《通信系統(tǒng)概論》課件-第6章

第6章微波與衛(wèi)星通信系統(tǒng)

6.1概述

6.2微波與衛(wèi)星通信的主要技術(shù)

6.3微波通信系統(tǒng)

6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)

6.5

GPS定位系統(tǒng)

6.6微波與衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展

6.1概述

微波與衛(wèi)星通信都工作在微波頻段，它們既有共性又具備各自的特點(diǎn)。微波頻段為300MHz～300GHz，相應(yīng)的波長(zhǎng)為1m～0.1mm。人們習(xí)慣上將微波劃分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波等波段。通常用不同的字母代表不同的微波波段，如：S代表10cm波段，C代表5cm波段，X代表3cm波段，Ka代表8mm波段，U代表6mm波段，F(xiàn)代表3mm波段等。

微波的主要特征如下：

微波的主要特征如下：

（1）似光性。微波的波長(zhǎng)范圍為0.1mm～1m，這樣短的波長(zhǎng)與地球上物體（如飛機(jī)、艦船、建筑物）的尺寸相比屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)或小得多。故當(dāng)微波照射到這些物體上時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。微波的這種特性與光線的傳播特性相似，所以稱(chēng)微波具有“似光性”。利用這一特性可實(shí)現(xiàn)無(wú)線電定位。超視距微波通信就是依靠中繼站進(jìn)行長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸?shù)摹?/p>

（2）高頻性。微波的振蕩周期在10-9～10-13s量級(jí)，利用微波的高頻特性可以設(shè)計(jì)制造出微波振蕩、放大與檢波等微波器件，如磁控管、行波管等。同時(shí)，由于微波的頻率高、頻帶寬、傳輸信息容量大，所以大信息量的無(wú)線傳輸大多采用微波通信。

（3）穿透性。微波照射到介質(zhì)時(shí)具有良好的穿透性，云、霧、雪等對(duì)微波的傳播影響小，這為微波遙感和全天候通信奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，1～10GHz、10～30GHz、91GHz附近波段的微波受電離層影響較小，從而成為人類(lèi)探測(cè)太空的“宇宙之窗”，為射電天文學(xué)、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感提供了寶貴的無(wú)線電通道。

（4）散射性。微波也具有散射特性，利用這一特性，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的微波散射通信，也可以根據(jù)散射的特征進(jìn)行微波遙感。

（5）抗干擾性。由于微波的頻率很高，一般自然界和電氣設(shè)備產(chǎn)生的人為電磁干擾的頻率與其差別很大，所以基本上不會(huì)影響微波通信。

（6）熱效應(yīng)。當(dāng)微波在有耗介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)使介質(zhì)分子相互碰撞、摩擦從而發(fā)熱，微波爐就是利用這一效應(yīng)制成的，同時(shí)，這一效應(yīng)也成為了有效的理療方式，是微波醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)。

由此可見(jiàn)，利用微波進(jìn)行通信具有頻帶寬、信息傳輸量大、抗自然和人為干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，從而使微波通信技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

微波與衛(wèi)星通信可以單獨(dú)組成通信系統(tǒng)。美國(guó)在1962年7月發(fā)射了第一顆利用微波接力方式實(shí)現(xiàn)越洋通信的Telstar衛(wèi)星，首次把電視信號(hào)由美國(guó)傳播到了歐洲。隨后，衛(wèi)星和微波技術(shù)相互促進(jìn)，微波固體器件和微波集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，使衛(wèi)星和微波通信技術(shù)得到了巨大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

6.1.1微波通信

1.微波中繼通信

微波傳輸是直線進(jìn)行的，但地球是一個(gè)球體，地面自然是曲面，這樣，微波在地面上的傳播距離只能局限在視距以?xún)?nèi)，其視線傳播距離取決于發(fā)射天線和接收天線的高度。設(shè)發(fā)射天線和接收天線的高度分別為h1米和h2米，考慮到地球表面大氣層對(duì)微波折射的影響，則視距傳播距離為

(km)（6－1）

視距傳播距離在一般可達(dá)到50km左右。當(dāng)兩點(diǎn)距離超過(guò)50km時(shí)，則必須在它們之間設(shè)立相互距離小于視線距離的多個(gè)中繼站，這樣就構(gòu)成了微波中繼通信，如圖6－1所示。常用的微波中繼轉(zhuǎn)接方式有再生轉(zhuǎn)接、中頻轉(zhuǎn)接和微波轉(zhuǎn)接等幾種，如圖6－2所示。

圖6－1微波中繼示意圖

2.數(shù)字微波通信的特點(diǎn)

微波通信分為模擬微波通信和數(shù)字微波通信兩種制式。用于傳輸頻分多路—調(diào)頻制（FDM－FM）基帶信號(hào)的系統(tǒng)稱(chēng)為模擬微波通信；用于傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字微波通信。

遠(yuǎn)距離的微波中繼傳輸一般都采用數(shù)字通信的方式。數(shù)字微波通信的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)抗擾干能力強(qiáng)，整個(gè)線路噪聲不積累；

(2)保密性強(qiáng)，便于加密；

(3)器件便于固態(tài)化和集成化，設(shè)備體積小，耗電少；

(4)便于組成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。

圖6－2微波中繼轉(zhuǎn)接方式

（a）再生轉(zhuǎn)接；（b）中頻轉(zhuǎn)接；（c）微波轉(zhuǎn)接

數(shù)字微波通信的不足是：

(1)要求傳輸信道帶寬較寬，因而會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落；

(2)抗衰落技術(shù)復(fù)雜。

數(shù)字微波通信系統(tǒng)主要由發(fā)射端、微波信道和接收端三部分構(gòu)成，如圖6－3所示。圖中，不論信源提供的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)，最終都將經(jīng)編碼器轉(zhuǎn)變成符合傳輸要求的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)微波信道傳輸，解碼器將接收到的信號(hào)還原為原始信號(hào)傳給信宿。

圖6－3數(shù)字微波系統(tǒng)框圖

6.1.2衛(wèi)星通信

1.衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。這里，地球站是指設(shè)在地球表面（包括地面、海洋和大氣中）的無(wú)線電通信站，而用于實(shí)現(xiàn)通信目的的這種人造地球衛(wèi)星叫做通信衛(wèi)星。衛(wèi)星通信實(shí)際上就是利用通信衛(wèi)星作為中繼站而進(jìn)行的一種特殊的微波中繼通信，這里主要指靜止衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信如圖6－4所示。

圖6－4衛(wèi)星通信示意圖

衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)通信距離遠(yuǎn)，費(fèi)用與距離無(wú)關(guān)；

(2)覆蓋面積大，可以進(jìn)行多址通信；

(3)通信頻帶寬，傳輸容量大，適于多種業(yè)務(wù)傳輸；

(4)通信質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠；

(5)通信電路靈活，機(jī)動(dòng)性好；

(6)可以自發(fā)自收，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

衛(wèi)星通信的不足如下：

(1)發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜；

(2)地球兩極為通信盲區(qū)，而且在地球的高緯度地區(qū)通信效果不好；

(3)存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象；

(4)有較大的信號(hào)傳輸延遲和回波干擾；

(5)具有廣播特性，保密措施要加強(qiáng)。

2.衛(wèi)星通信信號(hào)的傳輸

衛(wèi)星通信線路的組成由發(fā)端地球站，收端地球站，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器及上行、下行線傳輸路徑組成，其組成框圖如圖6－5所示。

圖6－5衛(wèi)星通信線路的組成

衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器是衛(wèi)星中的通信系統(tǒng)，是設(shè)在空中的微波中繼站，其主要功能是接收來(lái)自發(fā)端地球站的信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行低噪聲放大，再混頻，對(duì)混頻后的信號(hào)再進(jìn)行功率放大，最后將處理后的信號(hào)送回收端地球站。由發(fā)端地球站傳向衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信號(hào)稱(chēng)為上行信號(hào)，由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器傳向收端地球站的信號(hào)稱(chēng)為下行信號(hào)，上行信號(hào)和下行信號(hào)的頻率是不同的，為的是防止衛(wèi)星天線中產(chǎn)生同頻信號(hào)的干擾。一個(gè)通信衛(wèi)星往往有多個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器被分配在某一工作頻段中，并根據(jù)所使用的天線覆蓋區(qū)域，把轉(zhuǎn)發(fā)器租用或分配給處在覆蓋區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星通信用戶(hù)。

發(fā)端和收端地球站的組成是類(lèi)似的，均由天線饋電設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備等組成。天線饋電設(shè)備把發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)輻射給衛(wèi)星，同時(shí)把衛(wèi)星發(fā)來(lái)的電磁波收集起來(lái)送到接收設(shè)備。收發(fā)支路主要是靠饋源設(shè)備中的雙工器來(lái)分離的。發(fā)射設(shè)備主要是將信道終端設(shè)備輸出的中頻信號(hào)變換成射頻信號(hào)，并把射頻信號(hào)放大到一定值；接收設(shè)備的任務(wù)是把接收到的來(lái)自衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的微弱射頻信號(hào)先進(jìn)行低噪聲放大，然后變頻到中頻信號(hào)，供信道終端設(shè)備進(jìn)行解調(diào)和其他處理。信道終端設(shè)備的基本任務(wù)是將用戶(hù)設(shè)備（電話、電話交換機(jī)、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)等）通過(guò)傳輸線接口輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，將接收設(shè)備送來(lái)的信號(hào)恢復(fù)成用戶(hù)的信號(hào)。

6.2微波與衛(wèi)星通信的主要技術(shù)

6.2.1微波信號(hào)的傳播

1.微波通信在微波信號(hào)的傳播過(guò)程中，由于大氣對(duì)微波不可避免地存在吸收或散射效應(yīng)，因此，傳輸損耗不能忽視。傳輸損耗

L=Lf-A(dB)(6－2)

2.衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是在空間技術(shù)和地面微波中繼通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，靠大氣外衛(wèi)星的中繼實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。其載荷信息的無(wú)線電波要穿越大氣層，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的距離在地面站和衛(wèi)星之間傳播，因此它受到多種因素的影響。傳播問(wèn)題會(huì)影響帶信號(hào)質(zhì)量和系統(tǒng)性能，這也是造成系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中斷的一個(gè)原因。因此，電波傳播特性是衛(wèi)星通信以及其他無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和線路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的基本特性。衛(wèi)星通信的電波要經(jīng)過(guò)對(duì)流層、平流層、電離層和外層空間，跨越距離大，因此影響電波的傳播因素很多。

