国内外接力通信网现状与发展研究

国内外接力通信网现状与发展研究姓名（专业）摘要：数字微波接力通信系统是近十年来蓬勃发展起来的一个新兴技术领域它是通信系统“数字化革命”进程中一个重要的方面军。目前发达国家已经从开发研究转人到迅速推广应用的阶段,也就是用数字微波接力通信技术逐步改造、替换原有的模拟微波接力通信系统的革命阶段。此外，数字系统由于可在传输过程中再生，数字微波接力通信系统允许较强的外界扰。这意味着，在一个通信节点，在同一频段上配置的通信方向数要比模拟系统多，或是同一地理区域内允许更多条相同频段的微波接力线路并存。这就是说,在频率、时间与空三维系统中看，数字微波通信系统的频谱利用率已全面赶上并超过了模拟微波通信系统。本文就是通过数字通信的举例分析来对比模拟通信，从而提出更加优化的接力通信方式，如在Internet进行接力通信。关键词：接力通信；扩频跳频；模拟数字；Internet当前的接力通信经过多年的改革创新，具有了一定的抗干扰能力，但在电磁环境复杂、敌对势力破坏严重的情况下，接力通信还远远不能达到作战要求。国外在多次较大规模的实战中，接力通信常因不能排除干扰，而未能发挥作用。近几年来，新型的扩频接力机和跳频接力机等，具有直接序列扩频和跳频等扩频措施，但由于技术不够成熟或其他原因，扩频的伪码速率还比较小，抗干扰性能均不太好，有时不能进行正常通信或通信效果不好、不稳定，不能保障正常的作战指挥。同时，由于接力采取视距传输的特性，只能把天线架得很高，才能达成通信，针对现代战争机动时机多、频率快、地形复杂等情况，对沟通提出了更高的要求。而且，由于天线需要架得比较高，天线底座比较重，对于机动会造成很大影响，不利于通信的展开和转移。因此接力通信正向数据化和网络化方向发展，本文主要是通过对数字化和网络化的简单举例进行探讨，希望能对接力通信的发展有所贡献。1．微波接力通信概述1.1微波通信的概念微波通信指的是利用微波频段的无线电波传递消息的一种通信方式。但是由于微波的传播特性限制，必须要采用接力的方式。这是因为地球是个椭球体，地面是个椭球面，地面上某点发出的沿直线传播的微波射束，经过一定地段后，就会离开地平线而射向远空，因此地平线的远点就接收不到微波信号了；微波射束在空间传播过程中遇到不均匀介质时，易产生折射与反射，损失电磁能量，因此，要补偿微波的远距离传播消耗，使用“接力”站来逐段收、发、放大、增强能量是非常必要的。1.2微波接力通信的特点1.2.1频带宽微波频段的频带很宽，可以容纳更多的无线电通信设备同时工作。全部中、长、短波频段的总频带不足30MHz，而微波仅厘米波段的频带就占有2700MHz，几乎是前者的1000倍。通信容量大，而设备相互之间的干扰就可大大降低。1.2.2频率高微波通信设备工作频率高，因此收发信机的通频带很宽，多路复用时可以容纳更多话路工作。与短波、超短波通信设备相比，在相同的相对通频带条件下，载频越高，绝对通频带越宽。所以一个短波通信设备一般只能容纳几个话路，而一个微波设备可同时有成千上万个话路，同时工作。1.2.3可靠性高在微波频段，受工业、天电与宇宙等外部干扰，以及风雨恶劣气象条件的影响较小，使通信传输可靠性与质量得到保证。1.2.4保密性强微波频段由于频率高，便于采用高增益高定向天线，因而可降低发信机的输出功率，使设备结构简化，成本降低，可靠性提高。此外，微波射束在视距范围内直线、定向传播，保密性较强。概括起来，微波接力通信具有通信容量大，传输质量高两大显著特点，因此在长途电信、工业专用通信网等方面都有非常广泛的应用。1.3微波接力通信系统的构成一条微波通信干线包括终端站和若干个中继站。终端站的设备有天线、发射机、接收机和载波终端设备，中继站一般只有天线、发射机和接收机。天线都采用定向天线，增益约为40分贝。目前用得最多的有喇叭抛物面天线和卡塞格林双反射面天线，用高频同轴电缆或波导管与发射机或接收机相连。在一个微波站内，同一传输方向的收发，可以单独装设发射天线和接收天线，也可以共用一副天线。