數(shù)字微波的收發(fā)信設(shè)備

1、數(shù)字微波的收發(fā)信設(shè)備1.收信設(shè)備的組成與主要性能指標(biāo)2.發(fā)信設(shè)備的組成與主要性能指標(biāo)3.熱噪聲的產(chǎn)生原因1.發(fā)信設(shè)備的組成與主要性能指標(biāo)一、發(fā)信設(shè)備的組成 從目前使用的數(shù)字微波通信設(shè)備來看，分為直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)（使用微波調(diào)相器）和變頻式發(fā)信機(jī)。中小容量的數(shù)字微波設(shè)備可用前一種方案。而大容量的數(shù)字微波設(shè)備大多采用變頻式發(fā)信機(jī)，這是因?yàn)檫@種發(fā)信機(jī)的數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制是在中頻上實(shí)現(xiàn)的，可得到較好的調(diào)制特性和較好的設(shè)備兼容性。下圖是一種典型的變頻式發(fā)信機(jī)為例加以說明。 變頻式發(fā)信機(jī)方框圖 由調(diào)制機(jī)或收信機(jī)送來的中頻已調(diào)信號(hào)經(jīng)發(fā)信機(jī)的中頻放大器放大之后，送到發(fā)信混頻器，經(jīng)發(fā)信混頻，將中頻已調(diào)信號(hào)變?yōu)槲⒉ㄒ?/p>

2、調(diào)信號(hào)。由單向器和濾波器取出混頻后的一個(gè)邊帶（上邊帶和下邊帶）。由功率放大器把微波已調(diào)信號(hào)放大到額定電平，經(jīng)分路濾波器送往天線。 微波功放及輸出功放多采用場效應(yīng)晶體管放大器。為了保證末級(jí)功放的線性工作范圍，避免過大的非線性失真，常用自動(dòng)電平控制電路使輸出維持在一個(gè)合適的電平。 圖中的公務(wù)信號(hào)采用復(fù)合調(diào)制方式來傳送的，這是目前數(shù)字微波通信常用的一種傳送方式。它是把公務(wù)信號(hào)通過變?nèi)莨軐?shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)信本振淺調(diào)頻的。可見這種調(diào)頻方式設(shè)備簡單，在沒有復(fù)用設(shè)備的中繼站也可以上、下公務(wù)信號(hào)。二、發(fā)信設(shè)備的主要性能指標(biāo)1.工作頻段 微波的射頻頻率為0.3300Ghz，目前微波通信使用的頻率范圍為1Ghz40Ghz，

3、工作頻率越高，越能獲得漸寬的通頻帶和較大的通信容量，也可得到更尖銳的天線方向性和天線增益。但是當(dāng)頻率較高時(shí)，雨、霧及水蒸氣對(duì)電波的散射或吸收衰耗增加，造成電波衰耗和收信電平下降。這些影響對(duì)12Ghz以上的尤為明顯。2.輸出功率 輸出功率是指發(fā)信機(jī)輸出端口處功率的大小。輸出功率的確定和設(shè)備的用途、站距、衰落影響和抗衰弱等因素有關(guān)。由于數(shù)字微波通信比模擬微波有較好的抗干擾性能，故在要求同樣的通信質(zhì)量時(shí)，數(shù)字微波的輸出功率可以小些。當(dāng)用場效應(yīng)管功率放大器作末級(jí)輸出時(shí)，一般為幾十毫瓦到1瓦左右。3.功率穩(wěn)定度 發(fā)信機(jī)的每個(gè)工作波道都有一個(gè)標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。工作頻率的穩(wěn)定度取決于發(fā)信本

