《现代通讯系统》课件(第二章_短波通信与短波通信系统)

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第二章 微波中继通信系统设计
4－干扰与噪声：
发信设备钟的噪声可包括相位噪声和交调干扰噪声 相位噪声产生于本机振荡器，它体现了振荡器瞬时频率稳定度的质量（表示微波振荡 器输出信号的频谱纯度）；交调干扰产生于本机振荡（倍频链式的振荡源－－现在很 少采用）、上变频器（属于非线性多频工作状态，有较大的交调干扰）和末级功放， 此外，还有微波部件之间的回波反射也产生干扰噪声。 直接中继和中频转接的中继方式中，各中继站的噪声可能造成叠加积累，因此必须对 各站的噪声功率加以限制 5－微波发射频谱框架： 12G以下的通信频段拥挤，特别是数字微波通信技术的广泛应用，使得频率资源显得 更为紧张。提高频谱利用率和避免邻近波道干扰是需要解决的重要问题。因此应该对 数字微波通信机的发送信号频谱加以限制，使他不占用过宽的频带，不至于对临近波 道产生过大干扰。对发送信号频谱的限制范围叫发送频谱框架。 FCC（美国联邦通信委员会）规定的发送频谱框架标准[可查相关文献]，eg：11GHz 可用带宽为40MHz的发送频谱框架。发送谱框架由基带滤波器或带通（中频或微波） 成型滤波器的滤波特性来保证。
与卫星、光纤一起被称为现代通信传输的三大支柱
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第二章 微波中继通信系统设计
§2.2 数字微波通信系统的构成

§2.2.1 微波通信网组成
主干线 支 线
微波终端站
微波分路站
微波中继站
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第二章 微波中继通信系统设计

数字微波中继通信系统连接方框图 见P9
数字微波中继网的组成：
用户终端 直接为用户所使用的终端设备：电话机，计算机，调度电话机 交换机

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第二章 微波中继通信系统设计

发射机输出的电信号通过馈线传输到天线，然后由天线辐射到空间中。
接收机
接收机是短波通信系统中的另 一重要组成部分，负责接收空 间中的电信号并将其还原为原 始信息。
它通常包括天线、高频放大器、 混频器、解调器和音频放大器 等部分，用于接收和处理电信号。
接收机将天线接收到的电信号 处理后输出，供用户使用。
应急通信是短波通信系统的另一个重 要应用领域。在发生自然灾害、事故 灾难等紧急情况时，由于通信设施可 能受到破坏，因此需要依靠短波通信 系统进行应急通信。
短波通信系统在应急通信中主要用于 各部门之间的协调和信息传递，如消 防、公安、医疗等部门之间的信息传 递和调度，对于保障应急救援工作的 顺利实施具有重要作用。
天线
天线是短波通信系统中用于辐射和接 收电信号的重要设备。
天线的性能对短波通信系统的通信质 量和可靠性有着重要影响。
它通常由金属导线或金属面构成，能 够将电信号转换为电磁波并辐射到空 间中，或者接收空间中的电磁波并将 其转换为电信号。
终端设备
终端设备是短波通信系统中的用 户设备，用于输入和输出信息。
通信距离
通信距离
短波通信系统的通信距离受到多种因素的影 响，如发射功率、天线高度、工作频率、大 气条件等。在理想条件下，短波通信可以达 到数百公里甚至数千公里的距离。
通信质量
通信距离的远近与通信质量有关。在长距离 通信中，信号可能会受到噪声、干扰和多径 效应的影响，导致通信质量下降。为了提高 通信质量，可以采取适当的信号处理和编码 技术。
航海通信
航海通信是短波通信系统的又一个重要应用领域。在航海领域中，由于船舶经常 处于海洋之中，远离陆地，因此需要依靠短波通信系统进行海上通信。
短波通信系统在航海通信中主要用于船舶与岸上控制中心之间的通信，如航行调 度、气象信息传输、紧急情况报告等，对于保障航海安全和航行顺利具有重要意 义。