微波传输一般采用线极化（水平极化、垂直极化）波，因而相邻波道或收发之间可采用不同的极化波。收发频率和极化的合理配置，良好的天馈线系统极化去耦防卫度，应保证波道间和收发信系统间不因干扰而影响通信质量。发射机由调制器、发信本地振荡源、发信混频器和微波功率放大器等主要部件组成。调制器在模拟微波通信系统中多为调频制，即用载波电话机输出的模拟群频信号控制器中副载频的频率，以形成调频信号；在数字微波通信系统中则用调相制或正交调幅制，即用脉码调制设备输出的，由数字化话音信号组成的高次群数字信号控制调制器中副载频的相位，以形成调相或正交调幅信号。发信本地振荡源，一般采用晶振倍频方式或直接微波空腔振荡方式产生的高稳定度单一微波。发信混频器则将调制器输出的调制信号与发信本振频率进行混频，使调制信号由中频搬移到所需的微波频段，再经功率放大器放大到发射机额定的输出功率。接收机由本地振荡源、收信混频器、中频放大器和解调器组成。收信本地振荡源的工作原理和采用的技术同发信本地振荡源类似。收信混频器将接收到的微波信号和收信本地振荡信号差相转为中频，再经中频放大器放大，然后送至解调器。解调器的功能和发射机的调制器相反，即把调制信号还原为原来的模拟群频信号或数字脉码调制高次群信号，然后再经这些基带信号的相应复用设备还原为话音信号。电视节目的传送，在模拟微波通信系统中直接将视频信号送入调制器进行调制;在数字微波通信系统中,则首先要经过模数转换，将视频信号码化，然后再送入调制器。其他非电话业务（如传真、电报、数据等）都在话路中传输，分别经相应的调制解调器或复用设备并入话器。微波接力通信系统的中继方式有两类。第一类，是将中继站收到的前一站信号，经解调后,再进行调制,然后放大，转发至下一站。第二类是将中继站收到的前一站信号，不经解调、调制，直接进行变频，变换为另一微波频段，再经放大发射至下一站。1.4微波线路的频率设置每一套微波收发信机都有特定的工作频率，在这个频率上，有一定宽度的传输带。由于各种因素限制，传输带宽度总是一定的，也就是说，一套微波机传输的话路数总是有限的。有时，为了正大线路的容量，每个微波站可能同时有几套微波机在工作。为避免相互间干扰，每一套微波机要采用不同的工作频率。这样，每一套微波机构成了一条独立的微波通道，称为一个波道。在一条微波线路只有一个波道情况下，其频率分配多采用二频制方案；如果在一条微波线路上有若干波道同时工作时，通过采用交错制与分割制两种方案尽可能减小各波道见干扰，以提高通信质量。微波接力通信是在第二次世界大战后期开始应用的一种新兴通信技术，60多年来发展及其迅速。早期是用一个微波波道传几百路电话及一路黑白电视，60年代研制成功每波道1800路德大容量模拟微波通信设备，70年代初出现低微波频段与小容量的数字微波接力系统，70年代数字微波系统在世界各国获得迅速发展。2.数字接力通信2.1数字接力通信的优点近几年来一些频谱利用效率很高的数字调制解调技术相继在微波接力通信中取得成功。表1列出了代表当前水平的各主要国家的典型数字微波接力通信系统。从表1中可以看到，日本的5GHz/16QAM系统的频谱利用效率最高，达5Mb/s/MHz，这相当于每兆赫频带传输78路高质量的PCM话（每路PCM话为64kb/s）或156路质量稍微低一点的ADPCM话（每路ADPCM话为32kb/s）。表2把当前水平的数字微波接力通信系统与模拟微波接力通信系统在频谱利用效率上作了一个比较。就发展水平较高的日本而言，它最高水平的模拟微波通信系统是单边带5400路（SSB/5400），每波道占用40MHz的频带，相当于每兆赫传输132.5路话，而它的数字微波通信系统5GHz/16QAM，每波道也占用40MH的频带，所传输的数字话路数已与前者相当。我国的微波通信技术与国际先进水平相比，尚有一定差距,但就我国的数字微波通信技术与模拟微波通信技术相比较同是工作于6GHz频段的FM/1800与3PRS二个系统,都占据30MHz的频带宽度，从它们每兆赫传输的话路数来看，也是不相上下的。