電信傳輸技術(shù)第五章

1、5.1 5.1 引引 言言 無線電通信就是不用導(dǎo)線，而利無線電通信就是不用導(dǎo)線，而利用電磁波振蕩在空中傳遞信號，天線用電磁波振蕩在空中傳遞信號，天線就是波源。電磁波中的電磁場隨著時就是波源。電磁波中的電磁場隨著時間而變化，從而把輻射的能量傳播至間而變化，從而把輻射的能量傳播至遠方。遠方。 5.2 5.2 無線傳輸理論無線傳輸理論5.2.1 5.2.1 無線電波傳播特性無線電波傳播特性1. 電波傳輸所涉及的地球大氣層電波傳輸所涉及的地球大氣層 大氣層又叫大氣圈，地球就被這一層很厚大氣層又叫大氣圈，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的空氣密度隨高度而的大氣層包圍著。大氣層的空氣密度隨高度而減

2、小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限。整個大氣千米以上，但沒有明顯的界限。整個大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點，分為對流層、層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點，分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層，再上面就是平流層、中間層、暖層和散逸層，再上面就是星際空間了。星際空間了。 除此之外，還有兩個特殊的層，即臭除此之外，還有兩個特殊的層，即臭氧層和電離層。臭氧層距地面氧層和電離層。臭氧層距地面2020至至3030千米，千米，實際介于對流層和平流層之間。電離層很實際介于對流層和平流層之間。電離層很厚，大約距地球表面厚，大約距地球

3、表面8080千米以上。電離層千米以上。電離層對電磁波影響很大，我們可以利用電磁短對電磁波影響很大，我們可以利用電磁短波能被電離層反射回地面的特點，來實現(xiàn)波能被電離層反射回地面的特點，來實現(xiàn)電磁波的遠距離通訊。電磁波的遠距離通訊。2. 無線電波的傳播方式和特性無線電波的傳播方式和特性 第第2章已介紹了無線電波有章已介紹了無線電波有4種主要傳播方種主要傳播方式，即地波傳播，天波傳播、空間波傳播和式，即地波傳播，天波傳播、空間波傳播和散射波傳播。盡管電磁波的波長不同，其傳散射波傳播。盡管電磁波的波長不同，其傳播方式和特點也不同，但電磁波在傳播過程播方式和特點也不同，但電磁波在傳播過程中有以下共同特性

4、：中有以下共同特性： （1）電磁波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播。）電磁波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播。 （2）能量的擴散與吸收。）能量的擴散與吸收。 5.2.2 無線信道噪聲與衰落無線信道噪聲與衰落 我們將信道中不需要的電信號統(tǒng)稱為噪聲。我們將信道中不需要的電信號統(tǒng)稱為噪聲。傳輸系統(tǒng)中沒有傳輸信號時也有噪聲，噪聲永傳輸系統(tǒng)中沒有傳輸信號時也有噪聲，噪聲永遠存在于系統(tǒng)中。遠存在于系統(tǒng)中。1. . 噪聲的分類噪聲的分類噪聲噪聲內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲外部噪聲外部噪聲熱 噪 聲熱 噪 聲散 彈 噪 聲散 彈 噪 聲電源噪聲電源噪聲自然噪聲自然噪聲人為噪聲人為噪聲大 氣 噪 聲大 氣 噪 聲太 陽 噪 聲太 陽 噪 聲銀

5、河噪聲銀河噪聲工 業(yè) 噪 聲工 業(yè) 噪 聲汽車點火汽車點火圖圖5-1 噪聲分類圖噪聲分類圖2. 噪聲指標的分配噪聲指標的分配 信道的傳輸質(zhì)量不僅取決于信號功率的大小，信道的傳輸質(zhì)量不僅取決于信號功率的大小，而且與信道中所存在的噪聲功率的大小有關(guān)。在無而且與信道中所存在的噪聲功率的大小有關(guān)。在無線通信系統(tǒng)中是用載噪比來描述他們之間的關(guān)系。線通信系統(tǒng)中是用載噪比來描述他們之間的關(guān)系。 載噪比是指信號載波功率與噪聲功率之比。通載噪比是指信號載波功率與噪聲功率之比。通常用符號常用符號C/NC/N來表示。載噪比越低，誤碼率就越高，來表示。載噪比越低，誤碼率就越高，信道的傳輸質(zhì)量就越。信道的傳輸質(zhì)量就越。

6、 噪聲干擾按其性質(zhì)可以分為固定惡化干擾、恒噪聲干擾按其性質(zhì)可以分為固定惡化干擾、恒定惡化干擾和變化惡化干擾，對噪聲干擾的這種分定惡化干擾和變化惡化干擾，對噪聲干擾的這種分類法是與數(shù)字無線信道傳播特點相適應(yīng)的。類法是與數(shù)字無線信道傳播特點相適應(yīng)的。3. 常見噪聲類型常見噪聲類型 （1 1）白噪聲）白噪聲 白噪聲是指在較寬的頻率范圍內(nèi)，各等帶寬的頻白噪聲是指在較寬的頻率范圍內(nèi)，各等帶寬的頻帶所含的噪聲能量相等的噪聲。白噪聲的功率譜密度帶所含的噪聲能量相等的噪聲。白噪聲的功率譜密度在整個頻域內(nèi)均勻分布，所有頻率具有相同能量。在整個頻域內(nèi)均勻分布，所有頻率具有相同能量。（2 2）高斯噪聲）高斯噪聲 高

