數(shù)字微波通信系統(tǒng)課件

1、現(xiàn)代通信技術概論現(xiàn)代通信技術概論2第第5章章 數(shù)字微波通信系統(tǒng)數(shù)字微波通信系統(tǒng)5.1 概述5.2 微波的視距傳播特性5.3 數(shù)字微波通信系統(tǒng)35.1 概述概述5.1.1基本概念5.1.2微波通信發(fā)展歷程5.1.3微波通信的特點5.1.4微波通信系統(tǒng)的分類5.1.5微波通信的應用45.1.1基本概念基本概念u 微波是指波長在微波是指波長在1nm1m或頻率為或頻率為 300MHz-300GHz的電磁波。的電磁波。u 微波通信指的是以微波頻率作為載波，微波通信指的是以微波頻率作為載波， 通過中繼接力方式實現(xiàn)的一種通信方通過中繼接力方式實現(xiàn)的一種通信方 式。式。55.1.2 微波通信的發(fā)展歷程微波通信

2、的發(fā)展歷程u 19世紀世紀30年代中期出現(xiàn)了工作在年代中期出現(xiàn)了工作在VHF頻段的第一個商頻段的第一個商 用模擬無線通信系統(tǒng)。用模擬無線通信系統(tǒng)。u 二戰(zhàn)期間出現(xiàn)了二戰(zhàn)期間出現(xiàn)了UHF頻段的軍用無線中繼通信系統(tǒng)。頻段的軍用無線中繼通信系統(tǒng)。u 1951年，美國紐約到舊金山之間成功開通了商用的微年，美國紐約到舊金山之間成功開通了商用的微 波通信線路。在隨后的二三十年間，模擬微波通信系統(tǒng)波通信線路。在隨后的二三十年間，模擬微波通信系統(tǒng) 迅速發(fā)展。迅速發(fā)展。u 我國從我國從“七五七五”期間開始引入微波通信系統(tǒng)。期間開始引入微波通信系統(tǒng)。u 20世紀世紀70年代末出現(xiàn)了采用簡單年代末出現(xiàn)了采用簡單QP

3、SK、8PSK等的等的商用數(shù)字微波通信系統(tǒng)商用數(shù)字微波通信系統(tǒng) 。u 20世紀世紀80年代，隨著數(shù)字信號處理技術和大規(guī)模集成年代，隨著數(shù)字信號處理技術和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微波通信系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。電路的發(fā)展，微波通信系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。 u 20世紀世紀90年代后出現(xiàn)了容量更大的數(shù)字微波通信系統(tǒng)年代后出現(xiàn)了容量更大的數(shù)字微波通信系統(tǒng) 65.1.3 微波通信的特點微波通信的特點u頻帶寬，傳輸容量大頻帶寬，傳輸容量大u適于傳送寬頻帶信號適于傳送寬頻帶信號u天線增益高，方向性強天線增益高，方向性強 u外界干擾小，通信線路穩(wěn)定可靠外界干擾小，通信線路穩(wěn)定可靠u投資少，建設快，通信靈活性大投資少，建設

4、快，通信靈活性大 u中繼中繼通信方式通信方式 75.1.4 微波通信系統(tǒng)的分類微波通信系統(tǒng)的分類u模擬微波通信系統(tǒng)模擬微波通信系統(tǒng)u數(shù)字微波通信系統(tǒng)數(shù)字微波通信系統(tǒng)85.1.5 微波通信的應用微波通信的應用u作為干線光纖傳輸?shù)膫浞莺脱a充作為干線光纖傳輸?shù)膫浞莺脱a充 u邊遠地區(qū)和專用通信網中為用戶提供基本業(yè)務邊遠地區(qū)和專用通信網中為用戶提供基本業(yè)務 u市內的短距離支線連接市內的短距離支線連接 u無線寬帶業(yè)務接入無線寬帶業(yè)務接入 95.2 微波的視距傳播特性微波的視距傳播特性5.2.1 天線高度與傳播距離5.2.2 自由空間傳播損耗5.2.3 地面效應和大氣效應105.2.1 天線高度與傳播距離天

5、線高度與傳播距離)(2c2c121hhhhRddd115.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗在半徑為在半徑為d的球面上的功率（電通量）密度為的球面上的功率（電通量）密度為 2t4 dPF輻射源發(fā)出的總輻射功率 2t4 dFP傳播（或擴散）因子：傳播（或擴散）因子： 125.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 實際微波通信中采用的天線均有方向性，對于發(fā)射天線而言，天線增益Gt表示天線在最大輻射方向上單位立體角的發(fā)射功率與無方向天線單位立體角的發(fā)射功率的比值。此時，與發(fā)射源相距d的單位面積所接收的功率為 2ttr4 dGPP135.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 對于接收天線