4、振源的頻率穩(wěn)定度。對(duì)于采用PSK調(diào)制方式的數(shù)字微波通信系統(tǒng)而言，若發(fā)信機(jī)工作頻率不穩(wěn)，即有頻率偏移，將使解調(diào)的有效信號(hào)幅度下降，誤碼率增加。對(duì)于PSK調(diào)制方式，要求頻率穩(wěn)定度為（12）10（-6）。2.收信設(shè)備的組成與主要性能指標(biāo)一、收信設(shè)備的組成 數(shù)字微波的收信設(shè)備和解調(diào)設(shè)備組成了收信系統(tǒng)，這里所講的收信設(shè)備只包括射頻和中頻兩部分。下圖是一個(gè)有空間分集接收的收信設(shè)備組成方框圖。 分別來著上天線和下天線的直射波經(jīng)各種途徑（多徑傳播）到達(dá)接收點(diǎn)的電波，經(jīng)過兩個(gè)相同的信道：帶通濾波器、低噪聲放大器、抑鏡濾波器、收信混頻器、前置中放，然后進(jìn)行合成，再經(jīng)主中頻放大器后輸出中頻已調(diào)信號(hào)。 本方框圖中畫出

5、的是最小振幅差分合成分集接收方式。下天線的本機(jī)振蕩器是由中頻檢出的控制電壓對(duì)稱相器進(jìn)行相位控制的，以便抵消上、下天線收到多徑傳播的干擾波，改善帶內(nèi)失真，獲得最好的抗多徑衰弱效果。 為了更好得改善因多徑衰弱造成的帶內(nèi)失真，在性能較好的數(shù)字微波收信機(jī)中還要加入中頻自適應(yīng)均衡器，使它與空間分集技術(shù)配合使用，可最大限度地減少通信中斷的時(shí)間。 圖中的低噪聲放大是砷化鎵場效應(yīng)晶體管放大器，這種放大器的低噪聲性能很好，并能使整機(jī)的噪聲系數(shù)降低。 由于FET放大器是寬頻段工作的，所以其輸出信道的頻率范圍很寬，因此在FET放大器的前面要加帶通濾波器，其輸出要加裝抑制鏡像干擾的抑鏡濾波器，要求對(duì)鏡像頻率噪聲的抑制

6、度為1320db以上。二、收信設(shè)備的主要性能指標(biāo)1.工作頻段 收信機(jī)是與發(fā)信機(jī)配合工作的，對(duì)一個(gè)中繼段而言，前一個(gè)微波站的發(fā)信頻率就是本收信機(jī)的同一波段的收信頻率。2.收信本振的頻率穩(wěn)定度 接收的微波射頻的頻率穩(wěn)定度是由發(fā)信機(jī)決定的。但是收信機(jī)輸出的中頻是收信本振和收信微波射頻進(jìn)行混頻的結(jié)果。 所以若收信本振偏離標(biāo)稱值越多，就會(huì)使混頻輸出的中頻偏離標(biāo)稱值。這樣，就使中頻已調(diào)信號(hào)頻譜的一部分不能通過中頻放大器，造成頻譜能量的損失，導(dǎo)致中頻輸出信噪比下降，引起信號(hào)失真，使誤碼率增加。 對(duì)收信本振頻率穩(wěn)定度的要求與發(fā)信設(shè)備基本一致，通常要求（12）10（-5），要求更高者為（12）10（-6）。 收

7、信本振和發(fā)信本振常采用同一方案，是兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源，收信本振的輸出功率往往比發(fā)信本振小些。3.噪聲系數(shù) 數(shù)字微波收信機(jī)的噪聲系數(shù)一般為3.57db,比模擬微波收信機(jī)的噪聲系數(shù)小5db左右，噪聲系數(shù)是衡量收信機(jī)熱噪聲性能的一項(xiàng)指標(biāo)，它的基本定義為：在環(huán)境溫度為標(biāo)準(zhǔn)室溫、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或收信機(jī)）輸入與輸出端在匹配的條件下，噪聲系數(shù)NF等于輸入端的信噪比與輸出信噪比的比值。 收信機(jī)本身的熱噪聲功率越大，NF就越大。收信 機(jī)本身的噪聲功率要比輸入端的噪聲功率經(jīng)放大G倍后的值還要大很多，根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可以說NF是衡量收信機(jī)熱噪聲性能的一項(xiàng)指標(biāo)。4.通頻帶 收信機(jī)接收的已調(diào)波是一個(gè)頻帶信號(hào)，即已調(diào)波頻譜