衛(wèi)星通信的電波在傳播中要受到損耗，其中最主要的是自由空間傳播損耗，它占總損耗的大部分。其他損耗還有大氣、雨、云、雪、霧等造成的吸收和散射損耗等。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)還會(huì)因?yàn)槭艿侥撤N陰影遮蔽而增加額外的損耗等，固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)則可通過(guò)適當(dāng)選址避免這一額外的損耗。

衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于移動(dòng)用戶(hù)的特點(diǎn)，使接收電波不可避免地受到山、植被、建筑物的遮擋反射、折射引起的多徑衰落，這是不同于固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信的地方。海面上的船舶、海面上空的飛機(jī)還會(huì)受到海面反射等引起的多徑衰落影響。固定站通信時(shí)，雖然存在多徑傳播，但是信號(hào)不會(huì)快衰落，只有由溫度等引起的信號(hào)包絡(luò)相對(duì)時(shí)間的緩慢變化，當(dāng)然條件是不能有其他移動(dòng)物體發(fā)射電波等情況發(fā)生。

衛(wèi)星通信接收機(jī)輸入端存在著噪聲功率，分別由內(nèi)部和外部噪聲源引起。

內(nèi)部噪聲來(lái)源于接收機(jī)，它是由于接收機(jī)中含有大量的電子元件，而這些電子元件中由于溫度的影響，其中自由電子會(huì)做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)實(shí)際上影響了電路的工作，這就是熱噪聲。在理論上，如果溫度降低到絕對(duì)零度，那么這種內(nèi)部噪聲會(huì)為零，但實(shí)際上達(dá)不到絕對(duì)零度，所以?xún)?nèi)部噪聲不能消除，只能抑制。

外部噪聲由天線引起，分為太空噪聲和地面噪聲。太空噪聲來(lái)源于宇宙；地面噪聲來(lái)源于大氣、降雨、地面和工業(yè)活動(dòng)、人為噪聲等。

太陽(yáng)系噪聲指的是太陽(yáng)系中太陽(yáng)、各行星以及月亮輻射的電磁干擾被天線接收而形成的噪聲，其中太陽(yáng)是最大的熱輻射源。只要天線不對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，在靜寂期太陽(yáng)噪聲對(duì)天線噪聲影響不大，其他行星和月亮，沒(méi)有高增益天線直接指向時(shí)，對(duì)天線噪聲影響也不大。實(shí)際上，當(dāng)太陽(yáng)和衛(wèi)星匯合在一起，即太陽(yáng)接近地球站指向衛(wèi)星的延伸時(shí)，地球站就會(huì)受到干擾，甚至造成中斷；宇宙噪聲指的是外空間星體的熱氣體及分布星際空間的物質(zhì)所形成的噪聲，在銀河系中心的指向上達(dá)到最大值，在天空其他某些部分的指向上是很低的。宇宙噪聲是頻率的函數(shù)，在1GHz以下時(shí)，它是天線噪聲的主要成分。

大氣中的電離層、對(duì)流層不但吸收電波的能量，也產(chǎn)生電磁輻射而形成噪聲，其中主要是氧氣和蒸汽構(gòu)成的大氣噪聲。大氣噪聲是頻率和仰角的函數(shù)。大氣噪聲在10GHz以上顯著增加。仰角減小，由于電波穿越大氣層的路徑長(zhǎng)度增加，因而大氣噪聲作用加大。降雨以及云、霧在產(chǎn)生電波吸收衰減的同時(shí)，也產(chǎn)生噪聲，稱(chēng)為降雨噪聲。影響天線噪聲溫度的因素有雨量、頻率、天線仰角等，我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要充分考慮這些因素。

6.2.2微波與衛(wèi)星通信的頻率配置

1.微波通信的頻率配置

微波通信的頻帶很寬，幾乎是普通無(wú)線電波長(zhǎng)、中、短波各波段帶寬總和的1000倍。為避免各種應(yīng)用之間的相互干擾，同時(shí)也為了提高無(wú)線電頻率資源的利用效率，人們對(duì)頻率的使用進(jìn)行了劃分。

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、頻帶利用率最高。頻率配置應(yīng)包括微波通信線路中各個(gè)微波站上多波道收、發(fā)信頻率的確定，并根據(jù)選中的中頻頻率確定收、發(fā)本振頻率。應(yīng)考慮的因素有：

(1)在一個(gè)中間站，一個(gè)單向波道的收信和發(fā)信必須使用不同頻率，而且要在頻率間留有足夠的間隔，以避免收發(fā)信號(hào)之間的干擾；

(2)多波道同時(shí)工作時(shí)，相鄰波道頻率之間必須有足夠的間隔，以免發(fā)生鄰波道之間的干擾；

(3)整個(gè)頻譜安排必須緊湊合理，使給定的通信頻段能得到有效的利用，并能以較高的速率傳輸；

(4)多波道系統(tǒng)一般使用共用天線（減少微波天線塔的建設(shè)），所以選用的頻率配置方案應(yīng)有利于天線共用，既能降低天線建設(shè)總投資，又能滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)的要求；

(5)不應(yīng)產(chǎn)生鏡像干擾，即不允許某一波道的發(fā)信頻率等于其他波道收信機(jī)的鏡像頻率。

ΔfB=2（n-1）XS+YS+2ZS(MHz)(6-3)其中XS為波道間隔，YS為中心頻率附近相鄰的收、發(fā)信波道間隔，ZS為相鄰頻段間的保護(hù)間隔。

圖6-6集體排列方案

2）交替波道配置方案

為了使更多的波道能夠共用天線并減小系統(tǒng)內(nèi)的干擾，現(xiàn)在微波天線大多采用雙極化天線。對(duì)于雙極化天線和圓饋線，通常使用兩種互相垂直的極化波：水平極化波和垂直極化波。由于這兩種極化波互相垂直，它們相互的影響就很小了。交替波道配置方案的奇數(shù)和偶數(shù)波道分別使用不同的極化方法。

這種方案可以減少鄰道干擾。

3）同波道交叉極化方案為了提高頻譜利用率，可以采用同波道交叉極化方案。為了更好地減少交叉極化干擾的影響，又提出了波道中心頻率交替的同波道交叉極化頻率復(fù)用方案。另外，根據(jù)CCIR第746號(hào)建議，SDH微波通信系統(tǒng)的射頻波道配置與現(xiàn)有的射頻波道配置方法兼容，便于SDH微波傳輸系統(tǒng)的推廣，盡量減少對(duì)現(xiàn)有PDH微波傳輸系統(tǒng)的影響。原有PDH微波傳輸系統(tǒng)單波道傳輸?shù)淖罡咚俾蕿?40Mb/s，波道的最大帶寬小于30MHz。在小于30MHz的波道帶寬內(nèi)要傳輸SDH的各個(gè)速率等級(jí)有著很大的技術(shù)難度。為了適合SDH微波傳輸?shù)男枨?，CCIR將微波波道的最大傳輸帶寬提高到40MHz。加拿大北方電信采用512QAM調(diào)制及雙波道并行傳輸?shù)姆椒?，利用兩個(gè)40MHz波道傳輸STM-4的信息速率。日本公司使用同波道交叉極化的方法，在一個(gè)波道中能傳輸2×STM-1的信息速率，并視30MHz和40MHz兩種波道帶寬分別使用128QAM和64QAM的調(diào)制方法，較好地實(shí)現(xiàn)了與PDH微波傳輸系統(tǒng)的兼容。

1～30GHz數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)容量系列及射頻波道配置的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定1.5GHz

和2GHz頻段的波道帶寬較窄，取2、4、8、14GHz波道帶寬，使用于中、小容量的信號(hào)傳輸速率。4、5、6GHz頻段的電波傳輸條件較好，用于大容量的高速率信號(hào)傳輸，如SDH信號(hào)的傳輸。部分射頻波道的配置參數(shù)見(jiàn)表6-1。

表6-1

射頻波道的頻率配置

2.衛(wèi)星通信的頻率配置

衛(wèi)星通信工作頻段的選擇將影響到系統(tǒng)的傳輸容量、地球站發(fā)信機(jī)及衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率、天線口徑尺寸及設(shè)備的復(fù)雜程度等。雖然這個(gè)頻段也屬于微波頻段（300MHz～300GHz），但由于衛(wèi)星通信電波傳播的中繼距離遠(yuǎn)，從地球站到衛(wèi)星的長(zhǎng)距離傳輸中，既要受到對(duì)流層大氣噪聲的影響，又要受到宇宙噪聲的影響，因此，在選擇工作頻段時(shí)，主要考慮以下因素：

(1)天線系統(tǒng)接收的外界干擾噪聲??；

(2)電波傳播損耗及其他損耗??；

(3)設(shè)備重量輕，體積小，耗電??；

(4)可用頻帶寬，以滿(mǎn)足傳輸容量的要求；

(5)與其他地面無(wú)線系統(tǒng)（微波中繼通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等）之間的相互干擾盡量小些；

(6)能充分利用現(xiàn)有的通信技術(shù)和設(shè)備。

目前大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在下列頻段工作：

（1）超高頻（UHF）頻段——400/200MHz。

（2）微波L頻段——1.6/1.5GHz。

（3）微波C頻段——6.0/4.0GHz。

（4）微波X頻段——8.0/7.0GHz。

（5）微波Ku頻段——14.0/12.0GHz和14.0/11.0GHz。

（6）微波Ka頻段——30/20GHz。

從降低接收系統(tǒng)噪聲角度考慮，衛(wèi)星通信工作頻段最好選在1～10GHz之間，而最理想的頻率在6/4GHz附近。在實(shí)際應(yīng)用中，國(guó)際衛(wèi)星通信的商業(yè)衛(wèi)星和國(guó)內(nèi)區(qū)域衛(wèi)星通信中大多數(shù)都使用6/4GHz頻段，其上行頻率為5.925～6.425GHz，下行頻率為3.7～4.2GHz，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬可達(dá)500GHz。6/4GHz頻段帶寬較寬，便于利用成熟的微波中繼通信技術(shù)。

為了不受上述民用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾，許多國(guó)家的軍用和政府用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用8/7GHz頻段。其上行頻率為7.9～8.4GHz，其下行頻率為7.25～7.75GHz。

由于衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)量的急劇增加，1～10GHz的無(wú)線電窗口日益擁擠，14/11GHz頻段已得到開(kāi)發(fā)和使用，其上行頻率為14～14.5GHz，其下行頻率為10.95～11.2GHz和11.45～11.7GHz等。6.2.3信號(hào)的傳輸與復(fù)用

在第2章數(shù)字通信系統(tǒng)中，我們?cè)?jīng)討論了信號(hào)的傳輸方式有基帶傳輸和頻帶傳輸兩種，在數(shù)字微波和衛(wèi)星系統(tǒng)中都采用了頻帶傳輸方式。

