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1、1,第4.2章 数字微波通信技术,4.21.1 概述4.21.1 微波通信发展,微波通信是指用微波频率作载波携带信息,通过无线电波空间进行中继(接力)通信的方式,微波频率指300MHz300GHz,波段详细划分见,按照不同的应用要求现代微波通信又可分为：卫星通信，移动通信，微波中继通信，无线电系统，有线微波传输以及散射通信等几种方式,为了提高频带利用率:新的调制技术,PDH向SDH转变,未来主干为光纤辅以卫星通信和微波通信系统,2,图微波中继通信线路,1.通信容量大2.方向性强即抗干扰强3.可以减少地理条件的影响4.波长短,直射波因地球曲面距离受限制,3,4.21.2 微波通信的特点,“微波、
2、多路、接力”。“微波”是指微波工作频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。“多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通信设备的通频带可以做得很宽。“接力”是目前广泛使用于视距微波的通信方式。,用于传输频分多路-调频制（FDM-FM）基带信号的系统叫作模拟制微波通信系统；用于传输数字基带信号的系统叫作数字微波通信系统,4,数字微波除了具有上面所说的微波通信的普遍特点外，还具有数字通信的特点：（1）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；（2）保密性强，便于加密；（3）器件便于固态化和集成化，设备体积小、耗电少；（4）便于组成综合业务数字网（ISDN）。数字微波的缺点:要求信道带宽较宽,因而产生了频
3、率选择性衰落,其抗衰落技术比模拟微波复杂,5,4.21.3 微波中继通信系统在通信网中的地位,6,4.22 数字微波通信系统4.22.1 数字微波通信系统的组成,数字微波通信系统模型,7,4.22.2 数字信道的性能指标,传输容量(1)波特率RB:是指系统每秒能传送的码元数，单位波特,(2)比特率Rb：是指每秒钟通信系统所传输的信息量,单位比特秒,2.传输质量,（）码元误码率：,（）比特误码率：,8,3.信道频带利用率:是指单位频带的信息传输速率,即每赫兹秒所传送的比特数,记作b/(s.Hz),9,4.23 微波中继通信系统4.2.数字微波中继通信系统的基本组成,处于线路两端或分支线路终点的站
4、,可上下全部支路信号,可配备ADM或TM设备,处于长途干线上,需要完成数个方向上的通信任务,沟通本站上下部分支路,另外沟通干线上两个方向之间通信,对收到的已调信号进行解调,判决再生,转发至下一方向,10,微波中继站的中继方式可以分为直接中继(射频转接),外差中继(中频转接),基带中继(再生中继)三种方式,(b)外差中继方式,设备量少,电源功耗低,适于不须上下话路的无人值守中继站,11,图基带中继方式,12,4.2 3.2 数字微波中继通信的波道及其射频频率配置,1.波道的设置,一条微波线路提供的可用带宽一般都比较宽,(几百兆).而一般收发信机的通频带较之小的多,(几十兆).为了使一条微波通信线
5、路的可用带宽得到充分利用,将微波线路的可用带宽划分成若干频率小段,并在每个频率小段上设置一套微波收发信机,构成一条微波通信的传输通道,也称为波道.通常一条微波通信线可以设置6,8,12个波道,2.射频波道配置,波道频率配置的原则:在给定的可用频率范围内尽可能多安排波道数,增加通信容量;减少各波道间的干扰,以提高通信质量;有利于通信设备的标准化,系列化.,13,(1)一个波道的频率配置,(a)二频制：优点占用频带窄，频率利用率高缺点存在反向干扰,(b)四频制：优点不存在反向干扰，缺点占用频带比二频制宽一倍,14,解决越区干扰的有效措施之一:是在设计微波线路时,使相邻的第四微波站不要选择在第一、二
6、两微波站的延长线上,越区干扰与无越区干扰示意图,15,（）多个波道的频率配置,图一.收发频率相间排列方式,缺点:收发要分开使用天线,图二.收发频率集中排列方始,每个波道采用二频制,收发频率间隔大,可以共用一副天线,16,4.24 微波传输信道,微波传输信道包括微波的传输空间,天线和馈线等微波传输设备,在两个微波站之间的电波传播存在衰减,这种衰减可以按自由空间天线能量的衰落进行计算,但实际传播情况与两站所处的环境和自然环境有关.,4.2 4.1 微波传播特性 1.自由空间传播 所谓电波传播的自由空间.理想的介质空间，自由空间里充满了均匀、理想的介质。电波在自由空间的传播损耗指电波在自由空间传播时
7、的扩散损耗。在理想自由空间传播的电波，不产生反射、折射、吸收、散射及热损耗。,17,d,A,Pt,接收天线的有效面积,Pr,天线接收到的功率为：,其中：Pt-发射功率；c光速f-工作频率；d-收、发距离,路径损耗用分贝表示：,接收功率为：,18,例已知微波设备发信功率为1W，工作频率为3800MHz，两站间距离45km，收、发天线增益为39dB，馈线衰减每端为2dB，分路系统每端为1dB，求收信电平。解：Ls=-32.4-20lg d-20lg f=-92.4-20lg 45-20lg 3.8=137.1(dB)Pr=Pt+Gt+Gr-（Lft+Lft）-LO=30+39+39-（2+1）+（
