數(shù)字微波通信課件

1、數(shù)字微波通信數(shù)字微波通信 基本概念 微波（Microwave）:波長1m-1mm，頻率300MHz-300GHz. 微波通信的特點： 通信頻帶寬，通信容量大。 天線增益高，方向性強，通信保密性好。 傳輸質(zhì)量高，通信穩(wěn)定可靠。 組網(wǎng)靈活，建設(shè)周期短，成本低。 中繼傳輸方式。數(shù)字微波通信微波中繼通信 沿地球表面直線傳播，一般只有50km左右。但若采用100m高的天線塔，則距離可增大到l00km。數(shù)字微波通信圖5-1-1數(shù)字微波通信系統(tǒng)方框圖數(shù)字微波通信天線方向性圖 數(shù)字微波通信 微波通信的分類 按通信方式分：（1）地面微波中繼通信 （2）一點對多點微波中繼 （3）微波衛(wèi)星通信 （4）微波散射通信

2、按信道中的所傳輸?shù)男盘栃问?（1）模擬微波通信 （2）數(shù)字微波通信 數(shù)字微波通信 數(shù)字微波通信的發(fā)展 數(shù)字微波通信是一種采用微波做載體來傳送多路數(shù)字信號的一種通信手段。 BPSKQPSKMSKMQAM CCIR建議工作頻段；2，4，6，8，11，13，18GHz 我國采用：2，4，8GHz 與模擬微波通信相比，數(shù)字微波通信的特點： 1. 便于組成ISDN. 2. 有較強的保密性 3. 便于采用數(shù)字信號處理技術(shù) 4. 線路噪聲不積累,抗干擾能力強 5. 便于集成化、小型化 6. 頻帶利用率較低數(shù)字微波通信數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成 用戶終端設(shè)備 交換設(shè)備 數(shù)字終端復(fù)用設(shè)備 微波站數(shù)字微波通信數(shù)字微波通

3、信系統(tǒng)的組成用戶終端交換設(shè)備時分復(fù)用設(shè)備信道機收信機信道機發(fā)信機時分復(fù)用設(shè)備交換設(shè)備用戶終端數(shù)字微波通信微波站的組成 天線、饋線系統(tǒng) 調(diào)制、解調(diào)設(shè)備 數(shù)字微波的監(jiān)控系統(tǒng) 數(shù)字微波發(fā)信機 數(shù)字微波收信機數(shù)字微波通信微波站設(shè)備 微波收、發(fā)信設(shè)備 工作頻段：1.7GHz12GHz 發(fā)信：輸出功率(1瓦左右)、頻率穩(wěn)定度(10-5) 收信：通頻帶 微波天線設(shè)備：天線的基本形式有喇叭天線、拋天線的基本形式有喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線和潛望鏡天線等。物面天線、喇叭拋物面天線和潛望鏡天線等。 調(diào)制解調(diào)設(shè)備（重點介紹） 中繼設(shè)備（ 中頻轉(zhuǎn)接式中繼站；微波轉(zhuǎn)接方式中中頻轉(zhuǎn)接式中繼站；微波轉(zhuǎn)接方式中繼站

4、；繼站；） 電源設(shè)備 監(jiān)測設(shè)備數(shù)字微波通信收信設(shè)備 信設(shè)備收結(jié)構(gòu) 天饋系統(tǒng)低噪音放大器混頻前置放大濾波主放器本振自動增益系統(tǒng)數(shù)字微波通信數(shù)字收信設(shè)備的基本指標(biāo) *工作頻率 ：依據(jù)信道容量和波道的合理配置來確定； *通頻帶*噪音系數(shù)*本振的頻率穩(wěn)定度*最大增益*自動增益控制范圍數(shù)字微波通信發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備結(jié)構(gòu)圖功率放大上變頻濾波微波功率天饋系統(tǒng)本振已調(diào)信號數(shù)字微波通信數(shù)字微波通信 微波傳輸一般發(fā)生在兩個地面站之間。微波傳輸?shù)膬晌⒉▊鬏斠话惆l(fā)生在兩個地面站之間。微波傳輸?shù)膬蓚€特性限制了它的使用范圍。個特性限制了它的使用范圍。首先，微波是直線傳播的，它無法象某些低頻波那樣沿著地首先，微波是直線傳播的

5、，它無法象某些低頻波那樣沿著地球的曲面?zhèn)鞑?。球的曲面?zhèn)鞑?。其次，大氣條件和固體物將妨礙微波的傳播。比如說，微波其次，大氣條件和固體物將妨礙微波的傳播。比如說，微波就無法穿過建筑物就無法穿過建筑物. . 接受器接受器 發(fā)射器發(fā)射器數(shù)字微波通信發(fā)信機的主要指標(biāo) 工作頻率，本振穩(wěn)定頻率；同頻帶；輸工作頻率，本振穩(wěn)定頻率；同頻帶；輸出功率；諧波抑制機構(gòu)；非線線性出功率；諧波抑制機構(gòu)；非線線性 輸出功率：一定負(fù)載條件下，發(fā)信機輸輸出功率：一定負(fù)載條件下，發(fā)信機輸出端口出功率，也就是天饋系統(tǒng)入口處出端口出功率，也就是天饋系統(tǒng)入口處功率。功率。 諧波抑制度諧波抑制度 非線性非線性數(shù)字微波通信數(shù)字微波通信數(shù)字

