现代通信系统 第2章 微波中继通信系统

1、现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统2本章内容：本章内容：2.1 微波中继系统的概念微波中继系统的概念2.2 微波中继通信系统的组成微波中继通信系统的组成2.3 微波中间站的转接方式微波中间站的转接方式2.4 数字微波中继通信系统设计中的若干问数字微波中继通信系统设计中的若干问题题2.5 微波传播特性与微波线路设计微波传播特性与微波线路设计现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统3当今三大通信传输技术当今三大通信传输技

2、术 数字微波中继通信数字微波中继通信 卫星通信卫星通信 光纤通信光纤通信 微波中继通信作为通信网的一种传输微波中继通信作为通信网的一种传输方式，可以同其他传输方式一起构成微波、方式，可以同其他传输方式一起构成微波、光纤、卫星一体的整个通信传输网。光纤、卫星一体的整个通信传输网。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统4微波中继通信系统在整个通信网中的位置微波中继通信系统在整个通信网中的位置终 端卫 星 通 信端 局交 换中 心交 换中 心交 换中 心端 局终 端交 换中 心光 纤 通 信微 波中 继交 换中 心交换交换中心中心交换交换中心中心交换交换中心中心交换交

3、换中心中心交换交换中心中心微波微波中继中继光纤通信光纤通信卫星通信卫星通信端局端局端局端局终端终端终端终端现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统52.1 2.1 微波中继通信的概念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微波通信的发展与无线通信的发展是分不开的。分不开的。 微波中继通信微波中继通信是利用微波频率是利用微波频率（300MHz300GHz)作载波携带信息，作载波携带信息，通过无线电波空间，采用中继（接力）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。通信方式在地面上进行的无线电通信。现代通信系统现代通信系统 第第2章

4、章 微波中继通信系统微波中继通信系统61 1、微波通信的频段、微波通信的频段 微波通信是依靠微波通信是依靠空间电磁波空间电磁波来传递信息来传递信息的一种通信方式，它是属于的一种通信方式，它是属于无线通信无线通信的范畴。的范畴。 无线电磁波是以频率或波长来分类的，无线电磁波是以频率或波长来分类的，波长与频率的关系波长与频率的关系如下：如下：其中：其中：电磁波波长电磁波波长(m) C电磁波传播速度电磁波传播速度3105(km/s) f 电磁波频率电磁波频率(Hz)C=f现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统7 电磁波频率不同，波长不同（频率越电磁波频率不同，波长不同

5、（频率越低，波长越长），其空间传播的特性也不低，波长越长），其空间传播的特性也不一样，且用途也有不同。一样，且用途也有不同。 中频：用于广播、通信、导航（机场着陆中频：用于广播、通信、导航（机场着陆系统）。采用多元天线可实现较好的方向系统）。采用多元天线可实现较好的方向性，但是天线结构庞大。性，但是天线结构庞大。 高频：用于远距离通信广播，超视距天波高频：用于远距离通信广播，超视距天波及地波雷达，超视距地及地波雷达，超视距地-空通信。空通信。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统8 米波：用于语音广播，移动（包括卫星移米波：用于语音广播，移动（包括卫星移动）通信

6、，接力（动）通信，接力（50km跳距）通信，航跳距）通信，航空导航信标，以及容易实现具有较高增益空导航信标，以及容易实现具有较高增益系数的天线系统。系数的天线系统。 微波频段是在较高频段，通常人们所微波频段是在较高频段，通常人们所说的微波是指频率在说的微波是指频率在0.3300GHz范围的范围的电磁波，微波通信利用此频段的电磁波来电磁波，微波通信利用此频段的电磁波来传递信息。传递信息。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统9现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统10 频段名称频段名称频率范围频率范围 波长范围波长范围 长波（低频）

7、长波（低频）中波（中频）中波（中频）短波（高频）短波（高频）超短波超短波(甚高频甚高频) 30300(kHz)3003000(kHz)330(MHz)30300(MHz) 100001000(m)1000100(m)10010(m)101(m) 微微 分米波分米波(特高频特高频) 厘米波厘米波(超高频超高频) 波波 毫米波毫米波(极高频极高频) 300MHz3(GHz)330(GHz)30300(GHz) 10010cm101cm1cm1mm 红外线红外线(光波光波) 300(GHz) 1mm 电磁波频段分类电磁波频段分类现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统1

8、1 分米波（特高频）分米波（特高频）：用于电视广播，飞机：用于电视广播，飞机导航、着陆，警戒雷达，卫星导航，卫星导航、着陆，警戒雷达，卫星导航，卫星跟踪、数传及指令网，蜂窝无线电通信。跟踪、数传及指令网，蜂窝无线电通信。 厘米波（超高频）厘米波（超高频） ：用于多路语音与电：用于多路语音与电视信道，雷达，卫星遥感，固定及移动卫视信道，雷达，卫星遥感，固定及移动卫星信道。星信道。 毫米波（极高频）毫米波（极高频） ：用于短路径通信，：用于短路径通信，雷达，卫星遥感。雷达，卫星遥感。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统12 地球表面是个曲面，且天线所架高度地球表面

