无线通信工程(三)微波通信PPT演示幻灯片

无线通信工程第三章微波通信、1、教学内容、自测训练问题、2、主要内容包括：第一节微波通信概述第二节数字微波继电器通信系统第三节微波继电器通信系统中继方式第四节微波站第五节微波收发机第六节微波调制解调设备、3、主要内容微波通信是使用波长从1m到0.1mm (频率从0.3 GHz到3 THz )的电磁波来执行的通信。 包括地面微波通信、对流层散射通信、卫星通信、空间通信、功能和微波频带移动通信。 微波通信具有可使用的带宽、通信容量大、传输故障小、抗噪声能力强等特点，能够使用点对点、一点对多点、广播等通信方式。 1、频带划分微波按照波长划分，厘米波、毫米波和子毫米波分别对应于特定高频UHF(0.33GHZ到3 GHz )、超高频SHF (3GHz到30 g Hz )、极高频EHF (30 GHz到300 GHz )和高频THF (300 GHz到3 THz )。 第一节微波通信的概述、4、以及其中l波段或更少波段应用于移动通信。 sku波段适用于地面微波继电器通信和地球站间的卫星通信等以地球表面为基地的通信。 c波段的应用是最普遍的。 毫米波适用于空间通信和近场地面通信。 为了满足通信容量增加的需要，开始在地球站和空间站的通信中采用k和Ka波段。 60GHz的电波在大气中衰减较大，适用于近距离地面秘密通信。 94GHz的电波在大气中衰减较少，适用于地球站和空间站之间的远距离通信。 微波通信系统由发送器、接收器、天线馈送器系统、复用设备及用户终端设备等构成。 其中，发送机由调制器、上变频器、高输出放大器构成的接收机由低噪声放大器、下变频器、解调器构成。 5、2、系统结构、双工器、馈线、高功率放大器、上变频器、调制器、复用设备、用户终端设备、低噪声放大器、下变频器、解调器、双工器、馈线、高功率放大器、上变频器、调制器、复用设备、用户终端设备、和下变频器、解调器、，传输介质，天线，微波复用系统映像，6，天馈系统由馈线，双工器以及天线构成。 用户终端设备将各种信息转换为电信号。 复用装置将多个用户的电信号构成为共享一个传送信道的基带信号。 在发射器处，可由调制器将基带信号调制到中频且进一步上变频以直接调制到射频。 模拟微波通信系统中常用的调制方式是频率调制。 数字微波通信系统通常采用数字多相调制方案，大容量数字微波与有效利用频谱的多进制数字调制相结合采用调制方案(QAM )。 解调器的功能是执行调制的逆转换。7、以及发送机的高功率放大器用于将发送的射频信号升级到足够高的电平，以便满足通过信道传输后的接收电场强度。 使用接收器的低噪声放大器来增加接收器的灵敏度。 下变频被用于中频信号和微波信号之间的转换，并实现固定中频的高增益稳定放大。 微波通信天线一般具有强定向、高效率和高增益反射面天线，其中馈线主要采用波导或同轴电缆，例如抛物面天线、卡罗斯天线等。 在地面继电器和卫星通信系统中，中继站和卫星中继器等也需要作为中继装置。 8、3、微波中继通信微波中继通信是利用微波视距传播通过中继站的中继方式实现的无距离微波通信，也称作微波中继通信。 微波中继系统由两端终端站和中间几个中继站构成，是地面视距的点对点通信。 各站收发设备均等配置，站间距离约50km，天线直径1.54m，半功率角35，发射机功率110W，接收机噪声系数310dB (相当于噪声温度290261K )，根据需要进行双分集接收。 模拟高频微波容量为18002700路，数字多进制正交调幅微波容量可达144Mbit/s。 优点：设备投资和施工费用少，维护方便。工程施工和设备安装周期短，可利用车载微波站快速修理交流电路。 根据、9、基带信号形式，微波中继通信系统分为模拟微波中继通信系统和数字微波中继通信系统。 模拟系统采用频分复用(FDM )，射频调制采用频率调制方案，能够传输多路复用电话、电视节目、数据、图像等，通话容量包括300、600、960、1200、1800、2700、3600、6000路等。 随着数字网络的发展，模拟系统已被数字系统所取代。 数字微波中继系统采用时分复用(TDM )，无线电波调制在中小容量情况下通常采用相移调制(PSK )技术。 在大容量的情况下，要求提高频谱的利用效率，通常采用多进制移相调制方式、多进制移相调制方式、多进制正交振幅调制方式等。 一般相当于每兆赫5080次的通话路径，可以与模拟调制进行比较。10、微波继电器通信系统由一系列微波站构成。 微波站分为终端站、继电器站和支持站。 其中中继站只起到信号中继的作用，不需要多路复用设备。 