第二部分微波中繼通信系統(tǒng)

第二部分微波中繼通信系統(tǒng)第1頁，共103頁。3.1微波中繼通信的概念

微波中繼通信是利用微波作為載波并采用中繼（接力）方式在地面上進(jìn)行的無線電通信。微波頻段的波長范圍為lm～mm，頻率范圍為300MHz～300GHz，可細(xì)分為特高頻（UHF）頻段／分米波頻段、超高頻（SHF）頻段／厘米波頻段和極高頻（EHF）頻段／毫米波頻段。第2頁，共103頁。由于衛(wèi)星通信實(shí)際上是在微波頻段采用中繼（接力）方式通信，不過其中繼站設(shè)在衛(wèi)星上而已，所以，為了與衛(wèi)星通信區(qū)分，這里所說的微波中繼通信是限定在地面上的。第3頁，共103頁。中繼的原因微波通信采用中繼方式的直接原因有兩個：首先，因?yàn)槲⒉▊鞑ゾ哂幸暰鄠鞑ヌ匦?，即電磁波沿直線傳播，而地球表面是個曲面，因此若在通信兩地直接通信，且天線架高有限，當(dāng)通信距離超過一定數(shù)值時，電磁波傳播將受到地面的阻擋，為了延長通信距離，需要在通信兩地之間設(shè)立若干中繼站，進(jìn)行電磁波轉(zhuǎn)接。第4頁，共103頁。其次，因?yàn)槲⒉▊鞑ビ袚p耗，在遠(yuǎn)距離通信時有必要采用中繼方式對信號逐段接收、放大后發(fā)送給下一段。第5頁，共103頁。微波通信發(fā)展史

世界上最早的模擬微波中繼通信系統(tǒng)是第二次世界大戰(zhàn)后期美國貝爾研究所建立的TDX系統(tǒng)（4GHz頻段的調(diào)頻系統(tǒng)），1947年貝爾研究所研制了數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)TD-2。我國在50年代開始進(jìn)行模擬微波系統(tǒng)的研制，經(jīng)過了20多年的歷史，直到70年代初，才完成小容量、低頻段的通信系統(tǒng)。第6頁，共103頁。20世紀(jì)70年代研制并使用數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)并進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)和開發(fā)。目前，世界上許多國家都把微波中繼通信作為其通信網(wǎng)的主要傳輸手段之一。模擬微波中繼通信早已發(fā)展成熟，并逐漸被數(shù)字微波中繼通信取代。第7頁，共103頁。微波通信的特點(diǎn)

（1）

通信頻段的頻帶寬。微波頻段占用頻帶約300GHz，而全部長波、中波和短波頻段占有的頻帶總和不足30MHz，前者是后者的10000多倍。一套微波中繼通信設(shè)備可以容納幾千甚至上萬條話路同時工作，或傳輸電視圖像信號等寬頻帶信號。

第8頁，共103頁。（2）受外界干擾的影響小。工業(yè)干擾、天電干擾及太陽黑子的活動對微波頻段通信的影響小(當(dāng)通信頻率高于100MHz時，這些干擾對通信的影響極小)，但它們嚴(yán)重影響短波以下頻段的通信。因此，微波中繼通信較穩(wěn)定和可靠。第9頁，共103頁。（3）通信靈活性較大。微波中繼通信采用中繼方式，可以實(shí)現(xiàn)地面上的遠(yuǎn)距離通信，并且可以跨越沼澤、江河、湖泊和高山等特殊地理環(huán)境。在遭遇地震、洪水、戰(zhàn)爭等災(zāi)禍時，通信的建立、撤收及轉(zhuǎn)移都較容易，這些方面比電纜通信具有更大的靈活性。

第10頁，共103頁。

（4）天線增益高、方向性強(qiáng)。當(dāng)天線面積給定時，天線增益與工作波長的平方成反比。由于微波中繼通信的工作波長短，因而容易制成高增益天線，降低發(fā)信機(jī)的輸出功率。另外，微波電磁波具有直線傳播特性，可以利用微波天線把電磁波聚集成很窄的波束，使微波天線具有很強(qiáng)的方向性，減少通信中的相互干擾。

第11頁，共103頁。（5）投資少、建設(shè)快。在通信容量和質(zhì)量基本相同的條件下，按話路公里計算，微波中繼通信線路的建設(shè)費(fèi)用不到同軸電纜通信線路的一半，還可以節(jié)省大量有色金屬，建設(shè)時間短。第12頁，共103頁。微波中繼通信的用途微波中繼通信主要用來傳送長途電話信號、寬頻帶信號(如電視信號)、數(shù)據(jù)信號、移動通信系統(tǒng)基地站與移動業(yè)務(wù)交換中心之間的信號等，還可用于通向孤島等特殊地形的通信線路。第13頁，共103頁。微波通信系統(tǒng)工作過程

用戶終端A通過微波通信系統(tǒng)把信號發(fā)給用戶終端B的系統(tǒng)工作過程：從發(fā)信終端站到收信終端站中間一般要經(jīng)過若干個微波中繼站，中繼站中有兩組中繼機(jī)，從一個方向的天線收到的微波信號從某中繼機(jī)的收信機(jī)轉(zhuǎn)接到另一中繼機(jī)的發(fā)信機(jī)，在由朝另一方向天線發(fā)送出去。第14頁，共103頁。3.2數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成

微波通信線路由微波終端站,微波中繼站和微波分路站組成。一條微波中繼通信線路的其主干線可以長達(dá)幾百公里甚至幾千公里，支線可以有多條。第15頁，共103頁。系統(tǒng)基本設(shè)備