9、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，用中继接力的方式，两个通信点两个通信点( (信号转信号转节点节点) )间间设立中继站设立中继站，即所谓的，即所谓的视距通信视距通信。否则否则A站发射出的微波射线将远离地面而站发射出的微波射线将远离地面而根本不能被根本不能被D站接收。站接收。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统13微波中继接力的方式微波中继接

10、力的方式BC中继站中继站终端站终端站AD终端站终端站终端站终端站中继站中继站中继站中继站现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统142、采用、采用中继中继方式的原因方式的原因（1 1）微波传播具有视距传播特性。微波传播具有视距传播特性。 微波波长短，接近于光波，具有与光一微波波长短，接近于光波，具有与光一样的传输特性，因此微波在自由空间中只能样的传输特性，因此微波在自由空间中只能沿直线传播沿直线传播, , 其绕射能力很弱其绕射能力很弱, , 且在传播中且在传播中遇到不均匀的介质时遇到不均匀的介质时, , 将产生折射和反射现将产生折射和反射现象。象。（2 2）微波传

11、播有损耗，）微波传播有损耗，在远距离通信时有必在远距离通信时有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大和发要采用中继方式对信号逐段接收、放大和发送。送。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统153、微波中继通信的作用、微波中继通信的作用 目前，世界上许多国家都把微波中继目前，世界上许多国家都把微波中继通信作为其通信网的主要传输手段之一。通信作为其通信网的主要传输手段之一。模拟微波中继通信逐渐被数字微波中继通模拟微波中继通信逐渐被数字微波中继通信取代。信取代。数字微波通信数字微波通信是指利用微波携带数字信息，是指利用微波携带数字信息，通过电波空间，同时传送若干相互无关

12、信通过电波空间，同时传送若干相互无关信息，并进行再生中继的通信方式。息，并进行再生中继的通信方式。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统16微波中继通信主要用来传送长途电话信微波中继通信主要用来传送长途电话信号、宽频带信号（如电视信号）、数据号、宽频带信号（如电视信号）、数据信号、移动通信系统基地站与移动业务信号、移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号等，还可用于通向交换中心之间的信号等，还可用于通向孤岛等特殊地形的通信线路以及内河船孤岛等特殊地形的通信线路以及内河船舶电话系统等移动通信的入网线路。舶电话系统等移动通信的入网线路。现代通信系统现代通信系统

13、 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统17 微波通信自第二次世界大战后期开始微波通信自第二次世界大战后期开始应用，历经由模拟到数字，使用频段由低应用，历经由模拟到数字，使用频段由低频段向高频段的发展，其频谱利用率也不频段向高频段的发展，其频谱利用率也不断由于技术的进步而得到不断的提高，应断由于技术的进步而得到不断的提高，应用领域也由长途电信、彩色电视传输，拓用领域也由长途电信、彩色电视传输，拓展到一点多址、无线接入、无线局域网等展到一点多址、无线接入、无线局域网等领域，微波通信的发展应用历程，是它特领域，微波通信的发展应用历程，是它特点的充分体现。点的充分体现。现代通信系统现代通信系统

14、 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统184、微波中继通信的特点、微波中继通信的特点（1 1）通信频段的频带宽，传输信息容量较大）通信频段的频带宽，传输信息容量较大 微波频段占用的频带约微波频段占用的频带约300GHz，而全而全部长波、中波和短波频段占有的频带总和不部长波、中波和短波频段占有的频带总和不足足30MHz，前者是后者的前者是后者的10000多倍。占用多倍。占用的频带越宽，的频带越宽，可容纳同时工作的无线电设备可容纳同时工作的无线电设备就越多，通信容量也就越大。就越多，通信容量也就越大。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统19 一套短波通信设

15、备一般只能容纳几一套短波通信设备一般只能容纳几条话路同时工作，而一套微波中继通信条话路同时工作，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设备可以容纳几千甚至上万条话路同时工作，并可传输电视图像等宽频带信号。工作，并可传输电视图像等宽频带信号。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统20（2 2）受外界干扰的影响小）受外界干扰的影响小 工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活动对微波频段通信的影响小（当通信频率动对微波频段通信的影响小（当通信频率高于高于100MHz时，这些干扰对通信的影响时，这些干扰对通信的影响极小），但这些干扰

