现代通信技术 ch32 微波通信

1、3.2 微波通信微波通信3.2.1 概述概述3.2.2 微波通信的特点微波通信的特点3.2.3 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成3.2.4 微波中继通信的波道及其频率配置微波中继通信的波道及其频率配置3.2.5 微波传输信道微波传输信道3.2.6 SDH SDH 数字微波系统数字微波系统3.2.7 SDH SDH数字微波系统中的编码调制技术数字微波系统中的编码调制技术3.2.8 SDHSDH微波系统的主要设备微波系统的主要设备 (1)微波通信的定义微波通信的定义 微波通信微波通信是指用微波频率作载波携带信息是指用微波频率作载波携带信息, ,通过无线通过无线电波空间进行中继电波空间进

2、行中继( (接力接力) )通信的方式通信的方式(2)微波通信的工作频段微波通信的工作频段 微波频率指300MHz300GHz，波长为1m-1mm范围的电磁波。 波段详细划分见讲义的波段详细划分见讲义的1.1.71.1.7或或3.13.1节节3.2.1 概述概述 用于传输频分多路用于传输频分多路- -调频制（调频制（FDM-FMFDM-FM）基带信号的系统）基带信号的系统叫作叫作模拟微波通信系统；模拟微波通信系统；用于传输数字基带信号的系统叫作用于传输数字基带信号的系统叫作数字微波通信系统数字微波通信系统 微波的发展是与无线通信发展是分不开的。 (3)微波通信的发展历史微波通信的发展历史1901

3、年马克尼使用800KHz中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验；无线通信初期，人们使用长波及中波来通信；20世纪20年代初，人们发现了短波通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。 由于电磁波各波段的传播特性各异，因此，可以用于不同的通信系统。由于电磁波各波段的传播特性各异，因此，可以用于不同的通信系统。中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波的绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。 微波通信由于其通信的容量

4、大而投资费用省(约占电缆投资的五分之一)，建设速度快，抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20世纪40-50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段。模拟调频传输容量高达2700路，也可同时传输高质量的彩色电视，而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现以及一系列自适应衰落对抗技术自适应衰落对抗技术与多状态调制与检测技多状态调制与检测技术术的发展，使数字微波传输产生了一个革命性的变化。特别是80年代至90年代发展起来的一整套高速多状态的自适应编多状态的自适应编码调

5、制解调技术与信号处理及信号检测技术码调制解调技术与信号处理及信号检测技术的迅速发展，对现今的卫星通信，移动通信，全数字HDTV传输，通用高速有线/无线的接入，乃至高质量的磁性记录等诸多领域的信号设计和信号的处理应用起到了至关重要的作用。 微波微波n 微波是一个非常特殊的电磁波段，尽管它介于低频无线电波和红外辐射之间，但却不能仅依靠将低频无线电波和高频红外辐射加以推广的办法导出微波的产生、传输和应用的原理。n 微波波段之所以要从射频频谱中分离出来单独进行研究，是由于微波波段有着不同于其他波段的重要特点。3.2.2 微波通信的特点(1)似光性和似声性似光性和似声性p 波段的波长和无线电设备的线长度

6、及地球上的一般物体(如飞机、舰船、导弹等)的尺寸相当或小的多，当辐射在这些物体上时，将产生显著的反射、折射，这和光的反射、折射一样。p 同时微波的传播特性也和儿何光学相似，能够像光线一样直线的传播和容易集中，即具有似光性。这样利用微波就可以获得方向性极好、体积小的天线设备，用于接受地面上或宇宙空间中各种物体发射或者反射回来的微弱信号，从而确定改变物体的方向与距离，这就是雷达及导航技术的基础。p 微波波段的波长与无线电波设备尺寸相当的特点，使得微波又表现出与声波相似的特征，即具有似声性。例如：微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似于声学中的喇叭、萧和笛。谐振腔类似于声学中的共鸣箱。