最基本的數(shù)字微波通信系統(tǒng)設(shè)備由用戶終端、交換機(jī)、終端復(fù)用設(shè)備、微波站等組成。

用戶終端最靠近用戶的輸入/輸出設(shè)備。主要通過交換機(jī)集中在微波終端站或微波分路站。第16頁，共103頁。交換機(jī)的作用

數(shù)字微波通信系統(tǒng)設(shè)備中交換機(jī)的作用是實(shí)現(xiàn)本地用戶終端之間的業(yè)務(wù)互通，如實(shí)現(xiàn)本地話音用戶之間的通話，又可通過微波中繼通信線路實(shí)現(xiàn)本地用戶終端與遠(yuǎn)地(對端交換機(jī)所轄范圍)用戶終端之間的業(yè)務(wù)互通。交換機(jī)配置在微波終端站或微波分路站。第17頁，共103頁。終端復(fù)用設(shè)備的基本功能

數(shù)字微波通信系統(tǒng)設(shè)備中終端復(fù)用設(shè)備的基本功能是將交換機(jī)送來的多路信號或群路信號適當(dāng)變換，送到微波終端站或微波分路站的發(fā)信機(jī)；將微波終端站或微波分路站的收信機(jī)送來的多路信號或群路信號適當(dāng)變換后送到交換機(jī)。第18頁，共103頁。數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的終端復(fù)用設(shè)備是時分多路數(shù)字終端機(jī)，包括增量調(diào)制(DM)和脈沖編碼調(diào)制(PCM)兩種制式。增量調(diào)制數(shù)字終端機(jī)常用在軍事數(shù)字微波中繼通信中，脈沖編碼調(diào)制終端機(jī)常用在民用數(shù)字微波中繼通信中。終端復(fù)用設(shè)備配置在微波終端站或微波分路站。第19頁，共103頁。微波站的基本功能數(shù)字微波通信系統(tǒng)設(shè)備中微波站的基本功能是傳輸來自終端復(fù)用設(shè)備的群路信號。按其與終端復(fù)用設(shè)備連接關(guān)系又把微波站分為終端站、分路站和中繼站。當(dāng)兩條以上的微波中繼通信線路在某一微波站交匯時，該微波站稱為分路站，它具有通信樞紐功能。第20頁，共103頁。3.3微波中間站的轉(zhuǎn)接方式

微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉(zhuǎn)接方式一般是按照收發(fā)信機(jī)轉(zhuǎn)接信號時的接口頻帶劃分的，分為3種：基帶轉(zhuǎn)接方式、中頻轉(zhuǎn)接方式和微波轉(zhuǎn)接方式。第21頁，共103頁。

1.基帶轉(zhuǎn)接方式

中繼站把來自某一通信方向的載頻為f1的接收信號經(jīng)對應(yīng)中繼機(jī)(微波收發(fā)信機(jī))的天線饋電系統(tǒng)、微波低噪聲放大器后，與該中繼機(jī)的接收機(jī)本振信號混頻，混頻輸出信號經(jīng)中放后送到解調(diào)器解調(diào)輸出基帶信號，再轉(zhuǎn)接到該中繼站的另一中繼機(jī)調(diào)制其發(fā)信機(jī)的中頻或直接對微波振蕩器進(jìn)行調(diào)制。已調(diào)信號經(jīng)過變頻輸出載頻為f2的微波信號，該信號經(jīng)微波功放、天線饋電系統(tǒng)后向中繼站的另一個通信方向發(fā)送出去。

第22頁，共103頁。因?yàn)樾盘枏哪骋恢欣^機(jī)的收信機(jī)轉(zhuǎn)接到另一中繼機(jī)的發(fā)信機(jī)時，接口頻帶為基帶，所以稱作基帶轉(zhuǎn)接。模擬微波中繼通信系統(tǒng)的基帶轉(zhuǎn)接又稱為群頻轉(zhuǎn)接，數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的基帶轉(zhuǎn)接又稱為再生轉(zhuǎn)接。對群頻轉(zhuǎn)接而言，群路信號在調(diào)制、解調(diào)過程中產(chǎn)生失真，隨著中間站數(shù)目的增加，調(diào)制、解調(diào)的次數(shù)增加，失真和噪聲積累不斷加劇，使系統(tǒng)的信噪比惡化，影響通信質(zhì)量。第23頁，共103頁。而再生轉(zhuǎn)接，由于解調(diào)信號在轉(zhuǎn)接之前進(jìn)行了再生，因而消除了噪聲積累。再生轉(zhuǎn)接方式是目前數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)最常用的一種中間站轉(zhuǎn)接方式。

基帶轉(zhuǎn)接方式可以直接上、下話路，是微波分路站必須采用的轉(zhuǎn)接方式。采用這種轉(zhuǎn)接方式的中繼站的設(shè)備與終端站可以通用。第24頁，共103頁。

2.中頻轉(zhuǎn)接方式中間站把來自某一通信方向的載頻為f1的接收信號經(jīng)對應(yīng)中繼機(jī)(微波收發(fā)信機(jī))的天線饋電系統(tǒng)、微波低噪聲放大器后，與該中繼機(jī)接收機(jī)本振信號混頻，混頻輸出信號經(jīng)中放后轉(zhuǎn)接到該中繼站的另一中繼機(jī)的發(fā)信機(jī)功率中放，將信號放大到上變頻器所需的功率電平，然后與發(fā)信機(jī)本振信號進(jìn)行上變頻，輸出載頻為f2的微波信號。該信號經(jīng)微波功放、天線饋電系統(tǒng)后，向中繼站的另一通信方向發(fā)送出去。第25頁，共103頁。