7、斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布。高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布。（3 3）高斯白噪聲高斯白噪聲 如果一個噪聲，它的幅度分布服從高斯分布，而它如果一個噪聲，它的幅度分布服從高斯分布，而它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它為高斯白噪聲。的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它為高斯白噪聲。（4 4）窄帶高斯噪聲窄帶高斯噪聲 當高斯噪聲通過以當高斯噪聲通過以wc為中心角頻率的窄帶系統(tǒng)時，為中心角頻率的窄帶系統(tǒng)時，就可形成窄帶高斯噪聲。就可形成窄帶高斯噪聲。4. . 衰落原因與分類衰落原因與分類（1）慢衰落）慢衰落 在無線信道傳播環(huán)境中，電波在傳播路徑上遇到在無線信道傳播環(huán)境中，電波在傳播

8、路徑上遇到起伏的山丘、建筑物、樹林等障礙物阻擋，形成電波起伏的山丘、建筑物、樹林等障礙物阻擋，形成電波的陰影區(qū)，就會造成信號場強中值的緩慢變化，引起的陰影區(qū)，就會造成信號場強中值的緩慢變化，引起衰落，通常把這種現(xiàn)象稱為陰影效應(yīng)，由此引起的衰衰落，通常把這種現(xiàn)象稱為陰影效應(yīng)，由此引起的衰落又稱為陰影慢衰落。落又稱為陰影慢衰落。 慢衰落產(chǎn)生的原因：一是路徑損耗，這是慢衰落慢衰落產(chǎn)生的原因：一是路徑損耗，這是慢衰落的主要原因；二是障礙物阻擋電磁波產(chǎn)生的陰影區(qū)，的主要原因；二是障礙物阻擋電磁波產(chǎn)生的陰影區(qū)，因此慢衰落也被稱為陰影衰落；三是天氣變化、障礙因此慢衰落也被稱為陰影衰落；三是天氣變化、障礙物和

9、移動臺的相對速度、電磁波的工作頻率等有關(guān)。物和移動臺的相對速度、電磁波的工作頻率等有關(guān)。 （2）快衰落快衰落 移動臺附近的散射體（地形，地物和移動體等）引移動臺附近的散射體（地形，地物和移動體等）引起的多徑傳播信號在接收點相疊加，造成接收信號快速起的多徑傳播信號在接收點相疊加，造成接收信號快速起伏的現(xiàn)象叫快衰落?？焖ヂ浼毞譃椋浩鸱默F(xiàn)象叫快衰落?？焖ヂ浼毞譃椋?時間選擇性衰落（快速移動在頻域上產(chǎn)生多普時間選擇性衰落（快速移動在頻域上產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起頻率擴散）勒效應(yīng)而引起頻率擴散） 空間選擇性衰落（不同的地點、不同的傳輸路空間選擇性衰落（不同的地點、不同的傳輸路徑衰落特性不一樣）徑衰落特性不

10、一樣） 頻率選擇性衰落（不同的頻率衰落特性不一樣，頻率選擇性衰落（不同的頻率衰落特性不一樣，引起時延擴散）。引起時延擴散）。 多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)指相對運動體之間有電多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)指相對運動體之間有電波傳輸時，其傳輸頻率隨瞬時相對距離的縮短和增大而波傳輸時，其傳輸頻率隨瞬時相對距離的縮短和增大而相應(yīng)增高和降低的現(xiàn)象。相應(yīng)增高和降低的現(xiàn)象。 無線電波傳播中的衰落現(xiàn)象及其隨機性給中繼傳無線電波傳播中的衰落現(xiàn)象及其隨機性給中繼傳輸帶來不利的影響，因此，人們在研究電波傳播統(tǒng)計輸帶來不利的影響，因此，人們在研究電波傳播統(tǒng)計規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出各種對抗電波衰落的技術(shù)?？顾ヒ?guī)律的基礎(chǔ)上，提出各種對抗

11、電波衰落的技術(shù)?？顾ヂ浼夹g(shù)一般用分集接收技術(shù)來實現(xiàn)。落技術(shù)一般用分集接收技術(shù)來實現(xiàn)。 分集接收就是采用兩種或兩種以上的不同的方法分集接收就是采用兩種或兩種以上的不同的方法接收同一信號，以減少衰減帶來的影響，是一種有效接收同一信號，以減少衰減帶來的影響，是一種有效的抗衰落的措施。的抗衰落的措施。 5. 抗衰落技術(shù)抗衰落技術(shù)分集接收主要有空間分集和頻率分集。分集接收主要有空間分集和頻率分集。（2）頻率分集）頻率分集 頻率分集是用兩個以上的頻率同時傳送一個信號，頻率分集是用兩個以上的頻率同時傳送一個信號，在接收端對不同頻率的信號進行合成，利用電磁波在在接收端對不同頻率的信號進行合成，利用電磁波在不同

12、頻率下的不同行程來減少或消除影響。不同頻率下的不同行程來減少或消除影響。 （1）空間分集）空間分集 空間分集指在接收端架幾副高度不同的天線，利空間分集指在接收端架幾副高度不同的天線，利用電磁波到達各接收天線的不同行程來減少衰減。這用電磁波到達各接收天線的不同行程來減少衰減。這種方法通常應(yīng)用在大通路的微波干線上。種方法通常應(yīng)用在大通路的微波干線上。 （3）自適應(yīng)均衡技術(shù)）自適應(yīng)均衡技術(shù) 均衡就是接收端的均衡器產(chǎn)生與信道特性相反的均衡就是接收端的均衡器產(chǎn)生與信道特性相反的特性，用來抵消信道的時變多徑傳播特性引起的干擾。特性，用來抵消信道的時變多徑傳播特性引起的干擾。均衡可分為時域均衡和頻域均衡兩種

