现代通信技术概论教学作者王新良第六章节数字微波中继通信与卫星通信课件

1、微波通信概述 微波通信的发展 数字微波中继通信系统 微波通信的应用现状,6.1数字微波中继通信,应用： 雷达科技 ADS射线武器 微波炉 等离子发生器 无线网络系统 传感器系统 等等 技术领域协定使用的四个频率分别为800MHz,2.45GHz,5.8GHz和13GHz,微波通信概述,一个带有各种碟形天线的微波通讯电信塔,1.微波通信（微波中继通信）的基本概念 利用微波作为载波,采用中继（接力）方式在地面上进行的无线电通信。微波中继通信系统 微波频段的波长范围为lm1mm，频率范围为300MHz300GHz， 微波最常用的通信的频率范围 ：1GHz40GHz 目前微波系统的工作上限只到50GHz，在60GHz遇到了氧气所吸收。,微波通信概述,2.微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。 长途通信时必须采用中继方式（建立多个中继站） A、B两地问的远距离地面微波中继通信系统的中继示意如图所示,微波通信概述,3.微波中继通信主要用来传送（微波中继通信主要用途有那些？） 长途电话信号 短波通信设备一般只能容纳几个话路同时工作，而一套微波设备可容纳几千个话路同时工作。 宽频带信号(

2、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， 还可用于通向岛屿等特殊地形的通信。,微波通信概述,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（一般只有50km左右，如果中继站采用100m高的天线塔，则接力距离可增大到100km） ，进行电磁波转接。 其次是因为微波传播有损耗，随着通信距离的增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大后发送给下一段,延长通信距离。,微波通信概述,世界上最早的模拟微波中继通信系统是第二次世界大战后期美国贝尔研究所建立的TDX系统（4GHz频段的调频系统）， 19世纪30年代中期第一个商用的模拟无线通信系统，工作在VHF频段，采用AM调制技术，传输12路频分复用的模拟话音信号。 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

3、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,微波通信的发展,60年代，数字微波通信得到发展 70年代末出现了商用数字微波系统 70年代末数字微波通信得到了迅速发展，形成了一个完整的技术系统。 80年代 ，数字微波通信系统的传输效率大大提高，系统容量达400Mbit/s 90年代出现了基于SDH的数字微波通信系统,微波通信的发展,我国自1956年从东德引进第一套微波通信设备以来，经过仿制和自发研制过程，取得了很大的成就， 在当今世界的通信革命中，微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。 在1976年的唐山大地震中，在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无恙。 九十年代的长江中下游的特大洪灾中，微波通信又一次显示了它的巨大威力。,微波通信的发展,10,工作频率,11,工作频率,12,频率配置,在一个中间站，一个单向波道的收信和发信必须使用不同频率，而且有足够大的间隔，以避免电平很高的发送信号被本站的收信机收到，使正常的接收信

4、号受到干扰。 多波道同时工作，相邻波道频率之间必须有足够的间隔，以免发生邻波道串扰。 整个频谱安排必须紧凑合理，使给定的通信频段能得到经济地利用。 因微波天线塔的建设费用较高，多波道系统要设法共用天线。因此，选用的频率配置方案应能够实现天线共用，以达到既能降低天线建设总投资，又能满足技术指标的目的。 对于外差式收信机，不应产生镜像干扰，即不允许某一波道的发信频率等于其他波道收信机的镜像频率。,不管是模拟微波通信还是数字微波通信，其微波通信最基本的特点可以概括为6个字: “微波、多路、接力”。 抗干扰性强，整个线路噪声不累积 保密性强，便于加密 器件便于固态化和集成化，设备体积小、耗电少 便于组成综合业务数字网（ISDN),数字微波通信的特点,1.数字微波中继通信线路 可以是一条主干线,中间有若干支线,其主干线可以长达几千公里,除了在线路末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。 2.数字微波通信系统基本设备构成 最基本的数字微波通信系统设备：用户终端、交换机、终端复用设备、微波站等组成。,数字微波中继通信系统,数字微波中继通信系统,微波通信示意图,数

5、字微波中继通信系统,微波通信的线路组成,数字微波中继通信系统,数字微波通信系统方框图,数字微波中继通信系统, 用户终端 用户终端指直接为用户所使用的终端设备，如移动电话机、打印机、计算机及互联网技术中的终端传感控制设备等。,数字微波中继通信系统, 交换机 交换机是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证按要求进行通信操作的设备。用户可以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。,数字微波中继通信系统, 数字终端机 数字终端机的基本功能是把来自交换机的多路音频模拟信号变换成时分多路数字信号，送往数字微波传输信道，以及把数字微波传输信道收到的时分多路数字信号反变换成多路模拟信号，送到交换机。,（4）数字微波站 微波站的基本功能是传输数字信息。按工作性质来分，可分为终端站和中继站。 中继站可分成 中间站 再生中继站 枢纽站,数字微波中继通信系统,数字微波中继通信系统,微波中继站的中继方式可以分成 直接中继（射频转接） 外差中继（中频转接） 基带中继（再生中继）,1、直接中继（微波转接）,-把接收到的微波信号用微波放大器直接放大。 移频：收、发