8、2+1）-137.1=-35.1(dBm)答：收信电平为-35.1dBm。,19,2.最大视距,h1,h2,d,R0,其中：06370km为地球半径,.微波反射特性,T,R,A,P,h2,h1,d,r1,r2,直射波行程：,反射波行程：,行程差：,假设 dh1h2:,20,反射波与直射波因行程差引起相位差：,另外，反射引起180度相移,因此接收到的合成电场的强度为:,L0反映距离因素造成的衰减,Lr反映反射因素附加的衰减,21,当行程差远远小于波长时:,22,惠更斯的电磁波动性学说:光和电磁波都是一种振动,振动源周围的媒质是有弹性的,故一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点,并依次向外扩展,而成
9、为在媒质中传播的波.,根据惠更斯原理:一个点源的振动传递给邻近的质点后,就形成了二次波源,三次波源等,若点源发出的是球面波,那么其产生的二次,三次波前面也应是球面波.,费涅耳在这个基础上又提出了”费涅耳区”的概念,进一步解释了电波的反射,绕射等现象,并为实践所证实.,费涅尔区,23,求第一费涅耳区的半径：,因为在边界上满足,所以：,24,收信点场强与各费涅尔区的关系：相邻费涅尔区在收信点产生的场强反相，奇数费涅尔区使收信场强增强，偶数费涅尔区使收信场强减弱,实际微波系统线路设计时第一件事是线路勘探，大致确定微波站的选点在一条微波接力线上，不仅要求相邻的两个接力站之间通视,而且要求两站之间应保证
10、第一费涅尔区的完整性,因此,应验算余隙及接收电平能否满足要求,仔细计算天线的高度.即:让反射点落在奇数费涅尔区(如第一费涅尔区)的边缘附近,25,路径上刃形障碍物的阻挡损耗:,刃形障碍物的阻挡使电波传播损耗增加,这个增加的损耗叫做附加损耗,这将使自由空间条件下的收信点电平降低.,在传播路径上有刃形障碍物阻挡时(a)如果障碍物的尖峰恰好落在收发两端天线上（hc=0)时，附加损耗为dB；(b)当障碍物峰顶超出连线（hc为负)时，附加损耗很快增加；(c)当障碍物顶峰在连线以下，且相对余隙hcF1大于.,附加损耗在0dB左右，实际传播损耗与自由空间损耗接近,26,余隙的计算：,He：地球突起高度,27
11、,He：地球突起高度的求解,B,C,A,E,D,d1,d2,K为等效地球半径系数，R0=6370km,28,等效地球半径,由于大气的折射作用，使实际的电波传播不是按直线进行，而是按曲线传播的为了便于分析，引入等效地球半径的概念，把电波射线仍然看成直线，而把地球的半径0等效为Re,决定于折射率梯度，也即受温度，湿度和压力等条件影响，它是反映对流层气象条件变化对电波传播影响的重要参数，是电路设计必须考虑的重要因素,29,30,5.5.3 SDH微波系统的主要设备,端站设备 分为终端站,中间站和分路站(1)终端站设备配置,运行、管理、维护和参考配置功能,31,只具备速率的接口，无复用设备和传输设备，
12、可放在枢纽站上，用作某方向的信号转接,(2)中间站设备,32,（）分路站设备配备有分插复用设备（），具有的接口和有限个支路接口用于沟通干线两个方向的通信，Mb/s接口用于本地上下支路,33,再生站设备 用于接收，再生和发送由微波通道所传输的数字信号一对收发信波道信号的再生，由两套分别用于向上的再生站设备来完成它没有光传输接口设备和：保护电路，也没有分路部分。,34,3.SDH微波基带信号处理要完成微波传送中绝大部分信号处理功能,35,5.5.4 数字微波传输系统的主要技术,1.抗衰落的技术,微波是视距沿直线传播,在传输路径上由于气象条件变化,传播环境的不同,会产生各种对电波影响的情况,使传送的
13、电波随时间而恶化衰落,称之为时变恶化因素.,主要表现在:大气吸收衰耗(2)雨雾引起的散射损耗(3)多径衰落.(4)微波频率选择性的衰落,36,数字微波常采用的抗衰落措施有:(1)自动增益控制(AGC)技术:这是在收信机中频中普遍采用的抗衰落技术,一般使用在中频放大器中.(2)频率分集技术:采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率,同时发送和接收同一信息(3)空间分集技术:在空间不同垂直高度设置几副天线,同时接收一个发射天线的微波信号,然后合成或选择其中一个强信号,有几副几副接收天线就称几重分集.(4)自适应均衡技术:频域自动均衡-利用中频通道中插入的补偿网络的频率特性来补偿实际信道频率特性的畸变,从而达到减少频率选择性衰落的影响的目的.时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰,正交干扰以及最小相位和非最小相位衰落等.,37,数字微波实用的调制解调技术,为了提高和降低误码，提高编码质量和功率利用率，特把纠错编码与调制器作为一个整体来考虑，这种调制称为网格编码（）调制，在中一般采用调制，而解调采用维特比译码器今后将进一步提高调制状态数及严格限带，可能实现或更高电平调制技术,
