現(xiàn)代通信技術下章微波通信市公開課一等獎省賽課獲獎課件

第4.2章數(shù)字微波通信技術4.21.1概述4.21.1微波通信發(fā)展微波通信是指用微波頻率作載波攜帶信息,經過無線電波空間進行中繼(接力)通信方式微波頻率指300MHz~300GHz,波段詳細劃分見按照不一樣應用要求當代微波通信又可分為：衛(wèi)星通信，移動通信，微波中繼通信，無線電系統(tǒng)，有線微波傳輸以及散射通信等幾個方式為了提升頻帶利用率:新調制技術,PDH向SDH轉變,未來主干為光纖輔以衛(wèi)星通信和微波通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信技術下章微波通信第1頁５０公里圖微波中繼通信線路1.通信容量大2.方向性強即抗干擾強3.能夠降低地理條件影響4.波長短,直射波因地球曲面距離受限制現(xiàn)代通信技術下章微波通信第2頁4.21.2微波通信特點“微波、多路、接力”?！拔⒉ā笔侵肝⒉üぷ黝l段寬，它包含了分米波、厘米波和毫米波三個頻段。“多路”是指微波通信通信容量大，即微波通信設備通頻帶能夠做得很寬?！敖恿Α笔钱斍皬V泛使用于視距微波通信方式。用于傳輸頻分多路-調頻制（FDM-FM）基帶信號系統(tǒng)叫作模擬制微波通信系統(tǒng)；用于傳輸數(shù)字基帶信號系統(tǒng)叫作數(shù)字微波通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信技術下章微波通信第3頁數(shù)字微波除了含有上面所說微波通信普遍特點外，還含有數(shù)字通信特點：（1）抗干擾性強、整個線路噪聲不累積；（2）保密性強，便于加密；（3）器件便于固態(tài)化和集成化，設備體積小、耗電少；（4）便于組成綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。數(shù)字微波缺點:要求信道帶寬較寬,因而產生了頻率選擇性衰落,其抗衰落技術比模擬微波復雜現(xiàn)代通信技術下章微波通信第4頁4.21.3微波中繼通信系統(tǒng)在通信網(wǎng)中地位終端端局交換中心交換中心交換中心端局終端微波中繼交換中心交換中心衛(wèi)星通信光纖通信現(xiàn)代通信技術下章微波通信第5頁4.22數(shù)字微波通信系統(tǒng)4.22.1數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成信源信道信宿信源編碼器信道編碼器數(shù)字調制器數(shù)字解調器信道譯碼器信源譯碼器噪聲干擾發(fā)端基帶信號收端基帶信號頻帶傳輸信道數(shù)字微波通信系統(tǒng)模型現(xiàn)代通信技術下章微波通信第6頁4.22.2

數(shù)字信道性能指標傳輸容量(1)波特率RB:是指系統(tǒng)每秒能傳送碼元數(shù)，單位波特(2)比特率Rb：是指每秒鐘通信系統(tǒng)所傳輸信息量,單位比特／秒2.傳輸質量（１）碼元誤碼率：（２）比特誤碼率：現(xiàn)代通信技術下章微波通信第7頁3.信道頻帶利用率:是指單位頻帶信息傳輸速率,即每赫茲秒所傳送比特數(shù),記作b/(s.Hz)現(xiàn)代通信技術下章微波通信第8頁4.23微波中繼通信系統(tǒng)4.2３.１數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)基本組成端站中間站樞紐站再生中繼站端站端站圖．數(shù)字微波中繼線路組成處于線路兩端或分支線路終點站,可上下全部支路信號,可配置ADM或TM設備處于長途干線上,需要完成數(shù)個方向上通信任務溝通本站上下部分支路,另外溝通干線上兩個方向之間通信對收到已調信號進行解調,判決再生,轉發(fā)至下一方向現(xiàn)代通信技術下章微波通信第9頁微波中繼站中繼方式能夠分為直接中繼(射頻轉接),外差中繼(中頻轉接),基帶中繼(再生中繼)三種方式微波放大微波放大移頻(a)直接中繼方式(b)外差中繼方式低噪聲放大功率放大下變頻上變頻中放設備量少,電源功耗低,適于不須上下話路無人值守中繼站現(xiàn)代通信技術下章微波通信第10頁低噪聲放大功率放大下變頻上變頻中放解調調制中放載波載波圖基帶中繼方式現(xiàn)代通信技術下章微波通信第11頁4.23.2數(shù)字微波中繼通信波道及其射頻頻率配置1.波道設置

