第一章数字微波通信概述

低频音频 SF
63.5MHz 高频载波 Fs FM调制器原理
已调射频 RFs
高频载波Fs信号频谱
FM已调波RFs信号频谱
• 1．3 信号的合成传播 • 将两路分别携带图像和语音信号的高频载 波合成同时发送，其原理见下图所示。
高频本振载 波Fp
70MHz
低频视 频VF 低频音 频SF
AM调制器
63.5MHz 副载波Fs
数字微波通信系统
授课教师:曾英 Email:zengying20061981@163.com
使用教材:数字微波通信系统
作
者： 唐贤远，邓兴成 编著
出 版 社： 高等教育出版社 授课对象:通信工程0912401-0912402,10125011012502 授课时数:总64课时;理论:48课时;试验:16课时; 授课时间:2012年至2013学年度第一学期 先修课程：通信原理
第1章 数字微波通信概述
一、 数字微波通信的概念 1、微波 微波:是指波长为1m--1mm,即频率从300MHz— 300GHz范围内的电磁波. 2、微波通信:就是利用微波作为载波来携带信息并 通过空间电波进行传输的一种无线通信方式. 当携带的信息是模拟信号时称为模拟微波通 信. 当携带的信息是数字信息时称为数字微波通 信.
合 成
RF双载 波
AM&FM双载波调制原理
RF双载波无调制（空载波）
AM&FM双载波调制信号频
锁相本振 源
天线
低噪声放大 器
带通滤波 器
混频器
70MHz 滤波器
音频信号
解调器
70MHz 滤波器
AGC放 大器
收信系统方框图
• 解调器原理 • 对于普通的单载波AM信号，由于载波信号 的包络反映了调制信号的变化规律，因此 常采用非相干解调，即普通的检波方式实 现解调。但对于合成双载波调制信号的解 调则不能简单地采用这种方式，往往采取 “同步检波”（相干解调）。
• 1．1 图像调制 • 图像视频信号VF对70MHz载波Fp信号进行 幅度调制（AM）, 其原理见下图所示。
低频视频 VF AM调制器 70MHz 高频本振载波 Fp
AM调制器原理
已调射频 RFp
高频本振载波Fp信号频谱
AM已调波RFp信号频谱
• 1．2 语音调制 • 音频信号SF对63.5MHz载波Fs进行频率调 制（FM）, 其原理见下图所示。
• 课程习题的要求 • 本课程习题的基本要求是：巩固课堂讲授 的理论知识和基本概念。锻炼独立思考和 分析问题的能力。达到掌握微波通信理论 的能力。习题的分量占自学时间的三分之 一到四分之一，具体数量视习题难易程度 而定。
考试内容和要求
• 考核方式：闭卷。 • 考核范围：所讲授的全部内容 • 总评成绩：平时成绩占30%，期未考试占 70%。
• 80年代，单波道传输数率上升到140Mb/s, 调制方式一般为16QAM，自适应均衡，中 频合成和空间分集接收等高新技术出现。 • 80年代后期至今，同步数字序列（SDH） 被采用，单波道传输速率达300Mb/s，同波 道交叉极化传输，多重空间分集接收和无 损伤切换等技术使用。
三、数字微波通信的主要特点
• 如下图
• 数字微波中继通信的中继方式(即中继站的工作 方式)分为: 1.直接中继（射频转接） 接收天线--微波放大--移频--微波放大--发射天线 2.外差中继（中频转接） 接收天线--低噪声放大--混频--中放--上变频--功放-发射天线 3.基带中继（再生转接） 接收天线--低噪声放大--混频--中放--解调--基带信 号--调制--中放--上变频--功放--发射天线
其原理见下图所示。
混频 射频RF 70M Hz 本振Fp
AM检波
输出视 频VF 输出音 频SF
FM鉴频
AM&FM同步解调原理
• 数字微波通信的数字通信特点 • 1、抗干扰能力强，线路噪声不积累（但误 码累积）； • 2、保密性强，便于加密； • 3、便于组成数字通信网 • 4、设备体积小、功耗低 • 5、占用频带宽
微波通信的特点
数字微波通信：准同步数字序列（PDH）微波通信 和同步数字序列（SDH）微波通信 基本特点：微波、多路、接力 • 频带宽，传输容量大，适于传送宽频带信号 • 天线增益高，方向性强 • 外界干扰小，通信线路稳定可靠 • 中继通信方式 • 投资少，建设快，通信灵活性达
• 各国自1965年投入了2,4,6,8,1115,20GHz 及毫米波段的数字微波通信系统的研究， 调制方式相继出现2PSK,4PSK,8PSK以及 16QAM,64QAM等新型的调制和解调方式， 传输速率可达几百Mb/s. • 我国始于20世纪60年代。 • 60年代至70年代初，研制了小中容量数字 微波通信系统，调制方式以4PSK为主。
3、数字微波中继通信 微波中继通信:就是指利用微波作为载波并 采用中继（接力）方式在地面上进行无线 通信的过程或方式 目前数字微波中继通信已成为通信领 域中一种重要的传输手段，并与卫星通信、 光纤通信一起称为当今三大通信传输技术。 所以，若不加说明，本书介绍的内容都是 指数字微波中继通信。
