1、1第第4章章 无线电通信无线电通信w4.1 无线电通信概述无线电通信概述w4.2 短波通信短波通信w4.3 微波通信微波通信w4.4 卫星通信卫星通信24.1 无线电通信概述无线电通信概述 4.14.1.1.1无线电通信基本知识无线电通信基本知识 1.1.何谓无线电通信何谓无线电通信w 利用利用无线电波作载波无线电波作载波传递各种消息的通信方式的总传递各种消息的通信方式的总称。称。2.无线电通信的发明无线电通信的发明w 1902年，无线电广播之父年，无线电广播之父美国巴纳特美国巴纳特.施特波施特波斐德进行了第一次无线电广播。斐德进行了第一次无线电广播。w 1920年，美国匹兹堡的年，美国匹兹堡
2、的KDKA电台进行了首次商业电台进行了首次商业无线电广播。无线电广播。34.1 无线电通信概述无线电通信概述44.1 无线电通信概述无线电通信概述54.1 无线电通信概述无线电通信概述6电磁波谱电磁波谱78 4.4.无线电波的发现与初步应无线电波的发现与初步应 用用n法拉第法拉第l电磁感应定律：变化电场产生磁场，变化的磁场可电磁感应定律：变化电场产生磁场，变化的磁场可以产生电场。以产生电场。l预言：电与磁的传播是和光一样的一种波。预言：电与磁的传播是和光一样的一种波。n麦克斯韦麦克斯韦l当电子移动时，它们就会在自由空间中释放出电磁当电子移动时，它们就会在自由空间中释放出电磁波。波。Maxwel
3、l在在1865年首先预言，年首先预言，l所有的现代通信都是依靠处理和控制电磁波频谱内所有的现代通信都是依靠处理和控制电磁波频谱内的信号来实现的。的信号来实现的。l光也是电磁波的一种，是一种看得见的电磁波。光也是电磁波的一种，是一种看得见的电磁波。4.1 无线电通信概述无线电通信概述9w赫兹：赫兹：n电磁波的首次被证实和观测则是由电磁波的首次被证实和观测则是由Herz在在1887年实年实现的。现的。n世界上第一个人工产生电磁波的仪器世界上第一个人工产生电磁波的仪器赫兹振子赫兹振子 通过实验证实了麦氏理论的正确，证明了电磁通过实验证实了麦氏理论的正确，证明了电磁波的存在波的存在.4.1 无线电通信
4、概述无线电通信概述10w 马克尼与波波夫马克尼与波波夫无线电之父无线电之父n完成了电磁波的发送和接收实验完成了电磁波的发送和接收实验 n在实验中发现，利用天线可使发射距离增加在实验中发现，利用天线可使发射距离增加 n18951895年，马可尼成功地进行了约年，马可尼成功地进行了约3 3公里的无线电公里的无线电通信通信 n几乎同时，波波夫也研制成功了一台无线电收几乎同时，波波夫也研制成功了一台无线电收发报机发报机4.1 无线电通信概述无线电通信概述11 5.无线电波的模样无线电波的模样 w 形状：正弦波形状：正弦波w 波长波长:相邻的两圈电波之间的距离相邻的两圈电波之间的距离w 波速波速:与光的
5、速度一样，即每秒与光的速度一样，即每秒3030万公里万公里w 频率：波速除以波长。频率：波速除以波长。例如，中央人民广播电台有中波例如，中央人民广播电台有中波639639千赫兹、短千赫兹、短波波98009800千赫兹和调频千赫兹和调频106.1106.1兆赫兹三个发射频率，它兆赫兹三个发射频率，它们相对应的波长则分别为们相对应的波长则分别为469.5469.5米、米、30.630.6米和米和2.82.8米。米。4.1 无线电通信概述无线电通信概述124.1 无线电通信概述无线电通信概述13 6.无线电波的特性无线电波的特性 1.1.无线电波只能用仪器接收到：无线电波只能用仪器接收到：如半导体收
6、音机如半导体收音机2.2.无线电波的速度：无线电波的速度：3030万公里万公里/秒秒3.3.无线电波可以在真空中传播无线电波可以在真空中传播 4.4.无线电波的频率很高无线电波的频率很高 n汽笛声，频率达几千赫兹汽笛声，频率达几千赫兹n飞机的马达声，频率在几百赫兹以下飞机的马达声，频率在几百赫兹以下n人类嗓音的频率在几十几千赫兹之间人类嗓音的频率在几十几千赫兹之间n无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十兆赫兹。无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十兆赫兹。一般为一般为3kHz3kHz300GHz300GHz。4.1 无线电通信概述无线电通信概述144.1.2 无线电波频率范围无线电波频率范围及及频
