传播损耗若考虑发射天线增益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rttGGLL462.1.2.3大气效应从地面算起，垂直向上，可把大气分为6层，依次称作对流层、同温层、中间层、对流层是指自地面向上大约10km范围的低空大气层。对流层集中了整个大气质量的四分之三。47对流层对微波传播的影响，主要表现：（1）由于气体分子谐振引起对电磁波能量的吸收。（2）由雨、雾、雪引起对电磁波能量的吸收和散射。（3）对流层结构的不均匀性对电磁波的折射。由于气象因素等影响，使对流层也会形成云、雾之类的“水气囊”，形成了大气中的不均匀结构。2.1.2.3大气效应48由于对流层的折射率随高度而变，因此电波在对流层中传输时会发生不断的折射，从而导致轨迹弯曲，这种现象称为大气折射。表现为：在空间不同高度的波束，其传播速度会发生变化——当下层比上层传播快则往上弯曲。当上层比下层快，则电波射线