《現(xiàn)代通訊系統(tǒng)》課件(第三章-微波中繼通信系統(tǒng))

微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)是利用高頻帶寬、抗干擾性強的微波信號在地球表面或大氣層中通過一系列中繼站傳輸信息的通信方式。這種系統(tǒng)具有高傳輸速率、超長距離通信等優(yōu)勢,廣泛應用于電信、軍事、氣象等領域。byhpzqamifhr@微波中繼通信系統(tǒng)概述靈活便捷微波中繼通信系統(tǒng)利用微波作為傳輸媒體,能夠快速部署和靈活運用,滿足各種通信需求。覆蓋廣泛微波信號穿透力強,可以跨越地形障礙,實現(xiàn)廣覆蓋區(qū)域的通信連接。容量大微波中繼技術可以提供大容量的通信鏈路,滿足高帶寬和高速率的數(shù)據(jù)傳輸需求。1.1微波中繼通信系統(tǒng)的特點遠程傳輸微波中繼通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)長距離、高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸,適合于跨越山川河流等地理障礙。靈活布線微波中繼站可根據(jù)地形靈活布置,無需鋪設大量有線電纜,部署和維護更加方便。直線傳播微波信號沿直線傳播,能有效避免地形和障礙物對傳輸?shù)母蓴_,提高了通信質(zhì)量和可靠性。微波中繼通信系統(tǒng)的組成發(fā)射機微波中繼通信系統(tǒng)的核心部件之一。負責將輸入的信號轉(zhuǎn)換為可傳輸?shù)母哳l微波信號。提供足夠的功率以克服傳輸損耗。天線高指向性天線用于將微波信號集中發(fā)射或接收。采用反射式或波導式天線結構。根據(jù)需求選擇適當?shù)奶炀€類型。接收機微波中繼通信系統(tǒng)的另一核心部件。負責從空中捕獲微波信號,并將其放大、解調(diào)還原為原始信號。信號處理包括調(diào)制解調(diào)、變頻等,確保信號傳輸質(zhì)量。還需要設置中繼增益,以滿足鏈路傳輸需求。微波中繼站1功能接收、放大和再發(fā)射信號2類型基站、轉(zhuǎn)發(fā)站、中繼站3特點解決傳輸距離限制、信號衰減微波中繼站是微波中繼通信系統(tǒng)的核心組成部分。它主要負責接收、放大和再發(fā)射微波信號,以克服傳輸距離的限制和信號衰減。根據(jù)不同的功能和結構,微波中繼站可分為基站、轉(zhuǎn)發(fā)站和中繼站幾種類型?；矩撠熍c終端設備的連接,轉(zhuǎn)發(fā)站負責信號的中繼轉(zhuǎn)發(fā),而中繼站則可在傳輸線路上完成中繼功能。微波中繼站的功能信號中繼微波中繼站負責接收遠端信號并放大重發(fā),以克服信號傳輸過程中的損耗,實現(xiàn)長距離無縫連接。監(jiān)測管理中繼站設有專職工程師,對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和調(diào)試,確保傳輸質(zhì)量和線路可靠性。網(wǎng)絡鏈接微波中繼站構建成網(wǎng)狀拓撲,將分散的通信節(jié)點有機串聯(lián)起來,形成覆蓋廣泛的傳輸網(wǎng)絡。微波中繼站的類型1固定式中繼站這種中繼站安裝在一個固定的位置,用于連接兩個穩(wěn)定的終端,通常用于長距離干線通信。2移動式中繼站這種中繼站安裝在車載或portable設備上,可以根據(jù)需要隨時改變位置和行進路線,適用于臨時性或軍事通信等場合。3中繼跳數(shù)根據(jù)需要的通信距離,可以設置不同數(shù)量的中繼站來完成通信鏈路的構建。通常中繼跳數(shù)越少越好,可降低系統(tǒng)的復雜性。微波中繼線路的設計1規(guī)劃確定路徑和站點位置2布線選擇合適的微波傳輸線路3天線選擇頻段和方向適合的天線微波中繼線路的設計包括三個重要步驟:規(guī)劃、布線和天線選擇。在規(guī)劃階段,需要確定線路的傳輸路徑和中繼站的位置。在布線階段,要選擇合適的微波傳輸線路,如同軸電纜或波導。在天線選擇階段,需要根據(jù)頻率和方向性能選擇合適的天線。這些步驟相互關聯(lián),需要綜合考慮各種因素才能設計出高性能的微波中繼線路。微波中繼線路的規(guī)劃網(wǎng)絡規(guī)劃微波中繼線路的規(guī)劃需要仔細考慮網(wǎng)絡拓撲結構,確保信號傳輸?shù)目煽啃院透咝浴：侠淼木W(wǎng)絡規(guī)劃可以最大化資源利用,降低建設和運維成本。