(完成)第5章微波中繼通信系統(tǒng)1副本

1、通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心1第第6 6章章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)路路 威威 電話：828492EMAIL：kahnlgdx.mtn軍事通信系統(tǒng)軍事通信系統(tǒng)理工大學(xué)通信工程學(xué)院天基信息教研中心理工大學(xué)通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心2主要內(nèi)容及要求主要內(nèi)容及要求q 掌握掌握微波中繼通信的特點；微波中繼通信的特點；q 了解了解微波中繼通信系統(tǒng)的基本組成及中繼微波中繼通信系統(tǒng)的基本組成及中繼方式方式 ；q 理解理解微波中繼線路傳輸特點及關(guān)鍵技術(shù)；微波中繼線路傳輸特點及關(guān)鍵技術(shù)；q 了解了解微波中繼通信系統(tǒng)在

2、軍事中的應(yīng)用及微波中繼通信系統(tǒng)在軍事中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢。發(fā)展趨勢。 通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心31.1.什么是微波中繼通信什么是微波中繼通信 利用利用微波微波作為載波并采用作為載波并采用中繼中繼（接力）方式在（接力）方式在地面地面上所進行的無線電通信。上所進行的無線電通信。一、概述一、概述通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心42 2、微波工作的頻率范圍、微波工作的頻率范圍段號段號頻帶名稱頻帶名稱 頻率范圍頻率范圍（含上限，不含下限）（含上限，不含下限）波段名稱波段名稱波長范圍波長范圍（含下限不含上限）（含下限不含上限） 1 1極低頻極低頻 3-

3、30Hz3-30Hz 極長波極長波 100kkm-10kkm 100kkm-10kkm 2 2超低頻超低頻 30-300Hz 30-300Hz 超長波超長波 10kkm-1kkm 10kkm-1kkm 3 3特低頻特低頻 300-3000Hz 300-3000Hz 特長波特長波 1000km-100km 1000km-100km 4 4甚低頻甚低頻（VLFVLF）3-30KHz 3-30KHz 甚長波甚長波 100k-10km 100k-10km 5 5低頻（低頻（LFLF） 30-300KHz 30-300KHz 長波長波 10k-1km 10k-1km 6 6中頻（中頻（MFMF） 300

4、-3000KHz 300-3000KHz 中波中波 1000-100m 1000-100m 7 7高頻（高頻（HFHF） 3-30MHz 3-30MHz 短波短波 100-10m 100-10m 8 8甚高頻（甚高頻（VHFVHF） 30-300MHz 30-300MHz 米波米波 10-1m 10-1m 9 9特高頻（特高頻（UHFUHF） 300-3000MHz 300-3000MHz 分米波分米波( (微波微波) )100-10cm 100-10cm 1010超高頻（超高頻（SHFSHF） 3-30GHz 3-30GHz 厘米波厘米波( (微波微波) )10-1cm 10-1cm 111

5、1極高頻（極高頻（EHFEHF） 30-300GHz 30-300GHz 毫米波毫米波( (微波微波) )10-1mm 10-1mm 1212至高頻至高頻 300-3000GHz 300-3000GHz 絲米波絲米波( (微波微波) )1-0.1mm1-0.1mm通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心5無線電通信常用頻段無線電通信常用頻段3-30GHz4.0-8.0GHz8.0-12.0 GHz12.0-18.0 GHz18.0-27.0 GHz特高頻特高頻(SHF)CXKuK視距傳輸視距傳輸10 GHz以上較大降雨衰減以上較大降雨衰減22.2 GHz水汽吸收峰值水汽吸收峰值

6、雷達雷達微波中繼微波中繼衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信30-300GHz27.0-40.0 GHz26.5-40.0 GHz33.0-50.0 GHz40.0-75.0 GHz75.0-110.0 GHz110-300GHz極高頻極高頻 (EHF)KaRQVWmm (毫米波毫米波)視距傳輸視距傳輸183 GHz有水汽吸收峰值有水汽吸收峰值60 和和119 GHz有氧分子吸收峰值有氧分子吸收峰值雷達雷達微波中繼微波中繼衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信103-107GHz紅外光紅外光可見光可見光紫外光紫外光視距傳輸視距傳輸光纖傳輸光纖傳輸光纖通信光纖通信大氣光通信大氣光通信水下光通信水下光通信通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工

