第6章 数字微波与卫星通信系统

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1、第6章数字微波与卫星通信系统6.1数字微波通信系统概述6.2SDH数字微波通信系统6.3卫星通信系统6.4通信卫星6.5数字卫星通信系统6.6卫星地球站返回主目录第6章数字微波与卫星通信系统6.1数字微波通信系统概述6.1.1微波通信基本概念1.微波通信的频段及特点微波通信是依靠空间电磁波来传递信息的一种通信方式。无线电磁波是以频率或波长来分类的,波长与频率的关系如下:λ=(61.1)式中,λ为电磁波波长(m);C为电磁波传播速度3×108(m/s);f为电磁波频率(Hz)。无线电频段的划分如表6.1所示。由表可知,微波频段在较高频段

2、,通常人们所说的微波是指频率在0.3～300GHz范围的电磁波,利用此频段的电磁波来传递信息,就称之为微波通信。电磁波频率不同,波长不同(频率越低,波长越长),其空间传播的特性也不一样,因而用途也有不同。长波绕射能力最强,靠地波传播,常用于长波电台进行海上通信。中波较稳定,主要用于短距离广播。短波利用了电离层反射进行远距离传播,主要用于短波通信和短波广播。在短波传输时，由于电离层的变化,信号起伏变化较大,接收信号时强时弱;晚上电离层较稳定,因此传播效果也较好,信号较稳定;在听无线电广播时人们能体会到这一特性。微波波长短,接近于光波,是直线传播,这就要求两个通信点(

3、信号转接点)间无阻挡,即所谓的视距通信。微波通信除此之外,还有以下特点:①工作的微波频段(GHz级别)频率高,不易受天电、工业噪声干扰及太阳黑子变化影响,因此,通信可靠性高。由于波长短,天线尺寸可做得很小,通常做成面式天线,增益高,方向性强。特别在1～10GHz频段(称为无线电窗口的微波频段),衰减、干扰,以及自然条件等影响都比较小。因此在微波通信以及在卫星通信中首先采用,而且使用范围一般为C波段。(4/6GHz)频段。②微波通信又称接力通信或视距通信。这里视距是指要“看得见”对方,天线的两站间的通信,距离不会太远,一般为50km。为了远距离传送信号,微波通信

4、就像人们进行接力赛那样,把信号一段一段地往前传送,所以又称为微波接力通信。③微波频带宽,传输信息容量较大。2.数字微波通信系统组成及工作过程1)微波通信系统组成数字微波通信系统由两个终端站和若干个中间站构成,如图6.1所示。它由发端站、中间站和收端站组成。工作过程从图6.1可知,如从甲地端站送来的数字信号,经过数字基带信号处理(数字多路复用或数字压缩处理)后,经数字调制,形成数字中频调制信号(70MHz或140MHz),再送入发送设备,进行射频调制变成为微波信号,进而送入发射天线向微波中间站(微波中继站)发送。图6.1数字微波通信系统方框图微波中间站收到

5、信号后经再处理,使数字信号再生后又恢复为微波信号向下一站再发送,这样一直传送到收端站,收端站把微波信号经过混频、中频解调恢复出数字基带信号,再分路还原为原始的数字信号。2)微波通信设备的特殊天馈系统无线通信是通过天馈系统来发射和接收信号的,微波通信也不例外。由于微波频率高,波长短,因此使用的天线一般都采用面式天线,有喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线等。如图6.2所示，微波天线常用双反射面的抛物面天线(或卡塞格伦天线)。其主反射面似一口大锅的抛物面，其抛物面中心(锅底)底部置馈源,作为发送和接收电磁波信号的门户。其馈线系统,一般由波导和同轴电缆(工作频段在2G

6、Hz以下时)组成。由图6.2中可看出,天线馈源与馈线是直接相连的,微波信号天馈系统中还要通过滤波、极化分离、极化旋转等多次变换,这些滤波器、极化器、匹配器等一般都是特殊的波导器件,不同于传统的电子器件。图6.2天线馈线系统(a)同轴电缆天线馈线系统；(b)圆波导天线馈线系统6.1.2微波传输线路1.微波传播的电波特性在两个微波站间的电波传播我们称为微波信道或微波线路(两站间的接力通道、接力线路)。它们之间存在衰减,这种衰减可以按自由空间天线辐射能量的衰落进行计算,但其实际传播情况与两站内所处的环境、自然现象等有关。如地面或山地的反射波,雨、雾、雪等对电波的

7、吸收和散射、折射,这些情况会引起电波的快衰落与慢衰落,使对方实际收到的电平要低十几至几十分贝。这些衰落还与频率高低有关,一般在无线电窗口(1～10GHz)范围电波特性较好。(电波自由空间传播衰耗见卫星通信中的LP计算公式)2.微波信号传输线路中的余隙概念收、发两微波站间的电波传播,受到电离层、对流层及环境的大气压力、温度、湿度等参数变化的影响。在空间不同高度的波束,其传播速度会发生变化,当上层比下层快时,则电波射线往下弯曲,当下层比上层传播快时则往上弯曲,如图6.3所示。从图中看出，在传输线路上,有一部分波会投射到地面上来,引起地面波的反射,这样在收端除收到直

8、射波外，还