7、段的划分频段的划分频段和波段名称频段和波段名称 频率和波长频率和波长甚低频甚低频(TLF)超长波超长波330kHz 100010km低频低频(LF)长波长波30300kHz 101km中频中频(MF)中波中波0.33MHz 1000100m高频高频(HF)短波短波330MHz 10010m甚高频甚高频(VHF)超短波超短波30300MHz 101m 微微 波波特高频特高频(UHF)分米波分米波0.33GHz 101dm超高频超高频(SHF)厘米波厘米波330GHz 101cm极高频极高频(EHF)毫米波毫米波 30300GHz 101mm4.1 无线电通信概述无线电通信概述15注意注意w 无线
8、电波是全世界共同拥有的资源和财产，无线电波是全世界共同拥有的资源和财产，利用电波时必须遵守国际法规，利用电波时必须遵守国际法规，w 对频率的使用，要经申请由上级主管部门和对频率的使用，要经申请由上级主管部门和国家无线电管理委员会批准才行。国家无线电管理委员会批准才行。164.1.3 4.1.3 无线电波的传播方式无线电波的传播方式 1无线电波的产生和发送无线电波的产生和发送 w 自然界里，许多物体都无时无刻地在产生电磁波和无自然界里，许多物体都无时无刻地在产生电磁波和无线电波线电波 如：太阳、人体、某些植物等等如：太阳、人体、某些植物等等w 无线电通信，要按照人们的需要，产生出一定无线电通信，
9、要按照人们的需要，产生出一定频率或频率或波长波长的无线电波的无线电波4.1 无线电通信概述无线电通信概述17w 要产生无线电波要产生无线电波必须有必须有波源和天线波源和天线n波源波源：发射天线上流动的高频电流。：发射天线上流动的高频电流。n天线天线：将线路上流过的：将线路上流过的高频电流高频电流高效率地转换成高效率地转换成电电磁波辐射到空中去磁波辐射到空中去的装置，或者的装置，或者 接收空中的电磁接收空中的电磁波波并高效率地变换成并高效率地变换成高频电流高频电流的装置。的装置。n天线长度天线长度：电磁波波长的电磁波波长的1/2或或1/4 如信号载波频率为如信号载波频率为10kHz，则波长为，则
10、波长为30km，天，天线长度为？线长度为？4.1 无线电通信概述无线电通信概述18w 无线电波的产生无线电波的产生：n若在若在发射天线上流过频率很高的电流发射天线上流过频率很高的电流，则天线，则天线的周围将产生一个的周围将产生一个变化的磁场变化的磁场，这个变化的磁，这个变化的磁场又会感应出一个场又会感应出一个变化的电场变化的电场，这样互相感应，这样互相感应的结果，就会形成一个的结果，就会形成一个辐射的电磁场辐射的电磁场，n一层又一层地向外传播，即将一层又一层地向外传播，即将高频电流转换成高频电流转换成无线电波无线电波辐射到了空中。辐射到了空中。4.1 无线电通信概述无线电通信概述19w 反射反
11、射：无线电波通过不同媒质的交界面时，会产生：无线电波通过不同媒质的交界面时，会产生反射。反射。例如：雷达通信例如：雷达通信 4.1 无线电通信概述无线电通信概述2无线电波传播过程中的反射、绕射、折射和无线电波传播过程中的反射、绕射、折射和 散射散射20w 绕射绕射：无线电波碰到障碍物时，能绕过去继续前进无线电波碰到障碍物时，能绕过去继续前进。n波长越长则绕射能力越强波长越长则绕射能力越强4.1 无线电通信概述无线电通信概述21w 折射折射：当无线电波从一种媒质射入另一种媒质时，传：当无线电波从一种媒质射入另一种媒质时，传播方向改变的现象。播方向改变的现象。例如：潜艇通信例如：潜艇通信 4.1
12、无线电通信概述无线电通信概述22w 散射散射：媒质不均匀：媒质不均匀4.1 无线电通信概述无线电通信概述233无线电波的传播方式无线电波的传播方式 是指无线电波从发射点到接收点的是指无线电波从发射点到接收点的传播路径传播路径。（1 1）地波传播方式）地波传播方式 w 无线电波沿地球表面传播无线电波沿地球表面传播w 部分能量被大地吸收而受到严重的衰减部分能量被大地吸收而受到严重的衰减 n土质的导电性愈好衰减愈小土质的导电性愈好衰减愈小 n频率越高则衰减愈大频率越高则衰减愈大 w 传播距离不远传播距离不远 w 传播特性很稳定传播特性很稳定 w 适合波段：适合波段：长波、中波和短波的低频段长波、中波