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2.4 短波数据通信技术
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➢短波通信原来主要用于话音通信，但各类数据信息 包括数字传真、慢扫描图像和计算机等各类数据终 端的数据，也希望能在短波信道上传输。
➢在短波数据传输中，要解决的最大问题就是短波信 道对数据传输的影响。主要是： (1)多径衰落引起的短波数据通信中的突发错误； (2)多径效应造成码元的时间扩展引起的码间干扰； (3)电离层的快速运动和变化引起多普勒频移，使发 射信号的频率结构发生变化造成数据信号的错误接 收。
2.5 短波自适应选频技术
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2.5.4 自适应控制技术
➢在短波自适应通信系统中，自适应控制器是系统的 指挥中心，是系统成败的关键。 ➢自适应控制系统是一种特殊的非线性控制系统，系 统本身的特性(结构和参数)、环境及干扰特性存在某 种不确定性。在系统运行期间，系统本身只能在线 地积累有关信息，进行系统结构有关参数的修正和 控制，使系统处于所要求的最佳状态。
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2.4 短波数据通信技术
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2.4.2 时频组合调制
➢时频调制的主要优点是它能够抗瑞利衰落。 ➢由于它的一个二进制符号就发送两个不同频率的高 频脉冲，只要选用的频率f1、f2之间有足够大的频差 (＞500Hz)，这两个频率就具有几乎不相关的衰落特 性，可以达到频率分集的效果。 ➢时频调制可以克服分集接收的一些不足之处，如可 能造成的功率分散、设备复杂度增加等。 ➢另外，如果采用比较好的编码方式，时频调制不仅 可以在抗衰落方面达到分集接收的效果，而且还可 以起到抗码间串扰的作用。
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2.6.2 短波跳频扩频通信技术
1、跳频通信的优点 (1)抗干扰性强 (2)有较强的抗截获能力 (3)可实现码分多址通信，可以组网工作 (4)抗多径衰落的效果好 (5)便于和定频电台兼容

20214Leabharlann 4．衰落（1）干涉衰落
若从线路发送端发射恒定幅度的高频信号，由于多径传播， 到达接收端的射线不是一条，而是多条。
这些射线通过不同的路径，到达接收端的时间不同，传播 的距离不同，遭受的衰减不同，所以到达接收端后的幅度也各 不相同。
再者由于电离层的电子密度、高度均是随机变化的，电波
射线轨迹也随之变化，这使得同一信号由多径传播到达接收端
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6．静区
在进行短波通信时，天线发射的电波，除有天波传播 外，还有地波传播。一般来说，地波最远可达30公里，而 天波从电离层第一次反射落地（第一跳）的最短距离约为 100公里。可见30~100公里之间的这一区域，地波和 天波都覆盖不到，形成了短波通信的寂静区，简称静区， 也称为盲区。盲区内的通信大多是比较困难的。车载台均 存在通信盲区问题。
4．衰落 短波在电离层传播过程中， 由于多径传播等原因，使接收端 的信号出现叠加（干涉），接收 信号的强度出现忽大忽小的随机 起伏，称为衰落。多径干涉是引 起衰落的主要原因，此外电离层 特性的变化等因素也会引起衰落。
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4．衰落
衰落有快衰落和慢衰落之分，连续出现持 续时间仅几分之一秒的信号起伏称为快衰落； 持续时间比较长的衰落（1小时或者更长）称 为慢衰落。根据衰落产生的原因，可分为以下 3种衰落。干涉衰落、吸收衰落、极化衰落。
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（1）大气噪声
2）每一地区受天电干扰的程度视该地区是否 接近雷电中心而异。在热带和靠近热带的区域， 因雷电较多，天电干扰更严重。
10lgPT90%10lg6.68.2dB PTmed
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（1）干涉衰落
同理，若要求可通率达到 99.3%，功率余量就应增加到 20dB,即要求功率增加100倍， PT=10000W。由此可以看出， 对于短波线路，由于快衰落的存 在，可通率受到一定的限制。