目前在長(zhǎng)途微波通信干線中以傳輸數(shù)字信號(hào)為主，構(gòu)成數(shù)字微波通信系統(tǒng)，常用脈沖形式的基帶序列對(duì)中頻頻率70MHz或140MHz的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后再變換到微波頻率進(jìn)行傳輸。

在SDH數(shù)字微波通信系統(tǒng)中，采用多進(jìn)制編碼的64QAM、128QAM、256QAM、512QAM調(diào)制方式，同時(shí)還采用多載頻的傳輸方式。例如采用4個(gè)載頻，使每個(gè)載頻都用256QAM調(diào)制方式去傳輸100Mb/s信息，這樣一個(gè)波道的4個(gè)載頻同時(shí)傳送，就可以傳輸4倍這樣的信息，而其占用的頻譜卻與只用一個(gè)載頻傳輸時(shí)所占用的頻譜相當(dāng)。這樣使數(shù)字微波朝著既擴(kuò)大容量，又不占用較大信道帶寬的方向發(fā)展。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)有單路制和群路制兩種方式。所謂單路制，就是一個(gè)用戶(hù)的一路信號(hào)去調(diào)制一個(gè)載波，即單路單載波（SCPC）方式；所謂群路制，就是多個(gè)要傳輸?shù)男盘?hào)按照某種多路復(fù)用方式組合在一起，構(gòu)成基帶信號(hào)，再去調(diào)制載波，即MCPC方式。

目前，廣泛采用的多路復(fù)用方式有兩種，一是頻分多路復(fù)用（FDM），二是時(shí)分多路復(fù)用(TDM)。FDM是從頻域的角度進(jìn)行分析的，使各路信號(hào)在頻率上彼此分開(kāi)，而在時(shí)域上彼此混疊在一起；TDM是從時(shí)域的角度進(jìn)行分析的，使各路信號(hào)在時(shí)間上彼此分開(kāi)，而在頻域上彼此混疊在一起。

模擬信號(hào)一般采用頻分多路（FDM）方式。它將各路用戶(hù)信號(hào)采用單邊帶調(diào)制（SSB），將其頻譜分別搬移到互不重疊的頻率上，形式多路復(fù)用信號(hào)，然后在一個(gè)信道中同時(shí)傳輸。接收端用濾波器將各路信號(hào)分離。由于是使用頻率區(qū)分信號(hào)的，故稱(chēng)之為頻分多路復(fù)用。

在頻分復(fù)用中，信道的可用頻帶被分成若干彼此互不重疊的頻段，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)頻段。為了使各路信號(hào)的頻譜互不重疊，在各路信號(hào)的發(fā)送端都使用了適當(dāng)?shù)臑V波器。若不考慮信道中所引入的噪聲和干擾的影響，在接收端進(jìn)行信息接收時(shí)，各路信號(hào)應(yīng)嚴(yán)格地限制在本信道通帶之內(nèi)。這樣當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器之后，就可提取出各自信道的已調(diào)波，然后通過(guò)解調(diào)器、低通濾波器，獲得原信號(hào)。

頻分復(fù)用系統(tǒng)中的主要問(wèn)題在于各路信號(hào)之間存在相互干擾。這是由于系統(tǒng)非線性器件的影響使各路信號(hào)之間產(chǎn)生組合波，當(dāng)其落入本波道通帶之內(nèi)時(shí)，就構(gòu)成干擾。特別值得注意的是，在信道傳輸中的非線性所造成的干擾是無(wú)法消除的，因而頻分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)線性的要求很高，同時(shí)還必須合理地選擇各路載波頻率，并在各路載波頻率帶之間增加保護(hù)帶寬來(lái)減小干擾。

對(duì)數(shù)字信號(hào)而言，通常采用時(shí)分多路復(fù)用方式。它將一條通信線路的工作時(shí)間周期性地分割成若干個(gè)互不重疊的時(shí)隙，分配給若干個(gè)用戶(hù)，每個(gè)用戶(hù)分別使用指定的時(shí)隙。這樣，就可以將多路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊地穿插排列在同一條公共信道上進(jìn)行傳輸。因此在接收端可以利用適當(dāng)?shù)倪x通門(mén)電路在各時(shí)隙中選出各路用戶(hù)的信號(hào)，然后再恢復(fù)成原來(lái)的信號(hào)。

6.2.4信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)

在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中，常用脈沖形式的基帶序列對(duì)中頻頻率70MHz或140MHz的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后再變換到微波頻率進(jìn)行傳輸。

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要采用頻率調(diào)制（FM），因?yàn)轭l率調(diào)制技術(shù)成熟，傳輸質(zhì)量好，且能得到較高的信噪比。

在數(shù)字調(diào)制中以正弦波作為載波信號(hào)，用數(shù)字基帶信號(hào)去鍵控正弦信號(hào)的振幅、頻率和相位，便得到了振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK及DPSK）三種基本調(diào)制方式。其中相移鍵控（PSK及DPSK）在衛(wèi)星通信中使用較多。另外，正交振幅調(diào)制（QAM）、最小頻移鍵控（MSK）和高斯最小頻移鍵控（GMSK）也得到較多應(yīng)用。

6.2.5編解碼技術(shù)

1.信源編碼技術(shù)

信源編碼是指首先將話音、圖像等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，然后再根據(jù)傳輸信息的性質(zhì)，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行編碼。為了降低系統(tǒng)的傳輸速率，提高通信系統(tǒng)效率，就要對(duì)話音或圖像信號(hào)進(jìn)行頻帶壓縮傳輸。數(shù)字微波通信系統(tǒng)采用的最基本的語(yǔ)音編碼方式為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖編碼調(diào)制（PCM）方式，即以奈奎斯特抽樣定理為基準(zhǔn)，將頻帶寬度為300～3400Hz的語(yǔ)音信號(hào)變換成編碼速率為64kb/s的數(shù)字信號(hào)，調(diào)制后經(jīng)微波線路傳輸，在收端進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換便恢復(fù)出原有的模擬信號(hào)。系統(tǒng)可以在有限的傳輸帶寬內(nèi)保證系統(tǒng)的誤碼性能，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信號(hào)傳輸。

在數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，實(shí)施了信號(hào)頻帶壓縮技術(shù)，可以充分利用有效的頻率資源，降低傳輸速率。信源編碼方案很多。數(shù)字衛(wèi)星通信中的編碼速率為16～64kb/s，而移動(dòng)衛(wèi)星通信中的編碼速率為1.2～9.6kb/s。在一定的編碼速率下，應(yīng)盡可能提高話音質(zhì)量。

在數(shù)字系統(tǒng)中所采用的話音信號(hào)的基本編碼方式包括三大類(lèi)：波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。

波形編碼是直接將時(shí)域信號(hào)變?yōu)閿?shù)字代碼的一種編碼方式，如PCM、ΔM、ADPCM、SBC、VQ等。

參數(shù)編碼是以發(fā)音機(jī)制模型為基礎(chǔ)，直接提取語(yǔ)音信號(hào)的一些特征參量，并對(duì)其進(jìn)行編碼的一種編碼方式。其基本原理是由語(yǔ)音產(chǎn)生的條件建立語(yǔ)音信號(hào)產(chǎn)生的模型，然后提取語(yǔ)音信號(hào)中的主要參量，經(jīng)編碼發(fā)送到接收端；接收端經(jīng)解碼恢復(fù)出與發(fā)端相應(yīng)的參量，再根據(jù)語(yǔ)音產(chǎn)生的物理模型合成輸出相應(yīng)語(yǔ)音。即參數(shù)編碼采取的是語(yǔ)音分析與合成的方法，其特點(diǎn)是可以大大壓縮數(shù)碼率，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，其語(yǔ)音質(zhì)量與波形編碼相比要差一點(diǎn)。

混合編碼是一種綜合編碼方式，它吸取了波形編碼和參數(shù)編碼的優(yōu)點(diǎn)，使編碼數(shù)字語(yǔ)音中既包括語(yǔ)音特征參量，又包括部分波形編碼信號(hào)。

無(wú)論是PCM信號(hào)還是ΔM信號(hào)，其所占帶寬度均遠(yuǎn)大與模擬語(yǔ)音信號(hào)。因此，長(zhǎng)期以來(lái)人們一直在進(jìn)行壓縮數(shù)字化語(yǔ)音占用頻帶的工作，即在相同質(zhì)量指標(biāo)條件下降低數(shù)字化語(yǔ)音的數(shù)碼率，以提高數(shù)字通信系統(tǒng)的頻帶利用率。這一點(diǎn)對(duì)于頻率資源十分緊張的超短波陸地移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等很有意義。

通常把編碼速率低于64kb/s的語(yǔ)音編碼方法稱(chēng)為語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)。其方法很多，如自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（ADPCM）、自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM）、子帶編碼(SBC)、矢量量化編碼（VQ）、變換域編碼(ATC)、參量編碼（聲碼器）等。

2.信道編碼技術(shù)

信道編碼是指在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，在信息碼之外附加一定比特?cái)?shù)的監(jiān)督碼元，使監(jiān)督碼元與信息碼元構(gòu)成某種特定的關(guān)系，接收端根據(jù)這種特定的關(guān)系來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。

信道編碼不同于信源編碼。信源編碼的目的是為了提高數(shù)字信號(hào)的有效性，具體地講就是盡可能壓縮信源的冗余度，其去掉的冗余度是隨機(jī)的、無(wú)規(guī)律的。而信道編碼的目的在于提高數(shù)字通信的可靠性，它加入冗余碼用來(lái)減少誤碼，其代價(jià)是降低了信息的傳輸速率，即以減少有效性來(lái)增加可靠性。其增加的冗度是特定的、有規(guī)律的，故可利用它在接收端進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，保證傳輸質(zhì)量。因此，信道編碼技術(shù)亦稱(chēng)差錯(cuò)控制編碼技術(shù)。

差錯(cuò)控制編碼的基本思想是通過(guò)對(duì)信息序列作某種變換，使原來(lái)彼此獨(dú)立、相關(guān)性極小的信息碼元產(chǎn)生某種相關(guān)性，這樣在接收端就可利用這種特性來(lái)檢測(cè)并糾正信息碼元在信道傳輸中所造成的差錯(cuò)。

差錯(cuò)的類(lèi)型可分為隨機(jī)差錯(cuò)和突發(fā)差錯(cuò)兩類(lèi)。差錯(cuò)控制方式可以分為前向糾錯(cuò)（FEC）和自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)兩類(lèi)，結(jié)合這種方式的優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生了混合糾錯(cuò)(HEC)方式。在HEC方式中，發(fā)信端發(fā)送的碼不僅能夠檢測(cè)錯(cuò)誤，而且還具有一定的糾錯(cuò)能力。收端信號(hào)如在碼的糾錯(cuò)能力以?xún)?nèi)，接收端會(huì)自動(dòng)進(jìn)行糾錯(cuò)；如果錯(cuò)誤很多，超出了碼的糾錯(cuò)能力，只能檢測(cè)而不能糾錯(cuò)，則接收端通過(guò)反饋信道給發(fā)信端發(fā)送要求重發(fā)的指令，然后發(fā)信端再次重傳正確的信碼。

