《现代通信系统与信息网》第6章数字微波与卫星通信系统ok.ppt

6.1 数字微波通信系统概述 6.1.1 微波通信基本概念 1、微波通信的频段及特点： 微波通信是依靠空间电磁波来传递信息的一种通信方式，它是属于无线通信的范畴。无线电磁波是以频率或波长来分类的，波长与频率的关系如下： 其中：λ—电磁波波长(m) C—电磁波传播速度3×108(m/s2) f—电磁波频率(Hz) 无线电频段的划分如表6.1所示，由表可知，微波频段是在较高频段，通常人们所说的微波是指频率在0.3～300GHz范围的电磁波，利用此频段的电磁波来传递信息，我们就称之为微波通信。电磁波频率不同，波长不同(频率越低，波长越长)，其空间传播的特性也不一样，且用途也有不同。(电磁波理论较深，我们这里不作深入研究)。 长波绕射能力最强，靠地波传播，常用于长波电台进行海上通信；而中波较稳定，主要用于短距离广播；短波是利用了电离层反射，进行远距离传播，主要用于短波通信和短波广播，但由于电离层的变化，信号起伏变化较大，时强时弱，晚上电离层较稳定因此传播效果也较好，信号较稳定，人们在听无线电广播中能实践这一特性。 而微波波长短，接近于光波，是直线传播，这就要求两个通信点(信号转节点)间无阻挡，即所谓的视距通信。微波通信除此之外，还有以下特点： ①工作的微波频段(GHz级别)频率高，不易受天电干扰和工业噪声干扰，及太阳黑子变化影响。因此，通信可靠性高，由于波长短，天线尺寸可做得很小，通常做成面式天线，增益高，方向性强。特别在1—10GHz频段，称为无线电窗口的微波频段，从衰减、干扰，以及自然条件等影响都比较小。因此在微波通信以及在卫星通信中首先采用，而且使用范围一般为C波段。(4/6GHz)频段。 ②微波通信称接力通信，或视距通信。这里视距是指要“看得见”对方，两站间的通信距离不会太远，一般为50km。为了远距离传送信号，微波通信就像人们进行接力赛那样，把信号一段、一段地往前传送，所以又称为微波接力通信。 ③微波频带宽，传输信息容量较大。 2、数字微波通信系统组成及工作过程 (1) 微波通信系统组成 数字微波通信系统由两个终端站和若干个中间站构成。如图6.1所示，它由发端站、中间站和收端站组成。 从图6.1可知，如从甲地端站送来的数字信号，经过数字基带信号处理(数字多路复用或数字压缩处理)后，经数字调制，形成数字中频调制信号，(70MHz或140MHz)再送入发送设备，进行射频调制变成为微波信号，送入发射天线向微波中间站(微波中继站)发送。微波中间站收到信号后经再处理，使数字信号再生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过混频、中频解调恢复出数字基带信号，再分路还原为原始的数字信号。 (2) 微波通信设备的特殊天馈系统 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。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、抛物面天线、卡塞格伦天线等。如图6.2所示：微波天线常用双反射面的抛物面天线(或卡塞格伦天线)，其主反射面似一口大锅的抛物面。其抛物面中心(锅底)底部置馈源，作为发送和接收电磁波信号的门户。其馈线系统，一般由波导和同轴电缆(2GHz以下)组成。 由图6.2中可看出，天线馈源与馈线是直接相连，微波信号天馈系统中还要通过滤波、极化分离，极化旋转等多次变换，这些滤波器、极化器、匹配器等一般都是特殊的波导器件，不同于传统的电子器件。 6.1.2 微波传输线路 前面已经谈到了微波的工作频段，就其传播的特点，可视为平面波，又称为横电磁波，记为TEM波，人们经常称之为电波。 1.微波传播的电波特性。 在两个微波站间的电波传播我们称为微波信道或微波线路，(两站间的接力通道、接力线路)它们之间存在衰减，这种衰减可以按自由空间天线辐射能量的衰落进行计算，但其实际传播情况与两站内所处的环境、自然现象等有关。如地面或山地的反射波，雨、雾、雪等对电波的吸收和散射，折射这些情况会引起电波的快衰落与慢衰落，对方实际收到的电平要低十几至几十分贝。这些衰落还与频率高低有关，一般在无线电窗口(1-10GHz)范围电波特性较好。(电波自由空间传播衰耗见卫星