中继方案分为基带中继、中频中继和微波中继。 微波传送也称为射频(RF )传送。 微波站的基本设备有天线塔和定向天线、馈线、双工器、复用设备、收发机、监控设备和供电设备。 一些中继站无人，主站进行遥测、遥控。 11、收发器、多路复用设备、用户、终端站、收发器、中继站(中继站)、收发器、多路复用设备、用户、终端站、收发器、用户、用户、收发器、多路复用设备、收发器、多路复用设备、用户、 微波中继通信系统的构成，第一、第二节数字微波中继通信系统，数字微波中继通信系统是以微波中继方式进行数字信号的远距离传送的多路复用通信系统，也称为数字微波中继系统。 诸如电话和传真之类的模拟信号在采样、量化、编码等过程中将模拟信号转换成比特率为64kbit/s的脉冲编码调制(PCM )数字信号，通过时分复用(TDM )配置基带信号，然后通过该基带信号辅助调制中频载波(例如，相位) 所述体制可被标记为TDMPSK。 数字微波系统可用于传输电话、数据、图像、电视和其他新的通信服务。 13、1、数字微波中继通信特征(1)对于数字微波中继系统，中继器采用整个系统的中继器或基带中继方法，因为其可以再现所接收的离散数字信号、消除过程中的干扰和噪声积累(2)在长距离微波中继通信中，数字系统的每1话千克的费用比模拟系统的费用低，如果考虑数字传输和数字交换来构成综合数字网，则可以省略模拟/数字转换装置，节约更多的费用。 (3)声音数字信号的频谱使用率低、中大容量数字微波中继通信系统由于占用带宽太宽而需要考虑有效的使用技术。 (1)同步技术(2)频谱技术(3)前向纠错技术(FEC)(4)均衡与干扰消除技术(5)扰码与解扰技术(6)无损伤切换技术，15， (1)为了在同步技术数字微波系统中实现离散数字信号的传输，传输/接收侧的同步操作必须解决，以恢复解调载波频率。 同步包括位同步、时隙同步和帧同步。 位同步(也称为位同步)保持收发器以相同比特率操作并且其它的辅助同步确保正确地分组接收器输出的数字序列。 因此，数字信号的传输路径编码型和帧结构必须容易提取这些同步信号，并实现各个相邻继电器之间的基准同步和载波频率的准确相位。 (2)在有效利用频谱技术的数字微波中继系统中，为了提高频谱复用率，可采用多进制调制、频谱赋形技术及交叉极化频率再利用技术。(3)前向纠错技术(FEC )必须采用前向纠错技术，以满足高传输质量要求和大容量多进制正交调制技术的低干扰容量。 目的是通过BCH编码、RS编码、卷积编码等信道编码技术来提高传输的可靠性。 此外，16，(4)均衡和干扰消除技术随着通信容量的增加以及有效频谱利用技术的应用，要求采用均衡和干扰消除技术来对抗多路径衰落引起的信道失真的影响。 分集接收是改进由多径效应导致的信号衰落的有效方法，且可以采用最小方差的分集组合方法来用于宽带调制。 另外还有自适应均衡技术和自适应交叉极化干扰抵消技术等。 (5)扰码和解扰技术在数字微波继电器设备的输入侧加入伪随机性扰码，去除多个“0”，去除“1”码序列和直流成分，使传输信道的二进制数字序列接近纯随机特性，进行比特同步、时域均衡发送侧扰码、接收侧扰码去除(6)无损伤的交换技术是中大容量的数字微波继电器通信系统，若直接采用交换装置，则会发生代码流的“断开”、“偏移”，帧信号丢失，通信系统瞬间中断。 17、因此，其中大容量的数字微波中继通信系统自适应地调整主专用信道与备用信道之间的延迟差，在与接收代码量、定时以及帧信号的位置对应之后，进行运转直到通过分集合成方式信号劣化的主专用信道被自动淘汰为止说明：无损切换技术已建立在备份技术中，备份分为信道备份(异频备份)和设备备份(同频备份)两种，无损切换(HitllesSwitching ) :切换过程中无感觉，数据无滑动，交换18、第三节微波中继通信系统的中继方式、地面微波中继站的微波信号的中继方式、中继方式。 中继站分为有源继电器(有源继电器)无源继电器(无源继电器)和19、1有源继电器站，其补偿所接收信号的传输损耗和失真并完成频率转换和路由功能。 有基带传输、中频传输、射频传输三种传输方式。 (1)基带传输单元降频转换接收到的频率为接收频率的射频信号，执行中频放大，并且解调过程恢复具有标准接口电平的基带信号。 然后，通过调制该基带信号、中频放大、上变频、功率放大等转换为发送频率，将具有充分功率的射频信号发送到下一站。 其转变点在基带接口上。 由于基带信号多为多路复用电话的群组信号及视频信号，所以也称为群组频率传送及视频传送。 调制解调过程引入失真和噪声，影响传输质量。 