7、(2)分析方法的独特性分析方法的独特性p 由于微波的频率很高，波长很短，使得在低频电路中被忽略了的一些现象和效应(例如:趋肤效应、辐射效应、度越效应、相位滞后现象等)在微波波段则不可以忽略。p 低频电路常用的集总参数元件电阻、电感、电容已不适用，电压、电流在微波波段甚至失去了唯一性意义。因此用它们已无法对微波传输系统进行完全描述，而要求建立一套新的能够描述这些现象的理论分析方法基于电磁场理论的场与波传输的分析方法，用新的装置(例如传输线、波导、谐振腔等)代替电容、电感、电阻。(3)穿透性和非电离性穿透性和非电离性p 微波是射频波谱中除光波外唯一能穿透电离层的电磁波，因而成为人类与外层空间通信的

8、重要手段。能穿透云雾、雨、植被、积雪和地表层，具有全天候和全天时工作的能力，成为遥感技术的重要波段；微波能穿透生物体，成为医学热透疗法的重要手段；毫米波还能穿透离子体，是远程导弹末端制导和航天器重返大气层时实现通讯的重要手段。p 微波的量子能量不够大，因而不会改变物质分子的内部结构或破坏分子的化学键，所以微波和物体的作用是非电离的。由物理学可知，分子、原子和原子核在外加电磁场的周期作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因此微波为探索物质的内部结构和其基本特性提供了有效地研究手段。公里公里图微波中继通信线路图微波中继通信线路1. 通信容量大通信容量大2. 方向性强即抗方向性强即抗干扰强干扰

9、强3. 可以减少地理可以减少地理条件的影响条件的影响4.波长短波长短,直射波直射波因地球曲面距离因地球曲面距离受限制受限制微波中继通信微波中继通信特点特点：微波，多路，接力：微波，多路，接力“微波微波”是指微波工作频段宽，它包括了分米波、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。厘米波和毫米波三个频段。“多路多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通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。信设备的通频带可以做得很宽。“接力接力”是目前广泛使用于视距微波的通信方式。是目前广泛使用于视距微波的通信方式。数字微波除了具有上面所说的微波通信的数字微波除了具有上面所

10、说的微波通信的特点外，还具有数字通信的普遍特点：特点外，还具有数字通信的普遍特点：（1 1）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；（2 2）保密性强，便于加密；）保密性强，便于加密；（3 3）器件便于固态化和集成化，设备体积）器件便于固态化和集成化，设备体积小、耗电少；小、耗电少；（4 4）便于组成综合业务数字网（）便于组成综合业务数字网（ISDNISDN）。）。数字微波的缺点数字微波的缺点: :p 相对光纤通信而言，通信容量较小p 微波通信无中继距离一般为40-60 km，设中继站导致整体投资增加p 由于是无线视距传输，容易受到阻挡、外部干扰或恶劣天气影响。 微波

11、中继通信系统在通信网中的地位终端终端端局端局交换交换中心中心交换交换中心中心交换交换中心中心端局端局终端终端微波微波中继中继交换交换中心中心交换交换中心中心卫星通信卫星通信光纤通信光纤通信微波通信技术发展趋势(1)向大容量数字微波发展向大容量数字微波发展 微波通信继续朝着SDH数字微波方向发展，并目向大容量方面进军。目前，采用256QAM和512QAM技术，传输容量分别可达到155Mbps和 622 Mbps。(2)向高频段发展向高频段发展 高频段，是指10GHz以上的频段，包括毫米波频段。 根据电信主管部门的规划，3 GHz以下频段要分配给移动和个人通信，而3-10GHz的频段也已十分拥挤。

12、许多数字微波通信设备厂家及时调整发展方向，向高频段进军，已推出多款高频段微波设备。目前，3-38 GH z的设备都有许多商用。 (3)(3)向高集成度、微型化方向发展向高集成度、微型化方向发展 采用微波单片集成、数字专用集成电路等，设备体积越来越小，重量轻，天线也有集成型，进一步朝微型化方向发展。(4)(4)向灵活组网、多接口、低成本方向发展向灵活组网、多接口、低成本方向发展 采用软件无线电技术，使数字微波通信系统是一个较为通用的平台，能够根据用户的不同要求进行组网，并完成E1/T1、STM-1、OC- 3等各种接口功能。(5)(5)向固定无线接入方向发展向固定无线接入方向发展 20世纪80年