• 无线电波的波段划分及微波通信的常用频段 • 在微波通信中所使用的频率范围一般为1— 40GHz,具体来讲,主要有以下几个波段: • L波段:1.0—2.0GHz C波段 4.0—8.0 GHz • S波段:2.0—4.0GHz X波段 8.0—12.4GHz • Ku波段:12.4—18GHz K波段 18—26.5GHz
主要参考文献:
1、姚冬萍编《数字微波通信》北京交通大学出版社 2004年 2、王贤远编《现代无线通信系统》东南大学出版社 2009年 3、董金明，林萍实编著《微波技术》 机械工业出 版社2005年
• 实验内容与要求 • 《数字微波通信系统》对实验要求较高， 因此，另开有《数字微波通信系统实验》 课。本期计划开六个试验。 • 1．微波发信机系统试验 • 2．微波收信机系统试验 • 3．微波锁相振荡器的测试 • 4．微波压控振荡器的测试 • 5．微波功分器的测试 • 6．微波隔离器的测试
1.7.3微波通信系统试验箱方框图
天线
功率放 大器
带 通 滤 波 器 混 频 器
音频信 号
调 制 器
可变衰 减器
70ຫໍສະໝຸດ BaiduHz 滤波器
视频信 号
图1-1发信机系统方框图
锁 相 本 振 源
调制器的原理
• 实验室的试验箱
• 为了实现图像和语音信号的同步传播，往 往在发送端同时采取幅度和频率两种调制 方式。其中，图像采取幅度调制，语音则 采取频率调制。同时为了避免相互干扰， 采用双载波分别携带两种低频信号。
波段名称 极长波 超长波 长波 中波 短波 超短波 微波分米波 微波厘米波 微波毫米波 亚毫米波
波长范围 105 m以上 105~104m 104~103m 103~102m 102~10m 10~1m 100~10cm 10~1cm 10~1mm 1~0.1mm
频率范围 3kHz以下 3~30kHz 30~300kHz 300~3000kHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3000MHz 3~30GHz 30~300GHz 300~3000GHz
B 中继站
C 中继站
A
终端站
终端站
图1 微波中继通信示意图
电磁波的传播方式
• 主要分为地波、天波和视距传播三种。 • 1、频率较低（大约2MHz以下）的电磁波 趋于沿弯曲的地球表面传播，有一定的绕 射能力。这种传播方式称为地波传播。在 低频和甚低频段，地波能够传播超过数百 千米或数千千米。
• 2、频率较高（2MHz-30MHz）的电磁波称 为高频电磁波，它能够被电离层反射。电 离层位于地面上60km-400km之间，它是太 阳的紫外线和宇宙射线辐射使大气电离的 结果。利用电离层反射的传播方式称为天 波传播。
完整的数字微波通信系统
• 组成：用户终端,交换机,数字终端机,微波站。
微波站 1、微波终端站 2、微波中继站 3、微波分路站
• 1.一条数字微波通信线路由: 终端站 中继站 电波空间 组成. • 2.根据对接受信号的处理方式的不同,中继 站又分为: 中间站 再生中继器 分路站 枢纽站
中继方式：即中继站的工作方式
• 3、频率高于30MHz的电磁波将穿透电离层， 不能被反射回来。此外，它沿地面绕射的 能力也很小。所以，它只能类似光波那样 做视距传播。
数字微波通信的缺点
• 缺点：1、要求传输信道带宽较宽 2、产生频谱选择性衰落
• 四、数字微波通信系统的组成与性能指标 1、数字微波通信系统线路的组成 终端站、中继站、分路站等
• 实验目的：验证、巩固和补充课堂讲授的理论知 识。培养学生初步掌握微波通信技术的能力。 • 实验要求：观察现象，验证理论。具备正确处理 实验数据的能力，培养运用所学理论解决实际问 题的能力、分析和综合实验结果以及撰写实验报 告的能力。在实验中要求严肃认真的态度和踏实 细致、实事求是的作风。 • 数字微波通信试验主要使用的仪器：频谱分析仪 (AT5011A)、扫频仪(DJ1252)、微波通信试验箱 （DT-WB-IV）。
数字微波通信的分类
• • • • 1、地面微波中继通信 2、一点对多点微波通信 3、微波卫星通信 4、微波散射通信
数字微波通信系统的性能指标
• 1.传输容量 比特传输速率 码元传输速率 • 2.频带利用率 • 3.传输质量 比特误码率 码元误码率
第2章数字微波调制与解调技术
• 1.7.2数字微波通信系统方框图 • 见P3图0-2
频段名称 极低频 甚低频 低频 中频 高频 甚高频 特高频 超高频 极高频 超级高频
二、数字微波通信发展概况
• 微波通信的发展 模拟微波→小容量数字微波→中容量数字微 波→大容量数字微波
二、数字微波通信发展概况
• 1931年，最初的调幅微波通信设备，1.667GHz。 • 1947-1951年，4GHz480路电话或一个电视波道的多路 微波中继通信系统。 • 1951年，“TDZ”设备，波长7.5cm,6个宽频带双向波道， 每个波道可通一路电视节目或600路电话，后发展为 “TD-3”系统，10波道。每个波道1200路电话。 • 1960年，6GHz宽频带系统，8个波道，每个波道2200 路电话或一个彩色电视节目加几百路电话。 • 20世纪70年代，调频微波通信每个波道扩大为2700路 电话。