因?yàn)樾盘枏闹虚g站的某一中繼機(jī)的收信機(jī)轉(zhuǎn)接到另一中繼機(jī)的發(fā)信機(jī)時，接口頻帶為中頻，所以稱作中頻轉(zhuǎn)接又稱為外差轉(zhuǎn)接。中頻轉(zhuǎn)接省去了調(diào)制、解調(diào)器，簡化了設(shè)備，且沒有調(diào)制和解調(diào)引入的失真和噪聲。中頻轉(zhuǎn)接的發(fā)信本振和收信本振采用移頻振蕩方案，降低了對本振穩(wěn)定度的要求。但中頻轉(zhuǎn)接不能上、下話路，不能消除噪聲積累。對于不需要上、下話路的中繼站，可以采用中頻轉(zhuǎn)接方式，如模擬微波中繼通信系統(tǒng)的中繼站就常用這種方式。第26頁，共103頁。3.微波轉(zhuǎn)接方式微波轉(zhuǎn)接與中頻轉(zhuǎn)接類似，但其轉(zhuǎn)接接口是微波接口，且為了使同中繼站的轉(zhuǎn)發(fā)信號不干擾接收信號，轉(zhuǎn)信載頻f2，相對于收信載頻f1；需要移頻，即移頻振蕩器的頻率等于f2與f1之差。另外，為了克服傳播衰落引起的電平波動，還需在微波放大時采取自動增益控制措施。微波轉(zhuǎn)接電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來比中頻轉(zhuǎn)接困難，但微波轉(zhuǎn)接方案簡單，設(shè)備體積小、功耗低，對于不需要上、下話路的中繼站可采用這種轉(zhuǎn)接方式。第27頁，共103頁。3.4數(shù)字微波通信系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的設(shè)計在國際無線電咨詢委員會和國際電話電報咨詢委員會中有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的設(shè)計包括通信設(shè)備的研制與生產(chǎn)的總體設(shè)計和通信線路建設(shè)與使用的線路工程設(shè)計。這里主要介紹幾個問題：假設(shè)參考電路與傳輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、傳輸容量與基帶接口、調(diào)制方式的選擇、射頻波道的頻率配置、中頻的選擇等。第28頁，共103頁。3.4.1假設(shè)參考電路與傳輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一、假設(shè)參考電路為了考察實(shí)際數(shù)字微波中繼通信線路的傳輸質(zhì)量，可以事先假定數(shù)字微波中繼通信線路并規(guī)定其傳輸質(zhì)量，作為實(shí)際線路的參考，稱為假設(shè)參考電路。國際無線電委員會按傳輸容量、傳輸距離和傳輸質(zhì)量等不同，規(guī)定了高級、中級和用戶級三類假設(shè)參考電路。第29頁，共103頁。1.高級假設(shè)參考電路1）傳輸容量二次群以上；2）總長度為2500km；3）均勻包含9個數(shù)字微波段，每個傳輸方向上都包含符合標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)系列數(shù)字復(fù)用設(shè)備，每組數(shù)字復(fù)用設(shè)備都包含一套并路設(shè)備和一套分路設(shè)備；4）包含兩次64Kb/s的數(shù)字信號轉(zhuǎn)接，其它為群轉(zhuǎn)接；5）適用于國際和國內(nèi)的遠(yuǎn)距離微波干線通信。第30頁，共103頁。2.中級假設(shè)參考電路1）傳輸容量二次群以上；2）基本長度為1220km；3）由4類質(zhì)量不同的假設(shè)參考數(shù)字微波段組成，第一類和第二類長度為280km，第三類和第四類長度為50km，四類假設(shè)參考數(shù)字微波段可以根據(jù)具體情況組合，并且總長度不限于基本長度1220km；4）包含一次64Kb/s的數(shù)字信號轉(zhuǎn)接，其它為群轉(zhuǎn)接；5）適用于國內(nèi)微波支路通信。第31頁，共103頁。3.用戶級假設(shè)參考電路用戶假設(shè)參考電路的長度為50km，主要用于本地數(shù)字交換局與64Kb/s用戶之間的微波通信。第32頁，共103頁。二、傳輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)中，誤碼性能決定傳輸質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)。國際無線電咨詢委員會規(guī)定了三類假設(shè)參考電路64Kb/s數(shù)字信號輸出端的誤碼性能。

第33頁，共103頁。高級假設(shè)參考電路的誤碼性能1）在一年中的任何月份，一分鐘統(tǒng)計時間內(nèi)，BER大于1×10-6時間率不超過0.4％，該統(tǒng)計時間稱惡化分，該誤碼指標(biāo)稱低誤碼指標(biāo)，主要設(shè)備性能不完善和干擾造成的。2）在一年中的任何月份，一秒鐘統(tǒng)計時間內(nèi)，BER大于1×10-3時間率不超過0.054％，該統(tǒng)計時間稱為嚴(yán)重誤碼秒，該誤碼指標(biāo)稱高誤碼指標(biāo)，這時的誤碼主要是傳輸衰落引起的。3）在一年中的任何月份，誤碼秒累計時間不能超過0.32％，這時的誤碼主要是設(shè)備性能不完善造成的。如果作為高級鏈路的長度介于280km～2500之間，誤碼性能應(yīng)在個時間率的基礎(chǔ)上乘以L/2500。第34頁，共103頁。2.中級假設(shè)參考電路的誤碼性能1）在一年中的任何月份，一分鐘統(tǒng)計時間內(nèi)，BER大于1×10-6時間率不超過1.5%。2）在一年中的任何月份，一秒鐘統(tǒng)計時間內(nèi)，BER大于1×10-3時間率不超過0.04％。3）在一年中的任何月份，誤碼秒累計時間不能超過1.2％。