13、均衡可分為時域均衡和頻域均衡兩種 。5.2.3 無線電波傳播損耗無線電波傳播損耗無線電波的傳輸頻段見表無線電波的傳輸頻段見表5.2-11. 常用的無線電波傳播損耗常用的無線電波傳播損耗（1）自由空間傳播損耗通常把電磁波在真空中的傳）自由空間傳播損耗通常把電磁波在真空中的傳播稱之為播稱之為“自由空間傳播自由空間傳播”。也就是說，把大氣看成。也就是說，把大氣看成為近似真空的均勻介質(zhì)，電磁波沿直線傳播，不發(fā)生為近似真空的均勻介質(zhì)，電磁波沿直線傳播，不發(fā)生反射、折射、繞射和散射等現(xiàn)象，這時在大氣中的傳反射、折射、繞射和散射等現(xiàn)象，這時在大氣中的傳播就等效于自由空間傳播，其能量會因向空間擴散而播就等效于

14、自由空間傳播，其能量會因向空間擴散而損耗。如示意圖損耗。如示意圖5-6所示：所示：圖圖5-6自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 由電磁場理論可知，若無方向性（也稱全向天線）由電磁場理論可知，若無方向性（也稱全向天線）天線的輻射功率為天線的輻射功率為PT瓦時，則距輻射源瓦時，則距輻射源d米處收點米處收點B處處的單位面積上的電波平均功率為：的單位面積上的電波平均功率為： 22(W/m )4TSPWd 由天線理論知，一個各向均勻接收的天線，其有由天線理論知，一個各向均勻接收的天線，其有效接收面積為：效接收面積為： 24A一個無方向性天線在一個無方向性天線在B點收到的功率為：點收到的功率為： 2244T

15、RPPd24RTcPPdf或或自由空間的傳播損耗定義為：自由空間的傳播損耗定義為： 2410lg10lg(dB) 32.4520lg (Km)20lg(MHz)TpRPdfLPcdf 式中，式中，d為收發(fā)天線的距離，為收發(fā)天線的距離，f為發(fā)信頻率。為發(fā)信頻率。 自由空間基本傳播損耗自由空間基本傳播損耗Lp只與頻率只與頻率f和傳播距離有和傳播距離有關(guān)關(guān)d，當頻率增加一倍或距離擴大一倍時，當頻率增加一倍或距離擴大一倍時，Lp分別增分別增加加6 dB 。 若用發(fā)射天線的增益為若用發(fā)射天線的增益為GT，接收天線的增，接收天線的增益為益為GR 則式則式上式上式應(yīng)改寫為：應(yīng)改寫為： 24110lg10lg

16、 32.4520lg (km)20lg(MHz)(dB)(dB)TPRTRTRPdfLPcG GdfGG例例5.2.1 某微波傳輸信道，發(fā)射天線的增益為某微波傳輸信道，發(fā)射天線的增益為22 dB ，接收天線的增益為接收天線的增益為18 dB ，收發(fā)距離為，收發(fā)距離為14500 Km，載，載波中心頻率為波中心頻率為5.904 GHz。求：求：(1)該信道的基本傳輸損耗為多少該信道的基本傳輸損耗為多少？ (2) 若發(fā)射功率為若發(fā)射功率為25 W，接收機的接收到的功，接收機的接收到的功率為多少率為多少？例例5.2.2 已知發(fā)射功率已知發(fā)射功率PT = 1W，發(fā)信頻率，發(fā)信頻率f = 3800 MHz

17、，收發(fā)距離為，收發(fā)距離為45 Km，GT = 38 dB ，GR = 40 dB ，饋線系統(tǒng)損耗，饋線系統(tǒng)損耗Lr = 1（dB），），Lt = 3（dB），），求自由空間傳播條件下收信功率。求自由空間傳播條件下收信功率。（2 2）大氣吸收損耗）大氣吸收損耗（3 3）雨霧引起的散射損耗）雨霧引起的散射損耗（4 4）大氣折射的引起損耗）大氣折射的引起損耗（5 5）電離層、對流層閃爍引起的損耗）電離層、對流層閃爍引起的損耗（6 6）多徑傳播引起損耗）多徑傳播引起損耗2. 2. 常用的無線傳播模型常用的無線傳播模型 實際中，可以按照下述各種特定傳播環(huán)境的傳播模實際中，可以按照下述各種特定傳播環(huán)境的傳

18、播模型來估算電波的傳播損耗。型來估算電波的傳播損耗。（1 1）自由空間傳播模型）自由空間傳播模型（2 2）平坦大地的繞射模型）平坦大地的繞射模型 （3 3）粗糙大地上的傳播模型）粗糙大地上的傳播模型（4 4）OKUMURAOKUMURA - - HATAHATA模型模型（5 5）LONGLEYLONGLEY - - RICERICE（ITSITS）模型）模型5.2.4 無線傳輸?shù)亩嘀贩绞綗o線傳輸?shù)亩嘀贩绞?在無線通信中，許多用戶同時通話，以不同的在無線通信中，許多用戶同時通話，以不同的無線信道分隔，防止相互干擾的技術(shù)方式稱為多址無線信道分隔，防止相互干擾的技術(shù)方式稱為多址方式。根據(jù)信號的特征有