13、和短波的低频段4.1 无线电通信概述无线电通信概述24（2 2）天波传播）天波传播w 利用高空利用高空电离层对无线电波电离层对无线电波的反射进行传播的的反射进行传播的 w 电离层是位于离地面电离层是位于离地面60km650km左右的充满带电左右的充满带电离子和电子的高层大气区域离子和电子的高层大气区域 w 可建立远距离通信可建立远距离通信 w 适合波段：适合波段：频率为频率为330MHZ的短波的短波4.1 无线电通信概述无线电通信概述254.1 无线电通信概述无线电通信概述26（1）D层层w 位置：位置：地球上空地球上空60km90km的高度处的高度处，最大电子密度发生最大电子密度发生在在80
14、km处。处。w 特点：出现在太阳升起时，而特点：出现在太阳升起时，而消失在太阳降落后，电子密度消失在太阳降落后，电子密度低，短波将穿过低，短波将穿过D层层，而不反，而不反射，但衰减很大射，但衰减很大（2）E层层 w 位置：位置：地球上空地球上空1km120km的高度处。最大电子密度发生的高度处。最大电子密度发生在在110km处处4.1 无线电通信概述无线电通信概述w 特点：特点：出现在太阳升起时，而在太阳降落后，基本不对出现在太阳升起时，而在太阳降落后，基本不对短波通信产生影响。短波通信产生影响。可以反射高于可以反射高于1.5MHz频率的电波。频率的电波。274.1 无线电通信概述无线电通信概
15、述28（3 3）视距传播）视距传播：w 直射波传播：直射波传播：从发射天线辐射的电波，直接传到从发射天线辐射的电波，直接传到接收点的传播方式接收点的传播方式 w 大地反射波传播大地反射波传播：以地面反射到达接收点的传播以地面反射到达接收点的传播方式方式 w 视距传播视距传播：以上两种的统称。：以上两种的统称。4.1 无线电通信概述无线电通信概述29w 三种情况：三种情况：n地面视距传播地面视距传播 l收、发天线都设在地面上，天线离地面高度大于收、发天线都设在地面上，天线离地面高度大于十倍波长以上十倍波长以上 l传播的距离一般只有几十公里传播的距离一般只有几十公里 l一般适宜超短波、微波通信一般
16、适宜超短波、微波通信 n地面地面空间视距传播空间视距传播 l发端和收端，其中任一端在地面而另一端则在远发端和收端，其中任一端在地面而另一端则在远离地面的空间离地面的空间l适用于微波或超短波通信适用于微波或超短波通信n空间空间空间视距传播空间视距传播l发端和收端两个端点都是远离地面的发端和收端两个端点都是远离地面的4.1 无线电通信概述无线电通信概述30（4 4）散射传播）散射传播 w 电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的“介质团介质团”时就会发生散射，散射波的一部分到达时就会发生散射，散射波的一部分到达接收天线处的传播方式接收天线处的传播方式
17、 称为散射传播称为散射传播w 包括：包括：对流层散射和电离层散射对流层散射和电离层散射 n对流层是大气的最低层，通常是指从地面算起至对流层是大气的最低层，通常是指从地面算起至高达高达135千米的区域千米的区域 w 容量大，可靠性高，保密性好容量大，可靠性高，保密性好 w 适用于适用于微波和超短波微波和超短波w 一般用于无法建立微波中继站一般用于无法建立微波中继站的地区的地区 4.1 无线电通信概述无线电通信概述314.1 无线电通信概述无线电通信概述324.1 无线电通信概述无线电通信概述334.1 无线电通信概述无线电通信概述34（4 4）短波短波 10010mw 传播方式：天波、地波传播方
18、式：天波、地波w 特点：特点：n天波传播时距离远，可达天波传播时距离远，可达50050020002000公里公里 n地波传播时衰减大，传播距离一般小于几十地波传播时衰减大，传播距离一般小于几十公里公里 w 应用：应用：各种距离的定点通信、国际通信及广播、各种距离的定点通信、国际通信及广播、船岸间的航海移动通信，飞机地面间的航空移船岸间的航海移动通信，飞机地面间的航空移动通信等动通信等4.1 无线电通信概述无线电通信概述354.1 无线电通信概述无线电通信概述36 4.1.4 媒体空间对无线电波传播的影响媒体空间对无线电波传播的影响 1.主要影响主要影响（1 1）传输损耗传输损耗 w 电波在实际
19、的媒质（信道）中传播时电波在实际的媒质（信道）中传播时能量损耗的的现能量损耗的的现象象w 主要原因：主要原因：n大气对电波的吸收或散射大气对电波的吸收或散射 n球形地面或障碍物对电波的绕射等球形地面或障碍物对电波的绕射等4.1 无线电通信概述无线电通信概述37（2 2）电波传播方向的变化）电波传播方向的变化w 不同媒质的分界处将使电波折射、反射；不同媒质的分界处将使电波折射、反射；w 媒质的不均匀体如对流层中的湍流团将使电波产生媒质的不均匀体如对流层中的湍流团将使电波产生散射；散射；w 球形地面和障碍物将使电波产生绕射；球形地面和障碍物将使电波产生绕射；w 某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变