第35頁，共103頁。3.用戶級假設(shè)參考電路的誤碼性能1）在一年中的任何月份，一分鐘統(tǒng)計時間內(nèi)，BER大于1×10-6時間率不超過0.75%。2）在一年中的任何月份，一秒鐘統(tǒng)計時間內(nèi)，BER大于1×10-3時間率不超過0.0075％。3）在一年中的任何月份，誤碼秒累計時間不能超過0.6％。第36頁，共103頁。3.4.2傳輸容量與基帶接口數(shù)字微波中繼通信中，微波線路中的傳輸是調(diào)制傳輸或頻帶傳輸。數(shù)字復(fù)用設(shè)備與微波信道設(shè)備之間的信號傳輸、再生轉(zhuǎn)接中間站收發(fā)信機(jī)轉(zhuǎn)接信號的傳輸都是基帶傳輸，主要通過基帶接口完成，相應(yīng)的信號是基帶信號，是數(shù)碼序列。第37頁，共103頁。傳輸容量按照CCITT規(guī)定，數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的傳輸容量是以PCM數(shù)字復(fù)用設(shè)備的基帶信號容量即電話路數(shù)來劃分的，分為PCM30/32路系列和PCM24路系列,我國采用前者?；海?0路，2.048Mbps二次群：120路，8.448Mbps三次群：480路，34.368Mbps四次群：1920路，139.264Mbps五次群：7680路，564.992Mbps第38頁，共103頁。為了適應(yīng)用戶對不同電話路數(shù)的需要，在PCM30/32路系列基礎(chǔ)上增加了中間等級的非標(biāo)準(zhǔn)PCM路數(shù)，如PCM-60、PCM-240、PCM-960等。對于低速通信系統(tǒng)或軍用通信系統(tǒng)，有采用M系列或與PCM混合系列，采用增量調(diào)制系列以32Kbps的數(shù)碼率倍增，PCM以64Kbps數(shù)碼率倍增。通常，數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)按其傳輸容量分三類，小于10Mbps的系統(tǒng)稱為小容量系統(tǒng)，介于10Mbps和100Mbps的系統(tǒng)稱為中容量系統(tǒng)，大于100Mbps的系統(tǒng)成為大容量系統(tǒng)。第39頁，共103頁。基帶接口基帶接口是指數(shù)字復(fù)用設(shè)備與微波信道設(shè)備之間、再生轉(zhuǎn)接站收發(fā)信機(jī)之間的接口。它是數(shù)字微波中繼設(shè)備的一項(xiàng)重要指標(biāo)，為了便于有線和微波終端設(shè)備互聯(lián)及不同設(shè)備在組成通信網(wǎng)時互聯(lián)，基帶接口必須標(biāo)準(zhǔn)化。第40頁，共103頁。一、基帶接口的兩種方式1）近距離接口。接口連接的設(shè)備較近，采用近距離接口，用射頻電纜進(jìn)行信碼和定時信號的連接。2）遠(yuǎn)距離接口。距離較遠(yuǎn)時使用。用射頻電纜或同軸電纜連接。在發(fā)送端將信碼碼型變換成適于線路傳輸?shù)哪撤N碼型，在接受端進(jìn)行定時信號的提取和信碼的再生。第41頁，共103頁。二、基帶接口要考慮的因素1)信號形式；2）阻抗和回波損耗；3）峰-峰電壓和電平過沖值；4）信號抖動特性；5）信號碼流的統(tǒng)計特性；6）當(dāng)需要在信息碼流中插入附加比特來測量誤碼或傳送勤務(wù)比特時，要規(guī)定附加比特數(shù)和插入方式。第42頁，共103頁。3.4.3調(diào)制方式的選擇如果數(shù)字基帶信號以某種形式在帶通微波無線電信道中傳輸，必須在發(fā)送端用數(shù)字基帶信號調(diào)制微波載波，在接受端進(jìn)行信號解調(diào)，這就需要相應(yīng)的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)或方法。下面介紹微波發(fā)信機(jī)的兩種調(diào)制方案。第43頁，共103頁。微波發(fā)信機(jī)的兩種調(diào)制方案一、射頻調(diào)制將來自數(shù)字復(fù)用設(shè)備的信碼經(jīng)過碼型變換后，對微波振蕩器輸出的射頻載波信號進(jìn)行調(diào)制，已調(diào)信號經(jīng)過微波功率放大器和微波濾波后經(jīng)過天饋系統(tǒng)發(fā)射出去。這種發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，關(guān)鍵微波功率放大器制作難度大，通用性也較差。第44頁，共103頁。二、中頻調(diào)制將來自數(shù)字復(fù)用設(shè)備的信碼經(jīng)過碼型變換后，對中頻振蕩器輸出的中頻載波信號進(jìn)行調(diào)制，已調(diào)信號經(jīng)過功率中放、上變頻，再經(jīng)過微波功放和微波濾波后經(jīng)過天饋系統(tǒng)發(fā)射出去。這種發(fā)信機(jī)通用性好。

第45頁，共103頁。2.調(diào)制方式的選擇可用于數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的調(diào)制方式很多，它們都是ASK、PSK、FSK這三種基本調(diào)制方式發(fā)展而來的。在選擇數(shù)字微波通信系統(tǒng)調(diào)制方式時，主要考慮頻譜利用率、抗干擾能力對傳輸失真的適應(yīng)能力、抗衰弱能力、勤務(wù)信號的傳輸方式和設(shè)備的復(fù)雜程度。第46頁，共103頁。歸一化信噪比Eb/N0定義為Eb為一個比特周期內(nèi)的信號能量，N0高斯白噪聲的單邊功率譜密度，Pr為接收到的最大穩(wěn)態(tài)信號功率，fb為多進(jìn)制調(diào)制以前二進(jìn)制序列的傳輸速率，歸一化信噪比Eb/N0是計算誤碼比特率Pb的關(guān)鍵參數(shù)，抗干擾能力主要體現(xiàn)在Pb和Eb/N0的關(guān)系上。第47頁，共103頁。