差錯(cuò)控制編碼按照不同的功能可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼，檢錯(cuò)碼只能檢測(cè)誤碼，不能糾錯(cuò)；而糾錯(cuò)碼則兼有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的能力，并且在發(fā)現(xiàn)有不可糾正的錯(cuò)誤時(shí)還會(huì)給出錯(cuò)誤指示。

按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系，差錯(cuò)控制編碼又可分為線性碼和非線性碼。若信息碼元與監(jiān)督碼元之間滿(mǎn)足一組線性方程式，則稱(chēng)為線性碼；反之，則稱(chēng)為非線性碼。常用的差錯(cuò)控制編碼一般都是線性碼，線性碼又包括分組碼和卷積碼。漢明碼是1950年漢明提出的糾正單一隨機(jī)錯(cuò)誤的線性分組碼，因其編譯碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用。分組碼的重要分支循環(huán)碼具有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)。BCH碼有嚴(yán)密的代數(shù)結(jié)構(gòu)，在SDH微波通信設(shè)備中常常使用能糾多重錯(cuò)誤的BCH碼來(lái)降低傳輸誤碼率。

實(shí)際通信系統(tǒng)中除了隨機(jī)差錯(cuò)外，還常會(huì)遇到突發(fā)干擾，使一個(gè)碼字內(nèi)造成多個(gè)碼元的連續(xù)錯(cuò)誤，交織編碼將一個(gè)糾錯(cuò)碼的碼字交織，使突發(fā)誤碼轉(zhuǎn)換為一個(gè)糾錯(cuò)誤字內(nèi)的隨機(jī)誤碼，因而交織碼是突發(fā)差錯(cuò)的有效糾錯(cuò)碼。

與分組碼不同的卷積碼是在任意給定的時(shí)間單元內(nèi)，編碼器的n個(gè)輸出不僅與本時(shí)間單元的k個(gè)輸出碼元有關(guān)，而且與前m-1個(gè)時(shí)間單元的輸入碼元有關(guān)。這里m是約束度，這種約束關(guān)系使已編碼序列的相鄰碼字之間存在著相關(guān)性，正是這一記憶特性使該序列可以看做是輸入序列經(jīng)某種卷積運(yùn)算的結(jié)果。由卷積碼的相關(guān)性導(dǎo)出的維特比（Viterbi）譯碼算法是一種最佳的譯碼方法。由于維特比算法具有一定的克服突發(fā)錯(cuò)誤的能力，因此在譯碼、信號(hào)解調(diào)和SDH微波傳輸方面得到很多的應(yīng)用。

6.2.6信號(hào)處理技術(shù)

1.數(shù)字話音內(nèi)插(DSI)技術(shù)

數(shù)字話音內(nèi)插(DSI)技術(shù)是目前在衛(wèi)星系統(tǒng)中廣泛采用的一種技術(shù)，能夠用于提高通信容量。由于在兩個(gè)人通過(guò)線路進(jìn)行雙工通話時(shí)，總是一方講話，而另一方在聽(tīng)，因而只有一個(gè)方向的話路中有話音信號(hào)，而另一方的線路則處于收聽(tīng)狀態(tài)。就某一方的話路而言，只有一部分的時(shí)間處于講話狀態(tài)，而其他時(shí)間處于收聽(tīng)狀態(tài)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析資料顯示，一個(gè)單方向路實(shí)際傳送話音的平均時(shí)間百分比（即平均話音激活率）通常只有40%左右。因而可以設(shè)想，如果采用一定的技術(shù)手段，僅僅在講話時(shí)間段為通話者提供講話話路，在其空閑時(shí)間段將話路分配給其他用戶(hù)。這種技術(shù)就叫做話音內(nèi)插技術(shù)，也稱(chēng)為話音激活技術(shù)，它特別適用于大容量數(shù)字話音系統(tǒng)中。

通常所使用的數(shù)字話音內(nèi)插(DSI)技術(shù)包括時(shí)分話音內(nèi)插(TASI)和話音預(yù)測(cè)編碼(SPEC)兩種方式。

時(shí)分話音內(nèi)插(TASI)技術(shù)利用呼叫之間的間隙、聽(tīng)話而未說(shuō)話以及說(shuō)話停頓的空閑時(shí)間，把空閑的通路暫時(shí)分配給其他用戶(hù)以提高系統(tǒng)的通信容量。而話音預(yù)測(cè)編碼（SPEC）則當(dāng)某一個(gè)時(shí)刻樣值與前一個(gè)時(shí)刻樣值的PCM編碼有不可預(yù)測(cè)的明顯差異時(shí)，才發(fā)送此時(shí)刻的碼組，否則不進(jìn)行發(fā)送，這樣便減少了需要傳輸?shù)拇a組數(shù)量，以便有更多的容量可供其他用戶(hù)使用。下面首先介紹時(shí)分話音內(nèi)插的基本原理。

圖6-7所示的是數(shù)字式話音內(nèi)插系統(tǒng)的基本組成。從圖中可以看出，當(dāng)以N路PCM信號(hào)經(jīng)TDM復(fù)用后的信號(hào)作為輸入信號(hào)時(shí)，幀內(nèi)N個(gè)話路經(jīng)話音存儲(chǔ)器與TDM格式的N個(gè)輸出話路連接，其各部分功能如下。

圖6-7數(shù)字式話音內(nèi)插系統(tǒng)的基本組成

發(fā)送端的話音檢測(cè)器依次對(duì)各話路的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以判斷是否有話音信號(hào)。當(dāng)某話路的電平高于門(mén)限電平時(shí)，則認(rèn)為該話路中有話音，否則認(rèn)為無(wú)話音。若話音檢測(cè)器中的門(mén)限電平能隨線路上所引入的噪聲電平的變化而自動(dòng)地快速調(diào)節(jié)，那么就可以大大減少因線路噪聲而引起的檢測(cè)錯(cuò)誤。

分配狀態(tài)寄存器主要負(fù)責(zé)記錄任何一個(gè)時(shí)刻、任意輸入話路的工作狀態(tài)以及它與其輸出話路之間的連接狀態(tài)。

分配信號(hào)產(chǎn)生器必須每隔一幀在分配話路時(shí)隙內(nèi)發(fā)送一個(gè)用來(lái)傳遞話路間連接狀態(tài)信息的分配信號(hào)，這樣接收端便可根據(jù)此信號(hào)從接收信息中恢復(fù)出原輸入的數(shù)字話音信號(hào)。

由于話音檢測(cè)和話路分配均需要一定的時(shí)間，而且新的連接信息應(yīng)在該組信碼存入話音存儲(chǔ)器之前送入分配狀態(tài)寄存器，故N個(gè)話路的輸入信號(hào)應(yīng)先經(jīng)過(guò)大約16ms的時(shí)延以保持協(xié)調(diào)工作。

在發(fā)送端，話音檢測(cè)器依次對(duì)各輸入話路的工作狀態(tài)加以識(shí)別，判斷它們是否有語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)，當(dāng)某話路中有語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)時(shí)，立即通知分配處理機(jī)，并由其支配分配狀態(tài)寄存器在“記錄”中進(jìn)行搜尋。如果需為其分配一條輸出通道，則立即為其尋找一條空閑的輸出通道。當(dāng)尋找到這樣一條輸出通道時(shí)，分配處理機(jī)立即發(fā)出指令，把經(jīng)延遲電路時(shí)延后的該通道信碼存儲(chǔ)到話音存儲(chǔ)器內(nèi)相對(duì)應(yīng)的需與之相連接的輸出通道單元中，并在分配給該輸出通道的時(shí)間位置“讀出”該信碼，同時(shí)將輸入通道及與之相連的輸出通道的一切新連接信息通知分配狀態(tài)寄存器和分配信號(hào)產(chǎn)生器。如果此路一直處于講話狀態(tài)，則直至通話完畢時(shí)，才再次改變分配狀態(tài)寄存器的記錄。

在接收端，當(dāng)數(shù)字時(shí)分話音內(nèi)插接收設(shè)備收到擴(kuò)展后的信碼時(shí)，分配處理機(jī)則根據(jù)收到的分配信號(hào)更新收端分配狀態(tài)寄存器的“分配表”，并讓各組語(yǔ)音信碼分別存到收端話音存儲(chǔ)器的有關(guān)單元中，再依次在特定的時(shí)間位置進(jìn)行“讀操作”，恢復(fù)出原輸入的N個(gè)通路的符合TDM幀格式的信號(hào)，供PCM解調(diào)器使用。

分配信息的傳送方式有兩種：一種是只發(fā)送最新的連接狀態(tài)信息；另一種是發(fā)送全部連接狀態(tài)信息。由于在目前使用的衛(wèi)星系統(tǒng)中經(jīng)常使用第二種方式，因而我們著重討論采用發(fā)送全部連接狀態(tài)信息方式工作的系統(tǒng)特性。

當(dāng)系統(tǒng)是用發(fā)送全部連接狀態(tài)信息來(lái)完成分配信息的傳遞任務(wù)時(shí)，無(wú)論系統(tǒng)的分配信息如何發(fā)生變化，它只負(fù)責(zé)在一個(gè)分配信息周期中實(shí)時(shí)地傳送所有連接狀態(tài)信息，因此其設(shè)備比較簡(jiǎn)單。但在分配話路時(shí)，如發(fā)生誤碼，則很容易出現(xiàn)錯(cuò)接的現(xiàn)象。相比起來(lái)，系統(tǒng)中只發(fā)送最新連接狀態(tài)時(shí)的誤碼影響要小一些。

在圖6-8中給出了音預(yù)測(cè)編碼SPEC發(fā)端的原理圖。

圖6-8SPEC發(fā)端原理圖

其工作過(guò)程如下：

話音檢測(cè)器依次對(duì)輸入的采用TDM復(fù)用格式的N個(gè)通道編碼碼組進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)有話音編碼輸入時(shí)，即打開(kāi)傳送門(mén)，將此編碼碼組送至中間幀存儲(chǔ)器；否則傳送門(mén)仍保持關(guān)閉狀態(tài)。