13、代以前的通信网基本框架：中继线以无线为主(微波、卫星)，在天上；用户线以有线为主(市话电缆)，在地下。未来通信网的基本框架：中继线以有线为主(光缆)，在地下；用户线以无线为主，在天上。 随着宽带业务的发展，对固定无线接入提出了需求，数字微波发展趋势为向固定无线接入方向发展。p 为了更好地与现有的光传输网络结合与现有的光传输网络结合，新型微波通信在技术、设备和网络等很多方而进行了革新。p 随着3G和WiMAX技术的快速发展，基站的带宽需求急剧增加，预计到2011年，70%以上的基站回传业务将实现分组化。作为传送网一部分的微波网络也不可避免地而临着IP化、分组化变革。微波通信系统将向分组化演进，这

14、也是微波网络下一步的发展方向。p 总之，在当今世界的通信革命中，微波通信仍是具总之，在当今世界的通信革命中，微波通信仍是具有独特优势的通信手段之一。任何一个通信网，不能只有独特优势的通信手段之一。任何一个通信网，不能只应用某一种传输方式，微波通信和光纤通信将实现优势应用某一种传输方式，微波通信和光纤通信将实现优势互补，共同构建高可靠性的通信网络。互补，共同构建高可靠性的通信网络。3.2.3 3.2.3 数字微波通信系统的组成数字微波通信系统的组成(1) (1) 数字微波通信系统模型数字微波通信系统模型信源信道信宿信源编码器信道编码器数字调制器数字解调器信道译码器信源译码器噪声干扰发端基带信号发

15、端基带信号收端基带信号收端基带信号频带传输信道频带传输信道数字微波通信系统模型数字微波通信系统模型(2)数字微波中继通信线路数字微波中继通信系统的基本组成端站端站中间站中间站枢纽站枢纽站再生中继站再生中继站端站端站端站端站图数字微波中继线路组成图数字微波中继线路组成处于线路两端或分支线路终处于线路两端或分支线路终点的站点的站,可上下全部支路信可上下全部支路信号号,可配备可配备ADM或或TM设备设备处于长途干线上处于长途干线上,需要完成数个方需要完成数个方向上的通信任务向上的通信任务沟通本站上下部分支沟通本站上下部分支路路,另外沟通干线上另外沟通干线上两个方向之间通信两个方向之间通信对收到的已调

16、信号进对收到的已调信号进行解调行解调,判决再生判决再生,转转发至下一方向发至下一方向 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)三种方式微波放大微波放大微波放大微波放大移频移频(a) 直接中继方式直接中继方式设备量少设备量少,电源功耗低电源功耗低,适于不须上下话路的无人值守中继站。适于不须上下话路的无人值守中继站。为克服传播衰落引起的电平波动，需要在为克服传播衰落引起的电平波动，需要在 微波放大器上采微波放大器上采取自动增益控制取自动增益控制(AGC)。与射频转接类似，省去了调制解调器，设备简单，电源功耗与射频转接类似，省去了调制解调器，设备

17、简单，电源功耗低。不能上下话路，不能消除噪声积累，只起到增加通信距低。不能上下话路，不能消除噪声积累，只起到增加通信距离的作用。常用于模拟微波中继通信。离的作用。常用于模拟微波中继通信。低噪声低噪声放大放大功率功率放大放大下变频下变频上变频上变频中放中放(b) 外差中继方式外差中继方式低低噪噪声声放放大大功功率率放放大大下下变变频频上上变变频频中中放放解解调调调调制制中中放放载波载波载波载波(c)基带中继方式基带中继方式采用数字接口，可消除噪声积累，可直接上下话路，微采用数字接口，可消除噪声积累，可直接上下话路，微波终端站和中继站的设备可以通用，是目前数字微波通波终端站和中继站的设备可以通用，