经过二十多年长期的发展，我国的通信业逐渐形成了2G/3G/4G 并存的局面，手机通讯信号传输都是通过一定频率传输的，而三大 运营商所拥有的频率和网络制式不尽相同，这就造成同一部手机在 三大运营商之间可能不通用。
对于4G网络，目前4G网络（LTE）分为TDD和FDD两种模式，这 两种模式支持的频段是不一样的，他们是这样划分的。 FDD-LTE：
短波通信系统和超短波通信系统
一、 无线电通信
二、 短波通信系统
三、 超短波通信系统
一、无线电通信
定义：无线电通信是指利用无线电波传播信息的通信方式
优点：与有线通信方式相比，无线电通信具有通信建立迅速、 通信距离远、机动灵活和组网容易等优点 缺点：衰落严重，易受天电等外界干扰，容易被截获和窃听等 应用：主要用于电报、电话、传真、广播和电视等各种信息
传输系统，广泛地应用于地面、空中、海上和空间通
信。
无线电通信的分类：
按工作频段划分为12个波段
极长波、超长波、特长波、甚长波、长波、中波、 短波、超短波和微波 。
根据无线电波的不同波段和传播模式
无线电通信主要分为短波通信、超短波通信、微
波中继通信、移动通信、卫星通信等。
序号 频段名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF） 甚低频（VLF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF）
CDMA： 这种通行技术较先运行于中国联通公司，工作频率上下行都 在800MHz左右，当时中国联通把它定位于一些高端用户群体，还说 什么幅射小等诸多优点。但因为其基站不是很多，所以导至这种手机 在较偏的地区的信号并不是很好。后来联通把这个搞亏了，于是就卖 给了中国电信，而中国电信也改变了联通以前走的高端路线，将 CDMA手机带到了大众消费者手中（比如装宽带，送手机），后来中 国电信停止了小灵通后，就开始发展CDMA手机业务，而这也是为什 么我们平常用的手机不支持电信卡的原因，因为大部份手机不支持这 个模式。

（二）短波高速数据传输
（2）抗衰落性良好的调制键控技术，时 频调制技术就是其中的一种。
（3）分集接收技术，在给定信号形式的 条件下，接收端通过接收信号的某些处理来提 高系统的抗衰落和抗干扰能力的一种技术。
（二）短波高速数据传输
（4）差错控制技术，在短波数据传输系 统中加入某种类型的差错控制技术，使接收端 具有检测和纠正信息错误的能力。差错控制技 术与前面提到的各种技术不同，不论是由多径、 衰落还是干扰造成的数据错误接收，在一定条 件下，绝大部分错误都能通过差错控制系统予 以纠正，从而提高了系统的通信质量。
1．主机
（3）逻辑控制电路 现代通信设备中的逻辑控制电路一般采用单片机 控制技术或嵌入式系统技术。逻辑控制电路通常包括 微处理器系统（包括CPU、程序存储器、数据存储器 等）、输入与输出电路、键盘控制电路、数字显示电 路及扩展电路的接口等。逻辑控制电路将控制整个设 备的工作状态，协调与扩展电路的联系，扩展能力的 强弱是体现设备先进的重要标志。
（二）短波高速数据传输
采用分集接收技术应研究两个基本问题： 一是信号的分散传输问题。即将同一信号分散传输， 以求在接收端获得多个独立衰落的信号样品，实践证明， 在空间、频率、时间、角度和极化等方面分离得足够远的 无线电信道，衰落可以认为是相互独立的，所以利用信号 分散传输，在接收端获得独立衰落的样品是完全可能的。 必须指出，在接收端能获得多个独立衰落的信号样品，是 分集接收克服快衰落，达到可靠通信的依 (t) i 1
（二）短波高速数据传输
（3）合并方式
3）最大比值合并方 式，各路信号合并时，加 权系数按各路的信噪比而 自适应地调整，以求合并 后获得最大信噪比输出。
m
f (t) ai fi (t) i 1