6、的频率不一样。,23,数字微波中继通信系统,2、外差中继（中频转接）,-中频转接只将收到的微波信号混频（下变频）至中频（70MHz或140MHz），经中频放大器放大后再送到发送设备的上变频器变换为微波频率，经功率放大后由天线发射出去。,24,数字微波中继通信系统,3、基带中继（再生中继）,微波信号首先通过混频器下变频至中频（IF），经过解调、取样判决后，得到基带数字信号，然后将恢复的基带码流重新调制，经混频器上变频至微波发射频率（RF），将信号放大后再通过天线发射出去。,25,数字微波中继通信系统,数字微波中继通信的性能指标 传输容量：比特传输速率,码元传输速率 频带利用率： 传输质量：比特误码率 码元误码率,数字微波中继通信系统,微波通信的应用现状,1微波通信应用现状 在光纤通信研究未取得实质性成果以前，世界各国均拟将微波通信作为通信网的主干传输手段，并大力发展微波通信。 例如，我国在60年代组织了“6401微波通信攻关”项目，随后在全国建立了20000km多的模拟微波通信。 到20世纪80年代，由于光纤通信投入使用，拟选中的微波通信的主干地位受到了挑战，目前正让位给光纤通信。 但仍

7、然是现代通信的四大支柱之一。,现在数字微波在通信系统中的主要应用场合如下： (1)干线光纤传输的备份及补充 (2)省内电信传输支线，专用网等领域方面 (3)市内的短距离支线连接方面 (4)微波的新兴应用和开发： 微波被用来加速用户接入的部署和降低成本。 目前利用微波系统有两种技术来支持未来的宽带业务接入。 多信道多点分配系统（MMDS）：主要用于数字电视系统 本地多点分配业务（LMDS，多点视频分配业务）,微波通信的应用现状,卫星通信的概念和特点 卫星通信系统 通信卫星 卫星通信的主要应用,6.2卫星通信,卫星通信的概念和特点 指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。 1979年，世界无线电行政会议（WARC)规定：以宇宙飞行体或通信转发体为对象的无线电通信称为宇宙通信。,卫星通信的概念和特点,卫星通信的概念和特点,卫星通信示意图,卫星通信的概念和特点,宇宙无线电通信的三种基本形式,宇宙通信包括三种形式：（1)地球站与宇宙站之间的通信；（2)宇宙站之间的通信；（3)通过宇宙站的转发或反射进行地球站之间的通信。,卫星的轨道 （1）轨道形状 圆形

8、：地球的中心处于圆形轨道的圆心 椭圆形：地球的中心应处于椭圆轨道一个焦点上 （2）卫星轨道倾角 赤道轨道：卫星轨道平面与地球赤道平面重合，即轨道倾角为0 极地轨道：卫星轨道平面与地球南北极的轴线重合，即轨道倾角为90 倾斜轨道：卫星轨道平面与地球赤道平面之间的夹角在090之间,卫星通信的概念和特点,（3）卫星轨道离地面的高度 按卫星轨道离地面的高度分成： 低轨道（LEO）。高度为500km2000km或500km3000km（许多在1500km以下），运行周期约24小时 中轨道（MEO）。高度为2000km20000km或3000km20000km，周期约为5h6h（对约10000km高度而言） 高轨道（HEO）。通常高度在20000km以上，周期大于12h。,卫星通信的概念和特点,低轨道卫星通信系统 距地面5002000km 传输时延和功能比较小，每颗星的覆盖范围也比较小 由于卫星轨道低，信号传播时延短，所以可支持多跳通信 其链路损耗小，可以降低对卫星和用户的终端的要求，可以采用微型/小型卫星和手持用户终端 颗星的覆盖范围也比较小，要构成全球卫星需要十颗卫星,卫星通信的概念和特点,中

9、轨道卫星通信系统 距地面200020000km 传输时延要大于低轨道卫星，但覆盖范围也是更大 中轨道卫星的链路损耗和传播时延都比较小仍可以采用简单的小型卫星 当轨道高度为10000km时，每颗卫星可以覆盖地球表面23.5%，因此只要几颗就能覆盖全球,卫星通信的概念和特点,高轨道卫星通信系统 距地面35800km，即同步静止轨道 理论上，用3颗高轨道卫星即可实现全球覆盖 同步卫星缺点是：较长的传播时延和较大的链路损耗，严重影响到某些通信领域的应用,卫星通信的概念和特点,3. 同步卫星（静止卫星） 何谓同步卫星： 卫星的轨道与地球赤道平面相重合、且离地球表面高度为35786.6km的圆形轨道上沿与地球的自转方向相同的方向飞行，则卫星绕地球一周的时间为23小时56分04秒。 同步卫星的通信范围 卫星所能照射的地球上区域 全球表面积的42.4%,卫星通信的概念和特点,2卫星通信工作频段 地球站发射，通信卫星接收所使用的频率叫做上行频率；通信卫星发射，地球站接收所使用的频率叫做下行频率。 卫星通信的工作频段常用：上（下）行（线）下（上）行（线）频段来表示 比如，64GHz频段 上下行分开是为了免于相互干扰。 目前大都实用C波段的64GHz频段 上行频率为5.9256.425GHz； 下行频段为3.74.2GHz。 可用带宽500MHz，可设12个转发器，40MHz/转发器，,卫星通信的概念和特点,政府、军事：x频段的87GHz频段 上行频率为7.9GHz8.4GHz 下行频率为7.257.75GHz。 这样，将民间卫星通信频段和政府部门、军事部门卫星通信频段分开，可以避免相互之间的干扰。,卫星通信的概念和特点,ku 频段的1411GHz频段 上行频率为1414.5GHz 下行频率为11.712.2GHz， 或为10.9511.2GHz和11.45GHz11.7GHz 并已用于卫星通信和卫星广播业务中。 ka频段的3020GHz频段 上行频率为27.531GHz 下行频率为17.721.2GHz； 可利用带宽可达3500MHz,卫星通信的概念和特点,Q、V频段的频率范围是3651.4GHz 可用带宽将更宽 美国联邦通信委员会(FCC)计划

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