16、源严重影响短波以下极小），但这些干扰源严重影响短波以下频段的通信。因此，微波中继通信信号比频段的通信。因此，微波中继通信信号比较稳定和可靠。较稳定和可靠。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统21（3 3）通信灵活性较大）通信灵活性较大 微波中继通信采用中继方式，可以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。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，这些方的建立、撤收及

17、转移都比较容易，这些方面比电缆通信具有更大的灵活性。面比电缆通信具有更大的灵活性。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统22（4 4）天线增益高、方向性强）天线增益高、方向性强 中继通信可以减小对发射功率的要求中继通信可以减小对发射功率的要求而获得满意的通信效果。另外，由于微波而获得满意的通信效果。另外，由于微波具有直线传播特性，因此，可利用微波天具有直线传播特性，因此，可利用微波天线把电磁波聚集成很窄的波束，使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，以减少通信中的相线具有很强的方向性，以减少通信中的相互干扰。互干扰。现代通信系统现代通信系

18、统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统23（5 5）投资少、建设快）投资少、建设快 在通信容量和质量基本相同的条件下，在通信容量和质量基本相同的条件下，按话路公里计算，微波中继通信线路的建按话路公里计算，微波中继通信线路的建设费用不到同轴电缆通信线路的一半，而设费用不到同轴电缆通信线路的一半，而且还可以节省大量的有色金属，另外，建且还可以节省大量的有色金属，另外，建设时间也比后者短。设时间也比后者短。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统24（6）中继传输）中继传输 在微波波段，电磁波按直线传播，在微波波段，电磁波按直线传播，要进行远距离长途通信时，就

19、必须采用要进行远距离长途通信时，就必须采用中继中继(接力接力)传输方式，将信号多次转发，传输方式，将信号多次转发，才能到达接收点。如一条才能到达接收点。如一条2500 km的微波的微波线路，中间大约有中继站线路，中间大约有中继站50个。个。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统252.2 2.2 微波中继通信系统的组成微波中继通信系统的组成 通信线路由终端通信线路由终端站、中间站和再站、中间站和再生中继站及电波生中继站及电波空间组成。空间组成。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统26 一条微波中继信道一条微波中继信道主干线主干线

20、可以长达可以长达几百公里甚至几千公里，几百公里甚至几千公里，支线支线可以有多可以有多条。除了在线路未端设置微波终端站外，条。除了在线路未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。波中继站和微波分路站。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统27通信线路的组成通信线路的组成主干线主干线支支 线线微波终端站微波终端站微波分路站微波分路站主干线主干线支支 线线微波终端站微波终端站微波中继站微波中继站微波中间站微波中间站现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统281. 微波中

21、继通信系统的微波中继通信系统的主要设备主要设备（1）用户终端）用户终端 用户终端是逻辑上最靠近用户的输用户终端是逻辑上最靠近用户的输入输出设备，入输出设备，是用户使用的终端设备是用户使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调如自动电话机、电传机、计算机、调度电话机等。度电话机等。用户终端主要通过交换机用户终端主要通过交换机集中在微波终端站或微波分路站集中在微波终端站或微波分路站。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统29微 波终端站微 波中继站数 字终端站交换机用户终端数 字终端站微 波终端站微 波中继站微 波分路站数字分路终端站交换机用户终端微 波终端站

22、数 字终端站用户终端交换机数字分路终端站微 波分路站微 波中继站微 波终端站数 字终端站交换机用 户终 端交换机用 户终 端微波中继通信线路组成微波中继通信线路组成现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统30（2）交换机）交换机 交换机既可实现本地用户终端之间交换机既可实现本地用户终端之间的业务互通（如实现本地话音用户之间的业务互通（如实现本地话音用户之间的通话），又可通过微波中继通信线路的通话），又可通过微波中继通信线路实现本地用户终端与远地（对端交换机实现本地用户终端与远地（对端交换机所辖范围）用户终端之间的业务互通。所辖范围）用户终端之间的业务互通。交换机配

23、置在微波终端站或微波分路站交换机配置在微波终端站或微波分路站。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统31（3 3）终端复用设备）终端复用设备 终端复用设备的终端复用设备的基本功能基本功能是将交换机送来的是将交换机送来的多路信号或群路信号进行适当变换，然后送到微多路信号或群路信号进行适当变换，然后送到微波终端站或微波分路站的发信机；将微波终端站波终端站或微波分路站的发信机；将微波终端站或微波分路站的收信机送来的多路信号或群路信或微波分路站的收信机送来的多路信号或群路信号适当变换后送到交换机。号适当变换后送到交换机。模拟微波中继通信系模拟微波中继通信系统的终端复用设