20、化。某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变化。4.1 无线电通信概述无线电通信概述38（3 3）多径效应）多径效应w 多径传播：多径传播：电波通过多条路径传播到接收端的电波通过多条路径传播到接收端的现象称为多径传播。现象称为多径传播。4.1 无线电通信概述无线电通信概述39w 多径传播对通信系统性能的影响多径传播对通信系统性能的影响 引起的接收点场强的起伏变化引起的接收点场强的起伏变化 多径效应多径效应4.1 无线电通信概述无线电通信概述404.1.5无线电通信系统的基本组成及简单工作过程无线电通信系统的基本组成及简单工作过程1 1、系统组成、系统组成 4.1 无线电通信概述无线电通信概述412
21、.工作过程工作过程 信源消息信源消息模拟或数字信号模拟或数字信号(调制器调制器)中中频调制频调制成适合电波传播的信号成适合电波传播的信号(频率变换频率变换器器)发射电波所需要的频率发射电波所需要的频率(功率放大功率放大)发发射天线射天线中继放大中继放大接收天线接收天线频率放大频率放大变频变频解调解调转换成合适的信号转换成合适的信号信宿信宿地球站发射分系统地球站发射分系统地球站接收分系统地球站接收分系统4.1 无线电通信概述无线电通信概述42 3.系统分类系统分类w 依终端状态不同依终端状态不同n固定无线通信固定无线通信n移动无线通信移动无线通信w 依所用电磁波频段依所用电磁波频段n短波通信短波
22、通信n微波通信微波通信n卫星通信卫星通信4.1 无线电通信概述无线电通信概述434.2 短波通信短波通信4.2.4.2.1 1概述概述 1短波通信的频率范围短波通信的频率范围l实际使用的频率范围约为实际使用的频率范围约为1.5 MHz30MHz 2 2.传播方式传播方式l 高空电离层与地面之间多次反射高空电离层与地面之间多次反射 3.特点特点l通信距离远，设备便宜通信距离远，设备便宜l灵活、方便灵活、方便 444.2.2 4.2.2 短波电离层传播特性短波电离层传播特性1短波在电离层中反射传播的条件短波在电离层中反射传播的条件 w 天波传播时，电波频率与入射角和电波折回处的电子密天波传播时，电
23、波频率与入射角和电波折回处的电子密度三者之间的关系度三者之间的关系 4.2 短波通信短波通信45 2电离层对短波无线电信号传播的影响电离层对短波无线电信号传播的影响 w 使接收的信号时强时弱的变化即存在使接收的信号时强时弱的变化即存在衰落现象衰落现象 w 原因：原因：n电离层特性不稳定电离层特性不稳定n多径传播多径传播4.2 短波通信短波通信464.2 短波通信短波通信474.3 微波通信微波通信w 基本概念基本概念n 利用微波作为载波，并采用中继（接力）方式在地利用微波作为载波，并采用中继（接力）方式在地面上进行的无线电通信。面上进行的无线电通信。微波中继通信系统微波中继通信系统n微波波段：
24、微波波段：300MHz300GHzn最常用的通信频率最常用的通信频率：1GHz40GHzn4G首选首选484.3.1微波通信的发展微波通信的发展w 世界上最早的模拟微波中继通信系统是二战后期美世界上最早的模拟微波中继通信系统是二战后期美国贝尔研究所建立的一个国贝尔研究所建立的一个4GHz4GHz频段的调频系统频段的调频系统w 1919世纪世纪3030年代中期年代中期第一个商用的模拟无线通信系统，第一个商用的模拟无线通信系统，工作在工作在VHFVHF频段，采用频段，采用AMAM调制技术，传输调制技术，传输1212路频分路频分复用的模拟话音信号。复用的模拟话音信号。w 4040年代出现了年代出现了
25、UHFUHF频段的军用无线中继通信系统频段的军用无线中继通信系统w 19471947年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统TD-2TD-2。经过了。经过了2020多年的历史，直到多年的历史，直到7070年代初，才完年代初，才完成小容量、低频段的通信系统。成小容量、低频段的通信系统。4.3 微波通信微波通信49w 19511951年，美国纽约年，美国纽约旧金山成功开通了商用的旧金山成功开通了商用的微波通信线路，工作在微波通信线路，工作在4GHz4GHz频段，能承载频段，能承载480480路路模拟话音模拟话音w 60年代，数字微波通信得到发展年代，数字微波通信