19、三種多址方式，即：頻分方式。根據(jù)信號的特征有三種多址方式，即：頻分多址（多址（FDMA）、時分多址（）、時分多址（TDMA）、碼分多址）、碼分多址（CDMA）、空分多址（）、空分多址（SDMA）等方式。）等方式。 時間頻率FDMA時間頻率TDMA時間地址碼CDMA頻率圖5-9 三種多址方式示意圖1. FDMA（頻分多址）（頻分多址） FDMA （Frequency Division Multiple Access） 指把信道頻帶分割為若干更窄的互不相交的頻帶（稱為指把信道頻帶分割為若干更窄的互不相交的頻帶（稱為子頻帶），把每個子頻帶分給一個用戶專用（稱為地子頻帶），把每個子頻帶分給一個用戶專用

20、（稱為地址），這種技術(shù)稱為址），這種技術(shù)稱為“頻分多址頻分多址”技術(shù)。技術(shù)。2. TDMA（時分多址）（時分多址） TDMA（Time Division Multiple Access）是把）是把時間分割成互不重疊的時段（幀），再將幀分割成互不時間分割成互不重疊的時段（幀），再將幀分割成互不重疊的時隙（信道）與用戶具有一一對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)時重疊的時隙（信道）與用戶具有一一對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)時隙區(qū)分來自不同地址的用戶信號，從而完成的多址連接隙區(qū)分來自不同地址的用戶信號，從而完成的多址連接叫時分多址。叫時分多址。3. CDMA（碼分多址）（碼分多址） CDMA( (Code Division Multi

21、ple Access）通信）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時域來觀察，多個域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。信號是互相重疊的。 4. 空分多址（空分多址（SDMA） 空分多址空分多址(SDMA)，也稱為多光束頻率復(fù)用。它，也稱為多光束頻率復(fù)用。它通過標記不同方位的相同頻率的天線光束來進行頻率通過標記不同方位的相同頻率的天線光束來進行

22、頻率的復(fù)用。的復(fù)用。 5.3 微波中繼傳輸技術(shù) 隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，微波技術(shù)已成為一隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，微波技術(shù)已成為一門比較成熟的學(xué)科，它在移動通信、微波通信、衛(wèi)星門比較成熟的學(xué)科，它在移動通信、微波通信、衛(wèi)星通信、雷達、導(dǎo)航、電子對抗、計算機通信以至于日通信、雷達、導(dǎo)航、電子對抗、計算機通信以至于日常生活及醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在常生活及醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代化國防建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用?，F(xiàn)代化國防建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用。5.3.1 微波中繼傳輸?shù)幕靖拍钗⒉ㄖ欣^傳輸?shù)幕靖拍?. 微波的定義微波的定義 微波是一種頻率極高，波長很短的電磁波。微波微波是

23、一種頻率極高，波長很短的電磁波。微波的所謂的所謂“微微”是指其波長比普通無線電波波長更微小。是指其波長比普通無線電波波長更微小。 微波在整個無線電波中的位置見表微波在整個無線電波中的位置見表5-1。 頻段名稱頻段名稱 波長范圍波長范圍頻率范圍頻率范圍頻帶寬度頻帶寬度長波長波100010000m30300 KHz270 KHz中波中波1001000m3003000 KHz2.7 MHz短波短波10100m330 MHz27 MHz超短波超短波110m30300 MHz270 MHz微波微波10 cm1m0.33 GHz2700 MHz110cm330 GHz27 GHz110mm30300 GH

24、z270 GHz2. 微波傳輸?shù)奶攸c微波傳輸?shù)奶攸c（1）具有類似光波的特性。）具有類似光波的特性。（2）微波波段的頻帶寬、通信容量大）微波波段的頻帶寬、通信容量大（3）適于傳送寬頻帶信號）適于傳送寬頻帶信號（4）采用中繼傳輸方式）采用中繼傳輸方式（5）抗干擾能力強）抗干擾能力強3. 微波中繼傳輸線路微波中繼傳輸線路 微波中繼傳輸主要是解決城市與城市之間、地微波中繼傳輸主要是解決城市與城市之間、地區(qū)與地區(qū)之間大容量信息的傳輸問題，用于長途電區(qū)與地區(qū)之間大容量信息的傳輸問題，用于長途電話及電視節(jié)目的傳輸。話及電視節(jié)目的傳輸。 （1）微波中繼傳輸線路的組成）微波中繼傳輸線路的組成 由于微波沿直線傳播

25、，不能沿地球表面繞射。所由于微波沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。所以微波傳輸?shù)奶攸c是每隔以微波傳輸?shù)奶攸c是每隔50km要設(shè)一個微波中繼站。要設(shè)一個微波中繼站。微波傳輸靠幾個甚至幾十個微波站進行無線電波的發(fā)微波傳輸靠幾個甚至幾十個微波站進行無線電波的發(fā)射和接收，進行接力傳送達到遠距離通信的目的。射和接收，進行接力傳送達到遠距離通信的目的。 一個典型的微波中繼傳輸線路示意圖如圖一個典型的微波中繼傳輸線路示意圖如圖5-13所示，所示，整個通信鏈路由多個相距幾十千米的中繼站構(gòu)成，系整個通信鏈路由多個相距幾十千米的中繼站構(gòu)成，系統(tǒng)中包含了各種類型的微波通信站。圖統(tǒng)中包含了各種類型的微波通信站。圖5-13