時(shí)延電路提供約5ms的時(shí)延時(shí)間，正好與話音檢測(cè)所允許的時(shí)間相同。

零級(jí)預(yù)測(cè)器將預(yù)測(cè)器幀存儲(chǔ)器中所儲(chǔ)存的上一次取樣時(shí)刻通過(guò)該通道的那一組編碼與剛收到的碼組進(jìn)行比較，并計(jì)算出它的差值。如果差值小于或等于某一個(gè)規(guī)定值，則認(rèn)為剛收到的碼組是可預(yù)測(cè)碼組并將其除去；如果差值大于某一個(gè)規(guī)定值，則認(rèn)為剛收到的碼組是不可預(yù)測(cè)碼組，隨后將其送入預(yù)測(cè)器幀存儲(chǔ)器，并代替先前一個(gè)碼組，作為下次比較時(shí)的參考碼組，供下次比較用。

與此同時(shí)，又將此碼組“寫(xiě)入”發(fā)送幀存儲(chǔ)器，并在規(guī)定時(shí)間進(jìn)行“讀操作”。其中的發(fā)送幀存儲(chǔ)器是雙緩沖存儲(chǔ)器，一半讀出時(shí)另一半寫(xiě)入，這樣便可以不斷地將信碼送至輸出合路器。

在零級(jí)預(yù)測(cè)器中，各次比較的情況被編成分配碼(SAW)，可預(yù)測(cè)用“0”表示，而不可預(yù)測(cè)用“1”表示。這樣每一個(gè)通道便用1比特標(biāo)示出來(lái)，總共N個(gè)通道。當(dāng)N個(gè)比特送到合路器時(shí)，從而構(gòu)成“分配通道”和“M個(gè)輸出通道”的結(jié)構(gòu)，并送入衛(wèi)星鏈路。

在接收端，根據(jù)所接收到的“分配通道”和“M個(gè)輸出通道”的結(jié)構(gòu)，就可恢復(fù)出原發(fā)端輸入的N通道的TDM幀結(jié)構(gòu)。

在話音預(yù)測(cè)編碼方式中，同樣也存在競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，有可能出現(xiàn)本來(lái)應(yīng)發(fā)而未發(fā)的現(xiàn)象，而接收端卻按前一碼組的內(nèi)容進(jìn)行讀操作，致使信噪比下降。只有當(dāng)衛(wèi)星話路數(shù)M較小時(shí)，采用話音預(yù)測(cè)編碼方式時(shí)的DSI增益才稍大于時(shí)分話音內(nèi)插方式時(shí)的DSI增益。

2.回波控制技術(shù)

圖6-9所示的是衛(wèi)星通信線路產(chǎn)生回波干擾的原理圖。由圖可見(jiàn)，在與地球站相連接的PSTN用戶(hù)的用戶(hù)線上采用二線制，即在一對(duì)線路上傳輸兩個(gè)方向的信號(hào)，而地球站與衛(wèi)星之間的信息接收和發(fā)送是由兩條不同的線路（上行和下行鏈路）完成的，故稱(chēng)為四線制。由圖中可以清楚地看出，通過(guò)一個(gè)混合線圈H實(shí)現(xiàn)了二線和四線的連接。當(dāng)混合線圈平衡網(wǎng)絡(luò)的阻抗RA（或RB）等于二線網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗R1時(shí)，用戶(hù)A便可以通過(guò)混合線圈與發(fā)射機(jī)直接相連。發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)被送往地球站，利用其上行鏈路發(fā)往衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)，使用戶(hù)B相連的地球站接收到來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)，并通過(guò)混合線圈到達(dá)用戶(hù)B。理想情況下，收、發(fā)信號(hào)彼此分開(kāi)。但當(dāng)PSTN電話端的二/四線混合線圈處于不平衡狀態(tài)時(shí)，例如A端R1≠RA（對(duì)于B端R2≠RB），用戶(hù)A通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送給用戶(hù)B的話音信號(hào)中就會(huì)有一部分泄露到發(fā)送端，再發(fā)往衛(wèi)星并返回用戶(hù)A，這樣的一個(gè)泄露信號(hào)就是回波。

圖6-9衛(wèi)星通信線路產(chǎn)生回波干擾的原理圖

圖6-10回波抵消器的原理圖

為了抑制回波干擾的影響，需要在話音線路中接入一定的電路，這樣在不影響話音信號(hào)正常傳輸?shù)臈l件下，可將回波消弱或者抵消。圖6-10所示的是一個(gè)回波抵消器的原理圖，它用一個(gè)橫向?yàn)V波器來(lái)模擬混合線圈，使其輸出與接收到的話音信號(hào)的泄露相抵消，以此防止回波的產(chǎn)生，而且對(duì)發(fā)送與接收通道并沒(méi)有引入任何附加的損耗。

圖6-11所示的是一種數(shù)字式自適應(yīng)回波抵消器原理圖。

圖6-11數(shù)字式自適應(yīng)回波抵消器原理圖

其工作過(guò)程如下：

首先把從對(duì)方送來(lái)的話音信號(hào)x（t）經(jīng)過(guò)A/D變換成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于信號(hào)存儲(chǔ)器中，然后將存儲(chǔ)于信號(hào)存儲(chǔ)器中的信號(hào)x（t）與存儲(chǔ)于傳輸特性存儲(chǔ)器中的回波支路脈沖響應(yīng)h(t)進(jìn)行卷積積分，從而構(gòu)成作為抵消用的回波分量，隨后再經(jīng)加法運(yùn)算將回波分量從發(fā)話信號(hào)中扣除，于是便抵消掉了發(fā)話中經(jīng)混合線圈來(lái)的回波分量z（t）。

其中，自適應(yīng)控制電路可根據(jù)剩余回波分量和由信號(hào)存儲(chǔ)器送來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)地確定h(t)。通常這種回波抵消器可使回波被抵消約30dB，使自適應(yīng)收斂時(shí)間為250ms。

由于數(shù)字式自適應(yīng)回波抵消器可以看做是一種數(shù)字濾波器，非常適于進(jìn)行數(shù)字處理，因而已被廣泛運(yùn)用于衛(wèi)星系統(tǒng)中。6.2.7衛(wèi)星通信中的多址技術(shù)

衛(wèi)星通信的基本特點(diǎn)是能進(jìn)行多址通信（或者說(shuō)多址連接）。系統(tǒng)中的各地球站均向衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)，衛(wèi)星將這些信號(hào)混合并做必要的處理（如放大、變頻等）與交換（如不同波束之間的交換），然后向地球的某些區(qū)域分別轉(zhuǎn)發(fā)。那么，用怎樣的信號(hào)傳輸方式，才能使接收站從這些信號(hào)中識(shí)別出發(fā)給本站的信號(hào)并知道該信號(hào)發(fā)自何站呢？又怎樣使轉(zhuǎn)發(fā)器中進(jìn)行混合的各站信號(hào)間的相互干擾盡量小呢？這是多址通信首先要解決的問(wèn)題，也就是所謂多址連接方式問(wèn)題。

應(yīng)該指出，如果一個(gè)站只發(fā)送一個(gè)射頻載波（或一個(gè)射頻分幀），多址的概念是清楚的。但是，很可能一個(gè)站發(fā)送幾個(gè)射頻載波（或多個(gè)射頻分幀），而我們關(guān)心的是區(qū)分出不同的射頻載波或分幀，因此，有時(shí)把多址連接改稱(chēng)為“多元連接”似乎更恰當(dāng)一些。我們應(yīng)廣義地來(lái)理解“多址”這一概念。

1.實(shí)現(xiàn)多址連接的依據(jù)

實(shí)現(xiàn)多址連接的技術(shù)基礎(chǔ)是信號(hào)分割，就是在發(fā)端要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)男盘?hào)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)中各地球站所發(fā)射的信號(hào)各有差別；而各地球站接收端則具有信號(hào)識(shí)別的能力，能從混合的信號(hào)中選擇出本站所需的信號(hào)。圖6-12所示是多址連接的模型。

圖6-12多址連接的實(shí)現(xiàn)

一個(gè)無(wú)線電信號(hào)可以用若干個(gè)參量來(lái)表征，最基本的幾個(gè)參量是信號(hào)的射頻頻率、信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間以及信號(hào)所處的空間。信號(hào)之間的差別可集中反映在上述信號(hào)參量之間的差別上。

在衛(wèi)星通信中，信號(hào)的分割和識(shí)別可以利用信號(hào)的任一種參量來(lái)實(shí)現(xiàn)?？紤]到實(shí)際存在的噪聲和其它因素的影響，最有效的分割和識(shí)別方法則是設(shè)法利用某些信號(hào)所具有的正交性，來(lái)實(shí)現(xiàn)多址連接。圖6-13畫(huà)出了由頻率F、時(shí)間T和空間S所組成的三維坐標(biāo)來(lái)表征的多址立方體。

圖6-13多址立方體的分割

1)頻分多址(FDMA)

圖6-13(a)所示是垂直于頻率軸對(duì)多址立方體切割（時(shí)間、空間不分割），這樣形成許多互不重疊的頻帶，這是頻分多址(FDMA)，即對(duì)各站所發(fā)信號(hào)的頻率參量所做的分割，各信號(hào)在衛(wèi)星總頻帶W內(nèi)各占不同的頻帶Δfi，而它們?cè)跁r(shí)間上可重疊，并且可最大限度地利用空間（使用覆球波束）。收方利用頻率正交性：

（6-4）

通過(guò)頻率選擇(用濾波法)，就可從混合信號(hào)中選出所需的信號(hào)。式中Xi、Xj分別代表第i站和第j站發(fā)送的信號(hào)。

圖6-13(b)所示是垂直于時(shí)間軸對(duì)多址立方體切割（頻率、空間不分割），這樣形成許多互不重疊的時(shí)隙，這是時(shí)分多址(TDMA)，即對(duì)各站所發(fā)信號(hào)的時(shí)間參量所做的分割，各信號(hào)在一幀時(shí)間內(nèi)以各不相同的時(shí)隙ΔTi（也稱(chēng)分幀）通過(guò)衛(wèi)星。由于頻率不分割，因此可最大限度地利用衛(wèi)星頻帶和空間（覆球波束）。收方利用時(shí)間正交性：

（6-5）

通過(guò)時(shí)間選擇（用時(shí)間閘門(mén)），就可以從混合信號(hào)中選出所需信號(hào)。

2)空分多址(SDMA)

圖6-13(c)所示是垂直于空間軸對(duì)多址立方體切割（頻率、時(shí)間不分割），這樣形成許多互不重疊的小空間，這是空分多址（SDMA），即對(duì)各站所發(fā)信號(hào)的空間參量所作的分割，各信號(hào)在衛(wèi)星天線陣的空間內(nèi)各占據(jù)不同的小空間（窄波束）ΔSi。利用空分多址可最大限度地利用衛(wèi)星的頻帶，在時(shí)間上也不受限制。收方利用空間正交性：