24、备是频分多路载波机统的终端复用设备是频分多路载波机；数字微波数字微波中继通信系统的终端复用设备是时分多路数字终中继通信系统的终端复用设备是时分多路数字终端机。端机。终端复用设备配置在微波终端站或微波分终端复用设备配置在微波终端站或微波分路站路站。 现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统32（4 4）微波站）微波站 微波站的微波站的基本功能基本功能是传输来自终端是传输来自终端复用设备的群路信号。按其与终端复用复用设备的群路信号。按其与终端复用设备的连接关系，微波站分为设备的连接关系，微波站分为终端站、终端站、分路站和中继站分路站和中继站。现代通信系统现代通信系统

25、第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统33微波站的类型微波站的类型（中继站）（中继站）现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统34 处于线路两端或分支线路终点的站处于线路两端或分支线路终点的站称为称为终端站终端站。终端站的任务是将复用设。终端站的任务是将复用设备送来的基带信号或由电视台送来的视备送来的基带信号或由电视台送来的视频及伴音信号，调制到微波频率上并发频及伴音信号，调制到微波频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信号射出去；或者反之，将收到的微波信号解调出基带信号送往复用设备，或将解解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的视频信号及伴音信号送往电视

26、台。调出的视频信号及伴音信号送往电视台。在此站可上、下全部支路信号。在此站可上、下全部支路信号。 现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统35现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统36 在线路中间，在线路中间，不上、下话路不上、下话路的中间站的中间站称为称为中继站中继站。可分为再生中继站、中频可分为再生中继站、中频转接站、射频有源转接站和无源转接站。转接站、射频有源转接站和无源转接站。此站无用户终端、交换机、终端复用设此站无用户终端、交换机、终端复用设备，只对信号进行解调、判决、再生至备，只对信号进行解调、判决、再生至下一方向发信机

27、。下一方向发信机。 微波中继站和分路站统称微波中继站和分路站统称微波中间微波中间站站。任务是完成微波信号的。任务是完成微波信号的转发和分路转发和分路。 现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统37现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统38 在长途线路中间，除了可以在本站上、在长途线路中间，除了可以在本站上、下某收、发信波道的部分支路外，还可以下某收、发信波道的部分支路外，还可以沟通干线上沟通干线上两个方向两个方向之间通信的站称为之间通信的站称为分分路站。路站。在此类站，亦有部分波道的信号需在此类站，亦有部分波道的信号需再生后继续传输

28、。再生后继续传输。 当两条以上的微波中继通信线路在某一当两条以上的微波中继通信线路在某一微波站（配有交叉连接设备）交汇时，可微波站（配有交叉连接设备）交汇时，可以沟通干线上数个方向之间通信，该微波以沟通干线上数个方向之间通信，该微波站称为站称为枢纽站枢纽站（能上、下话路），（能上、下话路），它具有它具有通信枢纽功能。通信枢纽功能。 微波分路站和枢纽站统称微波主站微波分路站和枢纽站统称微波主站。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统39现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统40现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微

29、波中继通信系统41 微波站的主要设备包括微波站的主要设备包括发信设备发信设备、收收信设备信设备、天馈系统天馈系统、电源设备电源设备以及保障以及保障通信线路正常运行和无人维护所需要的通信线路正常运行和无人维护所需要的监测控制设备监测控制设备等。等。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统42v发信设备的组成发信设备的组成 数字微波发信设备可以有如下两种组成数字微波发信设备可以有如下两种组成方案：方案： 射频调制发射机射频调制发射机 来自数字终端机的数字信号经过码来自数字终端机的数字信号经过码型变换后，直接对微波（射频）载波进型变换后，直接对微波（射频）载波进行调制，

30、然后经过功放和微波滤波器送行调制，然后经过功放和微波滤波器送到天馈系统，由天线发射出去。到天馈系统，由天线发射出去。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统43中频调制发射机中频调制发射机 来自数字终端的信号经过码型变换来自数字终端的信号经过码型变换后，在中频调制器中对中频载波后，在中频调制器中对中频载波（70MHz或或140MHz）进行调制（数字进行调制（数字相位调制），获得中频调制信号。然后相位调制），获得中频调制信号。然后通过功率中放，把中频信号放大到规定通过功率中放，把中频信号放大到规定要求的功率电平，经上变频器变换为微要求的功率电平，经上变频器变换为微波

31、调制信号，再经微波功放、微波滤波波调制信号，再经微波功放、微波滤波器馈送到天线，由发射天线发射出去。器馈送到天线，由发射天线发射出去。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统44(a) 微波调制发射机方框图中 频振荡器中 频调制器功率中放上变频器微波功放微波滤波器码型变换微波本振信码入微 波振荡器微 波调制器微波功放微波滤波器码 型变 换信码入(b) 中频调制发射机方框图微波调制发射机的组成微波调制发射机的组成现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统45v数字微波收信设备数字微波收信设备 数字微波收信设备由射频系统、中频数字微波收信设