一條微波線路提供可用帶寬普通都比較寬,(幾百兆).而普通收發(fā)信機通頻帶較之小多,(幾十兆).為了使一條微波通信線路可用帶寬得到充分利用,將微波線路可用帶寬劃分成若干頻率小段,并在每個頻率小段上設置一套微波收發(fā)信機,組成一條微波通信傳輸通道,也稱為波道.通常一條微波通信線能夠設置6,8,12個波道2.射頻波道配置波道頻率配置標準:在給定可用頻率范圍內盡可能多安排波道數(shù),增加通信容量;降低各波道間干擾,以提升通信質量;有利于通信設備標準化,系列化.現(xiàn)代通信技術下章微波通信第12頁(1)一個波道頻率配置(a)二頻制：優(yōu)點占用頻帶窄，頻率利用率高．缺點存在反向干擾f1f2f1f2f2f1f2f1ABCD越站干擾反向干擾f1f3f1f3f2f4f2f14ABCD越站干擾(b)四頻制：優(yōu)點不存在反向干擾，缺點占用頻帶比二頻制寬一倍現(xiàn)代通信技術下章微波通信第13頁處理越區(qū)干擾有效辦法之一:是在設計微波線路時,使相鄰第四微波站不要選擇在第一、二兩微波站延長線上１２３４越區(qū)干擾１２３４越區(qū)干擾１２３４無越區(qū)干擾越區(qū)干擾與無越區(qū)干擾示意圖現(xiàn)代通信技術下章微波通信第14頁（２）多個波道頻率配置Ａ方向Ｂ方向Ａ方向Ｂ方向圖一.收發(fā)頻率相間排列方式缺點:收發(fā)要分開使用天線圖二.收發(fā)頻率集中排列方始每個波道采取二頻制,收發(fā)頻率間隔大,能夠共用一副天線現(xiàn)代通信技術下章微波通信第15頁4.24微波傳輸信道

微波傳輸信道包含微波傳輸空間,天線和饋線等微波傳輸設備,在兩個微波站之間電波傳輸存在衰減,這種衰減能夠按自由空間天線能量衰落進行計算,但實際傳輸情況與兩站所處環(huán)境和自然環(huán)境相關.4.24.1微波傳輸特征1.自由空間傳輸所謂電波傳輸自由空間.理想介質空間，自由空間里充滿了均勻、理想介質。電波在自由空間傳輸損耗指電波在自由空間傳輸時擴散損耗。在理想自由空間傳輸電波，不產生反射、折射、吸收、散射及熱損耗。現(xiàn)代通信技術下章微波通信第16頁dAPt接收天線有效面積ＢPr天線接收到功率為：其中：Pt----發(fā)射功率；c—光速f---工作頻率；d---收、發(fā)距離路徑損耗用分貝表示：接收功率為：現(xiàn)代通信技術下章微波通信第17頁例．已知微波設備發(fā)信功率為1W，工作頻率為3800MHz，兩站間距離45km，收、發(fā)天線增益為39dB，饋線衰減每端為2dB，分路系統(tǒng)每端為1dB，求收信電平。解：