高频谱利用率不仅可以提高通信系统的容量和传输速率，还 可以减少对其他通信系统的干扰，提高整个通信系统的性能 和稳定性。
智能化发展
随着人工智能和大数据技术的应用，短波通信系统和超短波通信系统的智能化发展成为未来的重要趋 势。通过引入智能化技术，可以实现自适应调制解调、自适应天线调整、自适应信道选择等功能，进 一步提高通信系统的性能和可靠性。
智能化发展还可以实现通信系统的自主管理和维护，减少人工干预和故障率，提高整个通信系统的稳 定性和可用性。同时，智能化技术还可以帮助通信系统更好地适应各种复杂环境和应用场景，满足各 种不同的通信需求。
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短波通信系统和超短波通信系统
目录
• 引言 • 短波通信系统 • 超短波通信系统 • 短波通信系统与超短波通信系统的比较 • 未来发展趋势
01 引言
通信系统的定义与分类
通信系统定义
通信系统是实现信息传输和交换的设 备、设施和网络的组合，主要用于传 递信息，满足人们通信交流的需求。
通信系统分类
根据传输媒介和工作频段，通信系统 可分为短波通信系统、超短波通信系 统、微波通信系统、卫星通信系统等 。
超短波通信系统
传输质量相对较稳定，信号不易受到干扰和衰落，适用于高 质量的语音和数据传输。
覆盖范围
短波通信系统
覆盖范围较广，可以实现全球范围内的通信。
超短波通信系统
覆盖范围相对较小，通常只能实现较近距离的通信，适用于局域网或城域网的应用。
05 未来发展趋势
融合发展
短波通信系统与超短波通信系统的融合，可以充分利用两者的优势，提高通信的 可靠性和稳定性。例如，在复杂环境中，超短波通信系统可以提供稳定的通信链 路，而在远程通信中，短波通信系统则具有更好的穿透能力和覆盖范围。

入交换网络。此时，在一条物理电路上顺
序传送着多路话音信号，每路信号占用一 个时隙。所以说，在数字交换网络中对话 音电路的交换实际上是对时隙的交换。
时隙交换
时隙交换的过程可以分成两步。 第一步是在一条电路的任意两个时隙 之间进行的交换，称为时分交换，由T型接 线器完成； 第二步是在两条电路上的相同时隙之 间进行的交换，称为空分交换，由S型接线 器完成。
2.1 数据通信基础
计算机的输入和输出都是数据信号，
因此数据通信是计算机和通信相结合而产
生的一种通信方式。
数据通信可定义为“用通信线路（包
括通信设备）将远地的数据终端设备与主
计算机连接起来进行信息处理”，以实现
硬件、软件和信息资源共享。
数据与话音的区别
• 通信对象不同
• 对可靠性的要求不同
• 通信的持续时间不同
络互联协议”（TCP/IP）。
路由器工作原理
用户A 网络2 203.0.5.0 路由器1 路由选择表 C 203.0.5.0 1 C 198.1.2.0 2 R 202.56.5.0 3.0.5.2 2
分组交换方式
• 数据报方式
• 虚电路方式
虚电路的连接
虚电路可以是永久连接,也可以是临时连接。
永久连接的称为“永久虚电路”,用户在向网络预
约了该项服务之后,就在两个用户之间建立起永久
的虚连接,用户之间的通信直接进入数据的传输阶
段,就好象具有一条专线一样,可随时传送数据。
临时连接的称为“交换虚电路”,用户终端在通信
R——振铃
S——监视
T——测试
用户电路的整体结构
用户机柜
用户电路一般
由两块专用集成电
路组件组成，一块

