第三章数字微波通信

数字微波通信现代通信技术本章主要讨论数字微波通信的基本概念、常用的调制解调方式以及在进行系统设计时应考虑的若干问题，简要介绍了SDH微波通信系统。现代通信技术3.1数字微波通信的基本概念3.2数字微波通信中常用的调制与解调技术3.3视距传输特性3.4数字微波通信系统设计中应考虑的问题3.5SDH微波通信系统现代通信技术3.1数字微波通信的基本概念微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，其所对应的波长为1m～1mm。显然，微波通信是指用微波波段的电磁波进行通信的一种通信的方式；而数字微波通信则是指利用微波频段的电磁波传输数字信息的现代通信技术3.1.1数字微波通信的特点数字微波通信既具有数字通信的特点，又具有微波通信的特点。3.1.2数字微波通信系统的构成数字微波中继通信线路是由线路两端的终端站、若干个中继站及分路站构成，如下图所示。现代通信技术现代通信技术一、数字微波终端站二、天线、馈线系统现代通信技术一、数字微波终端站在下图中示出，终端站中可包括：微波收发信设备、调制解调设备以及时分复用设备。现代通信技术现代通信技术1.每个终端站中都应具有发送设备和接收设备。2.调制与解调设备所谓调制，就是将所要传输的基带信号变换成适合于信道传输的信号的一种过程。与其相反的过程就是解调。现代通信技术下图示出了调制与解调过程的基本方框图。现代通信技术二、天线、馈线系统微波通信中常用天线的基本形式有喇叭天线、抛物面天线、喇叭抛物面天线和潜望镜天线等。三、微波中继站由于微波通信采用的是接力传输方式，因此，长途微波干线上必须要有微波中继站。中继站的转接方式包括以下三种：现代通信技术1.中频转接式中继站中频转接式中继站采用的是中频接口。2.微波转接方式中继站在微波频率上直接放大，即为微波转接方式。3.目前数字微波通信中常用的转接方式是再生转接式中继站，其示意图如下图所示。现代通信技术现代通信技术3.2数字微波通信中常用的调制与解调技术数字信号的调制与解调技术，是数字微波通信中的关键问题。在这一节首先介绍二进制数字信号的基本调制方式，在此基础上介绍数字微波通信中常用的调制方式。3.2.1二进制数字信号的基本调制方式3.2.2二相相移键控3.2.33.2.4十六进制正交调幅现代通信技术3.2.1二进制数字信号的基本调制方式数字信号三种调制方式的基本概念：1.幅移键控2.频移键控3.相移键控数字微波通信常用的是相移键控，因为这种调制方式在抗干扰性能方面优于另外两种方式。现代通信技术3.2.2二相相移键控用基带数字信号对中频载波相位进行键控的方式，称为相移键控，用PSK表示。相移键控又可分为绝对相移键控和相对相移键控两种。利用载波相位的绝对数值来传送数字信息的键控方式，称为绝对相移键控。现代通信技术所谓相对相移键控，是利用载波信号相位的相对关系来表示数字信号的“１”码或“０”码。在上述两种相移键控中，实际使用时，采用相对移相，这是为了克服2PSK在解调时出现的“相位模糊”现象。现代通信技术一、2DPSK信号的产生2DPSK调制器的原理方框图如下图所示。它是由码变换电路和绝对调相电路组成。码变换电路的主要作用是对输入的基带信号进行差分编码，得到的差分码，即是输入信号的相对码，用此相对码对载波信号进行绝对相移键控，即可得到2DPSK信号。现代通信技术二、2PSK信号及2DPSK信号的解调目前对于二相相移键控信号常用的解调方式是相干解调和延迟解调两种。1.由于接收到的已调波信号中无载波频率成分，所以在收端要设法从已调波中提取原载波信号。因为提取的载波信号和调相波的载波频率相同，故称其为相干载波，利用它来进行解调的方法，称为相干解调。现代通信技术2.2DPSK信号的解调对2DPSK信号除采用上述的相干解调方法以外，还可以采用延迟解调，这种方法的原理方框图，如下图所示。现代通信技术3.2.3在现代数字微波传输系统中，为了提高信息传输速率，常采用多进制的调相技术。即利用载波的一种相位去携带一组二进制信息码。相数愈多，传输速率愈高，但相邻载波之间的相位差愈小，这样就使得接收时易产生误码而使误码率增加。所以，目前在多相调制方式中，通常采用四相制和八相制，在这里只介绍四相调制。现代通信技术一、四相相移键控信号的产生1.四相绝对调相下图示出了π/４调相系统采用正交调制法的原理方框图。现代通信技术现代通信技术2.下图示出了一个π/２调相系统的四相相对调相原理方框图。现代通信技术现代通信技术二、四相相移键控信号的解调1.四相绝对调相信号的解调器方框图如下图所示。现代通信技术2.四相相对调相信号的解调四相相对调相信号的解调可采用两种方法进行，一种是相干解调法。另一种解调方法是延迟解调法，其方框图如下图所示。现代通信技术上面介绍的是四相相移键控的调制及解调的基本原理。对于八相调制，同样它是提高频谱利用率的一种方式，它是把码元周期(２π）分成八种相位，两相位状态之间的相位差为π／４，每种相位状态对应一组3比特码，这样它的信息速率比二相调相时提高了三倍。依此类推可以看出，随着相数的增加，信息传输速率在提高，但是两种相位状态之间的相位差在减小，这样使得解调时产生误码的概率增加。