7、程學(xué)院天基信息教研中心6二、微波中繼通信特點二、微波中繼通信特點1.1.主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：q通信容量大通信容量大 q抗干擾、抗截獲能力強抗干擾、抗截獲能力強q機動能力強機動能力強 q抗毀能力強抗毀能力強 2.2.主要不足：主要不足：r傳輸距離近傳輸距離近r需要架設(shè)較高的天線，需要架設(shè)較高的天線，不容易偽裝不容易偽裝 通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心7q 微波是視距傳播，而地球表面是彎曲的微波是視距傳播，而地球表面是彎曲的q 微波傳播有損耗微波傳播有損耗3.3.微波通信中繼傳輸原因微波通信中繼傳輸原因AB地球地球通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心8

8、 d視距，單位視距，單位km；H1、H2發(fā)射及接收天線的有發(fā)射及接收天線的有效高度，即高于平均地形海拔的天線高度，單位效高度，即高于平均地形海拔的天線高度，單位m。平原地區(qū)站距離一般在平原地區(qū)站距離一般在3050公里，天線高度在公里，天線高度在5060米。米。)(57. 3)(36.22Re2121HHHHd 受地球受地球曲率曲率的影響，視距的影響，視距最最大傳輸距離大傳輸距離可按以下公式計算：可按以下公式計算：4.4.微波視距傳播距離微波視距傳播距離通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心9 數(shù)字微波中繼通信線路是由線路兩端的數(shù)字微波中繼通信線路是由線路兩端的終端站、若干個中

9、繼站及分路站構(gòu)成。終端站、若干個中繼站及分路站構(gòu)成。6.2 微波中繼通信系統(tǒng)構(gòu)成微波中繼通信系統(tǒng)構(gòu)成通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心10微波發(fā)信機的兩種調(diào)制方案微波發(fā)信機的兩種調(diào)制方案 （1）射頻調(diào)制）射頻調(diào)制來自數(shù)字復(fù)用設(shè)備的信碼經(jīng)過碼型變換后，對微波來自數(shù)字復(fù)用設(shè)備的信碼經(jīng)過碼型變換后，對微波振蕩器輸出的射頻載波信號直接進行調(diào)制。振蕩器輸出的射頻載波信號直接進行調(diào)制。6.2 微波中繼通信系統(tǒng)構(gòu)成微波中繼通信系統(tǒng)構(gòu)成通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心11 （2 2）中頻調(diào)制）中頻調(diào)制 來自數(shù)字復(fù)用設(shè)備的信碼經(jīng)過碼型變換后，對中頻來自數(shù)字復(fù)用設(shè)備的

10、信碼經(jīng)過碼型變換后，對中頻載波信號進行調(diào)制，然后上變頻到微波波段。載波信號進行調(diào)制，然后上變頻到微波波段。6.2 微波中繼通信系統(tǒng)構(gòu)成微波中繼通信系統(tǒng)構(gòu)成通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心12一、微波終端站的構(gòu)成一、微波終端站的構(gòu)成通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心13(1)IDU及及ODUIDUODU通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心14去解調(diào)器去解調(diào)器來自調(diào)制器來自調(diào)制器的射頻信號的射頻信號固態(tài)功放固態(tài)功放LNA雙工器雙工器天線天線波導(dǎo)波導(dǎo)(2)微波終端站實物圖微波終端站實物圖通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息

11、教研中心15(3)常用微波器件常用微波器件波導(dǎo)波導(dǎo)同軸電纜同軸電纜橢圓波導(dǎo)橢圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)通常矩形波導(dǎo)衰減較通常矩形波導(dǎo)衰減較小，但是制作困難；小，但是制作困難；同軸電纜具有靈活性同軸電纜具有靈活性但是衰減大但是衰減大.波導(dǎo)波導(dǎo):微波信號的傳輸線微波信號的傳輸線.按照剖面不同分為不按照剖面不同分為不同的類型。同的類型。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心16(4)常用微波器件常用微波器件適配器適配器用于連接不同類型的波導(dǎo)。用于連接不同類型的波導(dǎo)。各種波導(dǎo)連接頭各種波導(dǎo)連接頭通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心17天線發(fā)送信號接收信號(