18、是目前数字微波通信中最常用的一种转接方式。信中最常用的一种转接方式。3.2.4 数字微波中继通信的波道及其射频频率配置数字微波中继通信的波道及其射频频率配置(1) (1) 波道的设置波道的设置 一条微波线路提供的可用带宽一般都比较宽一条微波线路提供的可用带宽一般都比较宽( (几百几百兆兆) )，而一般收发信机的通频带较之小得多而一般收发信机的通频带较之小得多( (几十兆几十兆) )。为为了使一条微波通信线路的可用带宽得到充分利用了使一条微波通信线路的可用带宽得到充分利用, ,将微波将微波线路的可用带宽划分成若干频率小段线路的可用带宽划分成若干频率小段, ,并在每个频率小段并在每个频率小段上设置

19、一套微波收发信机上设置一套微波收发信机, ,构成一条微波通信的传输通道构成一条微波通信的传输通道, ,也称为也称为波道波道. .通常一条微波通信线可以设置通常一条微波通信线可以设置6,8,126,8,12个波道个波道(2)(2)射频波道配置射频波道配置 波道频率配置的原则波道频率配置的原则: :在给定的可用频率范围内尽可能在给定的可用频率范围内尽可能多安排波道数多安排波道数, ,增加通信容量增加通信容量; ;减少各波道间的干扰减少各波道间的干扰, ,以提高以提高通信质量通信质量; ;有利于通信设备的标准化有利于通信设备的标准化, ,系列化系列化. .一个波道的频率配置一个波道的频率配置(a)(

20、a)二频制：二频制：优点占用频带窄，频率利用率高缺点存在反向干扰和越站干扰优点占用频带窄，频率利用率高缺点存在反向干扰和越站干扰f1f2f1f2f2f1f2f1ABCD越站干扰越站干扰反向干扰反向干扰f1f3f1f3f2f4f2f4ABCD越站干扰越站干扰(b)(b)四频制：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优点不存在反向干扰，缺点占用频带比二频制宽一倍解决越区干扰的有效措施之一解决越区干扰的有效措施之一: :是在设计微波线路时是在设计微波线路时, ,使相邻的使相邻的第四微波站不要选择在第一、二两微波站的延长线上第四微波站不要选择在第一、二两微波站的延长线上越区干扰越区干扰

21、越区干扰越区干扰无越区干扰无越区干扰越区干扰与无越区干扰示意图越区干扰与无越区干扰示意图 根据国际电联的建议书IT U-R F. 746.1的建议，波道配置应优先以等间隔为基础，三种射频配置的方案是：多个波道的频率配置多个波道的频率配置 交替波道配置方案交替波道配置方案 同波道方式频带复用方案同波道方式频带复用方案 交插方式频带复用方案交插方式频带复用方案 交替波道配置方案：交替波道配置方案：去/来向信道交替采用水平/垂直极化方式，每对信道（如1-1）间的频率间隔相等，均为DS（每对去/来向射频波道的中心频率间隔）。 同波道方式频带复用方案：同波道方式频带复用方案：主频模式采用水平极化，相同频

22、段在副波道复用，采用垂直极化方式。交插方式频带复用方案：交插方式频带复用方案：主频模式采用水平极化，交错频段（与主频模式相同波道的频率差为相邻射频波道中心频率间隔的一半）在副波道复用，采用垂直极化方式。比较三种波道配置方案，可看到：p从波道配置观点看，同波道方式频带复用方案和交插方式频带复用方案儿乎达到了频谱的最有效利用。p交插方式频带复用方案比交替波道配置方案的频谱利用率要高的多，最高可达2倍。p当交插方式频带复用方案中的相邻波道问隔XS增大时则由邻波道产生的干扰下降。3.2.5 3.2.5 微波传输信道微波传输信道 微波传输信道微波传输信道包括微波的传输空间包括微波的传输空间, ,天线和馈