頻譜利用率表現(xiàn)在單位頻帶內(nèi)的信息傳輸率，定義為

fb為多進(jìn)制調(diào)制以前二進(jìn)制序列的傳輸速率，B為傳輸帶寬，fM為多進(jìn)制傳輸?shù)拇a元速率，TsM為多進(jìn)制的碼元寬度。可見，加大M或減小B和TsM,都可以提高頻譜利用率，前者采用多進(jìn)制技術(shù)，后者采用單邊帶和部分響應(yīng)等壓縮發(fā)送頻譜的技術(shù)。第48頁，共103頁。選擇調(diào)制方式時，應(yīng)根據(jù)數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的容量等級，并綜合考慮各種因素來選擇。

第49頁，共103頁。2PSK／2DPSK設(shè)備簡單、抗干擾能力強(qiáng)，對衰落信道和非線性信道的適應(yīng)能力強(qiáng)，但頻譜利用率不高。2FSK設(shè)備簡單，對衰落信道和非線性信道的適應(yīng)能力強(qiáng)，但其頻譜利用率低，抗干擾能力都比2PSK／2DPSK強(qiáng)。第50頁，共103頁。4PSK／4DPSK的頻譜利用率是2PSK／2DPSK的兩倍，抗干擾能力與后者一樣，設(shè)備復(fù)雜程度只有少許增加，對衰落信道的適應(yīng)能力適中，對信道的線性指標(biāo)要求也不太高。8PSK與4PSK／4DPSK相比，具有更高的頻譜利用率，但設(shè)備復(fù)雜程度有所增加，對信道的衰落和失真特性也比后者敏感，需要采取一定措施來改善性能。第51頁，共103頁。16QAM的頻譜利用率很高，設(shè)備也不太復(fù)雜，但對信道的幅相畸變、線性性能以及電波傳播的頻率選擇性衰落都比較敏感，需要采取信道線性化措施和。均衡措施，這將增加設(shè)備的復(fù)雜性和設(shè)備的成本。其他多信號狀態(tài)調(diào)制方式(如64QAM、256QAM等)都在具有很高頻譜利用率的同時存在類似16QAM需要解決的問題，但這些問題隨著技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)得到不同程度的解決。第52頁，共103頁。對于小容量系統(tǒng)，以選擇4PSK／4DPSK為主，也可選擇2PSK／2DPSK或2FSK；對于中容量系統(tǒng)，以選擇4PSK／4DPSK為主，也可選擇8PSK或2PSK／2DPSK；對于大容量系統(tǒng)，以選擇16QAM為主，也可選擇8PSK。今后將逐步采用頻譜利用率更高的調(diào)制方式，如64QAM、256QAM等。第53頁，共103頁。3.4.4射頻信道的頻率配置兩套對通的收發(fā)信機(jī)，它們的射頻頻帶寬度是有限的，因而傳輸容量也有限。為了增加微波中繼通信系統(tǒng)的傳輸容量，各微波站可以在每個通信方向上使用多套微波收發(fā)信機(jī)同時工作，而同一個方向的每套收發(fā)信機(jī)必須使用不同的微波收發(fā)頻率，以避免相互干擾。

每兩套對通的微波收發(fā)信機(jī)構(gòu)成了一條獨(dú)立的雙向微波通道，稱射頻波道。第54頁，共103頁。因此，在一條微波中繼通信線路上，相鄰兩個微波站之間將有多條射頻波道。所謂射頻波道的頻率配置，就是如何分配相鄰兩個微波站之間各條射頻波道收發(fā)信機(jī)的微波收發(fā)頻率。

第55頁，共103頁。頻率配置的基本原則：1）盡可能在給定的微波頻段內(nèi)多設(shè)置一些波道，以增加傳輸容量；2）盡可能減少波道之間的相互干擾，以保證傳輸質(zhì)量；3)盡可能有利于通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，以便于降低生產(chǎn)和維護(hù)的成本。第56頁，共103頁。單頻道頻率配置當(dāng)一條微波中繼線路各相鄰微波站之間只有一條波道工作時，其頻率配置為單波道頻率配置。

二頻制方案，是整個微波線路共使用兩個不同的微波頻率f1、f2，且兩個頻率在兩個信息傳輸方向上都是交替出現(xiàn)的。

四頻制方案，是整個微波線路共使用4個不同的微波頻率f1、f2、f3、f4，f1和f4、

f2、f3各組成一條雙向波道，且這兩個雙向波道在兩個信息傳輸方向上交替出現(xiàn)的。第57頁，共103頁。二頻制方案，每個中間站的兩個通信方向的收發(fā)頻率都相同，但收發(fā)頻率逐站更換一次。優(yōu)點(diǎn)是占用頻帶窄，缺點(diǎn)是存在反向干擾和越站同頻干擾。

反向干擾是指一個通信方向的收信機(jī)會收到相反方向的同頻干擾信號，要求天線有較高的背向比。

防止越站同頻干擾應(yīng)該妥善安排微波線路的設(shè)計和站址的位置。四頻制沒有反向干擾，但仍有越站同頻干擾問題，且四頻制占用的帶寬要寬。第58頁，共103頁。多波道頻率配置當(dāng)一條微波中繼線路各相鄰微波站之間有多條波道同時工作，其頻率配置稱為多波道頻率配置。對于微波中繼通信系統(tǒng)的多波道頻率配置，國際無線電咨詢委員會建議兩種方案：交錯制方案和分割制方案。兩種方案基于兩個微波站之間共有6個波道同時工作，共12個不同微波頻率。第59頁，共103頁。一、交錯制方案同一波道的收信頻率和發(fā)信頻率相鄰排列，6個波道的收發(fā)頻率按波道序號交錯排列。對于中間站，兩個通信方向的收信頻率都是f1~f6、發(fā)信頻率都是f1’~f6’，下一個中間站相反，即收發(fā)頻率逐站更換一次。這種方案中，相鄰波道收信和發(fā)信頻率差80MHz，同一波道收發(fā)信頻率差40MHz，因而較容易實(shí)現(xiàn)分波道濾波。