26、得到发展w 70年代末年代末出现了商用数字微波系统出现了商用数字微波系统 n70年代末数字微波通信得到了迅速发展，形成年代末数字微波通信得到了迅速发展，形成了一个完整的技术系统。了一个完整的技术系统。w 80年代年代，数字微波通信系统的传输效率大大提高，数字微波通信系统的传输效率大大提高，系统容量达系统容量达400Mbit/s w 9090年代出现了基于年代出现了基于SDHSDH的数字微波通信系统的数字微波通信系统4.3 微波通信微波通信50w 我国：我国：n20世纪世纪60年代开始研制并使用模拟微波中继通年代开始研制并使用模拟微波中继通信系统，信系统，n20世纪世纪70年代研制并使用数字微波
27、中继通信系年代研制并使用数字微波中继通信系统并进行技术引进和开发。统并进行技术引进和开发。w 光纤技术的发展光纤技术的发展，逐步，逐步取代微波中继作为长途传输取代微波中继作为长途传输干线的主要角色干线的主要角色w 在未来的很长时间内，数字微波将与光纤共存、与在未来的很长时间内，数字微波将与光纤共存、与卫星通信系统一起作为光纤通信系统的辅助手段卫星通信系统一起作为光纤通信系统的辅助手段 4.3 微波通信微波通信514.3.2数字微波中继通信系统数字微波中继通信系统w A、B两地远距离地面微波中继通信系统的中继示两地远距离地面微波中继通信系统的中继示意如图所示意如图所示 地面微波接力示意图地面微波
28、接力示意图w 对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的直接原因有两个：直接原因有两个：n首先是因为微波波长短，接近于光波，其首先是因为微波波长短，接近于光波，其直线直线传播具有视距传播特性，传播具有视距传播特性，而地球表面是个曲面。而地球表面是个曲面。n其次是因为微波传播有损耗其次是因为微波传播有损耗，随着通信距离的，随着通信距离的增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大后发送给下一段段接收、放大后发送给下一段,延长通信距离。延长通信距离。4.3 微波通信微波通信524.3 微波通信微波通信53w
29、微波中继通信主要用来传送：微波中继通信主要用来传送：n长途电话信号长途电话信号l短波通信设备一般只能容纳几个话路同时工短波通信设备一般只能容纳几个话路同时工作，而一套微波设备可容纳几千个话路同时作，而一套微波设备可容纳几千个话路同时工作。工作。n宽频带信号宽频带信号(如电视信号如电视信号)n数据信号数据信号n移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号等的信号等n还还可用于通向岛屿等特殊地形的通信。可用于通向岛屿等特殊地形的通信。4.3 微波通信微波通信544.3 微波通信微波通信554.3 微波通信微波通信56w 终端复用设备的基本功能终端复用设备的
30、基本功能n将交换机送来的多路信号或群路信号适当变换，将交换机送来的多路信号或群路信号适当变换，送到微波终端站或微波分路站的发信机；送到微波终端站或微波分路站的发信机；n将微波终端站或微波分路站的收信机送来的多路将微波终端站或微波分路站的收信机送来的多路信号或群路信号适当变换后送到交换机。信号或群路信号适当变换后送到交换机。n在民用数字微波通信中数字微波通信系统的终端在民用数字微波通信中数字微波通信系统的终端复用设备是脉冲编码调制复用设备是脉冲编码调制(PCM)时分复用设备。时分复用设备。n终端复用设备配置在微波终端站或微波分路站。终端复用设备配置在微波终端站或微波分路站。4.3 微波通信微波通
31、信573.数字微波中继通信系统数字微波中继通信系统 工作过程工作过程w 用户终端用户终端A通过微波通信系统把信号发给用户终通过微波通信系统把信号发给用户终端端B的系统工作过程如下图所示。的系统工作过程如下图所示。w 从发信终端站到收信终端站中间一般要经过若干从发信终端站到收信终端站中间一般要经过若干个微波中继站，个微波中继站，w 中继站中有两组中继机，从一个方向的天线收到中继站中有两组中继机，从一个方向的天线收到的微波信号从某中继机的收信机转接到另一中继的微波信号从某中继机的收信机转接到另一中继机的发信机，由朝另一方向天线发送出去。机的发信机，由朝另一方向天线发送出去。w 数字微波通信系统的工