6、微波中繼通信中繼方式 基帶轉(zhuǎn)接 中頻轉(zhuǎn)接 微波轉(zhuǎn)接多路復(fù)用方式 FDM TDM數(shù)字微波通信數(shù)字微波通信數(shù)字微波通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 接口電路與碼型 中頻調(diào)制 中頻載波頻率是70MHz 二進(jìn)制數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào) 三種調(diào)制方式的基本原理 ASK幅移鍵控 FSK頻移鍵控 PSK相移鍵控 2DPSK二相相對調(diào)相的調(diào)制與解調(diào)原理 四相調(diào)相原理 八相調(diào)相原理 正交調(diào)制的原理（QAM ）數(shù)字微波通信調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1.二相相移鍵控二相相移鍵控(2PSK)1.四相相移鍵控四相相移鍵控(QPSK)2.正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制(QAM)3.頻移鍵控（頻移鍵控（FSK)4.最小頻移鍵控最小頻移鍵控(MSK)數(shù)

7、字微波通信常用調(diào)制技術(shù)常用調(diào)制技術(shù)-FSK 模擬信號的三種變化方式：頻率，振幅和相移。每一種參模擬信號的三種變化方式：頻率，振幅和相移。每一種參數(shù)都可以作為調(diào)制的參量數(shù)都可以作為調(diào)制的參量 1.1.頻率調(diào)制頻率調(diào)制 頻移鍵控（頻移鍵控（F r e q u e n c y Shift Keying, FSK ），也叫），也叫頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（F r e q u e n c y Modulation, FM ），它給數(shù)），它給數(shù)字字0 和和1 分別分配一個模擬信號頻率。比如，假設(shè)分別分配一個模擬信號頻率。比如，假設(shè)0 對應(yīng)對應(yīng)一個較高的頻率，而一個較高的頻率，而1 對應(yīng)一個較低的頻率，那么比特對

8、應(yīng)一個較低的頻率，那么比特串串0 1 0 0 1 所對應(yīng)的模擬信號如圖所對應(yīng)的模擬信號如圖 所示所示。數(shù)字微波通信常用調(diào)制技術(shù)-FSK非相干解調(diào)限幅微分整流脈沖發(fā)生器低通tttttt數(shù)字微波通信常用調(diào)制技術(shù)-ASK 2. . 調(diào)幅調(diào)幅 幅移鍵控（幅移鍵控（Amplitude Shift Keying, ASK ），也叫調(diào)幅），也叫調(diào)幅（Amplitude Modulation, AM ），這里的每一個比特組），這里的每一個比特組對應(yīng)于一個給定大小的模擬信號對應(yīng)于一個給定大小的模擬信號 假設(shè)設(shè)定四個大小級別：假設(shè)設(shè)定四個大小級別：A1 ，A2 ，A3 和和A4 。比特串。比特串0 0 11 0

9、11 0 所對應(yīng)的模擬信號如圖。在這里，比特率是所對應(yīng)的模擬信號如圖。在這里，比特率是波特率的兩倍。兩個比特位的每一個組合（從左向右）波特率的兩倍。兩個比特位的每一個組合（從左向右）對應(yīng)一個適當(dāng)大小的信號。同頻移鍵控一樣，每個信號對應(yīng)一個適當(dāng)大小的信號。同頻移鍵控一樣，每個信號的持續(xù)周期是固定不變的。的持續(xù)周期是固定不變的。數(shù)字微波通信 ASK的解調(diào)帶通濾波器相 乘器低通濾波器抽樣判決電路Cos t定時脈沖輸入輸出數(shù)字微波通信常用調(diào)制技術(shù)-PSK 移鍵控（D i fferential Phase Shift Keying, DPSK ）。 BPSK(Binary 3. 相位調(diào)制 相移鍵控（Ph

10、ase Shift Keying, PSK ），也叫相位調(diào)制（Phase Modulation, PM ），也是和前面類似的一種技術(shù)。信號的差異在于相移，而不是頻率或振幅。通常，一個信號的相移是相對于前一個信號而言的。因此，它也經(jīng)常被人們稱為差分相Phase Shift Keying) 比如 0對應(yīng)載波的0相位，1對應(yīng)載波的 相位 基帶信號未調(diào)載波已調(diào)波數(shù)字微波通信常用調(diào)制技術(shù)-BDPSK相對碼相對碼 相對碼以其本身前后碼元相位是否相同來表示所傳輸?shù)臄?shù)字信息，相對碼以其本身前后碼元相位是否相同來表示所傳輸?shù)臄?shù)字信息， 絕對碼為絕對碼為1， 相對碼改變電平，相對碼改變電平， 絕對碼為絕對碼為0，