第60頁，共103頁。由于收發(fā)信頻率差不大，為保持發(fā)射方向和接受方向有足夠的衰減，對濾波器的帶通特性要求很高。由于共12個收發(fā)頻率布滿了頻段，而發(fā)射天線和接受天線很難在寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，因而中間站需要多副天線。第61頁，共103頁。二、分割制方案6個波道的收信頻率集中在頻段的一半，6個波道的發(fā)信頻率集中在頻段的另一半，兩個通信方向的收信頻率都是f1~f6，發(fā)信頻率都是f1’~f6’，下一站則相反，即收發(fā)頻率逐站更換一次。該方案相鄰波道發(fā)信或收信頻率差小一些，同一波道的收發(fā)頻率間隔較大，容易實(shí)現(xiàn)收發(fā)的隔離。另外，收發(fā)頻率分集排列使發(fā)射天線和接受天線只需要實(shí)現(xiàn)半個頻段內(nèi)的阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)容易。當(dāng)波道不多于3個，接收天線和發(fā)射天線可以共用。第62頁，共103頁。數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的波道頻率再用為了提高頻譜利用率，在數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)中可以進(jìn)行波道頻率再利用。在相同或相近的射頻頻率位置，利用電波的不同極化來安排更多的射頻信道。波道頻率利用有兩種方案：同波道型方案和插入波道型方案，前者主用和再用射頻頻率完全重合，但極化方向不同；后者的主用和再用頻率相互錯開，且極化方向不同。采用何種方案取決于接收端天線的交叉極化鑒別率XPD。第63頁，共103頁。XPD＝發(fā)射水平極化、接收水平極化所接收到的信號功率/發(fā)射水平極化、接收垂直極化所接收到的信號功率XPD越大，相互干擾越小，越利于信號接收。當(dāng)XPD小于15dB時，只能采用插入波道型方案，當(dāng)XPD大于15dB時，同波道型方案和插入波道型兩種方案均可采用。模擬微波中繼通信系統(tǒng)對同頻干擾和鄰近頻率干擾很敏感，所以很少進(jìn)行波道頻率的再利用。第64頁，共103頁。數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的波道頻率配置參數(shù)在對數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的波道頻率配置時，除了遵循頻率配置的基本原則外，還需要考慮傳輸容量、調(diào)制方式、濾波特性和碼間干擾等因素，這些要用X、Y、Z三個參數(shù)表征，稱波道頻率配置參數(shù)。設(shè)fs為每一個波道的碼元速率，則X、Y、Z與頻率的配置關(guān)系如下：第65頁，共103頁。1）相鄰波道間隔f波道＝Xfs，X＝1～2。X的下限取決于濾波器的選擇性和允許的碼間干擾量，上限取決于所需的頻譜利用率。2）相鄰收發(fā)間隔f收發(fā)＝Y(jié)fs，Y＝1～5。Y的下限取決于濾波器的選擇性和天線的方向性，上限取決于所需的頻譜利用率。3）頻段邊沿的保護(hù)間隔f保護(hù)＝Zfs，Z＝0.5～1。Z的選擇要考慮到與鄰近頻段的相互干擾等因素。4）交叉極化鑒別率XPD，主要取決于天線設(shè)備性能和電波傳輸條件。第66頁，共103頁。3.4.5中頻頻率的選擇對于調(diào)相制的數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)，中頻頻率的選擇主要與碼元速率的高低有關(guān)，定義中頻頻率與碼元速率的比值，用kf表示：f0為中頻頻率，f為s碼元速率。kf實(shí)際表示一個碼元周期那包含多少中頻周期。第67頁，共103頁。kf值選小了，對中放、解調(diào)等電路的傳輸畸變較敏感；kf值選大了，一個碼元包含的中頻周期過多，會在延時解調(diào)時對延時線的穩(wěn)定度要求過高，也會在相干解調(diào)時對載波恢復(fù)鎖相環(huán)的等效Q值要求過高，因此，kf值一般在3～10范圍內(nèi)取值。