23、线等微波传天线和馈线等微波传输设备输设备, ,在两个微波站之间的电波传播存在衰减在两个微波站之间的电波传播存在衰减, ,这种衰减可这种衰减可以按自由空间天线能量的衰落进行计算以按自由空间天线能量的衰落进行计算, ,但实际传播情况与但实际传播情况与两站所处的环境和自然环境有关两站所处的环境和自然环境有关. .(1) (1) 微波传播特性微波传播特性 a)a)自由空间传播自由空间传播 所谓电波传播的自由空间所谓电波传播的自由空间. .理想的介质空间，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

24、播时的扩散损耗。指电波在自由空间传播时的扩散损耗。在自由空间传播的在自由空间传播的电波，不产生反射、折射、吸收、散射及热损耗。电波，不产生反射、折射、吸收、散射及热损耗。dAPt接收天接收天线的有线的有效面积效面积Pr天线接收到的功率为：天线接收到的功率为：222444dfcPdPPttr其中：其中：P Pt t-发射功率；发射功率；cc光速光速f-f-工作频率；工作频率；d-d-收、发距离收、发距离路径损耗路径损耗用分贝表示：用分贝表示：)(lg20)(lg204 .924lg20)(lg10dBGHzfkmddfcdBPPLtrs接收功率为：接收功率为：)()()(dBLdBmPdBmPs

25、tr例已知微波设备发信功率为例已知微波设备发信功率为1W1W，工作频率为，工作频率为3800MHz3800MHz，两，两站间距离站间距离45km45km，收、发天线增益为，收、发天线增益为39dB39dB，馈线衰减每端为，馈线衰减每端为2dB2dB，分路系统每端为分路系统每端为1dB1dB，求收信电平。，求收信电平。解：解： Ls=-92.4-20lg 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）+（2+1）- 137.1 = -35.1 (dBm)答：收信电平

26、为答：收信电平为-35.1dBm。dBmmWmWmWWdBW3011000lg1011lg100b) b) 最大视距最大视距h1h2dR0)(222)()(210222021102022020210hhRhhRhhRRhRRhRd其中：其中：0 06370km6370km为地球半径为地球半径(2) (2) 微波反射特性微波反射特性TRAPh2h1dr1r221221)(hhdTRr直射波行程：直射波行程：反射波行程：反射波行程：21222)(hhdAPRTPRr行程差：行程差：12rrr假设假设 dh1,h2:dhhr212反射波与直射波因行程差引起相位差：反射波与直射波因行程差引起相位差：d

27、hhr2142另外，反射引起另外，反射引起180180度相移度相移, ,因此接收到的合成电场的强度为因此接收到的合成电场的强度为: :)()(21jtrerrEEdPPrrdrrtr4)()(2121rjtrtrLLedEEPPL02221 4L0反映距离因素造成的衰减反映距离因素造成的衰减,Lr反映反射因素附加的衰减反映反射因素附加的衰减reLjr2222sin4)1 ()cos21 (1 当行程差远远小于波长时当行程差远远小于波长时: :22122224)1 ()(4)1 (dhhrLr422212221224)1 (24)1(4dhhddhhdL惠更斯的电磁波动性学说惠更斯的电磁波动性学

28、说: :光和电磁波都是一种振动光和电磁波都是一种振动, ,振动源振动源周围的媒质是有弹性的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故一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点近的质点, ,并依次向外扩展并依次向外扩展, ,而成为在媒质中传播的波而成为在媒质中传播的波. .根据惠更斯原理惠更斯原理: :一个点源的振动传递给邻近的质点后一个点源的振动传递给邻近的质点后, ,就形就形成了二次波源成了二次波源, ,三次波源等三次波源等, ,若点源发出的是球面波若点源发出的是球面波, ,那么其产那么其产生的二次生的二次, ,三次波前面也应是球面波三次波前面也应是球面波. .费涅耳费涅耳在这个基