11、 相對碼保持不變。相對碼保持不變。 絕對碼和相對碼的轉(zhuǎn)換絕對碼和相對碼的轉(zhuǎn)換 a設(shè)為絕對碼，設(shè)為絕對碼，b為相對碼為相對碼 BDPSK（Binary Differential Phase Shift Keying）稱為二相差）稱為二相差分相移鍵控，即以相對碼進(jìn)行調(diào)相。分相移鍵控，即以相對碼進(jìn)行調(diào)相。BDPSK有兩種調(diào)相規(guī)則。有兩種調(diào)相規(guī)則。 規(guī)則規(guī)則1為：絕對碼為為：絕對碼為0，載波相位相對前一碼元不變；絕對，載波相位相對前一碼元不變；絕對碼為碼為1，載波相位相對前一碼元改變，載波相位相對前一碼元改變 。這樣長連。這樣長連0將沒有將沒有相位變化。相位變化。 規(guī)則規(guī)則2為：絕對碼為為：絕對碼為0

12、，載波相位相對前一碼元改變，載波相位相對前一碼元改變 /2；絕；絕對碼為對碼為1，載波相位相對前一碼元改變，載波相位相對前一碼元改變- /2 。這樣長連。這樣長連0也也有相位變化有相位變化 1 0 1 1 1 0 0 1絕對碼相對碼（初始相位為 0）相對碼（初始相位為 1）1nnnbba1nnnbab數(shù)字微波通信二相相移鍵控二相相移鍵控(2PSK)Ut“0”“1”未調(diào)載波矢量未調(diào)載波矢量絕對調(diào)相信號示意圖絕對調(diào)相信號示意圖(a)波形圖波形圖基帶信號基帶信號未調(diào)載波未調(diào)載波絕對調(diào)相絕對調(diào)相u(t)uc(t)s(t)101100(b)矢量圖矢量圖數(shù)字微波通信101100t(a) 數(shù)字信號（絕對碼）

13、數(shù)字信號（絕對碼）ts(t)(b) 2DPSK 信號信號Ut“0”“1”前一碼元的矢量前一碼元的矢量( c ) 矢量圖矢量圖001000t1(d) 數(shù)字信號數(shù)字信號 (a) 的相對碼的相對碼二相相對移相鍵控信號示意圖二相相對移相鍵控信號示意圖數(shù)字微波通信v 2PSK信號及信號及2DPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) v相干解調(diào)相干解調(diào) 由于接收到的已調(diào)波信號中無載波由于接收到的已調(diào)波信號中無載波頻率成分，所以在收端要設(shè)法從已調(diào)波中提取原頻率成分，所以在收端要設(shè)法從已調(diào)波中提取原載波信號。因為提取的載波信號和調(diào)相波的載波載波信號。因為提取的載波信號和調(diào)相波的載波頻率相同，故稱其為相干載波，利用它來進(jìn)行解

14、頻率相同，故稱其為相干載波，利用它來進(jìn)行解調(diào)的方法，稱為調(diào)的方法，稱為相干解調(diào)相干解調(diào)。數(shù)字微波通信圖 4PSK示意圖數(shù)字微波系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的頻帶利用率，數(shù)字微波系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的頻帶利用率，常采用多進(jìn)制的調(diào)相技術(shù)常采用多進(jìn)制的調(diào)相技術(shù)數(shù)字微波通信二進(jìn)制入二進(jìn)制入QPSK輸出相位輸出相位 Q I 0 0 -135 0 1 -45 1 0 +135 1 1 +45QPSK調(diào)制器的雙比特碼元與相位對應(yīng)關(guān)系調(diào)制器的雙比特碼元與相位對應(yīng)關(guān)系-sin0tcos0tcos0t10001101sin0t數(shù)字微波通信 表4.3 載波相位與雙比特碼的關(guān)系數(shù)字微波通信 01 01 Q信道 10 00 00

15、11 11 10 I信道 自然碼 格雷碼 (a)/2調(diào)相系統(tǒng) Q信道 01 00 01 11 I信道 01 10 00 10 自然碼 (b) /4調(diào)相系統(tǒng) 格雷碼 圖4.22 QPSK信號的相位邏輯數(shù)字微波通信 十六進(jìn)制正交調(diào)幅十六進(jìn)制正交調(diào)幅 QAM調(diào)制是調(diào)制是既調(diào)幅又調(diào)既調(diào)幅又調(diào)相相的一種方式。的一種方式。 一、一、 16QAM調(diào)制器調(diào)制器 16QAM調(diào)制器的構(gòu)成目前主要采用兩種方調(diào)制器的構(gòu)成目前主要采用兩種方法，即正交調(diào)幅法和疊加法。法，即正交調(diào)幅法和疊加法。數(shù)字微波通信 I O2/4電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換2/4電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換調(diào)制調(diào)制載波載波+調(diào)制調(diào)制二進(jìn)信息二進(jìn)信息/2/216QAM信號信號16QAM調(diào)制器調(diào)制器正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制(QAM)數(shù)字微波通信大四相信號大四相信號小四相信號小四相信號合成信號合成信號16QAM調(diào)制過程矢量圖調(diào)制過程矢量圖數(shù)字微波通信微波信號的視距傳輸特性 自由空間自由空間 自由空間傳播損