因此，在大容量的数字微波通信系统中广泛采用了十六进制正交调幅(16QAM)方式。现代通信技术3.2.4十六进制正交调幅QAM调制是既调幅又调相的一种方式。一、16QAM调制器16QAM调制器的构成目前主要采用两种方法，即正交调幅法和叠加法。现代通信技术下图示出了16QAM正交调幅法调制器的方框图。现代通信技术图示出了采用四相叠加法的16QAM调制器的原理方框图。现代通信技术二、16QAM对于正交调制信号的解调，主要是采用正交相干现代通信技术3.3视距传输特性这一节主要介绍自由空间电波传播的一些特点，电波衰落现象及抗衰落技术。3.3.1自由空间传播损耗和收信电平的计算3.3.2现代通信技术3.3.1自由空间传播损耗和收信电平的计算平面波在自由空间传播时，能量由于扩散，随传输距离的增加而减小，这种衰减称为自由空间的传播损耗，用Ls表示。自由空间收信电平的计算:收信电平是指接收机输入电平，在工程上常用dBm表示。现代通信技术3.3.2多径衰落上面讨论的问题是假定电磁波在无限大的自由空间传输，这是理想情况，在实际的微波传输路径中，必须考虑地面反射和大气折射的影一、接收的信号应是各射线的矢量和，而且接收信号的大小和周边条件及气象条件有关。我们把接收信号电平随时间而变化的现象称为多径衰落。现代通信技术二、抗衰落技术微波传输过程中的衰落现象，给高质量的信息传输带来不利影响，因此，人们提出了各种抗衰落技术，目前常用的是分集技术、自适应均衡技术及备用波道倒换技术。1.分集就是指通过两条或两条以上途径传输同一信息，以减轻衰落影响的一种技术措施。分集接收技术有频率分集和空间分集。现代通信技术频率分集是把同一数字信息送至两部发射机，两部发射机的射频频率具有较大间隔，在接收端接收这两个频率的信号，合并成输出信号。空间分集是在收信端设置几付高度不同的天线，同时接收一个发射天线送出的信号，然后经过合成或选择，克服衰落的影响。2.能够适应时间变化的均衡器为自适应均衡器。3.现代通信技术3.4数字微波通信系统设计中应考虑的问题3.4.1数字微波通信线路的传输质量标准3.4.2数字微波通信的射频频率配置3.4.3数字微波线路中的干扰问题3.4.4现代通信技术3.4.1数字微波通信线路的传输质量标准线路传输的质量标准包括：误码性能、可用度、传输容量和接口特性等。下面重点一、误码性能是数字微波通信系统的主要质量指标，CCIR针对不同等级的假想参考电路规定有不同的误码性能指标，这些指标可供等长度的实际数字微波电路参考。二、可用度现代通信技术3.4.2数字微波通信的射频频率配置为了增加微波线路的通信容量，在微波站上一般都有若干套微波收发信机同时工作，每一套微波收发信机占有一个工作频率，构成一条通道，称为一个波道。为了减小波道间的相互干扰，合理选择和配置射频频率则是一个非常重要的问题。目前在微波通信中采用比较多的是用分割制配置收发频率。现代通信技术3.4.3数字微波线路中的干扰问题下面主要介绍几种系统内的常见干扰。一、回波干扰二、三、四、现代通信技术3.4.4数字微波线路中天线高度的选取天线高度选取的是否合适，主要通过天线余一、什么是天线余隙从中继段上地势最高点到收、发天线连线之间的垂直距离称为天线余隙，用hc表示，如下图所现代通信技术现代通信技术二、天线余隙值的大小和等效地球半径系数K及第一费涅尔区半径F1有关。根据费涅尔椭球面及费涅尔区的定义，经dddF216.311现代通信技术三、从前面的叙述可以看出，K值的变化将引起余隙的变化，当K为不同值时，所对应的余隙标K=2/3时(余隙较小)要求hc≥0.3F1K=4/3时(标准大气)要求hc≈1.0F1K=∞时(余隙较大)要求hc≤1.35F1现代通信技术3.5SDH微波通信系统本节重点介绍SDH微波传输系统中采用的一些关键技术、SDH微波传输系统的性能指标。3.5.1SDH微波传输系统中的关键技术3.5.2SDH微波通信系统的传输误码性能指标现代通信技术3.5.1SDH微波传输系统中的关键技术一、差错控制编码技术二、自适应均衡技术三、自动发信功率控制技术(ATPC)现代通信技术一、差错控制编码技术差错控制编码又称信道编码，是提高数字传输可靠性的一种技术。现代通信技术二、自适应均衡技术在SDH微波接收设备中，一般先使用频域均衡器，然后接基带时域均衡器。要可以减少频率选择性衰落的影响，一般是在中频上实现，由于此均衡器可以在接收信号时自动调整，因此称为自适应频域均衡器。衡是利用波形补偿法对失真的波形进行补偿，这是目前在高速数据传输中使用的基本均衡方法，它可以消除各种形式的码间干扰。现代通信技术三、自动发信功率控制技术(ATPC)ATPC技术的要点是：微波发信机的输出功率在ATPC的控制范围内可以自动地随接收电平的变化而变化，即ATPC技术可以根据收信机的收信电平而自动调整发信电平，以克服电波衰落的影响。现代通信技术3.5.2SDH微波通信系统的传输误码性能指标ITU-R在G.826建议中规定SDH微波是采用以块为基础的测量方法，表3-3示出了传输速率为155.520Mbit/s的27500km的假设参考数字通道端到端的差错性能指标。现代通信技术表3-3指标名称指标要求差错秒比(ESR)0.16严重差错秒比(SESR)0.002背景块差错比(BBER)2×10-4