32、作过程数字微波通信系统的工作过程4.3 微波通信微波通信58工作过程工作过程以电话为例以电话为例声声/电转换电转换（交换机）微波发射机（交换机）微波发射机时分复用时分复用调制到中频调制到中频变频变频中继中继接收端接收端4.3 微波通信微波通信594.数字微波站数字微波站w 按工作性质不同，可分成：按工作性质不同，可分成：n数字微波终端站数字微波终端站n数字微波中继站数字微波中继站n数字微波分路站数字微波分路站4.3 微波通信微波通信60 微波终端站微波终端站w 微波站的主要设备包括微波站的主要设备包括n微波发信设备：微波发信设备：n微波收信设备、微波收信设备、n微波天线馈电设备、微波天线馈电设
33、备、n电源设备、监测控制设备等电源设备、监测控制设备等。4.3 微波通信微波通信614.3 微波通信微波通信62（1）微波收发信机）微波收发信机 w 发信机发信机n工作频段：微波中继工作频段范围很宽，工作频工作频段：微波中继工作频段范围很宽，工作频率愈率愈高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量。对于较长距离的微波中继，其主要工作频容量。对于较长距离的微波中继，其主要工作频段是段是1.7-12 GHz，12GHz以上频段目前使用不多。以上频段目前使用不多。l我国选用我国选用2，4，6，7、8，11作为微波通信的主作为微波通信的主要工作频段要工作频段n上变
34、频器上变频器：将中频信号变换成射频信号：将中频信号变换成射频信号 n高功率放大器高功率放大器n滤波器滤波器 4.3 微波通信微波通信63w 收信机收信机n低噪声放大器低噪声放大器：将接收的微弱信号予以放大：将接收的微弱信号予以放大 n下变频器下变频器：将射频信号变换成中频信号：将射频信号变换成中频信号 n中频放大器中频放大器n中频滤波器中频滤波器 4.3 微波通信微波通信644.3 微波通信微波通信654.3 微波通信微波通信66w 天线天线：发射无线电波：发射无线电波n微波的天线的类型很多，其基本形式有：微波的天线的类型很多，其基本形式有：l角反射天线角反射天线l抛物面天线抛物面天线 n目前
35、常用的是一种从标准目前常用的是一种从标准抛物面天线演变而来抛物面天线演变而来的卡塞格伦天线，的卡塞格伦天线，l其主反射面呈抛物面状，抛物面中心置初级其主反射面呈抛物面状，抛物面中心置初级辐射器辐射器(馈源馈源)。w 卡塞格伦天线卡塞格伦天线4.3 微波通信微波通信67w 4.3 微波通信微波通信68（3）监控系统）监控系统 w 对一条微波线路上的各个微波站运行情况进行监对一条微波线路上的各个微波站运行情况进行监视与控制，称为视与控制，称为监控监控。w 监控系统的主要任务是：监控系统的主要任务是：n实施信道监控实施信道监控 n遥测、遥信及遥控遥测、遥信及遥控 n各站间的勤务联络各站间的勤务联络4
36、.3 微波通信微波通信69 微波中继站微波中继站（1）中继站设置在地球表面：中继站设置在地球表面：微波中继通信或称微波微波中继通信或称微波接力通信，接力通信，简称微波通信，间简称微波通信，间隔隔5050公里左右公里左右 4.3 微波通信微波通信704.3.3微波通信的应用现状微波通信的应用现状1 1微波通信应用现状微波通信应用现状w 在光纤通信研究未取得实质性成果以前，世界各在光纤通信研究未取得实质性成果以前，世界各国均拟将微波通信作为通信网的主干传输手段，国均拟将微波通信作为通信网的主干传输手段，并大力发展微波通信。例如，我国在并大力发展微波通信。例如，我国在60年代组织年代组织了了“640
37、1微波通信攻关微波通信攻关”项目，随后在全国建立项目，随后在全国建立了了20000km多的模拟微波通信。到多的模拟微波通信。到20世纪世纪80年代，年代，由于光纤通信投入使用，拟选中的微波通信的主由于光纤通信投入使用，拟选中的微波通信的主干地位受到了挑战，目前正让位给光纤通信。干地位受到了挑战，目前正让位给光纤通信。w 但仍然是现代通信支柱之一。但仍然是现代通信支柱之一。4.3 微波通信微波通信71w 现在数字微波在通信系统中的主要应用场合如下：现在数字微波在通信系统中的主要应用场合如下：(1)(1)干线光纤传输的备份及补充干线光纤传输的备份及补充 (2)(2)省内电信传输支线，专用网等领域方