（6-6）

通過(guò)空間選擇（用窄波束天線），就可以從混合信號(hào)中選出所需信號(hào)。

3)碼分多址（CDMA）除頻率、時(shí)間、空間分割外，還可利用波形、碼型等復(fù)雜參量的分割來(lái)實(shí)現(xiàn)多址連接。其中的碼分多址(CDMA)就是各站用各不相同的相互準(zhǔn)正交的地址碼分別調(diào)制各自要發(fā)送的信息信號(hào)，而發(fā)射的信號(hào)在頻率、時(shí)間、空間上不做分割，也就是使用相同的頻帶、空間（時(shí)間上也可重疊），收方則利用碼型的正交性：

（6-7）

通過(guò)地址識(shí)別（用相關(guān)檢測(cè)法），就可從混合信號(hào)中選出所需信號(hào)。其中Ci(t)、Cj(t)分別是第i、j站的地址碼。

應(yīng)指出，為了更好地完成信號(hào)的識(shí)別，在被分割的參量段之間應(yīng)留有一定的保護(hù)量，如保護(hù)頻帶、保護(hù)時(shí)隙等，參見(jiàn)圖6-14。此外，上面談到的是一個(gè)體積元代表一個(gè)地球站的信號(hào)，如果一個(gè)站要發(fā)送多個(gè)信號(hào)（多個(gè)射頻載波或多個(gè)射頻分幀），則對(duì)每個(gè)信號(hào)來(lái)說(shuō)，為了能夠把它們識(shí)別出來(lái)，每個(gè)信號(hào)都要做類(lèi)似的分割。

圖6-14

TDMA/FDMA

2.各種組合形式的多址連接

1)TDMA/FDMA

圖6-14是TDMA與FDMA組合的示意圖。圖示方案中衛(wèi)星共有四個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器(頻帶分別為W1、W2、W3、W4)，只有一個(gè)覆球波束。衛(wèi)星上不用交換裝置，故上行鏈體積元與下行鏈體積元是一一對(duì)應(yīng)的。多址立方體體積元的分配(也就是一個(gè)站用什么頻帶、以什么時(shí)隙將信號(hào)發(fā)給另一站)根據(jù)站間業(yè)務(wù)量、星體及地球站設(shè)備情況所制定的規(guī)則進(jìn)行。可以有各種不同的排列方式，圖中所畫(huà)只是一種，譬如C站發(fā)向A站，用的是W2頻帶中第二個(gè)較大的時(shí)隙。

2)TDMA/SDMA

圖6-15是TDMA與SDMA組合的示意圖。該方案中，有四個(gè)點(diǎn)波束和四個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。衛(wèi)星上的點(diǎn)波束ΔS1、ΔS2、ΔS3、ΔS4分別覆蓋A、B、C、D站，每個(gè)電波束又各連接一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。四個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器占用的頻帶相同，也就是頻帶重復(fù)使用四次，用交換矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)接。圖6-15(a)和圖6-15（b）所示分別是上行鏈和下行鏈多址立方體的分割示意。譬如，衛(wèi)星的ΔS1接收點(diǎn)波束在ΔT2時(shí)隙收到A站發(fā)給B站的信號(hào)，經(jīng)交換矩陣轉(zhuǎn)接后，由ΔS2發(fā)射點(diǎn)波束在ΔT2將此信號(hào)發(fā)射給B站。

圖6-15

TDMA/SDMA

(a)上行鏈；(b)下行鏈

3)TDMA/FDMA/SDMA

圖6-16所示是TDMA、FDMA和SDMA的組合示意圖。設(shè)有m個(gè)點(diǎn)波束、n端頻帶，每個(gè)點(diǎn)波束占用全部頻帶，則衛(wèi)星上應(yīng)有mn個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，而每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器又按TDMA/SDMA方式工作，星上也有交換裝置。顯然，這種方式比前述的兩種方式通信容量更大。

任一種組合的多址連接方式都可派生出幾種可行的方案。

以上闡述了實(shí)現(xiàn)多址連接的依據(jù)是信號(hào)參量的分割。多址問(wèn)題是衛(wèi)星通信特有的問(wèn)題，也是體現(xiàn)其優(yōu)越性的關(guān)鍵性問(wèn)題。由于計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的結(jié)合，多址技術(shù)仍在發(fā)展中。

圖6-16TDMA/FDMA/SDMA設(shè)計(jì)一個(gè)良好的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一件復(fù)雜的工作，究竟選用哪種多址連接方式，通常需對(duì)一系列因素進(jìn)行折衷考慮。這些因素主要有：

（1）通信容量的要求；

（2）衛(wèi)星頻帶、功率的有效利用；

（3）相互連接能力的要求;

（4）便于處理各種不同業(yè)務(wù)，并對(duì)業(yè)務(wù)量和網(wǎng)絡(luò)的不斷增長(zhǎng)有靈活的自適應(yīng)能力；

（5）成本和經(jīng)濟(jì)效益；

（6）技術(shù)的先進(jìn)性和可實(shí)現(xiàn)性；

（7）能適應(yīng)技術(shù)和政治情況的變化；

（8）其它的某些特殊要求，如軍事上的保密、抗干擾等。

6.3微波通信系統(tǒng)

6.3.1數(shù)字微波通信系統(tǒng)

1.數(shù)字微波的發(fā)信系統(tǒng)

從目前使用的數(shù)字微波通信設(shè)備來(lái)看，數(shù)字微波發(fā)信機(jī)可分為直接調(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（480路以下）設(shè)備可以用前一種方案，而中大容量的數(shù)字微波設(shè)備大多采用后一種方案。這是因?yàn)樽冾l式發(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。

圖6-17變頻式發(fā)信機(jī)方框圖

由調(diào)制機(jī)或收信機(jī)送來(lái)的中頻已調(diào)信號(hào)經(jīng)發(fā)信機(jī)的中頻放大器放大后，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颜{(diào)信號(hào)。由單向器和濾波器取出混頻后的一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶）。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(chǎng)效應(yīng)晶體管功率放大器。為了保證末級(jí)的線性工作范圍，避免過(guò)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。

公務(wù)信號(hào)是采用復(fù)合調(diào)制方式傳送的，這是目前數(shù)字微波通信中采用的一種傳遞方式，它是把公務(wù)信號(hào)通過(guò)變?nèi)萜鲗?shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)信本振淺調(diào)頻的。這種調(diào)制方式設(shè)備簡(jiǎn)單，在沒(méi)有復(fù)用設(shè)備的中繼站也可以上傳、下傳公務(wù)信號(hào)。

2.數(shù)字微波的收信系統(tǒng)

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。

目前收信設(shè)備都采用外差式收信方案，如圖6-18所示。

圖6-18外差式收信機(jī)框圖

圖6-18是一個(gè)空間分集接收的收信設(shè)備組成方框圖，分別來(lái)自上天線、下天線的直射波和經(jīng)過(guò)各種途徑（多徑傳播）到達(dá)接收點(diǎn)的電波，經(jīng)過(guò)兩個(gè)相同的信道：帶通濾波器噪聲放大器、抑鏡濾波器、收信混頻器、前置中放，然后進(jìn)行合成，再經(jīng)過(guò)主中頻放大器后，輸出中頻已調(diào)信號(hào)。

圖中畫(huà)出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下天線的本機(jī)振蕩源是由中頻檢出電路的控制電壓對(duì)移相器進(jìn)行相位控制的，以便抵消上、下天線收到多徑傳播的干涉波（反射波和折射波），改善帶內(nèi)失真，獲得最好的抗多徑衰落效果。

為了更好地改善因衰落造成的帶內(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。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6-18中的低噪聲放大是砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）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放大器是寬頻帶工作的，其輸出信號(hào)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。要求抑鏡濾波器對(duì)鏡像頻率噪聲的抑制度為13～20dB以上。

6.3.2數(shù)字微波通信系統(tǒng)的性能

1.數(shù)字微波發(fā)信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1）工作頻段

從無(wú)線電頻譜的劃分來(lái)看，我們把頻率為0.3～300GHz的射頻稱(chēng)為微波頻率。目前使用范圍只有1～40GHz。工作頻率越高，越能獲得寬的通頻帶和大的通信容量，也可以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)電波的散射和吸收衰耗增加，造成電波衰落和收信電平下降。這些影響對(duì)12GHz以上的頻段尤為明顯，甚至隨頻率的增加而急劇增加。

目前我國(guó)基本使用2、4、6、7、8、11GHz頻段。其中2、4、6GHz頻段因電波傳播比較穩(wěn)定，故用于干線微波通信，而支線或?qū)Ｓ镁W(wǎng)微波通信常用2、7、8、11GHz頻段。對(duì)頻率的使用需要申請(qǐng)，并由上級(jí)主管部門(mén)和國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)批準(zhǔn)才行。

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。輸出功率的確定與設(shè)備的用途、站距、衰落影響及抗衰落方式等因素有關(guān)。由于數(shù)字微波的輸出比模擬微波有更好的抗干擾性能，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(chǎng)效應(yīng)晶體管功率放大器作末級(jí)輸出時(shí)，一般為幾十毫瓦到一瓦。

3）頻率穩(wěn)定度

發(fā)信機(jī)的每個(gè)波道都有一個(gè)標(biāo)稱(chēng)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)信本振源的頻率穩(wěn)定度。實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱(chēng)工作頻率的最大偏差值為Δf，則頻率穩(wěn)定度的定義為（6-8）

式中，K為頻率穩(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)，即有頻率漂移，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1×10-5～5×10-6。

發(fā)信本振源的頻率穩(wěn)定度與本振源的類(lèi)型有關(guān)，近年來(lái)，由于微波介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩源可以直接產(chǎn)生微波頻率，并具有電路簡(jiǎn)單、雜波干擾及熱噪聲較小的優(yōu)點(diǎn)，正在被廣泛采用，其自身的頻率穩(wěn)定度可達(dá)到1×10-5～1×10-6

左右。當(dāng)用公務(wù)信號(hào)對(duì)介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩源進(jìn)行淺調(diào)制時(shí)，其頻率穩(wěn)定度會(huì)有下降；當(dāng)對(duì)頻率穩(wěn)定度要求較高或較嚴(yán)格時(shí)，例如要求頻率穩(wěn)定度為（1～5）×10-6，可采用脈沖抽樣鎖相振蕩源等形式的本振源。

2.數(shù)字微波收信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1）工作頻率

收信機(jī)是與發(fā)信機(jī)配合的。對(duì)于一個(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)同一波道的收信頻率。