8、的主要成分要占有一定的帶寬。收信機(jī)要使這個(gè)頻帶信號(hào)無失真的通過，就要具有足夠的工作頻帶寬度，這就是通頻帶。通頻帶過寬，信號(hào)的主要頻譜成分當(dāng)然都會(huì)無失真地通過，但也會(huì)使收信機(jī)收到較多的噪聲； 反之，通頻帶過窄，噪聲自然會(huì)減小下來，但卻造成了有用信號(hào)頻譜成分的損失，所以要合理地選擇收信機(jī)的通頻帶和通帶的幅頻衰減特性等。經(jīng)過分析可以認(rèn)為，一般數(shù)字微波收信設(shè)備的通頻帶可取傳輸碼元速率的12倍。 通頻帶的寬度是由中頻放大器的集中濾波器予以保證的。5.選擇性 對(duì)某個(gè)波道的收信機(jī)而言，要求它只接收本波道的信號(hào)，對(duì)鄰近波道的干擾、鏡像頻率的干擾及本波道的收、發(fā)干擾等要有足夠大的抑制能力，這就是收信機(jī)的選擇性。

9、收信機(jī)的選擇性是用增益-頻率特性來表示的。要求在通頻帶內(nèi)增益足夠大，而且增益-頻率特性平坦；通頻帶外的衰減越大越好；通帶與阻帶之間的過渡區(qū)越窄越好。 收信機(jī)的選擇性是靠收信混頻之前的微波濾波器和混頻后中頻放大器的集中濾波器來保證的。6.收信機(jī)的最大增益 天線收到的微波信號(hào)經(jīng)過饋線和分路系統(tǒng)到達(dá)收信機(jī)。由于受衰落影響，收信機(jī)的輸入電平在隨時(shí)變動(dòng)。要維持解調(diào)機(jī)正常工作，收信機(jī)的主中放輸出應(yīng)達(dá)到所要求的電平。例如要求主中放在750負(fù)載上輸出250mV，但是收信機(jī)的輸入端信號(hào)是很微弱的。 假設(shè)其門限電平-80dBm,則此時(shí)收信機(jī)輸出與輸入的電平差就是收信機(jī)的最大增益。對(duì)于上面給出的數(shù)據(jù)，其最大增益為7

10、9.2dB。 這個(gè)增益要分配到FET低噪聲放大器、前置中放和主中放各級(jí)放大器，是由他們的增益之和達(dá)到的。7.自動(dòng)增益控制范圍 以自由空間傳播條件下的收信電平為基準(zhǔn)，當(dāng)收信電平高于基準(zhǔn)電平時(shí)，稱為上衰落；低于基準(zhǔn)電平時(shí)，稱為下衰落。假定數(shù)字微波通信的上衰落+5dB,下衰落為-40dB，其動(dòng)態(tài)范圍（即收信機(jī)輸入電平變化范圍）為45dB。 當(dāng)收信電平變化時(shí)，若仍要求收信機(jī)的額定輸出電平不變，就應(yīng)在收信機(jī)的中頻放大器內(nèi)設(shè)有自動(dòng)增益控制（AGC）電路，使之當(dāng)收信電平下降時(shí)，中放增益隨之增大；收信電平增大時(shí)，中放增益隨之減小。根據(jù)上面假定的數(shù)據(jù)，本例中AGC范圍為45dB。 3.熱噪聲的產(chǎn)生原因一、熱噪聲 熱噪聲是通信系統(tǒng)中的一種主要噪聲，系統(tǒng)中的所有部位都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。由于收信機(jī)輸入的信號(hào)很微弱，以信噪比的觀點(diǎn)來看，從收信機(jī)入口算起前幾級(jí)電路的影響就顯得尤為重要了。二、熱噪聲的產(chǎn)生及其性質(zhì) 熱噪聲的來源很多，對(duì)收信機(jī)而言，最主要的是電阻熱噪聲。電阻熱噪聲是電阻體內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動(dòng)引起的。因?yàn)殡娮拥倪\(yùn)動(dòng)可以形成電流，而當(dāng)電子之間發(fā)生碰撞時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電流脈沖，所處的環(huán)境溫度愈高，這種碰撞就愈頻繁。 因此，在電阻體內(nèi)兩端就表現(xiàn)出一個(gè)波形極其復(fù)雜的交流電壓，這就是電阻熱噪聲。 由于電阻熱噪聲是短