6、而言，天線增益Gr表示天線接收特定方向電波功率的能力。根據天線理論，天線的有效面積為 42A 若接收機與發(fā)射機的距離為d，接收天線的有效面積為A，發(fā)射天線的增益為Gt，接收天線的增益為Gr，則接收到的信號載波功率為 trt222r2ttrrr)4(44PGGdGdGPAGPP145.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 若不考慮發(fā)射天線增益Gt和接收天線增益Gr，電波的自由空間損耗定義為發(fā)射功率與接收功率之比，即 通常用分貝表示自由空間傳播損耗，即 22222rtf4)4(fdcdPPLfdLlg20lg2044.92f155.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 若考慮發(fā)射天線增益G

7、t和接收天線增益Gr ，則將這種有方向性的傳播損耗稱為系統(tǒng)損耗，通常用L表示，其分貝形式為rttGGLL165.2.3 地面效應和大氣效應地面效應和大氣效應u地面效應地面效應 傳播路徑上障礙物的阻擋或部分阻擋引起的損耗 電波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射引起的多徑傳播，進而產生接收信號的干涉衰落。 u地面反射地面反射 電波在比較平滑的地表面上傳播時會產生強烈的鏡面反射，形成多徑傳播。u大氣效應大氣效應 大氣對微波傳輸所產生的影響主要有大氣損耗、雨雪天氣引起的損耗以及大氣折射引起的損耗。 175.3 數(shù)字微波通信系統(tǒng)數(shù)字微波通信系統(tǒng)5.3.1 中繼通信線路與設備組成5.3.2 微波波道

8、及其頻率配置 5.3.3 發(fā)信設備5.3.4 收信設備5.3.5 天饋線系統(tǒng) 185.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成數(shù)字微波通信線路數(shù)字微波通信線路195.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成 用戶終端；交換機 ；數(shù)字終端機；微波站205.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成u用戶終端用戶終端直接為用戶所使用的終端設備。如電話機、傳真機、計算機、直接為用戶所使用的終端設備。如電話機、傳真機、計算機、調度電話機等。調度電話機等。 u交換機交換機用戶可通過交換機進行呼叫連接，建立暫時的通信信道或電用戶可通

9、過交換機進行呼叫連接，建立暫時的通信信道或電路。這種交換可以是模擬交換，也可以是數(shù)字交換。目路。這種交換可以是模擬交換，也可以是數(shù)字交換。目前，大容量干線絕大部分采用數(shù)字程控交換機。前，大容量干線絕大部分采用數(shù)字程控交換機。 u數(shù)字終端機數(shù)字終端機實際上是一個數(shù)字電話終端復用實際上是一個數(shù)字電話終端復用/分接設備，其基本功能是分接設備，其基本功能是把來自交換機的多路信號進行復接，復接信號送往數(shù)字把來自交換機的多路信號進行復接，復接信號送往數(shù)字微波傳輸信道。同時把來自微波終端站的復接信號進行微波傳輸信道。同時把來自微波終端站的復接信號進行分接，分接信號送往交換機。分接，分接信號送往交換機。215

10、.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成u 微波站微波站 數(shù)字微波終端站 數(shù)字微波中繼站 數(shù)字微波分路站 數(shù)字微波樞紐站 225.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成u數(shù)字微波終端站數(shù)字微波終端站數(shù)字微波終端站指的是位于線路兩端或分支線路終點的微波站。在SDH微波終端站設備中包括發(fā)信端和收信端兩大部分。SDH微波終端站的發(fā)信端主要負責完成主信號的發(fā)信基帶處理（包括CMI/NRZ變換、SDH開銷的插入與提取、微波幀開銷的插入和旁路業(yè)務的提取等）、調制（包括糾錯編碼、擾碼和差分編碼等）、發(fā)信混頻和發(fā)信功率方法等。SDH微波終端站的收信端主要負責完成主信號的低噪聲接收（

11、根據需要可含分集接收和分集合成）、解調（含中頻頻域均衡、基帶或中頻時域均衡、收信差分譯碼、解擾碼和糾錯譯碼等）以及收信基帶處理（含旁路業(yè)務的提取、微波幀開銷的插入與提取、SDH開銷的插入與提取，以及NRZ/CMI變換等）。 235.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成u 數(shù)字微波中繼站數(shù)字微波中繼站 數(shù)字微波中繼站指的是位于線路中間的微波站。根據對信號的處理方式不同，又可將中繼站分為中間站和再生中繼站，再生中繼站又包括上下話路和不上下話路兩種結構。 數(shù)字微波中繼站的中繼方式基帶中繼（再生轉接）外差中繼（中頻轉接）直接中繼（射頻轉接） 245.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通