38、面省内电信传输支线，专用网等领域方面(3)(3)市内的短距离支线连接方面市内的短距离支线连接方面 (4)(4)微波的新兴应用和开发：微波的新兴应用和开发：n微波被用来加速用户接入的部署和降低成本。微波被用来加速用户接入的部署和降低成本。n目前利用微波系统有两种技术来支持目前利用微波系统有两种技术来支持未来的宽带未来的宽带业务接入。业务接入。4.3 微波通信微波通信724.4 卫星通信卫星通信4.4.14.4.1概述概述1 1卫星通信的定义卫星通信的定义卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成w 卫星通信：以卫星通信：以人造地球卫星作为中继站人造地球卫星作为中继站的微波通信的微波通信系统。系统。73
39、 2卫星的轨道卫星的轨道 卫星通信的轨道卫星通信的轨道（1）轨道形状）轨道形状w 圆形：圆形：w 椭圆形：椭圆形：（2）卫星轨道倾角）卫星轨道倾角w 赤道轨道赤道轨道：与赤道平面重合，即轨道倾角为：与赤道平面重合，即轨道倾角为0w 极地轨道：极地轨道：与球南北极的轴线重合，即轨道倾角为与球南北极的轴线重合，即轨道倾角为90w 倾斜轨道：倾斜轨道：与赤道平面之间的夹角与赤道平面之间的夹角090 4.4 卫星通信卫星通信74（3）卫星轨道高度）卫星轨道高度w 低轨道（低轨道（LEO）：高度为）：高度为500km2000km或或500km3000km（许多在（许多在1500km以下），运行周以下），
40、运行周期约期约24小时小时w 中轨道（中轨道（MEO）：高度为）：高度为2000km20000km或或3000km20000km，周期约为，周期约为5h6h（对约（对约10000km高度而言）高度而言）w 高轨道（高轨道（HEO）：通常高度在）：通常高度在20000km以上，周期以上，周期大于大于12h。4.4 卫星通信卫星通信753.同步卫星（静止卫星）同步卫星（静止卫星）卫星通信的通信范围卫星通信的通信范围w 何谓同步卫星：何谓同步卫星：卫星的轨道与地球赤道平面相重合、且离地球表面卫星的轨道与地球赤道平面相重合、且离地球表面高度为高度为35786.6km的圆形轨道上沿与地球的自转方的圆形轨
41、道上沿与地球的自转方向相同的方向飞行，则卫星绕地球一周的时间为向相同的方向飞行，则卫星绕地球一周的时间为23小时小时5656分分0404秒秒。w 同步卫星的通信范围同步卫星的通信范围 n全球表面积的全球表面积的42.4%4.4 卫星通信卫星通信764.4 卫星通信卫星通信774卫星通信工作频段卫星通信工作频段w 上行频率上行频率/下行频率。下行频率。n比如，比如，64GHz频段频段w 目前大都实用目前大都实用C波段的波段的64GHz频段频段n上行频率为上行频率为5.9256.425GHz；n下行频段为下行频段为3.74.2GHz。n卫星通信上下行通信频率卫星通信上下行通信频率4.4 卫星通信卫
42、星通信784.4 4.4 卫星通信卫星通信795.卫星通信的线路卫星通信的线路单跳和双跳单跳和双跳w 所谓所谓“跳跳”，是指电磁波在天空与地面之间来回，是指电磁波在天空与地面之间来回跳跃传播跳跃传播w 单跳：只经过通信卫星一跳（静止卫星大都采用单跳：只经过通信卫星一跳（静止卫星大都采用单跳）单跳）单跳工作方式单跳工作方式 双跳双跳w 双跳：信号经过通信卫星两次转发双跳：信号经过通信卫星两次转发4.4 卫星通信卫星通信80w 在静止卫星通信系统中，大多采用单跳工作方式。在静止卫星通信系统中，大多采用单跳工作方式。w 在以下两种情况，需采用双跳工作方式：在以下两种情况，需采用双跳工作方式：n一是在
43、国际卫星通信系统中，如果两个相距甚远，一是在国际卫星通信系统中，如果两个相距甚远，分别位于两个卫星覆盖区内，而处于它们的分别位于两个卫星覆盖区内，而处于它们的“共共视区视区”之外的地球站之间的通信，必须采用双跳之外的地球站之间的通信，必须采用双跳工作方式才能进行卫星通信，参见图工作方式才能进行卫星通信，参见图5-28(a)5-28(a)所所示情况。示情况。n二是在被同一颗卫星所覆盖的、卫星通信二是在被同一颗卫星所覆盖的、卫星通信“星形星形网络网络”远、近地球站之间的通信，必须采用如图远、近地球站之间的通信，必须采用如图5-28(b)5-28(b)所示的双跳工作方式才能进行卫星通信。所示的双跳工
44、作方式才能进行卫星通信。注意，图注意，图5-28(b)5-28(b)中的中央主站，就是星形网络中的中央主站，就是星形网络的中心结点。的中心结点。4.4 卫星通信卫星通信816.6.卫星通信的特点卫星通信的特点（1 1）优点）优点w 通信距离远，而通信的成本与通信距离无关。通信距离远，而通信的成本与通信距离无关。n利用静止卫星单跳最大通信距离达利用静止卫星单跳最大通信距离达1800km。建站。建站费用和运行费用不因通信站之间距离不同而改变，费用和运行费用不因通信站之间距离不同而改变，w 通信覆盖面积大，具有多址通信能力通信覆盖面积大，具有多址通信能力n一颗同步卫星可覆盖地球表面积的一颗同步卫星可