26、中的結(jié)點，中的結(jié)點，統(tǒng)稱為微波站，除兩頭的終端站之外，還有大量的中統(tǒng)稱為微波站，除兩頭的終端站之外，還有大量的中繼站、樞紐站和分路站。繼站、樞紐站和分路站。終端站終端站終端站終端站中繼站中繼站樞紐站樞紐站分路站分路站圖圖5-13微波中繼傳輸線路示意圖微波中繼傳輸線路示意圖（2）微波站的主要設(shè)備）微波站的主要設(shè)備 微波站的設(shè)備包括天線、收發(fā)信機、調(diào)制器、微波站的設(shè)備包括天線、收發(fā)信機、調(diào)制器、多路復(fù)用設(shè)備以及電源設(shè)備、自動控制設(shè)備等。多路復(fù)用設(shè)備以及電源設(shè)備、自動控制設(shè)備等。 最新的微波通信設(shè)備，其數(shù)字系列標準與光纖通最新的微波通信設(shè)備，其數(shù)字系列標準與光纖通信的同步數(shù)字系列（信的同步數(shù)字系列（

27、SDH）完全一致，稱為）完全一致，稱為SDH微微波。這種新的微波設(shè)備在一條電路上，八個束波可以波。這種新的微波設(shè)備在一條電路上，八個束波可以同時傳送三萬多路數(shù)字電話（同時傳送三萬多路數(shù)字電話（2.4Gbit/s）。）。 微波天線微波天線：微波天線都采用定向天線，增益約為：微波天線都采用定向天線，增益約為40分貝。目前用得最多的有喇叭拋物面天線和卡塞格分貝。目前用得最多的有喇叭拋物面天線和卡塞格林雙反射面天線，如圖林雙反射面天線，如圖5-14所示，用高頻同軸電纜或波所示，用高頻同軸電纜或波導(dǎo)管與發(fā)射機或接收機相連。導(dǎo)管與發(fā)射機或接收機相連。ccc c主反射面主反射面副反射面副反射面饋源饋源P P

28、E EM M圖圖5-14 拋物面天線示意圖拋物面天線示意圖發(fā)射機：發(fā)射機：發(fā)射機由調(diào)制器、發(fā)信本地振蕩源、發(fā)發(fā)射機由調(diào)制器、發(fā)信本地振蕩源、發(fā)信混頻器和微波功率放大器等主要部件組成。信混頻器和微波功率放大器等主要部件組成。 接收機：接收機：接收機由本地振蕩源、收信混頻器、中接收機由本地振蕩源、收信混頻器、中頻放大器和解調(diào)器組成。頻放大器和解調(diào)器組成。 4. 微波接力傳輸方式微波接力傳輸方式 微波接力傳輸系統(tǒng)的中繼方式有兩類。微波接力傳輸系統(tǒng)的中繼方式有兩類。 第一類，是將中繼站收到的前一站信號，經(jīng)解調(diào)第一類，是將中繼站收到的前一站信號，經(jīng)解調(diào)后，再進行調(diào)制，然后放大，轉(zhuǎn)發(fā)至下一站。后，再進行調(diào)

29、制，然后放大，轉(zhuǎn)發(fā)至下一站。 第二類是將中繼站收到的前一站信號，不經(jīng)解調(diào)、第二類是將中繼站收到的前一站信號，不經(jīng)解調(diào)、調(diào)制，直接進行變頻，變換為另一微波頻段，再經(jīng)放調(diào)制，直接進行變頻，變換為另一微波頻段，再經(jīng)放大發(fā)射至下一站。大發(fā)射至下一站。終端終端端局端局交換交換中心中心交換交換中心中心交換交換中心中心交換交換中心中心交換交換中心中心端局端局終端終端衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信光纖通信光纖通信微波通信微波通信圖圖5-15微波、光纖和衛(wèi)星聯(lián)合組網(wǎng)方式微波、光纖和衛(wèi)星聯(lián)合組網(wǎng)方式圖圖5-15是一個微波、光纖、衛(wèi)星一體的通信組網(wǎng)方式示意圖是一個微波、光纖、衛(wèi)星一體的通信組網(wǎng)方式示意圖 5. 微波信號傳輸線路中

30、的余隙概念微波信號傳輸線路中的余隙概念 收、發(fā)兩微波站間的電波傳播，受到電離層、對收、發(fā)兩微波站間的電波傳播，受到電離層、對流層影響，環(huán)境的大氣壓力、溫度、濕度等參數(shù)變化。流層影響，環(huán)境的大氣壓力、溫度、濕度等參數(shù)變化。在空間不同高度的波束，其傳播速度會發(fā)生變化，當在空間不同高度的波束，其傳播速度會發(fā)生變化，當上層比下層快，則電波射線往下彎曲，當下層比上層上層比下層快，則電波射線往下彎曲，當下層比上層傳播快則往上彎曲，如圖傳播快則往上彎曲，如圖5-17所示所示: 地面反射和大氣地面反射和大氣折射示意圖。折射示意圖。 當在設(shè)計天線高度時一定要有余隙的計算。余隙的當在設(shè)計天線高度時一定要有余隙的計

31、算。余隙的計算與等效地球半徑系數(shù)計算與等效地球半徑系數(shù)k和第一菲涅爾區(qū)半徑和第一菲涅爾區(qū)半徑F1有有關(guān)。其中關(guān)。其中k主要隨氣象變化而受影響；主要隨氣象變化而受影響； F1與電波反射與電波反射波長、地面反射點距兩微波天線距離等有關(guān)，計算公波長、地面反射點距兩微波天線距離等有關(guān)，計算公式為：式為：121(m)d (m) d (km)F(m)31.6d(km) 式中式中表示微波工作波長（表示微波工作波長（m m）；）；d d1 1表示反射點表示反射點離發(fā)射天線距離（離發(fā)射天線距離（m m）；）；d d2 2表示反射點離接收天線距離表示反射點離接收天線距離（kmkm）；）；d d表示收、發(fā)天線間距離