如果按每兆赫所能传输的数字信息率来比较频谱利用率的话，那么模拟系统就望尘莫及的了。表1.数字微波通信系统对比国家频段（GHz）容量（Mb/s）调制制度频谱利用率（Mb/s/MHz）中国635/7*3PRS1.2/2.3*英111404PSK2.1加8909QPRS2.3美6908PSK3法1114016QAM3日520016QAM5*极化复用表二频谱利用率比较国家系统名称波道带宽（MHz）话路数/MHz信息率（Mb/s/MHz）日本5GHz/16QAM4078/156*5SSB-540040132.51.27FM-270040670.64中国6GHz/3PRS3032/64*2.3FM-180030600.57*PCM/ADPCM此外，数字系统由于可在传输过程中再生,数字微波接力通信系统允许较强的外界扰。这意味着，在一个通信节点，在同一频段上配置的通信方向数要比模拟系统多，或是同一地理区域内允许更多条相同频段的微波接力线路并存。这就是说,在频率、时间与空三维系统中看,数字微波通信系统的频谱利用率已全面赶上并超过了模拟微波通信系统。正是在这样的背景下，近年来世界各国已相继作出在4、5、6、7、8、11GHz等频段上建立数字微波接力通信干线系统的决定，准备用新型的数字微波通信设备逐步更换已到了使用寿命的模拟微波通信设备。从表3中可以看出美国和加拿大正在逐步加大投资数字通信的建设。表三美国及加拿大电话工业到2011年发展中长距离宽带传输系统的投资比例预测2.2增量调制复用我国目前生产的增量调制（△M）复用设备，采用高频预加重总和增量调制编体制，每个话路编码率为32kb/s。根据不同的用途,分别以4、16、32及64路组成子群及基群。4路复用后得到128kb/s总数率，通过超短波150MHz接力机作移动通信用；16路复用后得到512kb/s总数率，通过散射机作跨海及边远地区大跨距通信用；32路复用后得到1024kb/s总数率，通过11GHz接力机,构通千线站与用户站之间的短程线路。64路复用后组成2048kb/s基群，通过2GHz接力机作矿区小容量线路之用。二次群复用设备有两种，一种是按CCITT建议设计的,采用正码速调整原理的准同步复用设备。另一种是根据专用通信用户的使用特点：长距离、多站、频繁分支下话而设计的同步复用设备。这种设备由于复用过程中不存在准同步复用设备中的塞入抖动,可以不受CCITT所规定的模拟参考电路对分段数所加的限制,允许沿途频繁分支下话；由于没有准同步码速调整体制所需的塞入指示码，在与数字微波信道配用时，不会因衰落造成指示码传输错误而引人的信息流滑动；加上还特别考虑了信道衰落的特点，对帧同步的重新搜索过程采用长时间的保护，避免了不必要的帧同步频繁搜索，从而进一步减小了信息滑动的概率这种同步复用二次群设备可以同时复两个1024kb/s及三个2048kb/s速率的支路，复用后的总数率为8448kb/s这个数率与CCITT建议的二次群数率是一致的。二次群数字微波接力机有2、6、8GHz三种频段，都采用2PSK调制体制，并且全部固态化。二次群数字微波系统适于作工业通信系统或其它通信系统的区域性支干线用。三次群数字微波接力通信系统对通信交通、能源、等部门来说是为建立长距离干线用的，在技术体制方面，除了必须考虑这些部门的使用特点外，还要考虑到将来这些部门在全国范围内建立数字通信网，问题比较复杂。目前研制的三次群设备有三种：一种是按CCITT建议采用正码速调整原理的准同步复用设备。第二种是在CCITT建议的基础上发展的兼容2048bk/s与8448kb/s两种速率支路的码速调整复用设备，在一条长距离通信线路上使用时,可以分支8448kb/s，也可以直接分支2048kb/s；以设备量而言比较灵活、经济。另外，码速调整复用设备在以后向同步数字网发展时比较方便。第三种是三次群复用设备直接把16个2048kb/s支路