29、础上又提出了在这个基础上又提出了”费涅耳区费涅耳区”的概念的概念, ,进一步进一步解释了电波的反射解释了电波的反射, ,绕射等现象绕射等现象, ,并为实践所证实并为实践所证实. .(3) 费涅尔区费涅尔区费涅耳区的概念：费涅耳区的概念：满足满足 的所有点的集合的所有点的集合TRPd1d2dF1第二费涅耳区第二费涅耳区第一费涅耳区第一费涅耳区求第一费涅耳区的半径：求第一费涅耳区的半径：221222121dFdFddddF211因为在边界上满足因为在边界上满足2)(nTRRPTP所以：所以：121FndddnFn2)(nTRPRTP收信点场强与各费涅尔区的关系：收信点场强与各费涅尔区的关系：相邻费

30、涅尔区在收信点产生的场强反相，奇数费涅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力站之间通视, ,而且要求两站之间应而且要求两站之间应保证第一费涅尔区的完整保证第一费涅尔区的完整性性, ,因此因此, ,应验算应验算余隙余隙及接收电平能否满足要求及接收电平能否满足要求, ,仔细计算天线仔细计

31、算天线的高度的高度. .即即: :让反射点落在奇数让反射点落在奇数费涅尔区费涅尔区( (如第一费涅尔区如第一费涅尔区) )的边缘附近的边缘附近路径上刃形障碍物的阻挡损耗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刃形障碍物的阻挡使电波传播损耗增加播损耗增加, ,这个增加的损耗这个增加的损耗叫做叫做附加损耗附加损耗, ,这将使自由空这将使自由空间条件下的收信点电平降低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在传播路径上有刃形障碍物阻挡时(a)(a)如果障碍物的尖峰恰好落在收发两端天线上（如果障碍物的尖峰恰好落在收发两端天线上（hchc=0)=0)时，附时，附加损耗为加

32、损耗为dBdB；(b)(b)当障碍物峰顶超出连线（当障碍物峰顶超出连线（hchc为负为负) )时，附加损耗很快增加；时，附加损耗很快增加；(c) (c) 当障碍物顶峰在连线以下，且相对余隙当障碍物顶峰在连线以下，且相对余隙hchcF1F1大于大于. ., ,附附加损耗在加损耗在0dB0dB左右，实际传播损耗与自由空间损耗接近左右，实际传播损耗与自由空间损耗接近余隙的计算：余隙的计算：ddHhHhHhhHhec11122113)()(echHHhddHhddh3111221)(1 ()(H He e：地球突起高度：地球突起高度H He e：地球突起高度的求解：地球突起高度的求解BCAEDd1d2

33、BCEADEDECEAEBEEDBEDdAEdCERBED;21200121222KRddRddBEeK K为等效地球半径系数，为等效地球半径系数，R0=6370kmR0=6370km(4) 等效地球半径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，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，引入而是按曲线传播的为了便于分析，引入等效地球半径等效地球半径的概的概念，把电波射线仍然看成直线，而把地球的半径念，把电波射线仍然看成直线，而把地球的半径0 0等效为等效为R Re ed1d2dK=2/3K=1K=4/3K真实地球真实地球ad1d2d

34、aeK=2/3K=1K=4/3K等效后电波射线等效后电波射线hc实际电波射线实际电波射线等效后的情况等效后的情况TRTR决定于折射率梯度，也即受温度，湿度和压力等条件影决定于折射率梯度，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参数，是电路设计必须考虑的重要因素3.2.6 SDH 数字微波系统数字微波系统 SDH微波通信是新一代的数字微波传输体制，它兼有SDH数字通信和微波通信两者的优点。(1) SDH微波通信系统的组成 数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若