32、备由射频系统、中频系统和解调系统三部分组成。系统和解调系统三部分组成。 来自接收天线的微波微弱信号经过馈来自接收天线的微波微弱信号经过馈线、微波滤波器、低噪声放大器和本振线、微波滤波器、低噪声放大器和本振信号进行混频，变成中频信号，再经过信号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大、滤波后，送到解调单元，实中频放大、滤波后，送到解调单元，实现信码解调和再生。现信码解调和再生。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统46v微波通信设备的天馈系统微波通信设备的天馈系统 无线通信是通过天馈系统来发射和接收无线通信是通过天馈系统来发射和接收信号，微波通信也不例外。信号，微波

33、通信也不例外。 由于微波频率高，波长短，因此使用的由于微波频率高，波长短，因此使用的天线一般都采用面式天线，有喇叭天线、抛天线一般都采用面式天线，有喇叭天线、抛物面天线、卡塞格林天线等。物面天线、卡塞格林天线等。 当天线面积给定时，天线增益与工作波当天线面积给定时，天线增益与工作波长的平方成反比。长的平方成反比。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统47天线馈线系统天线馈线系统现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统482. 数字微波通信系统的工作过程数字微波通信系统的工作过程 数字微波通信系统由两个终端站和数字微波通信系统由两个终

34、端站和若干个中间站构成。若干个中间站构成。数字微波通信系统数字微波通信系统现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统49工作过程工作过程： 用户终端用户终端A通过微波通信系统把信号通过微波通信系统把信号发给用户终端发给用户终端B。从发信终端站到收信终。从发信终端站到收信终端站中间一般要经过若干个微波中继站，端站中间一般要经过若干个微波中继站，中继站中有中继站中有两组两组中继机，从一个方向的天中继机，从一个方向的天线收到的微波信号从某中继机的收信机转线收到的微波信号从某中继机的收信机转接到另一中继机的发信机，又朝另一方向接到另一中继机的发信机，又朝另一方向天线发送出去

35、。天线发送出去。 现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统50 从甲地端站送来的数字信号，经过数字从甲地端站送来的数字信号，经过数字基带信号处理基带信号处理（数字多路复用或数字压缩处（数字多路复用或数字压缩处理）后，经理）后，经数字调制数字调制，形成数字中频调制信，形成数字中频调制信号（号（70MHz或或140MHz） ，再送入，再送入发送设备发送设备，进行进行射频调制射频调制变成为微波信号，送入发射天变成为微波信号，送入发射天线向微波中间站（微波中继站）发送。微波线向微波中间站（微波中继站）发送。微波中间站收到信号后经再处理，使数字信号中间站收到信号后经再处理，

36、使数字信号再再生生后又恢复为微波信号向下一站再发送，这后又恢复为微波信号向下一站再发送，这样一直传送到收端站，收端站把微波信号经样一直传送到收端站，收端站把微波信号经过过混频混频、中频解调中频解调恢复出数字基带信号，再恢复出数字基带信号，再分路分路还原为原始的数字信号。还原为原始的数字信号。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统51数字微波系统实例数字微波系统实例现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统522.3 2.3 微波中间站的转接方式微波中间站的转接方式 按照收发信机转接信号时的接口频按照收发信机转接信号时的接口频带划分，分

37、为带划分，分为3种中继方式：种中继方式：基带转接方式基带转接方式中频转接方式中频转接方式微波转接方式微波转接方式 此外，还有微波直放转接方式和无此外，还有微波直放转接方式和无源转接方式。源转接方式。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统531.1.基带转接方式基带转接方式 中间站把来自某一通信方向载频为中间站把来自某一通信方向载频为f f1 1的接收信号经对应中继机（微波收发信机）的接收信号经对应中继机（微波收发信机）的的天馈系统天馈系统（天线馈线系统），传送到收（天线馈线系统），传送到收信机。再经信机。再经微波低噪声放大器微波低噪声放大器后，与该中后，与该中继

38、机的继机的接收机接收机本振信号本振信号混频混频，混频输出信，混频输出信号经号经中放中放后送到后送到解调器解调器解调并输出基带信解调并输出基带信号，对基带信号进行判决号，对基带信号进行判决再生再生。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统54 再生后的信码序列再生后的信码序列再再对该中间站的另对该中间站的另一中继机的一中继机的发信机发信机的中频进行数字载波的中频进行数字载波调调制制。已调信号经过。已调信号经过变频变频后输出载频为后输出载频为f1的微波信号，该信号经的微波信号，该信号经微波功放微波功放、天馈系天馈系统统后向中间站的另一个通信方向发送出去。后向中间站的另