電磁環(huán)境評估評估擬建設區(qū)域的電磁環(huán)境,確保傳輸信號不會受到干擾。針對可能存在的障礙物和電磁源,采取有效的屏蔽和規(guī)避措施。頻率規(guī)劃合理規(guī)劃頻率的使用,避免不同線路間的頻率沖突和干擾。根據(jù)業(yè)務需求和監(jiān)管要求,合理分配頻段資源。微波中繼線路的布線1線路規(guī)劃根據(jù)地形和環(huán)境因素,仔細規(guī)劃微波中繼線路的走向,以最短距離和最佳傳輸條件連接各站點。2選擇布線方式采用地面布線或塔架懸掛兩種方式,各有優(yōu)缺點,需評估具體情況選擇最佳布線方式。3避免干擾合理選擇布線路徑,遠離建筑物、高壓線等潛在干擾源,保障微波信號傳輸質(zhì)量。4維護安全考慮氣候因素,選擇適當?shù)碾娎|及固定措施,確保線路安全穩(wěn)定運行。微波中繼線路的天線選擇指向性天線在微波中繼線路中,通常采用指向性天線,如拋物面天線或喇叭天線。這類天線具有高增益和窄波束寬度,可有效將信號集中在目標方向,提高系統(tǒng)增益。天線配置微波中繼站通常使用兩組互為正交偏振的天線。這樣可以避免不同信道之間的干擾,提高系統(tǒng)可靠性。同時還可以利用雙極化技術提高頻譜利用率。天線高度合理選擇天線高度對于微波中繼線路的設計非常重要。合理的天線高度可以最大程度減少遮擋,降低傳播損耗,提高系統(tǒng)可靠性。天線維護微波中繼線路的天線需要定期檢查和維護,確保天線狀態(tài)良好。如果發(fā)現(xiàn)天線損壞或性能下降,及時更換或調(diào)整可以確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。微波中繼線路的傳輸特性1自由空間傳播損耗電磁波在自由空間中傳播時會產(chǎn)生損耗,距離越遠損耗越大。這種損耗主要與傳播距離和頻率有關。2大氣折射率地球大氣的折射率會影響電磁波的傳播路徑,造成彎折和擴散,從而影響信號傳輸質(zhì)量。3多徑傳播電磁波在傳輸過程中會遇到反射、散射等現(xiàn)象,產(chǎn)生多條傳播路徑,造成干擾和失真。自由空間傳播損耗自由空間損耗自由空間傳播損耗是指電磁波從發(fā)射端到接收端之間經(jīng)過自由空間傳播過程中的能量損失。隨著傳輸距離的增加,電磁波能量會逐漸衰減,從而導致接收信號功率降低。這是微波中繼通信系統(tǒng)必須考慮的一個重要因素。Friis傳輸公式自由空間傳播損耗可以用Friis傳輸公式來計算。該公式考慮了頻率、傳輸距離和天線尺寸等因素,用于預測信號在自由空間傳播中的功率損耗。這有助于微波中繼系統(tǒng)的設計和規(guī)劃。影響因素除了距離,自由空間傳播損耗還受到頻率、天線高度、地形、建筑物等因素的影響。這些因素會導致信號發(fā)生衍射、反射和遮擋等現(xiàn)象,進而影響最終的接收信號質(zhì)量。這需要在中繼線路設計中充分考慮。4.2大氣折射率大氣折射率是影響微波傳播的重要因素之一。大氣中溫度和濕度的垂直分布會導致折射率隨高度變化,形成不同的折射層。這種折射層會改變微波的傳播路徑,使其發(fā)生彎曲或反射。了解大氣折射率特性對于精準設計微波中繼線路至關重要。多徑傳播反射與衍射微波信號在傳播過程中會遇到建筑物、地形等障礙物,產(chǎn)生反射和衍射效應,使得接收端接收到多個路徑的信號。相位變化不同路徑的信號由于傳播距離不同,會產(chǎn)生相位差,在接收端產(chǎn)生信號強度的增強或衰減。延遲擴散多徑傳播會造成信號時延,導致接收端出現(xiàn)信號擴散和碼間干擾,影響通信質(zhì)量。微波中繼線路的信號質(zhì)量信噪比信噪比衡量信號相對于噪聲的強度,是評估微波中繼線路信號質(zhì)量的關鍵指標。相干干擾相干干擾是由于相位一致的信號干擾造成的,會嚴重降低信號接收質(zhì)量。非相干干擾非相干干擾由于信號頻率、相位不同而產(chǎn)生,通常表現(xiàn)為背景噪音,可以通過濾波等措施降低。信噪比信號強度信噪比反映了信號強度與噪聲強度之間的比值。高信噪比意味著信號可靠性強。測量單位信噪比通常用分貝(dB)作為單位。分貝是一種對數(shù)單位,表示兩個功率之比。頻率影響信噪比隨頻率的變化而變化,一般在高頻段更容易受到噪聲的影響。