45、覆盖地球表面积的42%42%左右，在这左右，在这个覆盖范围内的地球站，不论是地面、海上或空个覆盖范围内的地球站，不论是地面、海上或空间，都可同时共用这一颗通信卫星来转发信号。间，都可同时共用这一颗通信卫星来转发信号。n这种同时实现多个方向、多个地球站之间直接通这种同时实现多个方向、多个地球站之间直接通信的特性称为多址连接。信的特性称为多址连接。w 通信频率宽，传输容量大，适于多种业务传输通信频率宽，传输容量大，适于多种业务传输 w 通信线路稳定可靠，通信质量高通信线路稳定可靠，通信质量高 w 通信电路灵活通信电路灵活4.4 卫星通信卫星通信82（2）缺点）缺点w 两极地区为通信盲区，高纬度地区
46、通信效果不佳两极地区为通信盲区，高纬度地区通信效果不佳。w 卫星发射和控制技术比较复杂；卫星发射和控制技术比较复杂；w 存在日凌中断现象存在日凌中断现象（春分、秋分前后数日，三者一（春分、秋分前后数日，三者一线）线）w 有较大的信号延迟有较大的信号延迟和回声（波）干扰和回声（波）干扰n在同步卫星通信系统中，从地球站发射的信号经在同步卫星通信系统中，从地球站发射的信号经过卫星转发到另一地球站时，单程传播时间约为过卫星转发到另一地球站时，单程传播时间约为027s。进行双向通信时，往返传播延迟约为。进行双向通信时，往返传播延迟约为0.54s。所以通过卫星打电话时，讲完话后要等半。所以通过卫星打电话时
47、，讲完话后要等半秒钟才能听到对方的回话，使人感到很不习惯。秒钟才能听到对方的回话，使人感到很不习惯。w 通信卫星有一定的寿命（同步通信卫星有一定的寿命（同步12-1512-15年，低年，低5-85-8年）年）w 轨道上所能容纳的卫星数目有限轨道上所能容纳的卫星数目有限 4.4 卫星通信卫星通信834.4.2卫星通信的发展及应用卫星通信的发展及应用1卫星通信的发展卫星通信的发展 w 卫星通信概念的提出可以追溯到卫星通信概念的提出可以追溯到1945年，英国空年，英国空军雷达军官阿瑟克拉克在军雷达军官阿瑟克拉克在无线电世界无线电世界上发上发表了表了“地球外的中继站地球外的中继站”，最先提出了利用静止
48、，最先提出了利用静止卫星进行通信的设想，约卫星进行通信的设想，约20年之后，人类就实现年之后，人类就实现了这个设想。了这个设想。4.4 卫星通信卫星通信84(1)(1)国际上的发展国际上的发展w 国际上卫星通信的发展大致经过如下几个时期：国际上卫星通信的发展大致经过如下几个时期：w 1957年年10月月4日，原苏联发射了世界上第一颗人日，原苏联发射了世界上第一颗人造卫星。造卫星。w 1963年年7月美国宇航局发射的月美国宇航局发射的“同步同步2号号”(试验星试验星)静止卫星首次进入静止轨道，为卫星通信的迅速静止卫星首次进入静止轨道，为卫星通信的迅速发展铺平了道路。同年发展铺平了道路。同年10月
49、克服了许多技术上的月克服了许多技术上的困难，利用该卫星向全世界转播了东京奥运会的困难，利用该卫星向全世界转播了东京奥运会的实况。实况。4.4 卫星通信卫星通信85w“国际通信卫星组织国际通信卫星组织”，最初只有八国家参加，最初只有八国家参加，于于19641964年年8 8月正式成立的。月正式成立的。w 从从19651965年年4 4月到现在，先后由这个财团提供经费，月到现在，先后由这个财团提供经费，由美国研制发射了第一代到第九代由美国研制发射了第一代到第九代“国际通信卫国际通信卫星星”(INTERSAT(INTERSAT)。4.4 卫星通信卫星通信864.4 卫星通信卫星通信87w 随着固定卫
50、星业务的迅速发展，提出了移动卫星业务。随着固定卫星业务的迅速发展，提出了移动卫星业务。w 所谓移动卫星业务所谓移动卫星业务是指装载在飞机、舰船、汽车上的移动通是指装载在飞机、舰船、汽车上的移动通信终端所用的同步卫星通信，应用最早的是信终端所用的同步卫星通信，应用最早的是海上移动卫星业海上移动卫星业务务。w 19761976年第一颗年第一颗“海事卫星海事卫星1 1号号”(MARISATMARISAT1)1)发射到大西洋发射到大西洋上空，随后于上空，随后于19791979年成立年成立“国际海事卫星组织国际海事卫星组织”(INMARSAT)(INMARSAT)管理管理InmarsatInmarsat