32、表示收、發(fā)天線間距離(d=d(d=d1 1+d+d2 2) )（kmkm）。）。余隙計算如下：余隙計算如下：當?shù)孛娣瓷湎禂?shù)較小時。線路當?shù)孛娣瓷湎禂?shù)較小時。線路(山區(qū)、城市、森林山區(qū)、城市、森林等地區(qū)等地區(qū))天線不能太低，否則會使大氣折射電波向下彎天線不能太低，否則會使大氣折射電波向下彎曲，這時曲，這時k=2/3，hc0.3F1當?shù)孛娣瓷湎禂?shù)較大的線路，如水面、稻田等地當?shù)孛娣瓷湎禂?shù)較大的線路，如水面、稻田等地區(qū)，余隙不能太小。這時，余隙標準為：區(qū)，余隙不能太小。這時，余隙標準為：K=4/3(標準大標準大氣氣)，hc1.0F1。當。當K=(余隙較大余隙較大)，hc1.35 F1，則，則 0.3

33、 F1 (K=2/3) 1.0 F1 (K4/3) 1.35 F1 (K) hc=5.3.2 SDH大容量數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)大容量數(shù)字微波傳輸系統(tǒng) 20世紀世紀90年代隨著電信傳輸技術(shù)的發(fā)展，年代隨著電信傳輸技術(shù)的發(fā)展，同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列SDH技術(shù)在數(shù)字微波傳輸中逐步技術(shù)在數(shù)字微波傳輸中逐步取代了原來使用的準同步數(shù)字系列取代了原來使用的準同步數(shù)字系列PDH，SDH可以應(yīng)用于光纖傳輸系統(tǒng)，也適用于微波傳輸，可以應(yīng)用于光纖傳輸系統(tǒng)，也適用于微波傳輸，使其成為新一代大容量的微波通信系統(tǒng)。使其成為新一代大容量的微波通信系統(tǒng)。SDH傳輸體制規(guī)范了數(shù)字信號的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸體制規(guī)范了數(shù)字信號的幀

34、結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速度等級、接口碼型等特性。傳輸速度等級、接口碼型等特性。1. SDH傳輸系統(tǒng)的組成傳輸系統(tǒng)的組成 一個實用的一個實用的STM-4速率速率SDH傳輸系統(tǒng)的組成如圖傳輸系統(tǒng)的組成如圖5-18所示。所示。 圖圖5-18 STM-4速率速率SDH傳輸系統(tǒng)的組成傳輸系統(tǒng)的組成 支路信號（支路信號（TR）是要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)，它們可以是是要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)，它們可以是PDH基群到四次群信號，也可以是基群到四次群信號，也可以是SDH的低次群信號。的低次群信號。終端復(fù)用器（終端復(fù)用器（TM）在網(wǎng)絡(luò)的終端站點上，將輸入的低次在網(wǎng)絡(luò)的終端站點上，將輸入的低次群信號復(fù)用成高速率的合路信號群信號復(fù)用成

35、高速率的合路信號STM-4后，送入微波傳輸線路，后，送入微波傳輸線路，或從或從STM-4的信號中分離出低速支路信號。的信號中分離出低速支路信號。STM-4是由是由4個個STM-1按字節(jié)復(fù)接而成，按字節(jié)復(fù)接而成，1個個STM-1同步傳輸模塊的速率為同步傳輸模塊的速率為155. 520 M bit/s。再生中繼器（再生中繼器（REG）采用基帶中繼方式，對接收到的信采用基帶中繼方式，對接收到的信號進行抽樣、判決和再生整形，以達到不積累線路噪聲和干擾號進行抽樣、判決和再生整形，以達到不積累線路噪聲和干擾的影響，保證線路上傳送信號波形的完好性。的影響，保證線路上傳送信號波形的完好性。分插復(fù)用器（分插復(fù)用

36、器（ADM）或數(shù)字交叉連接設(shè)備（）或數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）用于需上下話路的轉(zhuǎn)接站點處，以避免用于需上下話路的轉(zhuǎn)接站點處，以避免PDH傳輸系統(tǒng)中多級復(fù)傳輸系統(tǒng)中多級復(fù)用設(shè)備成對連接的復(fù)雜性。用設(shè)備成對連接的復(fù)雜性。 2. SDH數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的容量數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的容量 我國規(guī)定，我國規(guī)定，SDH數(shù)字微波系統(tǒng)可采用以下的容量系數(shù)字微波系統(tǒng)可采用以下的容量系列。列。（1）51. 840Mbit/s (STM-0或或STM- RR)，表示容量為，表示容量為51.840 M bit/s的同步數(shù)字系列，即傳送微波傳輸接力系統(tǒng)零的同步數(shù)字系列，即傳送微波傳輸接力系統(tǒng)零階同步傳送模塊（階同步傳送模塊

37、（STM-0）的標稱速率。）的標稱速率。（2）155. 520M bit/s (STM-1)，表示容量為，表示容量為155.520Mbit/s的同步數(shù)字系列，即傳送微波傳輸接力系統(tǒng)一階同步傳送模塊的同步數(shù)字系列，即傳送微波傳輸接力系統(tǒng)一階同步傳送模塊（STM-1）的標稱速率。）的標稱速率。（3）2155.520Mbit/s ( 2STM-1 )，表示容量為，表示容量為2155.520Mbit/s的同步數(shù)字系列，即傳送二倍的微波傳輸接的同步數(shù)字系列，即傳送二倍的微波傳輸接力系統(tǒng)一階同步傳送模塊（力系統(tǒng)一階同步傳送模塊（2STM-1）的標稱速率。）的標稱速率。（4）4155.520Mbit/s (