4 衰落
• 在短波通信的接收端，信号振幅总是呈现忽 大忽小的随机变化，这种现象称为“衰落” 。在短波传播中，衰落有快衰落和慢衰落之 分。
• 连续出现持续时间仅几分之一秒的信号起伏 称为快衰落，持续时间比较长的衰落（可能 达1小时或者更长）称为慢衰落。
衰落的种类（依衰落原因划分）
（1）干涉衰落：由于多径传播，到达接收端的 若干个信号的时间不同而造成的衰落。
制FM
常用调制技术
二 数据传输的相关技术
• 1 短波信道对数据传输的影响
（1）多径效应引起的衰落。它使传输的数据信号幅度 减小，甚至完全消失，是造成短波数据通信中出现突 发错误的主要原因。
（2）多径效应引起的波形展宽。它使传输的数据 码元间互相串扰，是限制数据速率的主要原因。
（3）电离层快速运动和反射层高度变化引起的多 普勒频移。它使发射信号的频率结构发生变化，相位 起伏不定，造成数据信号的错误接收。
短波通信系统
本章介绍 短波传输的特性与特点 短波通信技术 系统及发展
本章主要内容：
（1）短波通信的特点； （2）短波通信的常用调制方式；
单边带通信和调频通信的概念、基本原理、系统组成； （3）数据信号在短波信道上的传输问题； （4）重点介绍高频自适应和扩展频谱通信的原理及其在现代通信设备中的应用。
3）实现频率自适应的方法 利 用 RTCE 技 术 测 量 和 分 析 各 种 环
境参数，根据综合分析和计算的结果建立一条工 作在最佳频率上的通信线路。
四 扩展频谱技术
• 1 扩展频谱通信的基本概念和理论基础
（1）定义： 扩频通信的信号所占有的频带 宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽通 过编码及调制的方法实现，与所传信息数据无关；在 接收端用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所 传信息数据。所采用的扩频码序列与所传信息数据是 无关的，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列 仅仅起扩展信号频谱的作用。

五、超短波通信系统
（一）超短波通信系统的组成及工作原理
超短波电台一般用于近距离通信，其形式主要是车载、机载、背 负、手持等，一般要求其体积小、重量轻、功能多、抗干扰能力 强。超短波电台经历多年的发展，其电路形式变化不大。但就具 体电路而言，新技术、新器件大量地应用于超短波电台，使超短 波电台的性能和功能得到明显的提高和改善，特别是扩频通信技 术在超短波电台中的应用，使得电台的抗干扰能力、组网能力都 有了质的变化。
五、超短波通信系统
1．在移动通信中的应用 超短波波长较短，因而收发天线尺寸可以较小。在短距离通信时，只 需要配备很小的通信设备，因此广泛应用于移动通信方式。20世纪 80年代以来，与电话交换技术结合，移动电台可以通过电话交换机以 拨号方式与其它移动电台构成双向通信电路，称作无线电话（或移动 电话），并可与市话网互通，形成方便灵活的通信网。最小型的移动 电台为手持式，重量不足1000克。记者随身携带进入现场采访，在 几千米范围内随时可与编辑部保持联系。如果带有文字传真、图像传 真或用便携式计算机编写稿件的设备，则可将采访到的稿件或照片当 场发回编辑部。
五、超短波通信系统
2．在县级防汛调度网和水库网中的应用 超短波网作用距离有限，但音质好，干扰小，机型小巧携带
方便，移动方式通信，机动性好，最适合县级防汛调度网和水 库网。 3．在水文遥测中的应用 无线通信方式最适合在水文遥测中的应用，现阶段主要有超短 波（VHF）、微波及卫星通信三种方式。其中超短波通信是水 文自动测报系统应用最广泛、最成功的一种通信方式。

五、超短波通信系统
（2）超短波接收机 一般采用典型的调频式超外差接收机。主要由高频放大、本地震
荡、变频（一次或二次）、中频放大、限幅、鉴频及基带放大等 部件组成。超短波段外来干扰较多，需在接收机输入端加螺旋式 滤波器，在中放级加输入带通滤波器以抑制干扰。中放后的调频 信号，通过限幅器，可消去混杂近来的脉冲干扰或寄生调幅波， 以改善信噪比。然后用鉴频器把原来的基带信号恢复出来，加以 放大，再由载波终端机分路输出相应用户。