35、干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。 上图所示中，其主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路，除了线路两端的终端站外，还有大量中继站和分路站，构成一条数字微波中继通信线路。 微波站按工作性质不同，可分成：微波站按工作性质不同，可分成： 数字微波终端站，数字微波中继站，数字微波分路站，数字微波终端站，数字微波中继站，数字微波分路站，以及有两个以上方向的上、下话路的数字微波枢纽站。以及有两个以上方向的上、下话路的数字微波枢纽站。p SDHSDH微波终端站微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理(包括CMI/NRZ变换、SDH开销的插入与提取，微波帧开销的插入及旁路业务的提取等)、调制(包括

36、纠错编码、扰码及发信差分编码等)、发信混频及发信功率放大等；p 终端站的收信端完成主信号的低噪声接收(根据需要可含分集接收及分集合成)、解调(含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码、纠错译码等)、收信基带处理(含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取， SDH开销的插入与提取、NRZ/CMI变换等)。p 在公务联络方而，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。p 在网络管理方而，终端站可以通过软件设定为网管主站或主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可通过Q3接口与电信管理网(TMN)连接。终端站基带接口与SDH复用设备连

37、接，用于上、下低速支路信号。终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。p 微波中继站微波中继站主要完成信号的双向接收和转发。有调制、解调设备的中继站，称再生中继站。需要上、下话路的中继站称微波分路站，它必须与SDH的分插复用设备连接。p 再生中继站具有全线公务联络能力，以及向网管系统汇报站信息，线路运行质量的能力，并可执行网管系统的配置管理及进行遥控及遥测。再生中继站也可以上、下旁路业务信号。(2) SDH数字微波采用的关键技术 SDH微波传输设备所采用的基本技术大致与PDH相同，但由于传输方式的特点又决定了两者有所不同，SDH有下述几个关键技

38、术：编码调制技术交叉极化干扰抵消(XPIC)技术自适应频域和时域均衡技术高线性功率放大器和自动发射功率控制大规模专用集成电路(ASIC)设计技术分集技术网管技术 编码调制技术微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITU-R建议，我国在4-11 GHz频段大都采用的波道间隔为28-30 MHz及40 MHz(ITU-R相关的频率配置建议)。要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。SDH微波与PDH微波在相同的波道间隔下，所需调制状态数的区别见表。交叉极化干扰抵消(XPIC)技术p 为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中还采用双极化频率复用技术，使单波道

39、数据传输速率成倍增长。p 但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率(XPD)会降低，从而产生交叉极化干扰。为此，需要交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。p 自适应交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干扰信道中取出部分信号，经过适当处理后与有用信号相加，用以抵消叠加在有用信号上的来自正交极化信号的干扰。原则上干扰抵消过程可以在射频、中频或基带上进行。p 采用XPIC技术后，对干扰的抑制能力一般可达15 dB左右。自适应频域和时域均衡技术p 当系统采用多状态QAM调制方式时，要达到ITU-R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到ITU-R的新建议将不再给数

40、字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。p 在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。p 频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变；p 时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落，为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器。高线性功率放大器和自动发射功率控制p 多状态调制技术对传输信道，特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。例如，对采用64QAM的系统而言，要求传输信道的三阶交调失真要比主信号至少低4

41、5 dB。若采用128QAM或256QAM调制技术，则要求更严。p 为满足系统总传输性能的要求，除了对微波高功放采取输出回退措施外，还要采取一些非线性的补偿技术，如加中频或射频失真器或采用前馈技术等来改善放大器的线性。p 高线性功率放大器和自动发射功率控制(ATPC)技术的关键是微波发信机的输出功率在ATPC的控制范围内自动地随接收端接收电平的变化而变化。p 采用ATPC技术的优点是，降低了同一路由相邻系统的干扰，减小了衰落对系统的影响，降低了电源消耗，减小非线性失真。分集技术p 为了对抗多径衰落和降雨衰落的影响，将多个特性不相同的收信信号合成或切换，得到良好信号的技术称为分集技术。p 分集接