38、4STM-1)，表示容量為，表示容量為4155. 520Mbit/s的同步數(shù)字系列，即傳送的同步數(shù)字系列，即傳送4倍微波傳輸接力系統(tǒng)一階倍微波傳輸接力系統(tǒng)一階同步傳送模塊（同步傳送模塊（4STM-1）的標稱速率。）的標稱速率。（5）622. 080Mbit/s (STM-4 )，表示容量為，表示容量為622.080Mbit/s的同的同步數(shù)字系列，即傳送微波傳輸接力系統(tǒng)四階同步傳送模塊步數(shù)字系列，即傳送微波傳輸接力系統(tǒng)四階同步傳送模塊（STM-4）的標稱速率）的標稱速率 其中第一種速率是根據(jù)其中第一種速率是根據(jù)SONET的規(guī)范和微波及衛(wèi)星傳輸時頻的規(guī)范和微波及衛(wèi)星傳輸時頻帶較窄的特點確定的，帶較

39、窄的特點確定的，SDH的基本傳輸速率為的基本傳輸速率為155.520Mbit/s，而很多情況下，業(yè)務(wù)需求并不需要這么高的傳輸速率。為了促進而很多情況下，業(yè)務(wù)需求并不需要這么高的傳輸速率。為了促進SDH網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)必須能支持低于的復(fù)用結(jié)構(gòu)必須能支持低于STM-1的速的速率。一個合適的接口速率為率。一個合適的接口速率為51.840Mbit/s，稱做，稱做STM-0速率或子速率或子STM-1速率，這個速率與速率，這個速率與SONET的的STS-1速率一致。速率一致。5.3.3 微波傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)微波傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)1.1.調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)2.2.交叉極化干擾抵消

40、技術(shù)交叉極化干擾抵消技術(shù) 3.3.自適應(yīng)均衡技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù) 4.4.高線性功率放大器和自動發(fā)射功率控制（高線性功率放大器和自動發(fā)射功率控制（ATPCATPC）5.4 衛(wèi)星傳輸技術(shù)衛(wèi)星傳輸技術(shù) 衛(wèi)星傳輸技術(shù)是在微波中繼傳輸和航天技衛(wèi)星傳輸技術(shù)是在微波中繼傳輸和航天技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興的通信傳輸技術(shù)。術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興的通信傳輸技術(shù)。它是微波傳輸向太空的延伸，采用的是微波頻它是微波傳輸向太空的延伸，采用的是微波頻段。段。5.4.1衛(wèi)星傳輸?shù)幕靖拍钚l(wèi)星傳輸?shù)幕靖拍?. 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是指利用人造衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線衛(wèi)星通信是指利用人造衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號

41、，在多個地球站之間進行的通信。由于作為中電信號，在多個地球站之間進行的通信。由于作為中繼站的衛(wèi)星離地面很高，所以經(jīng)過一次中繼轉(zhuǎn)接之后繼站的衛(wèi)星離地面很高，所以經(jīng)過一次中繼轉(zhuǎn)接之后即可進行長距離的通信。即可進行長距離的通信。 用于實現(xiàn)通信目的的人造地球衛(wèi)星被稱為通信衛(wèi)用于實現(xiàn)通信目的的人造地球衛(wèi)星被稱為通信衛(wèi)星。按衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)軌道劃分，通信衛(wèi)星又分為靜止衛(wèi)星。按衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)軌道劃分，通信衛(wèi)星又分為靜止衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）和運動衛(wèi)星（非同步衛(wèi)星）。星（同步衛(wèi)星）和運動衛(wèi)星（非同步衛(wèi)星）。 靜止衛(wèi)星與地球的相對位置關(guān)系如圖靜止衛(wèi)星與地球的相對位置關(guān)系如圖5-19所示。所示。 圖圖5-19 同步通信衛(wèi)星同步通

42、信衛(wèi)星2. 衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信的特點 衛(wèi)星通信系統(tǒng)以通信衛(wèi)星為中繼站。與其他的通信衛(wèi)星通信系統(tǒng)以通信衛(wèi)星為中繼站。與其他的通信系統(tǒng)相比較，具有以下優(yōu)點。系統(tǒng)相比較，具有以下優(yōu)點。（1）通信距離遠，通信成本與距離無關(guān)）通信距離遠，通信成本與距離無關(guān)（2）以廣播方式工作，便于實現(xiàn)多址聯(lián)接）以廣播方式工作，便于實現(xiàn)多址聯(lián)接（3）通信容量大，傳送的業(yè)務(wù)種類多）通信容量大，傳送的業(yè)務(wù)種類多（4）性能穩(wěn)定可靠）性能穩(wěn)定可靠由于衛(wèi)星通信的特殊性，也帶來了技術(shù)上的特殊性：由于衛(wèi)星通信的特殊性，也帶來了技術(shù)上的特殊性：需要采用先進的空間電子技術(shù)；需要采用先進的空間電子技術(shù)；需要解決信號傳播時延帶來的影響；需