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與收信微波射頻進(jìn)行混頻的結(jié)果，所以若收信本振偏離標(biāo)稱(chēng)較多，就會(huì)使混頻輸出的中頻偏離標(biāo)稱(chēng)值。這樣，就使中頻已調(diào)信號(hào)頻譜的一部分不能通過(guò)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，使誤碼增加。對(duì)收信本振頻率穩(wěn)定度的要求與收信設(shè)備的基本一致，通常要求為（1～2）×10-5，要求較高者為（1～5）×10-6。

收信本振頻率與發(fā)信本振常用同一方案，但是是兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源。收信本振的輸出功率往往要比發(fā)信本振小些。

2）噪聲系數(shù)

數(shù)字微波收信機(jī)的噪聲系數(shù)一般為3.5～7dB，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（17℃）、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或收信機(jī)）輸入與輸出端匹配的條件下，噪聲系數(shù)NF等于輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值，記作（6-9）

設(shè)網(wǎng)絡(luò)的增益系數(shù)為G=Pso/Psi，輸出端的噪聲功率是由輸入端的噪聲功率（被放大G倍）和網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的噪聲功率兩部分組成的，可寫(xiě)為

Pso=PsiG+P網(wǎng)

用上面的關(guān)系式，可把式（6-9）改寫(xiě)為（6-10）

可以看出，網(wǎng)絡(luò)（或收信機(jī)）的噪聲系數(shù)最小值為1（合0dB）。NF=1說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)本身不產(chǎn)生熱噪聲，即P網(wǎng)=0，其輸出端的噪聲功率僅由輸入端的噪聲源所決定。實(shí)際的收信機(jī)不可能有NF=1，即NF>1。式（6-10）說(shuō)明，收信機(jī)本身產(chǎn)生的熱噪聲功率越大，NF值越大。收信機(jī)本身的噪聲功率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(shuō)NF是衡量收信機(jī)熱噪聲性能的一項(xiàng)指標(biāo)。

在工程上，微波無(wú)源損耗網(wǎng)絡(luò)（例如饋線和分路系統(tǒng)的波導(dǎo)組件）的噪聲系數(shù)在數(shù)值上近似于其正向傳輸損耗。對(duì)圖6-18所示的收信機(jī)（是由多級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成的），在FET放大器增益較高時(shí)，其整機(jī)的噪聲系數(shù)可近似為NF(dB)≈L0(dB)+NF場(chǎng)(dB)假設(shè)分路帶通濾波器損耗為1dB，F(xiàn)ET放大器的噪聲系數(shù)為1.5～2.5dB，則數(shù)字微波收信機(jī)噪聲系數(shù)的理論值僅為3.5dB?？紤]到實(shí)際情況，較好的數(shù)字微波收信機(jī)的噪聲系數(shù)為3.5～7dB。

3）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(wú)失真地通過(guò)，就要具有足夠的工作頻帶寬度，這就是通頻帶。通頻帶過(guò)寬，信號(hào)的主要頻譜成分都會(huì)無(wú)失真地通過(guò)，但也會(huì)使收信機(jī)收到較多的噪聲；反之，通頻帶過(guò)窄，噪聲自然會(huì)減小，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(guò)分析，可認(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為1～2倍。對(duì)于fs=8.448Mb/s的二相調(diào)相數(shù)字微波通信設(shè)備，可取通頻帶為13MHz，這個(gè)帶寬等于碼元速率（二相調(diào)相中與比特速率相等）的1.5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。

4）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。

收信機(jī)的選擇性是用增益―頻率（G-f）特性表示的。要求在通頻帶內(nèi)其增益足夠大，而且G-f特性平坦；通頻帶外的衰減越大越好；通帶與阻帶之間的過(guò)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(lái)保證的。

5）收信機(jī)的最大增益

天線收到的微波信號(hào)經(jīng)饋線和分路系統(tǒng)到達(dá)收信機(jī)。由于受衰落的影響，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)的中放輸出應(yīng)達(dá)到所要求的電平，例如要求主中放在75Ω負(fù)載時(shí)輸出250mV（相當(dāng)于-0.8dBm）。但是收信機(jī)的輸入端信號(hào)是很微弱的，假設(shè)其門(mén)限電平為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79.2dB。這個(gè)增益值要分配到FET低噪聲放大器、前置中放和主中放各級(jí)放大器，是由它們的增益和達(dá)到的。

6）自動(dòng)增益控制范圍

以自由空間傳播條件的收信電平為基準(zhǔn)，當(dāng)收信電平高于基準(zhǔn)電平時(shí)，稱(chēng)為上衰落；低于基準(zhǔn)電平時(shí)，稱(chēng)為下衰落。假定數(shù)字微波通信的上衰落為+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)置自動(dòng)增益控制(AGC)電路，使之當(dāng)收信電平下降時(shí)，中放增益增大；當(dāng)收信電平增大時(shí)，中放增益減小。6.3.3大容量微波通信系統(tǒng)

1.同步數(shù)字系列

PDH系統(tǒng)對(duì)數(shù)字傳輸網(wǎng)的發(fā)展起了很大作用，但由于是準(zhǔn)同步方式，因此若相鄰群路的速率不成倍數(shù)關(guān)系就無(wú)法進(jìn)行同步復(fù)接，一般都是采用異步復(fù)接，通過(guò)碼速調(diào)整實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)用。而且在長(zhǎng)途傳輸中多次的碼速調(diào)整會(huì)使數(shù)據(jù)流的抖動(dòng)上升，不能保證傳輸質(zhì)量?，F(xiàn)代通信傳輸網(wǎng)絡(luò)要求能夠提供各種不同速率信號(hào)的傳輸通道，但準(zhǔn)同步數(shù)字系列定義了復(fù)用設(shè)備輸入、輸出端的全部速率等級(jí)，無(wú)法提供其他數(shù)據(jù)群路信號(hào)的復(fù)用和傳輸，而且PDH制式本身還有幾種不同的速率標(biāo)準(zhǔn)，很難形成國(guó)際統(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)傳輸網(wǎng)。由于PDH制式幾乎沒(méi)有用戶(hù)和傳輸網(wǎng)絡(luò)管理人員都可以使用的標(biāo)準(zhǔn)化輔助數(shù)據(jù)，因此不便實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)的智能化管理。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳輸網(wǎng)提出了更高的要求。要進(jìn)一步擴(kuò)大信息傳輸容量，增加傳輸距離，形成世界范圍的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)接，配備現(xiàn)代智能化管理系統(tǒng)，PDH系統(tǒng)有上述的局限性，限止了它的應(yīng)用。

同步數(shù)字系列傳輸速率等級(jí)是在傳輸線路的基礎(chǔ)上定義的。傳輸線路可以是光纖、微波和衛(wèi)星傳輸通道。SDH規(guī)定了同步復(fù)用設(shè)備和傳輸線路接口時(shí)的全部速率等級(jí)，但SDH并沒(méi)有具體規(guī)定它們的速率，因此采用SDH傳輸時(shí)可以提供各種不同速率的傳輸通道。而且在同步數(shù)字系列制式中，安排了許多數(shù)據(jù)通道，這些數(shù)據(jù)可用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行操作、管理、維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)各傳輸路由的安排、設(shè)備的配置等，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)的智能化管理。

2.SDH技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

1）傳輸容量大

數(shù)字微波中繼系統(tǒng)的單波道傳輸速率可達(dá)300Mb/s以上，但為了能夠適應(yīng)SDH傳輸速率的要求，可通過(guò)采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方法來(lái)提高頻率的利用率?，F(xiàn)在多數(shù)情況下是通過(guò)采用多級(jí)調(diào)制方法來(lái)達(dá)到此目的的。多級(jí)調(diào)制方法對(duì)波形形成技術(shù)的要求很高，就目前的技術(shù)手段而言，會(huì)使系統(tǒng)的誤碼增加。為保證系統(tǒng)的誤碼性能能夠滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)的要求，因而需在系統(tǒng)中采用差錯(cuò)編碼技術(shù)以降低系統(tǒng)的誤碼，從而滿(mǎn)足SDH傳輸速率的要求，提高系統(tǒng)的傳輸容量。

2）通信性能穩(wěn)定

在系統(tǒng)中由于使用了自適應(yīng)均衡、中頻合成和空間分集接收以及叉極化消除等高新技術(shù)，可進(jìn)一步消除正交碼間干擾及多徑衰落的影響，從而達(dá)到完善系統(tǒng)性能的目的。

3）投資小，建設(shè)周期短

在微波通信中，由于采用無(wú)線通信方式，又因?yàn)榈厍蚯实挠绊?，因而要求每隔大約50km左右建立一個(gè)微波接力站。而光纖通信則是典型的有線通信方式，敷設(shè)光纜的投資成本大，所需人力多，建設(shè)期長(zhǎng)。與之相比，微波系統(tǒng)具有投資少、建設(shè)期短特點(diǎn)。

4）便于進(jìn)行運(yùn)行、維護(hù)、管理操作

在SDH幀結(jié)構(gòu)中，為運(yùn)行、維護(hù)和管理提供了大量的開(kāi)銷(xiāo)，因而當(dāng)SDH技術(shù)應(yīng)用于微波通信中時(shí)，還要加入專(zhuān)用的微波開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)。當(dāng)然，可利用這些開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)行運(yùn)行、維護(hù)和管理操作以及開(kāi)展微波公務(wù)、旁路業(yè)務(wù)等。

3.主要應(yīng)用技術(shù)

隨著電信業(yè)務(wù)需求的不斷增加，光纖傳輸容量也隨之迅速增加，與之相比，功率/頻率受限的數(shù)字微波通信系統(tǒng)的容量太小，因而尋找功率/頻率同時(shí)有效利用的調(diào)制方法已成為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研究的主要方向。在這種背景下，出現(xiàn)了格型編碼調(diào)制技術(shù)，它將糾錯(cuò)編碼與調(diào)制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，能夠取得很高的功率/頻譜利用率，滿(mǎn)足電信業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。

1）多級(jí)編碼調(diào)制技術(shù)

根據(jù)ITU-R建議，我國(guó)在4～11GHz頻段采用的波道間隔大都為28～30MHz及40MHz。由于SDH的傳輸容量很大，因而要在有限的頻帶內(nèi)傳輸SDH信號(hào)，則必須采用更高狀態(tài)（多級(jí)）調(diào)制技術(shù)。

2）微波幀復(fù)用技術(shù)

在不同的微波通信系統(tǒng)中可以使用不同的微波幀結(jié)構(gòu)，而具體到微波幀結(jié)構(gòu)的選擇又與SDH同步傳輸模塊的速率、所插入的微波幀開(kāi)銷(xiāo)比特速率以及調(diào)制方式等因素有關(guān)。

