現(xiàn)代通信技術(shù)概論 第5章數(shù)字微波通信系統(tǒng)

1、現(xiàn)代通信技術(shù)概論現(xiàn)代通信技術(shù)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(diǎn)5.1.4微波通信系統(tǒng)的分類5.1.5微波通信的應(yīng)用45.1.1基本概念基本概念u 微波是指波長(zhǎng)在微波是指波長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)的一種通信方通過中繼接力方式實(shí)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(jì)世紀(jì)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(gè)商頻段的第一個(gè)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(guó)紐約到舊金山之間成功開通了商用的微年，美國(guó)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(guó)從我國(guó)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(jì)世紀(jì)70年代末出現(xiàn)了采用簡(jiǎn)單年代末出現(xiàn)了采用簡(jiǎn)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(jì)世紀(jì)80年代，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和大規(guī)模集成年代，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)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(jì)世紀(jì)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(diǎn)微波通信的特點(diǎn)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(hào)適于傳送寬頻帶信號(hào)u天線增益高，方向性強(qiáng)天線增益高，方向性強(qiáng) 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(shè)快，通信靈活性大投資少，建設(shè)

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(yīng)用微波通信的應(yīng)用u作為干線光纖傳輸?shù)膫浞莺脱a(bǔ)充作為干線光纖傳輸?shù)膫浞莺脱a(bǔ)充 u邊遠(yuǎn)地區(qū)和專用通信網(wǎng)中為用戶提供基本業(yè)務(wù)邊遠(yuǎn)地區(qū)和專用通信網(wǎng)中為用戶提供基本業(yè)務(wù) u市內(nèi)的短距離支線連接市內(nèi)的短距離支線連接 u無線寬帶業(yè)務(wù)接入無線寬帶業(yè)務(wù)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(yīng)和大氣效應(yīng)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(kuò)散）因子：傳播（或擴(kuò)散）因子： 125.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 實(shí)際微波通信中采用的天線均有方向性，對(duì)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(shí)，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(duì)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(jù)天線理論，天線的有效面積為 42A 若接收機(jī)與發(fā)射機(jī)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(hào)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(yīng)和大氣效應(yīng)地面效應(yīng)和大氣效應(yīng)u地面效應(yīng)地面效應(yīng) 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(jìn)而產(chǎn)生接收信號(hào)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(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的鏡面反射，形成多徑傳播。u大氣效應(yīng)大氣效應(yīng) 大氣對(duì)微波傳輸所產(chǎn)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(shè)備組成5.3.2 微波波道

8、及其頻率配置 5.3.3 發(fā)信設(shè)備5.3.4 收信設(shè)備5.3.5 天饋線系統(tǒng) 185.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)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(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)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(jī) ；數(shù)字終端機(jī)；微波站205.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)備組成u用戶終端用戶終端直接為用戶所使用的終端設(shè)備。如電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、直接為用戶所使用的終端設(shè)備。如電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)度電話機(jī)等。調(diào)度電話機(jī)等。u交換機(jī)交換機(jī)用戶可通過交換機(jī)進(jìn)行呼叫連接，建立暫時(shí)的通信信道或電用戶可通過

9、交換機(jī)進(jìn)行呼叫連接，建立暫時(shí)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(jī)。前，大容量干線絕大部分采用數(shù)字程控交換機(jī)。 u數(shù)字終端機(jī)數(shù)字終端機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字電話終端復(fù)用實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字電話終端復(fù)用/分接設(shè)備，其基本功能是分接設(shè)備，其基本功能是把來自交換機(jī)的多路信號(hào)進(jìn)行復(fù)接，復(fù)接信號(hào)送往數(shù)字把來自交換機(jī)的多路信號(hào)進(jìn)行復(fù)接，復(fù)接信號(hào)送往數(shù)字微波傳輸信道。同時(shí)把來自微波終端站的復(fù)接信號(hào)進(jìn)行微波傳輸信道。同時(shí)把來自微波終端站的復(fù)接信號(hào)進(jìn)行分接，分接信號(hào)送往交換機(jī)。分接，分接信號(hào)送往交換機(jī)。215.