第68頁，共103頁。目前，模擬微波中繼通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)中頻頻率有70MHz和140MHz兩種，也可以作為數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的中頻頻率，其中70MHz用于二次群和三次群，140MHz用于三次群以上的系統(tǒng)?；杭白尤喝粼?0MHz中頻頻率上解調(diào)有困難，可以考慮采用第二中頻（如10MHz），四次群以上的系統(tǒng)一般選擇高于140MHz的中頻頻率。第69頁，共103頁。3.5微波傳播特性與微波線路設(shè)計微波傳播是視距傳播，容易容地形和大氣的影響，使接受信號產(chǎn)生衰落，影響通信系統(tǒng)的質(zhì)量。因此，在進(jìn)行微波線路設(shè)計時，必須考慮微波這些傳播特性。第70頁，共103頁。3.5.1微波傳播特性地形地物對傳播特性的影響微波中繼通信的電磁波主要在靠近地表面的大氣空間傳播，因而地形地物會對電磁波產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、和吸收現(xiàn)象。1）平坦地表對微波電磁波的反射水面或平坦地面對微波電磁波會產(chǎn)生反射。這樣，接受點(diǎn)除了接受直射波外，還接收平坦地表面反射形成的反射波，因而收信點(diǎn)的合成場強(qiáng)是直射波與反射波的矢量和。當(dāng)發(fā)天線足夠高時，可認(rèn)為直射波是自由空間波。第71頁，共103頁。收信點(diǎn)的場強(qiáng)值隨著路程差周期變化，從0變化到二倍場強(qiáng)，場強(qiáng)0表示直射波完全被反射波抵消。即路程差為波長的整數(shù)倍時，衰減達(dá)到最大值。為了避免收信點(diǎn)的場強(qiáng)明顯起伏，尤其要避免因反射波抵消而導(dǎo)致收信點(diǎn)接受信號趨于0的現(xiàn)象，在進(jìn)行微波站站址選擇和微波線路設(shè)計時，應(yīng)充分利用地形地物阻擋反射波。因此，在已確定了系統(tǒng)的工作頻率和站間距離的情況下，收信點(diǎn)的場強(qiáng)隨天線高度變化。并非天線越高收信效果越好，如果天線高度調(diào)整適當(dāng)，可以避免收信點(diǎn)信號趨于0的現(xiàn)象。第72頁，共103頁。2）地表障礙物對微波視距傳播的影響地表障礙物是丘陵、山頭、樹林和高大建筑物等會阻擋電磁波視距傳輸?shù)牡匚?。與空間傳播相比，地表障礙物對微波視頻傳播的影響產(chǎn)生阻擋損耗。當(dāng)刃形的障礙物高度靠近或超過收發(fā)之間的視距連線時，收信點(diǎn)仍能收到信號，甚至正常通信。如果要求收信點(diǎn)的場強(qiáng)幅值等于自由空間傳播場強(qiáng)幅值，則收發(fā)視距連線與障礙物最高點(diǎn)的垂直距離即傳播余隙Hc應(yīng)大于或等于最小菲涅爾區(qū)半徑F0。最小菲涅爾區(qū)表示電磁波傳播所需要的最小空間通道，收信點(diǎn)的場強(qiáng)幅值等于自由空間傳播場強(qiáng)幅值。第73頁，共103頁。最小菲涅爾區(qū)半徑F0在收發(fā)中間處達(dá)到最大值，越靠近收發(fā)兩端越小。若定義刃形的障礙物的阻擋損耗為收信點(diǎn)場強(qiáng)與自由空間傳播場強(qiáng)幅值的比值。當(dāng)Hc＝0時，當(dāng)障礙物的最高點(diǎn)和收發(fā)連線相切時，阻擋損耗為6dB；當(dāng)障礙物的最高點(diǎn)超過收發(fā)連線時，阻擋損耗迅速增加；Hc為正值，即障礙物的最高點(diǎn)在收發(fā)連線以下時，且Hc/F1>0.5(F1=F0(31/2)時，阻擋損耗在0dB上下波動。即收信點(diǎn)的場強(qiáng)與自由空間場強(qiáng)相近。因此，在進(jìn)行微波中間站站址選擇和微波線路設(shè)計時，應(yīng)研究地形的剖面圖來確定最小菲涅爾區(qū)半徑的大小，進(jìn)而確定傳播余隙來確定收發(fā)天線的高度。第74頁，共103頁。2.大氣對微波傳播的影響微波通信的電磁波傳播主要是在對流層中完成的，因此大氣對微波傳輸?shù)挠绊憣?shí)際就是對流層對微波傳播的影響。表現(xiàn)為三個方面：氧氣分子和水蒸氣分子對電磁波的吸收；雨、霧、雪等氣象微粒對電磁波的吸收和散射；對流層結(jié)構(gòu)的不均勻?qū)﹄姶挪ǖ恼凵洹５?5頁，共103頁。當(dāng)微波中繼通信系統(tǒng)的工作頻率在10GHz以下時，前兩個方面影響不顯著，只需考慮對流層折射的影響，當(dāng)系統(tǒng)的工作頻率在10GHz以上時，三個方面的影響都要考慮。第76頁，共103頁。3.5.2分集接收

在微波中繼通信系統(tǒng)中，由于多徑衰落等的存在，使通信可靠性受到嚴(yán)重威脅。這可以采用提高設(shè)備性能、增加接收電平余量即保證一定的衰減儲備量的方法來解決。當(dāng)站的距離較大且炎熱潮濕的平滑地形的情況，有限的衰落儲備仍不能滿足要求。而采用分集接收技術(shù)是抗多徑衰落的有效措施之一。第77頁，共103頁。所謂分集接收，用兩套（或多套）收信設(shè)備接收一個信號經(jīng)由兩條（或多條）不同路徑傳播路徑而形成，不會同時發(fā)生衰落的兩路（或多路）信號，并經(jīng)過某些處理后，在接收端以一定方式將其合并。當(dāng)其中一個信號發(fā)生衰落時，另外一個（或多個）信號不一定也衰落，只要采用適當(dāng)?shù)男盘柡铣煞椒ň涂杀ＷC一定的接收電平，克服或改善衰落的影響。

第78頁，共103頁。

目前，常用的分集接收技術(shù)有頻率分集、空間分集和混合分集等3種。這3種技術(shù)都假設(shè)兩個（或多個）射頻信號在傳播過程不可能同時發(fā)生衰落。第79頁，共103頁。1.頻率分集

頻率分集是在發(fā)信端將一個信號利用兩個間隔較大的發(fā)信頻率同時發(fā)射，在收信端同時接收這兩個射頻信號后合成，由于工作頻率不同，電磁波之間的相關(guān)性極小，各電磁波的衰落概率也不同。頻率分集抗頻率選擇性衰落特別有效，但付出的代價是成倍地增加了收發(fā)信機(jī)，且需成倍地多占用頻帶，降低了頻譜利用率。第80頁，共103頁。2.空間分集