12、信線路與設備組成基帶中繼（再生轉接）方式基帶中繼（再生轉接）方式255.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成外差中繼（中頻轉接）方式外差中繼（中頻轉接）方式265.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成直接中繼（射頻轉接）直接中繼（射頻轉接） 方式方式275.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成u 數(shù)字微波分路站數(shù)字微波分路站 數(shù)字微波分路站指的是位于線路中間的微波站，既可以上、下某收、發(fā)信波道的部分支路，也可以溝通干線上兩個方向之間的通信。由于在此站上能夠完成部分波道信號的再生，因此該站應配備有SDH微波傳輸設備和SDH分插復用設備（ADM）。

13、285.3.1 中繼通信線路與設備組成中繼通信線路與設備組成u 數(shù)字微波樞紐站數(shù)字微波樞紐站數(shù)字微波樞紐站指的是位于干線上的、需要完成多個方向通信任務的微波站。在系統(tǒng)多波道工作的情況下，此類站應能完成對某些波道STM-4信號或部分支路的轉接和話路的上、下功能，同時也能完成對某些波道STM-4信號的復接和分接操作，如果需要，還能對某些波道的信號進行再生處理后的再繼續(xù)傳播。 295.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置u微波通信頻率配置的基本原則是使整個微波傳輸系統(tǒng)中的相微波通信頻率配置的基本原則是使整個微波傳輸系統(tǒng)中的相互干擾最小，頻率利用率最高?；ジ蓴_最小，頻率利用率最高。u頻率配

14、置時應考慮的因素頻率配置時應考慮的因素整個頻率的安排要緊湊，使得每個頻段盡可能獲得充分利用。在同一中繼站中，一個單向傳輸信號的接收和發(fā)射必須使用不同的頻率，以避免自調干擾。在多路微波信號傳輸頻率之間必須留有足夠的頻率間隔以避免不同信道間的相互干擾。因微波天線和天線塔建設費用很高，多波道系統(tǒng)要設法共用天線，因此選用的頻率配置方案應有利于天線共用，達到既能使天線建設費用低又能滿足技術指標的目的。避免某一傳輸信道采用超外差式接收機的鏡像頻率傳輸信號。 305.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置u 單波道的頻率配置單波道的頻率配置 二頻制頻率分配 四頻制頻率分配 315.3.2 微波波道

15、及其頻率配置微波波道及其頻率配置二頻制頻率分配 325.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置四頻制頻率分配 335.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置越站干擾 345.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置u 多波道的頻率配置多波道的頻率配置 收發(fā)頻率相間排列 收發(fā)頻率集中排列355.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置收發(fā)頻率相間排列:365.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置收發(fā)頻率集中排列:375.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置u 頻率再用頻率再用頻率再用是一種提高頻道利用率的常用技術。由微波的極化特性可知，

16、利用兩個相互正交信號的極化方式（如水平極化和垂直極化）可以減少它們之間的干擾，由此可以對微波波道實行頻率再用。在微波通信系統(tǒng)中，頻率再用就是在相同和相近的波道頻率位置，借助不同的極化方式來增加射頻波道數(shù)量。頻率再用方案同波道型頻率再用插入波道型頻率再用 385.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置同波道型頻率再用同波道型頻率再用 395.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置插入波道型頻率再用插入波道型頻率再用 405.3.3 發(fā)信設備發(fā)信設備u 直接調制式發(fā)信機直接調制式發(fā)信機u 變頻式發(fā)信機變頻式發(fā)信機 415.3.3 發(fā)信設備發(fā)信設備u 發(fā)信機的主要性能指標發(fā)信機的

17、主要性能指標 工作頻段 輸出功率 頻率穩(wěn)定度425.3.4 收信設備收信設備收信設備的組成收信設備的組成:435.3.4 收信設備收信設備u 收信機的主要性能指標收信機的主要性能指標 工作頻段 收信本振的頻率穩(wěn)定度 噪聲系數(shù) 通頻帶 選擇性 收信機的最大增益 自動增益控制范圍 445.3.5 天饋線系統(tǒng)天饋線系統(tǒng)u 天饋線系統(tǒng)由饋線、雙工器和天線組成。天饋線系統(tǒng)由饋線、雙工器和天線組成。u 微波通信中的饋線有同軸電纜和波導管兩種形微波通信中的饋線有同軸電纜和波導管兩種形式。一般在分米波段可以采用同軸電纜，而在式。一般在分米波段可以采用同軸電纜，而在厘米波段采用波導管可以降低饋線損耗。厘米波段采用波導管可以降低饋線損耗。u 對天饋線系統(tǒng)的總體要求是：足夠的天線增益、對天饋線系統(tǒng)的總體要求是：足