由于SDH微波傳輸容量大，為了能夠提高頻譜利用率，在數(shù)字微波系統(tǒng)中除采用多級(jí)調(diào)制技術(shù)（64QAM、128QAM或512QAM調(diào)制）外，還采用了雙極化頻率復(fù)用技術(shù)，使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長(zhǎng)。

3）自適應(yīng)頻域和時(shí)域均衡技術(shù)

在SDH數(shù)字微波通信中，采用了無(wú)線通信方式，因而多徑衰落的影響不容忽視。加之系統(tǒng)中采用了多級(jí)調(diào)制方式，要達(dá)到ITU-R所規(guī)定的性能指標(biāo)的要求，就必須采用相應(yīng)的措施抑制多徑衰落的影響。在各種抗衰落技術(shù)中，除了分集接收技術(shù)外，最常用的技術(shù)是自適應(yīng)均衡技術(shù)，包括自適應(yīng)頻域均衡技術(shù)和自適應(yīng)時(shí)域均衡技術(shù)。頻域均衡主要是利用中頻通道中所插入的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的頻率特性來(lái)補(bǔ)償實(shí)際信道頻率特性的畸變，從而減小頻率選擇性衰落的影響；時(shí)域均衡則用于消除各種形式的碼間干擾、正交干擾以及最小相位和非最小相位衰落等。

4.SDH常用頻段的射頻波道配置

在傳輸容量成為主要矛盾的微波傳輸中，應(yīng)用較多的是同波道定義極化的頻率配置。根據(jù)CCIR第746號(hào)建議，SDH微波通信系統(tǒng)的射頻波道配置應(yīng)與現(xiàn)有的射頻波道配置方法兼容，以便于SDH微波傳輸系統(tǒng)的推廣，同時(shí)盡量減少對(duì)現(xiàn)有PDH微波傳輸系統(tǒng)的影響。

PDH微波傳輸系統(tǒng)單波道傳輸?shù)淖罡咚俾蕿?40Mb/s，單波道的最大帶寬卻小于30MHz，因而難于傳輸SDH的各個(gè)速率等級(jí)。為了適應(yīng)SDH微波傳輸?shù)男枰?，CCIR將微波波道的最大傳輸帶寬提高到40MHz。如加拿大北方電信公司采用512QAM調(diào)制及雙波道并行傳輸?shù)姆椒ǎ脙蓚€(gè)STM-4的信號(hào)速率；又如日本某公司使用同波道交叉極化的方法，在一個(gè)波道中能傳輸2×STM-1信號(hào)，并根據(jù)和40MHz兩種波道帶寬分別使用64QAM和128QAM兩種調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)與PDH微波傳輸系統(tǒng)的兼容。國(guó)家無(wú)線電委員會(huì)在《（1～40）MHz數(shù)字微波接力系統(tǒng)容量系列及射頻波道配置》中規(guī)定：1.5GHz、2GHz頻段的波道帶寬較窄，一般取2、4、8、14MHz，主要適用于中、小容量的信號(hào)傳輸速率；而4、5、6MHz頻段電波傳播條件較好，主要用于大容量的高速率信號(hào)傳輸。

5.SDH微波系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理

在新的SDH傳輸體制下，要使整個(gè)傳輸網(wǎng)正常、高效地運(yùn)行，就必須具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)管理控制能力，不僅需要告警提示、故障定位等簡(jiǎn)單功能，還應(yīng)能完成性能數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)和路由調(diào)整等，即能從控制中心檢測(cè)、控制、重新安排網(wǎng)絡(luò)。這僅靠以檢測(cè)為主的監(jiān)控系統(tǒng)是無(wú)法完成的，因此SDH網(wǎng)管應(yīng)運(yùn)而生。SDH微波通信網(wǎng)絡(luò)管理通常包括SDH微波通信系統(tǒng)的運(yùn)行、管理、維護(hù)和系統(tǒng)配置（OAMP）四大部分。SDH微波通信網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)電信管理網(wǎng)的一個(gè)組成部分，它的管理也應(yīng)符合電信管理網(wǎng)絡(luò)(TMN)SDH網(wǎng)管的標(biāo)準(zhǔn)。

SDH傳輸管理是電信管理網(wǎng)(TMN)的一類(lèi)子網(wǎng)，而SDH微波通信系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡(luò)（SMN）又是SDH傳輸管理網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)子網(wǎng)。電信管理網(wǎng)的基本概念是利用一個(gè)具備一系列標(biāo)準(zhǔn)接口（包括協(xié)議和物理接口）的統(tǒng)一體結(jié)構(gòu)來(lái)提供一種有組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使各種不同類(lèi)型的操作系統(tǒng)（網(wǎng)管系統(tǒng)）與電信設(shè)備互連，從而實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化管理，并提供各種管理功能。這樣不但降低了網(wǎng)絡(luò)OAMP成本，而且也促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的發(fā)展和演變，因此電信管理網(wǎng)是用于電信網(wǎng)和電信業(yè)務(wù)的運(yùn)行、管理、維護(hù)和配置的支撐網(wǎng)。電信管理網(wǎng)的運(yùn)行和管理廣泛采用開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)的協(xié)議和管理原則，各種需要交換信息的電信網(wǎng)管理子系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)彼此“開(kāi)放”，這樣，不同的廠家之間、不同的管理者之間，復(fù)雜程度不同、所用技術(shù)也不同的信息處理系統(tǒng)之間就能夠互連。

SDH傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能復(fù)雜，檢測(cè)量大，控制要求大。SDH傳輸管理網(wǎng)作為電信管理網(wǎng)的一類(lèi)子網(wǎng)，應(yīng)參照電信管理網(wǎng)的組成方法構(gòu)成，一般采用“分散控制，集中管理”的原則，是建立在分散的計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上的“分布式管理系統(tǒng)”。

6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)

6.4.1靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)

一般地，一個(gè)靜止通信衛(wèi)星主要由五個(gè)分系統(tǒng)組成，如圖6-19所示。

(1)天線分系統(tǒng)：定向發(fā)射與接收無(wú)線電信號(hào)。

(2)通信分系統(tǒng)：接收、處理并重發(fā)信號(hào)，這部分就是通常所說(shuō)的轉(zhuǎn)發(fā)器。

(3)電源分系統(tǒng)：為衛(wèi)星提供電能，通常包括太陽(yáng)能電池、蓄電池和配電設(shè)備。圖6-19靜止通信衛(wèi)星的組成

(4)跟蹤、遙測(cè)與指令分系統(tǒng)：跟蹤部分用來(lái)為地球站跟蹤衛(wèi)星發(fā)送信標(biāo)；遙測(cè)部分用來(lái)在衛(wèi)星上測(cè)定并給地面的TT&C發(fā)送有關(guān)衛(wèi)星的姿態(tài)及衛(wèi)星各部件工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)；指令部分用于接收來(lái)自地面的控制指令，處理后送給控制分系統(tǒng)執(zhí)行。

(5)控制分系統(tǒng)：用來(lái)對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)、軌道位置、各分系統(tǒng)工作狀態(tài)等進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)與控制。

1.天線分系統(tǒng)

衛(wèi)星天線有兩類(lèi)：一類(lèi)是遙測(cè)、指令和信標(biāo)天線，它們一般是全向天線，以便可靠地接收指令與向地面發(fā)射遙測(cè)數(shù)據(jù)和信標(biāo)；另一類(lèi)是通信天線，按其波束覆蓋區(qū)(見(jiàn)圖6-20)的大小，可分為全球波束天線、點(diǎn)波束天線和賦形波束天線(區(qū)域波束天線)。圖6-20全球波束、區(qū)域波束與點(diǎn)波束的覆蓋區(qū)對(duì)于靜止衛(wèi)星而言，其波束的半功率寬度θ1/2≈17.4°，恰好覆蓋衛(wèi)星對(duì)地球的整個(gè)視區(qū)。

全球波束天線一般由圓錐喇叭加上45°的反射板所構(gòu)成，如圖6-21所示。圖6-21全球波束天線

2)點(diǎn)波束天線

點(diǎn)波束天線覆蓋區(qū)面積小，一般為圓形，其波束半功率寬度只有幾度或更小些。天線結(jié)構(gòu)通常用前饋拋物面天線，饋源為喇叭，可根據(jù)需要采取直照或偏照。

3)賦形波束天線

賦形波束天線覆蓋區(qū)輪廓不規(guī)則，視服務(wù)區(qū)的邊界而定。為使波束形成，有的是通過(guò)修改反射器形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)，更多的是利用多個(gè)饋源從不同方向經(jīng)反射器產(chǎn)生多波束的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，參看圖6－22。圖6-22賦形波束形成過(guò)程

(a)單個(gè)饋源喇叭產(chǎn)生的單個(gè)波束;(b)多個(gè)饋源喇叭產(chǎn)生的賦形波束

衛(wèi)星上的通信天線，除了波束覆蓋區(qū)的形狀和面積應(yīng)滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的需要外，還應(yīng)具有：

(1)一定的指向精度。通常要求指向誤差小于波束寬度的10%，以保證波束能夠覆蓋住服務(wù)區(qū)域。

（2）足夠的頻帶寬度，以滿(mǎn)足大容量通信的要求。由于衛(wèi)星通信上、下行頻率往往相差較大，故衛(wèi)星天線往往是收、發(fā)分用的；即使只用一部天線主結(jié)構(gòu)，饋源也往往是收、發(fā)分用的。

（3）衛(wèi)星上轉(zhuǎn)接功能。在大容量通信衛(wèi)星中往往用多副天線產(chǎn)生多個(gè)波束，因此在衛(wèi)星上應(yīng)能完成不同波束的信號(hào)轉(zhuǎn)接，才能溝通不同覆蓋區(qū)的地球站間的信道。

2.通信分系統(tǒng)(轉(zhuǎn)發(fā)器)

轉(zhuǎn)發(fā)器是通信衛(wèi)星中直接起中繼站作用的部分。對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器的基本要求是：以最小的附加噪聲和失真，并以足夠的工作頻帶和輸出功率來(lái)為各地球站有效而可靠地轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)。轉(zhuǎn)發(fā)器通常分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器和處理轉(zhuǎn)發(fā)器兩大類(lèi)。

1）透明轉(zhuǎn)發(fā)器

透明轉(zhuǎn)發(fā)器收到地面發(fā)來(lái)的信號(hào)后，除進(jìn)行低噪聲放大、變頻、功率放大外，不作任何加工處理，只是單純地完成轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)。因此，它對(duì)工作頻帶內(nèi)的任何信號(hào)都是“透明”的通路。

透明轉(zhuǎn)發(fā)器的組成，按其變頻次數(shù)可分為一次變頻