通常，仅适用于需要取出或插入通话路径(或电视)的主站和终端站及传输距离短的支线。 对于数字微波中继系统(其中，20、以及再现中继)，基带中继方法将接收的信号解调为数字基带信号，对数字基带信号进行再现，恢复使得符号间干扰最小的原始波形，并且将恢复的调制、放大后具有放射频率的高频信号称为再现中继。 再生中继的优势：再生中继还具有消除干扰和波形畸变、避免噪声积累、灵活的上下电路优点，是数字微波特别是中、大容量数字微波中继系统的主要中继方式。 (2)中频中继器将接收到的射频信号进行下变频、中频放大、经过上变频、功率放大，将接收频率变换为发送频率，得到充分的射频功率的中继方式。 中继器是中频接口，虽然不能上下交谈，但是可以省略调制、解调的过程，并可以减少这些过程中引起的失真和噪声。 是模拟微波继电器系统最常用的中继方式，也应用于中小容量数字微波系统。21、(3)射频变换部放大接收到的射频信号，在射频频带进行频率变换，将接收频率变换为发送频率的射频信号，经过射频功率放大后传输给下一个站。 中继点在射频接口上。 射频中继设备简单，电源消耗少，但技术难度大于中频中继。 2 .无源继电器是以金属反射板、衍射光栅网或者两个背面微波天线直接连接方式改变光束的传播方向的继电器站。 不能放大信号或补偿传输失真，主要用于路径条件受到限制、地形故障、无法设置有源继电器的情况。22、3、切换方式微波通信系统均通过“备份切换”提高系统的可用性。 切换有频道切换和单元切换(也称为设备切换)两种方式。 在频道切换系统中，除了配置有多个频道外，还配置有一个或两个备用频道。 如果备用主波信道发生故障、电波衰落、干扰等，导致传输质量下降到可允许的值以下，则传输/接收双方同时将业务量切换到正常的备用波信道。 在单元切换系统中，仅在主用设备发生故障时，收发双方同时将业务切换到备用设备。 仅保护设备故障，通常采用1:1的备份。 对于微波中继通信系统，传输系统一般采用信道切换方式，基础电源系统采用单元备用切换方式。 在、23、模拟微波通信系统中，切换的依据是信号(导频)的丢失或噪声的增加。 在数字微波通信系统中，切换是由于信号丧失、失调或错误率的增加而引起的。 为了避免在切换过程中引入错误，中大容量数字微波系统采用了无损切换技术。 取决于切换接口的位置，微波通信系统有三种方式：射频切换、中频切换和基带切换。 由于射频切换与中频切换易于使帧同步丢失，数字微波通信系统一般采用基带切换方式。 在模拟微波通信系统中，可以采用这三种切换方式。 注意：开关方式和以前的有源传输方式都分为基带、中频和射频3种方式，但概念不同，请不要混淆。 切换方式是主备用信道(设备)间的信号路径的切换，以提高系统的性能为目的。 中继方式是在同一信道不同的微波站进行中继时的信号路径的传输方式。 微波站、微波站24、第四节微波站、微波站是地面微波中继系统中的终端站或中继站(中继站也称为中间站)。 微波中继系统的可用性和传输质量与微波站的设计有很大关系。 不同类型微波站设计中应注意的问题也不同。 微波站分为终端站和继电器站，继电器站分为分支站(可上下通话)和中继站(不可上下通话)。 注意，中继站相对于微波链路具有至少两个通信方向的站也称为集线器站。 25，1，有终端站链路两端点的车站或支线时的支线终端。 这些站将信号解调成基带信号并将基带信号发送到基带终端单元(或相反)。 终端站在每个链路中通常只有一个通信方向，在大城市中可能存在多个方向的链路。 2、分支站有着地通话路和中继通话路的中继站。 除了终端特征的一部分。 相对于微波链路具有两个以上通信方向的站(这种类型的站被称为集线器站，一般将其单独视为站型)。 集线器和分支站可以辅助控制链路。26、三、中继站只发挥了接力的作用。 在数字链路中有时也起到整理数字码流的作用，称为再生中继站，但是没有无上、下话路的功能。 在携带广播电视的微波链路中，中继器可以使用视频信号来中继当地的电视台。 在一个链路中，中继站通常只有两个通信方向。 在许多情况下，中继站的数目大于其它类型的站。 因此，减少中继站的维护量是一个重要问题。 (1)当在主通信系统中用于微波站的发送/接收无线设备中存在两个或更多个信道时，能够容易地通过以行布置来只有这种馈送器的波导分支系统来建立针对27，4，微波站的每个系统的请求。例如，如果在一个链路上存在八个信道，并且四个信道共享一个馈送器(其中以不同的极化来传输单个信道和两个信道，因此，八个信道使用两个馈送器)，则通过使用分支系统来在四个不同的信道