39、一个通信方向发送出去。 现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统55 这种转接方式采用这种转接方式采用数字接口数字接口，可以，可以消除噪声积累，是目前数字微波中继通消除噪声积累，是目前数字微波中继通信最常见的一种转接方式。基带转接方信最常见的一种转接方式。基带转接方式式可以直接上、下话路可以直接上、下话路，是微波分路站，是微波分路站和枢纽站必须采用的转接方式。采用这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种转接方式的中间站的设备与终端站可以通用。以通用。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统56 基带转接

40、基带转接微波低噪声放大器混频中放解调再生调制变频微波功放收本振发本振上下话路f1f1收信机发信机现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统572. 中频转接方式中频转接方式 中间站把来自某一通信方向载频为中间站把来自某一通信方向载频为f1的的接收信号经对应中继机（微波收发信机）接收信号经对应中继机（微波收发信机）的的天馈系统天馈系统、微波低噪声放大器微波低噪声放大器后，与该后，与该中继机中继机接收机接收机本振信号本振信号混频混频，混频输出信，混频输出信号经号经中放中放后转接到该中间站的另一中继机后转接到该中间站的另一中继机的发信机的发信机功率中放功率中放，将信号放大

41、到上变频，将信号放大到上变频器所需的功率电平，然后与器所需的功率电平，然后与发信机发信机本振信本振信号进行号进行上变频上变频，输出载频为，输出载频为f1的微波信号。的微波信号。该信号经该信号经微波功放微波功放、天馈系统天馈系统后，向中间后，向中间站的另一通信方向发送出去。站的另一通信方向发送出去。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统58中频转接中频转接f1f1微波低噪声放大器混频中放微波功放功率中放上变频收本振发本振中频接口现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统59 信号从中间站的某一中继机的收信信号从中间站的某一中继机的收信机

42、转接到另一中继机的发信机时，机转接到另一中继机的发信机时，接口接口频带为中频频带为中频，所以称作中频转接，中频，所以称作中频转接，中频转接省去了调制、解调器，简化了设备，转接省去了调制、解调器，简化了设备，但但中频转接不能上、下话路中频转接不能上、下话路，不能消除，不能消除噪声积累。噪声积累。它实际上只起到增加通信跨它实际上只起到增加通信跨距的作用。距的作用。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统603.3.微波转接方式微波转接方式 微波转接与中频转接类似，但其转接微波转接与中频转接类似，但其转接接口是接口是微波接口微波接口，且为了使同一中间站的，且为了使同一中

43、间站的转发信号不干扰接收信号，转信载频转发信号不干扰接收信号，转信载频f1相相对于收信载频对于收信载频f1需要移频，即需要移频，即移频振荡器移频振荡器的的频率等于频率等于f1与与f1之差之差。另外，为了克服传另外，为了克服传播衰落引起的电平波动，还需在微波放大播衰落引起的电平波动，还需在微波放大时采取时采取自动增益控制措施自动增益控制措施。微波转接电路。微波转接电路技术实现起来比中频转接困难，但微波转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。接方案简单，设备体积小、功耗低。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统61微波转接微波转接f1f

44、1移频振荡微波放大微波低噪声放大器微波放大变频自动增益控制微波接口现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统624.4.微波直放转接方式微波直放转接方式 微波直放转接方式以微波直放转接方式以微波宽带低噪声微波宽带低噪声放大器、微波宽带线性功率放大器放大器、微波宽带线性功率放大器和和微波微波分路滤波器分路滤波器等器件为基础，进行等器件为基础，进行有源、双有源、双向、无频率变换向、无频率变换的微波信号直接放大。适的微波信号直接放大。适用于模拟微波中继通信和数字微波中继通用于模拟微波中继通信和数字微波中继通信，采用该方式的微波直放中间站不进行信，采用该方式的微波直放中间站

45、不进行变频，其结构大为简化，体积很小，可以变频，其结构大为简化，体积很小，可以直接安装在天线支梁上，且其功耗低，可直接安装在天线支梁上，且其功耗低，可利用太阳能供电，可靠性较高，一般不需利用太阳能供电，可靠性较高，一般不需维护。维护。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统63 微波直放转接可用于延长通信距离，微波直放转接可用于延长通信距离，改善衰落储备或克服某些地形障碍，且改善衰落储备或克服某些地形障碍，且不需建机房、修道路和架设电力线路，不需建机房、修道路和架设电力线路，节省了基建费用。但由于其转信和收信节省了基建费用。但由于其转信和收信在同一载频上，因此必须

46、采用增益高、在同一载频上，因此必须采用增益高、方向性强、旁瓣低、高性能、具有低噪方向性强、旁瓣低、高性能、具有低噪声放大器的天线，或加大天线之间的垂声放大器的天线，或加大天线之间的垂直间距，以避免本站收发信号之间的相直间距，以避免本站收发信号之间的相互干扰。互干扰。 现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统645.5.无源转接方式无源转接方式 无源转接方式利用金属反射板改变无源转接方式利用金属反射板改变微波波束的方向以起到转接的作用。这微波波束的方向以起到转接的作用。这种转接方式维护简单，主要用于克服山种转接方式维护简单，主要用于克服山河等地形障碍，但对反射板的抗