10、3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)備組成u 微波站微波站225.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)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(diǎn)的微波站。在SDH微波終端站設(shè)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(fù)責(zé)完成主信號(hào)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(wù)的提取等）、調(diào)制（包括糾錯(cuò)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(fù)責(zé)完成主信號(hào)的低噪聲接收（根據(jù)需要可含分集接收和分集合成）、解調(diào)（含中頻頻域均衡、基帶或中頻時(shí)

11、域均衡、收信差分譯碼、解擾碼和糾錯(cuò)譯碼等）以及收信基帶處理（含旁路業(yè)務(wù)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(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)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(jù)對(duì)信號(hào)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(jié)構(gòu)。 數(shù)字微波中繼站的中繼方式基帶中繼（再生轉(zhuǎn)接）外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接） 245.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)備組成基帶中繼（再生轉(zhuǎn)接）方式基帶中繼（再生轉(zhuǎn)接）方式25

12、5.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)備組成外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）方式外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）方式265.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)備組成直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接）直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接） 方式方式275.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)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(gè)方向之間的通信。由于在此站上能夠完成部分波道信號(hào)的再生，因此該站應(yīng)配備有SDH微波傳輸設(shè)備和SDH分插復(fù)用設(shè)備（ADM）。 285.3.1 中繼通信線路與設(shè)備組成中繼通信線路與設(shè)備組成u 數(shù)字

13、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(gè)方向通信任務(wù)的微波站。在系統(tǒng)多波道工作的情況下，此類站應(yīng)能完成對(duì)某些波道STM-4信號(hào)或部分支路的轉(zhuǎn)接和話路的上、下功能，同時(shí)也能完成對(duì)某些波道STM-4信號(hào)的復(fù)接和分接操作，如果需要，還能對(duì)某些波道的信號(hào)進(jìn)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(gè)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(gè)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頻率配置時(shí)應(yīng)考慮的因素頻率配置時(shí)應(yīng)考慮的因素整個(gè)頻率的安排要緊湊，使得每個(gè)

14、頻段盡可能獲得充分利用。在同一中繼站中，一個(gè)單向傳輸信號(hào)的接收和發(fā)射必須使用不同的頻率，以避免自調(diào)干擾。在多路微波信號(hào)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(shè)費(fèi)用很高，多波道系統(tǒng)要設(shè)法共用天線，因此選用的頻率配置方案應(yīng)有利于天線共用，達(dá)到既能使天線建設(shè)費(fèi)用低又能滿足技術(shù)指標(biāo)的目的。避免某一傳輸信道采用超外差式接收機(jī)的鏡像頻率傳輸信號(hào)。 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315.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置325.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置335.3.2

15、 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置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355.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置365.3.2 微波波道及其頻率配置微波波道及其頻率配置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(shù)。由微波的極化特性可知，利用兩個(gè)相互正交信號(hào)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(duì)微波波道實(shí)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

16、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(shè)備發(fā)信設(shè)備u 直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)u 變頻式發(fā)信機(jī)變頻式發(fā)信機(jī) 415.3.3 發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備u 發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo)發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo) 工作頻段 輸出功率 頻率穩(wěn)定度425.3.4 收信設(shè)備收信設(shè)備收信設(shè)備的組成收信設(shè)備的組成:435.3.4 收信設(shè)備收信設(shè)備u 收信機(jī)的主要性能指標(biāo)收信機(jī)的主要性能指標(biāo)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(dǎo)管兩種形微波通信中的饋線有同軸電纜和波導(dǎo)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(dǎo)管可以降低饋線損耗。厘米波段采用波導(dǎo)管可以降低饋線損耗。u 對(duì)天饋線系統(tǒng)的總體要求是：足夠的天線增益、對(duì)天饋線系統(tǒng)的總體要求是：足夠的天線增益、良