Ls=-32.4-20lgd-20lgf=-92.4-20lg45-20lg3.8=137.1(dB)Pr=Pt+Gt+Gr-（Lft+Lft）-LO=30+39+39-（（2+1）+（2+1））-137.1=-35.1(dBm)答：收信電平為-35.1dBm?，F(xiàn)代通信技術下章微波通信第18頁2.最大視距h1h2dR0其中：Ｒ0＝6370km為地球半徑．５.４.２微波反射特征TRAPh2h1dr1r2直射波行程：反射波行程：行程差：假設d>>h1h2:現(xiàn)代通信技術下章微波通信第19頁反射波與直射波因行程差引發(fā)相位差：另外，反射引發(fā)180度相移,所以接收到合成電場強度為:L0反應距離原因造成衰減,Lr反應反射原因附加衰減．現(xiàn)代通信技術下章微波通信第20頁當行程差遠遠小于波長時:現(xiàn)代通信技術下章微波通信第21頁惠更斯電磁波動性學說:光和電磁波都是一個振動,振動源周圍媒質是有彈性,故一點振動可經過媒質傳遞給鄰近質點,并依次向外擴展,而成為在媒質中傳輸波.依據(jù)惠更斯原理:一個點源振動傳遞給鄰近質點后,就形成了二次波源,三次波源等,若點源發(fā)出是球面波,那么其產生二次,三次波前面也應是球面波.費涅耳在這個基礎上又提出了”費涅耳區(qū)”概念,深入解釋了電波反射,繞射等現(xiàn)象,并為實踐所證實.２．費涅爾區(qū)現(xiàn)代通信技術下章微波通信第22頁費涅耳區(qū)概念：滿足全部點Ｐ集合TRPd1d2dF1第二費涅耳區(qū)第一費涅耳區(qū)求第一費涅耳區(qū)半徑：因為在邊界上滿足所以：現(xiàn)代通信技術下章微波通信第23頁收信點場強與各費涅爾區(qū)關系：相鄰費涅爾區(qū)在收信點Ｒ產生場強反相，奇數(shù)費涅爾區(qū)使收信場強增強，偶數(shù)費涅爾區(qū)使收信場強減弱．實際微波系統(tǒng)線路設計時第一件事是線路勘探，大致確定微波站選點．在一條微波接力線上，不但要求相鄰兩個接力站之間通視,而且要求兩站之間應確保第一費涅爾區(qū)完整性,所以,應驗算余隙及接收電平能否滿足要求,仔細計算天線高度.即:讓反射點落在奇數(shù)費涅爾區(qū)(如第一費涅爾區(qū))邊緣附近現(xiàn)代通信技術下章微波通信第24頁路徑上刃形障礙物阻擋損耗:刃形障礙物阻擋使電波傳輸損耗增加,這個增加損耗叫做附加損耗,這將使自由空間條件下收信點電平降低.在傳輸路徑上有刃形障礙物阻擋時(a)假如障礙物尖峰恰好落在收發(fā)兩端天線上（hc=0)時，附加損耗為６dB；(b)當障礙物峰頂超出連線（hc為負)時，附加損耗很快增加；(c)當障礙物頂峰在連線以下，且相對余隙hc／F1大于０.５,附加損耗在0dB左右，實際傳輸損耗與自由空間損耗靠近．現(xiàn)代通信技術下章微波通信第25頁余隙計算：He：地球突起高度現(xiàn)代通信技術下章微波通信第26頁He：地球突起高度求解BCAEDd1d2K為等效地球半徑系數(shù)，R0=6370km現(xiàn)代通信技術下章微波通信第27頁３．等效地球半徑因為大氣折射作用，使實際電波傳輸不是按直線進行，而是按曲線傳輸．為了便于分析，引入等效地球半徑概念，把電波射線依然看成直線，而把地球半徑Ｒ0等效為Red1d2dK=2/3K=1K=4/3真實地球ad1d2daeK=2/3K=1K=4/3等效后電波射線hc實際電波射線等效后情況TRTRＫ決定于折射率梯度，也即受溫度，濕度和壓力等條件影響，它是反應對流層氣象條件改變對電波傳輸影響主要參數(shù)，是電路設計必須考慮主要原因現(xiàn)代通信技術下章微波通信第28頁現(xiàn)代通信技術下章微波通信第29頁5.5.3SDH微波系統(tǒng)主要設備端站設備分為終端站,中間站和分路站(1)終端站設備配置運行、管理、維護和參考配置功效STM-4復用器:IFModemCh.ACh.BOAMP發(fā)信機Ch.ACh.B收信機Ch.ACh.B去發(fā)信天線自收信天線CNet4XSTM-1或４X63X2Mb/sSTM-4光接口ＳＤＨ復用設備ＳＤＨ微波傳輸設備圖終端站設備配置622Mb/s現(xiàn)代通信技術下章微波通信第30頁只具備ＳＴＭ－Ｎ速率接口，無復用設備和ＳＤＨ傳輸設備，可放在樞紐站上，用作某方向信號轉接．(2)中間站設備IFModemCh.ACh.B發(fā)信機Ch.ACh.B收信機Ch.ACh.B去發(fā)信天線自收信天線STM-4光接口ＲＦ圖中間端站設備配置ＩＦ現(xiàn)代通信技術下章微波通信第31頁（３）分路站設備

配置有ＳＤＨ分插復用設備（ＡＤＭ），含有ＳＴＭ－４接口和有限個支路接口．ＳＴＭ－４用于溝通干線兩個方向通信，２Mb/s接口用于當?shù)厣舷轮罚樱模确植鍙陀肐FModemCh.ACh.BOAMP發(fā)信機Ch.ACh.B收信機Ch.ACh.B去發(fā)信天線自收信天線CNetSTM-4光接口圖分路站設備配置STM-1或2Mb/s現(xiàn)代通信技術下章微波通信第32頁２．再生站設備

用于接收，再生和發(fā)送由微波通道所傳輸ＳＤＨ數(shù)字信號．一對收發(fā)信波道信號再生，由兩套分別用于向上再生站設備來完成．它沒有光傳輸接口設備和１：Ｎ保護電路，也沒有分路部分。IFModemCh.ACh.BOAMP發(fā)信機Ch.ACh.B去發(fā)信天線CNet圖終端站設備配置收信機Ch.ACh.B自收信天線IFIFIFIFRF現(xiàn)代通信技術下章微波通信第33頁3.SDH微波基帶信號處理要完成微波傳送中絕大部分信號處理功效．3選1SOH插入擾碼RFCOH插入差分編碼格/自變換分配SOH分接去擾碼ROH分接糾錯編碼格雷譯碼糾錯編碼格雷編碼差分譯碼自/格變換時延調整SOHRFCOH主用備用主用備用RFCOH圖數(shù)字信號處理器RFCOH:微波輔助開銷SOH-SDH段開銷IQIQ現(xiàn)代通信技術下章微波通信第34頁5.5.4數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)主要技術1.抗衰落技術微波是視距沿直線傳輸,在傳輸路徑上因為氣象條件改變,傳輸環(huán)境不一樣,會產生各種