相干干擾相干干擾相干干擾是由于兩個或多個信號之間存在相位關系而產(chǎn)生的干擾。這種干擾會導致接收端信號的振幅產(chǎn)生嚴重失真，嚴重影響信號質(zhì)量。檢測和分析通過測量信號的相位和幅度差異,可以檢測和分析相干干擾的存在及其程度,為后續(xù)的干擾抑制提供依據(jù)。抑制措施采用正交編碼、擴頻技術、自適應濾波等方法可有效抑制相干干擾,從而保證微波中繼線路的信號質(zhì)量。非相干干擾頻率偏差非相干干擾是由于系統(tǒng)中不同信號之間的頻率偏差引起的,這種干擾不可通過同相干處理來消除。熱噪聲影響非相干干擾還會受到系統(tǒng)中各種熱噪聲的影響,如放大器噪聲、天線噪聲等,這些噪聲會降低系統(tǒng)的信噪比。多徑干擾在復雜的傳播環(huán)境中,不同路徑反射的信號會產(chǎn)生相位差而造成非相干干擾,降低接收質(zhì)量。微波中繼線路的可靠性1可靠性指標系統(tǒng)可用時間、平均無故障時間等2硬件可靠性關鍵部件的選型和備份3軟件可靠性監(jiān)控和自動恢復機制微波中繼線路的可靠性是確保通信質(zhì)量的關鍵因素。可靠性指標包括系統(tǒng)可用時間、平均無故障時間等。提高硬件可靠性需要合理選擇關鍵部件并做好備份,而軟件可靠性則需要完善監(jiān)控和自動恢復機制。通過多方位的措施,可以顯著提升微波中繼線路的整體可靠性?？煽啃灾笜?系統(tǒng)可靠性反映系統(tǒng)整體的可靠性水平,包括故障發(fā)生概率和服務時間連續(xù)性等指標。2部件可靠性反映各關鍵部件的可靠性,包括部件故障率、平均無故障時間等。3維修性反映系統(tǒng)維修的便利性,包括平均修復時間、維修費用、維修人員技能等?？煽啃蕴岣叽胧┤哂嘣O計采用備用設備和系統(tǒng),提高系統(tǒng)可靠性。一旦主設備發(fā)生故障,備用設備能及時啟用,減少中斷時間。定期維護對微波中繼站設備和線路進行定期檢查和維護保養(yǎng),及時發(fā)現(xiàn)并修復隱藏的故障隱患?？煽啃苑治霾捎每煽啃苑治龇椒?識別關鍵故障點,并采取針對性的措施提升系統(tǒng)抗干擾能力。自動監(jiān)控利用自動監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測中繼站狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)問題能夠及時報警和處理。7.微波中繼系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1數(shù)字化2移動性3衛(wèi)星化微波中繼系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、移動化和衛(wèi)星化的方向發(fā)展。數(shù)字化技術可以提高傳輸效率和抗干擾能力;移動化技術可以實現(xiàn)用戶的隨時隨地連接;衛(wèi)星化技術可以擴大覆蓋范圍,滿足偏遠地區(qū)的需求。這些新興技術正在推動微波中繼系統(tǒng)不斷升級,為用戶提供更加便捷和可靠的通信體驗。數(shù)字微波中繼系統(tǒng)高帶寬傳輸數(shù)字微波中繼系統(tǒng)能夠提供高帶寬的信號傳輸,滿足日益增長的數(shù)據(jù)通信需求。安全可靠數(shù)字編碼技術可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力,并且采用加密手段增強通信的安全性。網(wǎng)絡化集成數(shù)字微波系統(tǒng)能夠與其他通信網(wǎng)絡無縫對接,實現(xiàn)資源共享和業(yè)務協(xié)同。移動微波中繼系統(tǒng)動態(tài)通信移動微波中繼系統(tǒng)利用移動設備作為中繼節(jié)點,可以更好地適應通信需求的動態(tài)變化,提高網(wǎng)絡的覆蓋范圍和靈活性。高效傳輸采用微波頻段進行中繼傳輸,可以實現(xiàn)高帶寬、低時延的通信,滿足移動互聯(lián)網(wǎng)等新興應用的需求。靈活布局無需固定的中繼站點,移動設備可根據(jù)需求臨時部署,提高網(wǎng)絡的快速適應性和重構能力。衛(wèi)星微波中繼系統(tǒng)概述衛(wèi)星微波中繼系統(tǒng)利用地球靜止軌道或非靜止軌道衛(wèi)星,實現(xiàn)地面或空中站點之間的寬帶通信。這種系統(tǒng)具有覆蓋廣闊