数字微波通信概述

第一章数字微波通信概述

本章主要内容：

➢微波和微波通信的概念

➢微波通信的常用频段

➢数字微波通信的特点

➢微波通信的分类

➢微波通信的应用

➢微波站的分类

➢数字微波的中继方式

➢数字微波通信系统的组成

➢数字微波通信系统的技术指标

重点：

➢什么是微波和微波通信？

➢微波通信的分类

➢微波站的作用

➢中继方式

➢数字微波通信系统的组成

1.1 数字微波通信的概念

本节需要掌握的内容：

➢微波通信的概念

➢微波通信的频段

➢微波的视距传播特性

➢微波通信的分类

一、微波与微波通信

什么是微波？频率在300MHz到300GHz（波长为1m到1mm）范围内的电磁波。

什么是微波通信？利用微波作为载波来携带信息并通过电波空间进行传输的一种无线通信方式。

模拟微波通信和数字微波通信。与其他通信系统一样，都由模拟微波通信发展为数字微波通信。

微波通信的起源和发展。微波技术是第二次世界大战期间围绕着雷

达的需要发展起来的，由于具有通信容量大而投资费用省、建设速度快、安装方便和相对成本低、抗灾能力强等优点而得到迅速的发展。20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的模拟微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段，其传输容量高达2700路，而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。80年代中期以来，随着同步数字序列（SDH）在传输系统中的推广使用，数字微波通信进入了重要的发展时期。目前，单波道传输速率可达300Mbit/s以上，为了进一步提高数字微波系统的频谱利用率，使用了交叉极化传输、无损伤切换、分集接收、高速多状态的自适应编码调制解调等技术，这些新技术的使用将进一步推动数字微波通信系统的发展。因此，数字微波通信和光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传输的三大支柱。

我国第一条微波中继通信线路是60年代初开始建立的。目前已试制成功2，4，6，8，11GHz等多个频段的各种容量的微波通信设备，并正在向数字化、智能化、综合化方向迅速发展。

二、微波通信的常用频段

微波既是一个很高的频率，同时也是一个很宽的频段，在微波通信中所使用的频率范围一般在1GHz～40GHz，具体来讲，主要有以下几个频段：

L波段 1.0——2.0GHz C波段 4.0——8.0GHz

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

三、微波的传播特性

微波除了具有电磁波的一般特性外，还具有一些自身的特性，主要有：

1.视距传播特性

微波的特点和光有些相似。因为微波的波长较短，和周围物体的尺寸相比要小得多。即具有直线传播和在物体上产生显著反射的特性，因此，微波波束在自由空间中是以直线传播的，也称作视距传播。

2.极化特性

无线电波由随时间变化的电场和磁场组成，电场和磁场相互依存，相互转化，形成统一的时变电磁场体系。时变电磁场以波动的形式在空间存在和运动，因此称为电磁波或无线电波。

无线电波具有一定的极化特性。极化的定义：迎着电磁波的传播方向，观察瞬间电场矢量端点所描绘的轨迹曲线。三种不同的极化形式：

（1） 线极化。指电场矢量E

的端点随时间t 的变化轨迹保持在一条直线上。若这条直线与地面平行，则称为水平极化；若与地面垂直，称为垂直极化，水平极化和垂直极化是彼此相互正交的两个函数。 （2） 圆极化。指电场矢量E 的端点随时间t 的变化轨迹为一个

圆。)cos(cos )()()(21θωω++=+=t E a t E a t E a t E a t E y x y y x x

左旋圆极化：电场矢量E 的旋转变化方向为顺时针；

右旋圆极化。

左旋圆极化和右旋圆极化是两个彼此正交的函数。

（3） 椭圆极化。是极化波的一般形式。直线极化波和圆极化波都可以看作是椭圆极化波的特殊形式。

由数学分析知，当两个函数正交时，两函数的相关系数为零，因此，在微波通信中常采用不同的极化方式来扩充系统容量或消除同频信号间的干扰。

垂直极化

水平极化圆极化

椭圆极化(a)线极化(b) 园极化和椭圆极化

图 1－1 极化特性

四、 数字微波通信的特点

1． 抗干扰能力强，线路噪声不积累

数字通信相对与模拟通信都有这个优点。数字信号的再生使数字微波中继通信的线路噪声不逐站积累。再生的概念。但是一旦干扰对数字信号造成了误码，则在以后的传输过程中被纠正过来的可能性很小，因此误码是逐站积累的。

2． 保密性强

主要表现在两个方面：一是数字信号易于加密，除了设备中已采用了扰码电路外，还可以根据要求加入相应的加密电路；二是微波通信中使用的天线方向性好，因此偏离微波射线方向是接收不到微波信号的。

3.便于组成数字通信网

数字微波通信系统中传输的是数字信息，便于与各种数字通信网相连，并且可以用计算机控制各种信息的交换。

4.设备体积小，功耗低

数字微波中继通信设备的体积小、功耗低主要表现在两个方面：一是因传输的是数字信号，因此设备中大量采用集成电路，使得设备的体积变小，电源的损耗降低；二是数字信号的抗干扰能力强，这样就可减小微波设备的发信功率(大都在1W以下)，从而使功放的体积变小、功耗下降。

5.占用频带宽

数字通信通信相对于模拟通信的缺点。—路模拟电话通常占用4kHz带宽，而一路数字电话(速率为64kbit/s) 在理想情况下至少需要32kHz的传输带宽。因此在同等传输带宽情况下，数字微波的传输容量要小于模拟微波，目前随着新的调制技术的发展以及频带压缩技术的应用，数字微波的这一不足正日趋得到改善。

五、微波通信的分类

四类：地面微波中继通信、一点对多点微波通信、卫星通信和微波散射通信等。

1.地面微波中继通信

由微波的传播特性可知，微波波束在自由空间中是以直线传播的，但地球是一个两极稍扁、赤道略鼓的椭球体，地表面是个椭球面，两地距离大于视距(60Km)，就直接收不到对方发来的微波信号了。另外，微波在空间传播过程中，能量要不断受到损耗，相位亦要发生变化。因此，对于微波通信，为了获得比较稳定的传输特性，点到点的传输距离不宜太远。为了实现地面上的远距离通信，就需要每隔50公里左右设置一个微波中继站。中继站把前一站传来的信号经处理后转发到下一站去，直到终端站，构成一条中继通信线路。