47、风能力河等地形障碍，但对反射板的抗风能力要求很高且造价较高。要求很高且造价较高。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统652.4 2.4 数字微波中继通信系统设计中数字微波中继通信系统设计中的若干问题的若干问题v假设参考电路与传输质量标准假设参考电路与传输质量标准v传输容量与基带接口传输容量与基带接口v调制方式的选择调制方式的选择v射频波道的频率配置射频波道的频率配置v中频频率的选择中频频率的选择现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统662.4.1 2.4.1 假设参考电路与传输质量标准假设参考电路与传输质量标准1.假设参考电路假

48、设参考电路 事先假设数字微波中继通信线路并事先假设数字微波中继通信线路并规定其传输质量，作为实际线路的参考。规定其传输质量，作为实际线路的参考。目的：便于考察各种实际数字微波中继通目的：便于考察各种实际数字微波中继通信线路的传输质量。信线路的传输质量。 按照按照传输容量传输容量、传输距离传输距离、传输质传输质量量进行划分。进行划分。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统67为为3类：类：高级假设参考电路高级假设参考电路适用于远距离微波适用于远距离微波干线干线通通信信中级假设参考电路中级假设参考电路适用于国内微波适用于国内微波支线支线通信通信用户级假设参考电路用户

49、级假设参考电路用于本地端局与用户之用于本地端局与用户之间的微波通信间的微波通信现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统68高级假设参考电路：高级假设参考电路：传输容量传输容量在二次群（在二次群（8Mb/s）以上；以上；总长度总长度为为2500km；均匀分为均匀分为9个数字微波段个数字微波段，在每个传输方向，在每个传输方向上均包含上均包含9组组数字复用设备；数字复用设备；包含包含两次两次64Kb/s数字信号转接数字信号转接，其他转接，其他转接为群转接；为群转接；适用于国际与国内的适用于国际与国内的远距离远距离微波干线通信。微波干线通信。现代通信系统现代通信系统 第第

50、2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统69中级假设参考电路：中级假设参考电路：传输容量传输容量在二次群（在二次群（8Mb/s）以上；以上；基本长度基本长度为为1220km；由由4类类传输质量不同的假设参考传输质量不同的假设参考数字微波数字微波段段组成，可以根据具体情况组合；组成，可以根据具体情况组合；包含包含一次一次64Kb/s数字信号转接数字信号转接，其他转，其他转接为群转接；接为群转接；适用于国内微波支线通信。适用于国内微波支线通信。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统70用户级假设参考电路：用户级假设参考电路：长度长度为为50km，主要用于本地数字端局

51、与主要用于本地数字端局与64Kb/s用户之间的微波通信。用户之间的微波通信。交换中心交换中心端局端局用户级高级中级用户级中级64Kb/s64Kb/s现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统71现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统722.传输质量标准传输质量标准 误码性能是决定传输质量的主要标准。误码性能是决定传输质量的主要标准。由三个指标衡量由三个指标衡量恶化分恶化分：1分钟统计时间（低误码指标）分钟统计时间（低误码指标）严重误码秒严重误码秒：1秒钟统计时间（高误码指标）秒钟统计时间（高误码指标）误码秒累计误码秒累计现代通信系统现

52、代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统73三类三类假设电路假设电路64Kb/s数字信号输出端的误数字信号输出端的误码性能码性能高级假设参考电路的误码性能高级假设参考电路的误码性能中级假设参考电路的误码性能中级假设参考电路的误码性能用户级假设参考电路的误码性能用户级假设参考电路的误码性能现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统742.4.2 2.4.2 传输容量与基带接口传输容量与基带接口1.传输容量传输容量 以以PCM数字复用设备的基带信号容量数字复用设备的基带信号容量即电话路数来划分。即电话路数来划分。2.基带接口基带接口 是数字复用设备与微波

53、信道设备之间、是数字复用设备与微波信道设备之间、再生转接中间站收发信机之间的接口。再生转接中间站收发信机之间的接口。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统75有两种：有两种：近距离接口近距离接口需要连接的设备相距较需要连接的设备相距较近。近。远距离接口远距离接口发送端需将信码码型变发送端需将信码码型变换，接收端定时提取和信码再生。换，接收端定时提取和信码再生。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统762.4.3 2.4.3 调制方式的选择调制方式的选择1.微波发信机的调制方案微波发信机的调制方案射频（微波）调制射频（微波）调制 来