43、要解決信號傳播時延帶來的影響；需要解決衛(wèi)星的姿態(tài)控制問題需要解決衛(wèi)星的姿態(tài)控制問題還必須解決星蝕、地面微波系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾還必須解決星蝕、地面微波系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾等問題，這些都是保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的必要等問題，這些都是保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的必要條件。條件。3. 衛(wèi)星通信使用的頻率衛(wèi)星通信使用的頻率 目前，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在表目前，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在表5-2所示的所示的頻段工作。表頻段工作。表5-2 衛(wèi)星通信的主要工作頻段：衛(wèi)星通信的主要工作頻段： 目前大部分國際通信衛(wèi)星尤其是商業(yè)衛(wèi)星使用目前大部分國際通信衛(wèi)星尤其是商業(yè)衛(wèi)星使用C頻頻段，即段，即6/4GHz頻段（上

44、行頻率為頻段（上行頻率為6GHz，下行頻率為，下行頻率為4GHz），轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為），轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為500MHz，國內(nèi)區(qū)域性通信衛(wèi)，國內(nèi)區(qū)域性通信衛(wèi)星多數(shù)也應(yīng)用該頻段星多數(shù)也應(yīng)用該頻段 。5.4.2衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)1. 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的基本組成衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的基本組成圖圖5-20是一個最簡單的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)是一個最簡單的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng) 圖圖5-20所示的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)包括如下幾個基本部分：所示的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)包括如下幾個基本部分： （1）控制與管理系統(tǒng)）控制與管理系統(tǒng) ：它是保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常運行它是保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常運行的重要組成部分。它的任務(wù)是對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制其準確的重要組成部分。它的

45、任務(wù)是對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制其準確進入軌道上的指定位置，衛(wèi)星正常運行后，需定期對衛(wèi)星進行軌進入軌道上的指定位置，衛(wèi)星正常運行后，需定期對衛(wèi)星進行軌道修正和位置保持道修正和位置保持 （2）星上系統(tǒng)：）星上系統(tǒng)：通信衛(wèi)星內(nèi)的主體是通信裝置，其保障通信衛(wèi)星內(nèi)的主體是通信裝置，其保障部分有星體上的遙測指令、控制系統(tǒng)和能源裝置等。通信衛(wèi)星部分有星體上的遙測指令、控制系統(tǒng)和能源裝置等。通信衛(wèi)星的主要作用是無線電中繼，星上通信裝置包括轉(zhuǎn)發(fā)器和天線。的主要作用是無線電中繼，星上通信裝置包括轉(zhuǎn)發(fā)器和天線。 （3）地球站：）地球站：地球站是衛(wèi)星通信的地面部分，用戶通過它地球站是衛(wèi)星通信的地面部分，用戶通過它們接

46、入衛(wèi)星線路，進行通信。地球站一般包括天線、饋線設(shè)備、們接入衛(wèi)星線路，進行通信。地球站一般包括天線、饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備、天線跟蹤伺服設(shè)備、電發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備、天線跟蹤伺服設(shè)備、電源設(shè)備。源設(shè)備。2. 同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)同步衛(wèi)星通信系統(tǒng) 同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)由同步通信衛(wèi)星、地球站和控制同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)由同步通信衛(wèi)星、地球站和控制中心三部分組成。中心三部分組成。（1）同步通信衛(wèi)星）同步通信衛(wèi)星 同步通信衛(wèi)星由衛(wèi)星天線分系統(tǒng)、衛(wèi)星通信分系同步通信衛(wèi)星由衛(wèi)星天線分系統(tǒng)、衛(wèi)星通信分系統(tǒng)、衛(wèi)星電源分系統(tǒng)、跟蹤遙測指令分系統(tǒng)和控制分統(tǒng)、衛(wèi)星電源分系統(tǒng)、跟蹤遙測指令分系統(tǒng)和控制

47、分系統(tǒng)五部分組成。如圖系統(tǒng)五部分組成。如圖5-21所示。所示。圖圖5-21 通信衛(wèi)星的組成框圖通信衛(wèi)星的組成框圖 衛(wèi)星天線分系統(tǒng)：衛(wèi)星天線分系統(tǒng)：衛(wèi)星天線有兩類：遙測指令天線和衛(wèi)星天線有兩類：遙測指令天線和通信天線。通信天線。 衛(wèi)星通信分系統(tǒng)：衛(wèi)星通信分系統(tǒng)：衛(wèi)星通信分系統(tǒng)是通信衛(wèi)星的核心衛(wèi)星通信分系統(tǒng)是通信衛(wèi)星的核心部分部分 。 衛(wèi)星電源分系統(tǒng)：衛(wèi)星電源分系統(tǒng)：為了保證衛(wèi)星的工作時間必須有充為了保證衛(wèi)星的工作時間必須有充足的能源，衛(wèi)星上的能源主要來源有兩部分：太陽能和蓄足的能源，衛(wèi)星上的能源主要來源有兩部分：太陽能和蓄電池。電池。 蹤遙測指令分系統(tǒng)：蹤遙測指令分系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括遙測和指令兩大部該系統(tǒng)包括遙測和指令兩大部 分，此外還有應(yīng)用于衛(wèi)星跟蹤的信標發(fā)射設(shè)備。分，此外還有應(yīng)用于衛(wèi)星跟蹤的信標發(fā)射設(shè)備。 控制分系統(tǒng)：控制分系統(tǒng)：控制分系統(tǒng)由一系列機械或電子的可控調(diào)控制分系統(tǒng)由一系列機械或電子的可控調(diào)整裝置構(gòu)成，完成對衛(wèi)星的姿態(tài)、軌道、工作狀態(tài)的調(diào)整。整裝置構(gòu)