12、5)常用微波器件常用微波器件雙工器雙工器(收發(fā)收發(fā))雙工器，天線分離器雙工器，天線分離器同向雙工器，天線共用器同向雙工器，天線共用器通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心18(6)常用微波器件常用微波器件功放功放SSPA固態(tài)放大器TWT & TWTA行波管放大器速調(diào)管放大器通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心19(7)常用微波器件低噪聲放大器 LNA(low noise amplifier): 用于將天線口的微弱用于將天線口的微弱接收信號進行放大同時盡量引入很少量噪聲。接收信號進行放大同時盡量引入很少量噪聲。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院

13、天基信息教研中心20(8)常用微波器件常用微波器件天線天線通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心21微波天線饋線系統(tǒng)示意圖微波天線饋線系統(tǒng)示意圖(a) 同軸電纜天線饋線系統(tǒng)；同軸電纜天線饋線系統(tǒng)； (b) 圓波導(dǎo)天線饋線系統(tǒng)圓波導(dǎo)天線饋線系統(tǒng)極化分離器卡塞格林天線同軸電纜電纜接頭副反射器初級輻射器上密封節(jié)卡塞格林天線的主反射面圓軟波導(dǎo)圓波導(dǎo)彎頭雜模濾除器圓波導(dǎo)管極化旋轉(zhuǎn)器5825 mm矩形軟波導(dǎo)矩形波導(dǎo)密封節(jié)接發(fā)信機至收信機階梯變換器矩形波導(dǎo)58255810 mm5825 mm波導(dǎo)彎頭終端負荷極化分離器6954 mm變換器(a)(b)極化補償節(jié)通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信

14、工程學(xué)院天基信息教研中心221)微波天線增益微波天線增益參考點參考點參考點參考點DPRIPRDPTPTG=PRD/PRI 天線在給定方向上的天線在給定方向上的增益增益是指在天線在該方向輻射的功是指在天線在該方向輻射的功率與當用相同的功率驅(qū)動時全向天線時在該方向上輻射的功率與當用相同的功率驅(qū)動時全向天線時在該方向上輻射的功率的比值。率的比值。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心23DPRPRPTPTAmpGT參考點參考點參考點參考點有效全向輻射功率（有效全向輻射功率（EIRP）=PTGT通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心24AmpTransmission

15、 lineGLPTPRDTransmission lineLPTPRI全向天線的等效傳輸全向天線的等效傳輸電路電路定向天線的等效傳定向天線的等效傳輸電路輸電路L傳輸損耗傳輸損耗通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心25幾乎所有的天線都是幾乎所有的天線都是無源的無源的。因此增益與放大器的增。因此增益與放大器的增益意義不同。益意義不同。增益是由于定向天線將增益是由于定向天線將電磁波的能量集中在某一方向電磁波的能量集中在某一方向的結(jié)果。的結(jié)果。當我們定義當我們定義“增益增益”時，僅僅考慮參考點所在的方向，時，僅僅考慮參考點所在的方向，因此因此增益僅在該方向有效增益僅在該方向有效。

16、2)天線增益意義天線增益意義通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心263)天線增益計算天線增益計算24 AG用分貝形式表示為用分貝形式表示為 102410logAG其中其中: A 為天線的口徑面積為天線的口徑面積是天線的效率（是天線的效率（55%-70%）通?？梢员硎緸橥ǔ？梢员硎緸橥ㄐ殴こ虒W(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心274)天線方向圖天線方向圖旁瓣旁瓣 主瓣主瓣主瓣主瓣:主要的輻射方向稱為主要的輻射方向稱為主瓣主瓣。沒有天線能夠?qū)⑺?。沒有天線能夠?qū)⑺械墓β识荚谝粋€方向輻射。向其他方向輻射一定的功的功率都在一個方向輻射。向其他方向輻射一定的功率是不可避