54、自数字复用设备的信码经过来自数字复用设备的信码经过码型变码型变换换后，对后，对微波振荡器微波振荡器输出的输出的射频射频载波信号载波信号进行进行调制调制。已调信号经过。已调信号经过微波功放微波功放、微波微波滤波滤波，最后通过，最后通过天馈系统天馈系统发送出去。发送出去。 结构简单，但当发射频率比较高时，结构简单，但当发射频率比较高时，其微波功率放大器制作难度大，且发射机其微波功率放大器制作难度大，且发射机的通用性差。的通用性差。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统77中频调制中频调制 来自数字复用设备的信码经过来自数字复用设备的信码经过码型变码型变换换后，对后，

55、对中频振荡器中频振荡器输出的输出的中频中频载波信号载波信号进行进行调制调制。已调信号先经过。已调信号先经过功率中放功率中放、上上变频变频，再经过，再经过微波功放微波功放、微波滤波微波滤波，最后，最后通过通过天馈系统天馈系统发送出去。发送出去。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统78(a) 微波调制发射机方框图中 频振荡器中 频调制器功率中放上变频器微波功放微波滤波器码型变换微波本振信码入微 波振荡器微 波调制器微波功放微波滤波器码 型变 换信码入(b) 中频调制发射机方框图(a) 微波调制发射机方框图中 频振荡器中 频调制器功率中放上变频器微波功放微波滤波器码

56、型变换微波本振信码入微 波振荡器微 波调制器微波功放微波滤波器码 型变 换信码入(b) 中频调制发射机方框图(a)射频调制发信机(b)中频调制发信机中频调制单元微波发送单元现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统792.调制方式的选择调制方式的选择 调制调制是将数字基带信号调制到中频信是将数字基带信号调制到中频信号号, , 解调解调是将中频信号解调为数字基带是将中频信号解调为数字基带信号。信号。考虑的主要因素有：考虑的主要因素有： 频谱利用率、抗干扰能力、对传输失真频谱利用率、抗干扰能力、对传输失真的适应能力、抗衰落能力、设备的复杂的适应能力、抗衰落能力、设备的复

57、杂程度。程度。 现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统80 在数字微波通信中在数字微波通信中, , 为了提高频谱利为了提高频谱利用率用率, , 经常采用高频谱利用率的调制方式。经常采用高频谱利用率的调制方式。 常用的调制方式有：差分四相相移键常用的调制方式有：差分四相相移键控控DQPSK、八相相移键控八相相移键控8PSK、16进制进制正交调幅正交调幅 16QAM、64QAM等，解调一般等，解调一般采用相干解调方式。采用相干解调方式。 2PSK/2DPSK设备简单、抗干扰能力设备简单、抗干扰能力强强, , 对衰落信道和非线性信道的适应能力对衰落信道和非线性信道的适

58、应能力强强, , 但频谱利用率不高。但频谱利用率不高。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统81 所谓所谓“键控键控”是指一种如同是指一种如同“开关开关”控制的调制方式。比如对于二进制数字信控制的调制方式。比如对于二进制数字信号，由于调制信号只有两个状态，调制后号，由于调制信号只有两个状态，调制后的载波参量也只能具有两个取值，其的载波参量也只能具有两个取值，其调制调制过程就像用调制信号去控制一个开关，从过程就像用调制信号去控制一个开关，从两个具有不同参量的载波中选择相应的载两个具有不同参量的载波中选择相应的载波输出波输出，从而形成已调信号。，从而形成已调信号。“

59、键控键控”就就是这种数字调制方式的形象描述。是这种数字调制方式的形象描述。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统82几种简单的调制方式：几种简单的调制方式：（1） 二进制幅移键控二进制幅移键控(2ASK) 在在ASK中中载波幅度载波幅度是随着调制信号是随着调制信号1 1和和0 0的取值而在两个状态之间的取值而在两个状态之间变化。变化。 最简单最简单的形式是载波在二进制调制信号的形式是载波在二进制调制信号1或或0的控的控制下通或断制下通或断, 这种二进制这种二进制ASK方式称为通方式称为通-断键控断键控 (OOK) 。它的时域表达式为它的时域表达式为 sOOK (

60、t)=anA cosct式中，式中，A为载波幅度；为载波幅度；c为载波频率；为载波频率；an为为二进制数字（二进制数字（1或或0）。现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统832ASK信号的典型波形信号的典型波形Ts AAsOOK(t)101t现代通信系统现代通信系统 第第2章章 微波中继通信系统微波中继通信系统84（2） 二进制频移键控二进制频移键控(2FSK) 2FSK是利用载波的频率变化来传递数是利用载波的频率变化来传递数字信息的。字信息的。在在2FSK信号中信号中载波频率载波频率随着调随着调制信号制信号1或或0而变而变, 1对应于载波频率对应于载波频率f1