空間分集是在收端利用空間位置相距足夠遠(yuǎn)的兩副天線，同時接收同一個發(fā)射天線發(fā)出的信號。因?yàn)殡姶挪ǖ竭_(dá)高度差為Δh的兩副天線的行程差不同，所以，某一副天線收到的信號發(fā)生衰落時，另一副天線收到的信號不一定也衰落。當(dāng)Δh足夠大時(Δh>>10λ，λ為人射波波長)，則兩路收信號差別較大，對幾乎所有深衰落都不相關(guān)。空間分集需要增加收信機(jī)，其頻譜利用率比頻率分集高。第81頁，共103頁。3.混合分集是將頻率分集和空間分集結(jié)合，以保持兩種兩種分集的優(yōu)點(diǎn)。無論采用何種分集，都要解決信號合成的問題，通常有以下三種方法：第82頁，共103頁。優(yōu)選開關(guān)法該方法根據(jù)信噪比最大或誤碼率最低的原則，在兩路信號中選擇其中的一路作為輸出，并由電子開關(guān)切換。開關(guān)切換既可在中頻進(jìn)行，也可在解調(diào)后的基帶上進(jìn)行。該方法電路簡單，并可利用現(xiàn)有備份切換技術(shù)。第83頁，共103頁。線性合成法該方法是將兩路信號線性相加，這個過程在中頻進(jìn)行，電路比較復(fù)雜。當(dāng)兩個信號好衰減都不嚴(yán)重時，該方法對改善信噪比很有利；當(dāng)某路信號好衰減嚴(yán)重時，其合成效果不如優(yōu)選開關(guān)法。第84頁，共103頁。非線性合成法是前兩種方法的中和，當(dāng)兩個信號衰減都不嚴(yán)重時，采用線性合成法；當(dāng)某路信號好衰減嚴(yán)重時，采用優(yōu)選開關(guān)法。第85頁，共103頁。3.5.3微波線路設(shè)計在微波線路時，除了考慮衰落外，還要考慮線路的干擾，同時，這些干擾有來自系統(tǒng)內(nèi)部，也有來自系統(tǒng)外部，如果線路和站址選擇不當(dāng)，他們會妨礙系統(tǒng)本身的正常工作，或干擾其它系統(tǒng)。第86頁，共103頁。一、線路的干擾1.線路內(nèi)部干擾通常，微波中繼通信系統(tǒng)常用二頻制方案進(jìn)行單波道頻率配置，同時在非分集接收的情況下，收發(fā)天線公用，下面討論二頻制收發(fā)天線公用情況下的系統(tǒng)內(nèi)部干擾。1)越站內(nèi)部干擾屬于同頻干擾。通常，越站同頻干擾應(yīng)比有用信號低60dB以上。指標(biāo)較高，僅靠空間衰減是不夠的，常用的方法是線路走向相互錯開一定角度。避免電磁波走向和相鄰各站走向一致。第87頁，共103頁。2）旁瓣干擾任一個實(shí)用天線的方向圖中，除主瓣外還有多個旁瓣。由于天線發(fā)射天線旁瓣發(fā)射信號或接受信號可能造成的干擾為旁瓣干擾，在微波線路的拐彎和分支極易發(fā)生旁瓣干擾，屬于同頻鄰站干擾。第88頁，共103頁。在微波線路的拐彎和分支產(chǎn)生的旁瓣干擾屬于同頻干擾，且傳播路徑相同。減少該種干擾的主要方法是調(diào)整相鄰各站天線指向的相對角度。為了使同頻鄰站干擾低于給定的值，要求線路的拐彎和分支處夾角盡量不小于900，對于夾角小于900的拐彎和分支處，可以通過采用正交極化配置來補(bǔ)償，但夾角也不益小于700。此外，線路的拐彎和分支處，通常采用不同的頻率配置，可以使夾角的限制條件放寬或不受限制。第89頁，共103頁。系統(tǒng)外部干擾包括無線電設(shè)備輻射的頻段相近的電磁波和工業(yè)設(shè)備的雜散輻射電磁波。在進(jìn)行微波線路路由和站址的選擇時，應(yīng)了解所在區(qū)域其它無線電設(shè)備的發(fā)信頻率、功率和方向圖等，以及大型的電動設(shè)備、電爐、注塑機(jī)等工業(yè)設(shè)備的雜散輻射情況。此外，設(shè)計新線路時，有時會遇到和現(xiàn)有通信線路相互連接和配合使用的問題，若處理不當(dāng)，會造成同頻或鄰頻干擾。第90頁，共103頁。二、線路的路由和站址的選擇進(jìn)行線路的路由和站址的選擇之前，首先應(yīng)明確已知條件，如：1）線路或被連接的終端的位置，沿線城市或單位。2）沿線附近原有的通信線路站址及其頻段、方向圖等。它們涉及到線路之間或站間的相互干擾的問題。3）沿線附近衛(wèi)星地面站的位置、同步衛(wèi)星軌道指向和工作頻率，有關(guān)飛機(jī)場、雷達(dá)站等設(shè)施的位置、工作頻率和通信設(shè)施，它們涉及到線路相互干擾問題。第91頁，共103頁。4)沿線的地形、地物、氣候等情況。它們對電磁波傳播和接收以及信號的衰落特性都有影響。根據(jù)這些已知條件，在地圖上進(jìn)行圖上作業(yè)，從線路的終端站開始，逐段確定線路的路由和中間站的地址。選擇線路路由和站址的基本原則是從長遠(yuǎn)規(guī)劃出發(fā)，近期需要和長遠(yuǎn)需要相結(jié)合；充分利用有利的地理?xiàng)l件，站距不益過大，各中繼段長度相差也不宜過大。

第92頁，共103頁。在線路的路由和站址初步確定后，應(yīng)仔細(xì)核查路由和站址，如畫出每個中繼段的電磁波傳播路徑