17、免的。率是不可避免的。旁瓣：旁瓣：當我們從不同方向觀察當我們從不同方向觀察時，常?？梢钥吹椒逯岛偷凸?，時，常?？梢钥吹椒逯岛偷凸?，有峰值的地方稱之為有峰值的地方稱之為旁瓣旁瓣。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心28二、微波中繼通信系統(tǒng)的組成二、微波中繼通信系統(tǒng)的組成（1）用戶終端）用戶終端（2）交換機）交換機（3）終端復(fù)用設(shè)備）終端復(fù)用設(shè)備（4）微波站）微波站微波中繼系統(tǒng)主要設(shè)備有：微波中繼系統(tǒng)主要設(shè)備有：通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心29線狀網(wǎng)通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心30三、三、 微波中間站的轉(zhuǎn)接方式微波中間站的

18、轉(zhuǎn)接方式 微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉(zhuǎn)接方式按照收微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉(zhuǎn)接方式按照收發(fā)信機轉(zhuǎn)接信號時的發(fā)信機轉(zhuǎn)接信號時的接口接口方式，主要有：方式，主要有： （1）基帶轉(zhuǎn)接方式）基帶轉(zhuǎn)接方式 （2）中頻轉(zhuǎn)接方式）中頻轉(zhuǎn)接方式 （3）微波轉(zhuǎn)接方式）微波轉(zhuǎn)接方式 （4）微波直放轉(zhuǎn)接方式）微波直放轉(zhuǎn)接方式 （5）無源轉(zhuǎn)接方式）無源轉(zhuǎn)接方式通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心31（1 1）基帶轉(zhuǎn)接方式）基帶轉(zhuǎn)接方式 原理：原理：中間站將微波信號解調(diào)至基帶信號再生后，中間站將微波信號解調(diào)至基帶信號再生后，再轉(zhuǎn)接到該中間站的另一中繼機變換到微波信號再轉(zhuǎn)接到該中間站的另一中繼機變換到微

19、波信號發(fā)送出去。發(fā)送出去。特點：特點：1 1、消除了群路信號在調(diào)制、解調(diào)過程中產(chǎn)、消除了群路信號在調(diào)制、解調(diào)過程中產(chǎn) 生失真和噪聲積累。生失真和噪聲積累。 2 2、可以直接上、下話路。、可以直接上、下話路。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心32（2 2）中頻轉(zhuǎn)接方式）中頻轉(zhuǎn)接方式原理：原理：將接收微波信號變換到中頻后再變換至發(fā)將接收微波信號變換到中頻后再變換至發(fā)射微波信號。射微波信號。特點：特點：1 1、省去了調(diào)制、解調(diào)器，簡化了設(shè)備、省去了調(diào)制、解調(diào)器，簡化了設(shè)備2 2、沒有調(diào)制和解調(diào)引入的失真和噪聲、沒有調(diào)制和解調(diào)引入的失真和噪聲3 3、不能上、下話路，不能消除噪聲積

20、累、不能上、下話路，不能消除噪聲積累通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心33（3 3）微波轉(zhuǎn)接方式）微波轉(zhuǎn)接方式原理：原理：微波轉(zhuǎn)接與中頻轉(zhuǎn)接類似，但其轉(zhuǎn)接接微波轉(zhuǎn)接與中頻轉(zhuǎn)接類似，但其轉(zhuǎn)接接口是微波接口?？谑俏⒉ń涌?。 特點：特點：1 1、發(fā)信載頻相對于收信載頻仍需要移頻、發(fā)信載頻相對于收信載頻仍需要移頻2 2、需要自動增益控制、需要自動增益控制通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心34（4 4）微波直放）微波直放特點：特點：1 1、結(jié)構(gòu)大為簡化、結(jié)構(gòu)大為簡化 2 2、其功耗低，可利用太陽能供電、其功耗低，可利用太陽能供電 3 3、其可靠性較高，一般不需