42、收是对抗多径衰落、提高数字微波电路传输质量的重要手段。在SDH微波系统中，由于采用多状态调制方式，它们对频率选择性衰落更敏感，因而分集接收的应用要比模拟微波和中小容量数字微波系统更广泛得多。p 分集改善很大程度上取决于各分集支路的信号之间的不相关性。p 在微波接力系统中，常用的分集技术有频率分集、空间分集、角度分集、路由分集。大规模专用集成电路(ASIC)设计技术 在数字微波设备中大量使用大规模专用集成电路(ASIC)以大大减小设备的体积，提升设备的功能，使设备及微波电路的稳定性和安全性大大提高，从而降低维护强度。网管技术 SDH网管系统采用标准化的管理体系，面向对象的信息管理方式，就是为了保

43、证SDH传输网正常、高效地运行。可以进行系统状态测试、告警监视、故障定位、性能数据采集、网络物理配置、保护切换等功能。p 数字通信系统中通常包括纠错编码和数字调制两个重要部分，它们对提高整个系统的频带利用率及差错性能起着关键的作用，传统的设计思想常常将这两个部分独立开来，分别进行考虑和设计。p 理论与实践已证明：单独考虑的纠错编码技术对误码性能的改善是通过增加码字间的汉明距离，将冗余插入到比特流来实现。其代价是降低有效信息传输速率。再者，对于多电平/多相位数字调制系统，常规汉明意义上的纠错码不能使系统的性能达到最佳。p 针对这些问题，国内外信息理论界进行了近二十年的研究，在理论及实际应用方面取

44、得了很大的突破：将纠错编码与数字调制看成一个整体，从统一的观点设计编码与调制，以得到使信道信号点序列间自由欧氏距离增大的编码，从而使整个系统的性能达到最佳。3.2.7 SDH数字微波系统中的编码调制技术数字微波系统中的编码调制技术(1)在给定的SNR前提下，将信道信号星座扩展以增加信号空间的冗余度，在同样传信率下可以改善系统的差错性能；(2)将信号集合有规则地逐步划分，使划分后各层信号子集呈现出子集间或子集内各信号点间的最小平方欧氏距离(MSED)不断扩大的特点。采用适当的编码将输入的数据映射到信号点，使输出的信号点序列间自由欧氏距离增大，改善系统的差错性能。(3)编码器状态数目(或约束度)的

45、增加，可以提高系统的编码增益，从而改善差错性能。(4)增加调制空间的维数能够减少信号空间的冗余度，提高信道每码元传送的信息量，从而进一步提高系统的频带利用率。(5)采用维特比(Viterbi)算法对所接收的点序列进行最大似然译码。 p编码调制方案中具有代表性的是编码调制方案中具有代表性的是BCM( (分组编码分组编码制制) )，TCM( (网格编码调制网格编码调制) )及及MLCM( (多层编码调多层编码调制制) )。p在在STM-1中一般采用中一般采用TCM-64QAM调制，而解调调制，而解调采用维特比译码器。采用维特比译码器。p今后将进一步提高调制状态数及严格限带，可能今后将进一步提高调制

46、状态数及严格限带，可能实现实现1024QAM/2048QAM或更高电平或更高电平QAM调制技调制技术术 将卷积码和多电平(或多相位)信号组合起来的TCM信号信号具有两个特征：p 星座图中所用的信号点数大于未编码同种调制所需的点数星座图中所用的信号点数大于未编码同种调制所需的点数（通常扩大一倍），这些附加的信号点为纠错编码提供冗（通常扩大一倍），这些附加的信号点为纠错编码提供冗余；余；p 采用卷积编码在相继的信号点间引入某种依赖性，因而只采用卷积编码在相继的信号点间引入某种依赖性，因而只有某些信号点序列才是允许出现的。有某些信号点序列才是允许出现的。 TCM系统比同样频谱和信息速率的未编码系统具有3-6dB的编码增益。p 集分割集分割的作用是使信号序列间的欧氏距离最大化从而获得编的作用是使信号序列间的欧氏距离最大化从而获得编码增益，它是码增益，它是TCMTCM系统的核心与灵魂。系统的核心与灵