21、維護、其可靠性較高，一般不需維護 4 4、其轉(zhuǎn)信和收信在、其轉(zhuǎn)信和收信在同一載頻同一載頻，須避免本站，須避免本站收發(fā)信號之間的相互干擾。收發(fā)信號之間的相互干擾。RF Amp原理原理:中間站中間站不進行變頻不進行變頻而進行有源、雙向的微而進行有源、雙向的微波信號直接放大波信號直接放大。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心35（5 5）無源轉(zhuǎn)接方式）無源轉(zhuǎn)接方式特點：特點：維護簡單，主要用于克服山河等地形障礙，維護簡單，主要用于克服山河等地形障礙，但對反射板的抗風(fēng)能力要求很高且造價較高。但對反射板的抗風(fēng)能力要求很高且造價較高。原理：原理：利用金屬反射板改變微波波束的方向。利用金

22、屬反射板改變微波波束的方向。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心36通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心37通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心38四、射頻波道的頻率配置四、射頻波道的頻率配置基本原則：基本原則：q 是盡可能在給定的微波頻段內(nèi)是盡可能在給定的微波頻段內(nèi)多安排多安排一些一些波道波道，以增加傳輸容量；，以增加傳輸容量；q 盡可能盡可能減小減小波道之間的波道之間的相互干擾相互干擾，以保證系統(tǒng)總體指標和通信質(zhì)量；，以保證系統(tǒng)總體指標和通信質(zhì)量；q 盡可能有利于通信設(shè)備的盡可能有利于通信設(shè)備的標準化、系列化標準化、系列化生產(chǎn)，以

23、便于維修和降低成生產(chǎn)，以便于維修和降低成本。本。波道波道: :兩套對通的微波收發(fā)信機構(gòu)成的一條獨立的兩套對通的微波收發(fā)信機構(gòu)成的一條獨立的雙向雙向微波信道微波信道射頻波道的頻率配置：射頻波道的頻率配置：就是如何分配相鄰兩條微波站之間各條射頻波道就是如何分配相鄰兩條微波站之間各條射頻波道收發(fā)信機的微波收發(fā)頻率。收發(fā)信機的微波收發(fā)頻率。（1 1）基本概念）基本概念通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心39（2 2）單波道頻率配置）單波道頻率配置一條微波中繼通信線路各相鄰兩個微波站一條微波中繼通信線路各相鄰兩個微波站之間只有一條波道工作時，其頻率配置稱為單之間只有一條波道工作時，其

24、頻率配置稱為單波道頻率配置。波道頻率配置。a a）二頻制方案）二頻制方案 b b）四頻制方案）四頻制方案通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心401 1）二頻制方案）二頻制方案 整個微波線路共使用兩個不同的微波頻率整個微波線路共使用兩個不同的微波頻率f1f1、f2f2，且，且這這兩個頻率在兩個信息傳輸方向上都是交替出現(xiàn)的兩個頻率在兩個信息傳輸方向上都是交替出現(xiàn)的。兩個。兩個通信方向的收發(fā)頻率均相同，但收發(fā)頻率逐站更換一次。通信方向的收發(fā)頻率均相同，但收發(fā)頻率逐站更換一次。特點特點：q 占用頻帶窄（頻譜利用率高）占用頻帶窄（頻譜利用率高）q 存在反向干擾和越站同頻干擾問題。存在反向干擾和越站同頻干擾問題。通信工程學(xué)院天基信息教研中心通信工程學(xué)院天基信息教研中心412 2）四頻制方案）四頻制方案 即整個微波線路共使用即整個微波線路共使用4 4個不同的微波頻率個不同的微波頻率f1f1、f2f2、f3f3、f4f4，f1f1與與 f4f4、 f2f2與與f3f3各組成一條雙向波道各組成一條雙向波道，這兩條雙向，這兩條雙向波道在兩個信息傳輸方向上交替出現(xiàn)。波道在兩個信息傳輸方向上交替出現(xiàn)。特點特點：q 沒有反向干擾問題，但仍然存在越站同頻干擾問題沒有反向干擾問題，但仍然存在越站同頻干擾問題q