通信原理與通信技術(shù)3版第18章

1第18章微波中繼通信技術(shù)218.1微波中繼通信的概念第18章微波中繼通信技術(shù)主要內(nèi)容18.3微波中繼通信的特點(diǎn)18.4微波中繼通信系統(tǒng)的組成18.5微波中間站的轉(zhuǎn)接方式18.6數(shù)字微波的收發(fā)信設(shè)備18.2微波中繼通信的頻率范圍18.7數(shù)字微波通信的關(guān)鍵技術(shù)318.1

微波中繼通信的概念第18章微波中繼通信技術(shù)根據(jù)無(wú)線(xiàn)電頻譜的劃分，通常將分米波、厘米波、毫米波統(tǒng)稱(chēng)為微波，其頻率范圍為300MHz～300GHz。

而所謂的微波通信通常是指利用分米波、厘米波、毫米波段的無(wú)線(xiàn)電波作為載波進(jìn)行的信息傳輸過(guò)程或方式。

如果被載送的信號(hào)是模擬基帶信號(hào)，則為模擬微波通信，若是數(shù)字基帶信號(hào)，則為數(shù)字微波通信。4微波中繼通信利用微波作為載波并采用中繼（接力）方式在地面上進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的過(guò)程或方式。分為模擬微波中繼通信和數(shù)字微波中繼通信

模擬微波中繼通信雖然出現(xiàn)早、技術(shù)成熟，但正逐漸被數(shù)字微波中繼通信所取代。

目前數(shù)字微波中繼通信已成為通信領(lǐng)域中一種重要的傳輸手段，并與衛(wèi)星通信、光纖通信一起成為當(dāng)今三大通信傳輸技術(shù)。5圖18-1微波中繼通信示意圖第18章微波中繼通信技術(shù)6對(duì)于地面上的遠(yuǎn)距離微波通信，采用中繼方式的直接原因有兩個(gè)微波傳播具有視距傳播特性，即電磁波是沿直線(xiàn)傳播的，而地球表面是個(gè)曲面，所以，為了延長(zhǎng)通信距離，需要在通信兩地之間設(shè)立若干中繼站，進(jìn)行電磁波轉(zhuǎn)接；微波在傳播過(guò)程中有損耗，在遠(yuǎn)距離通信時(shí)有必要采用中繼方式對(duì)信號(hào)逐段接收、放大和發(fā)送。第18章微波中繼通信技術(shù)7微波中繼通信主要作用傳送長(zhǎng)途電話(huà)信號(hào)、寬頻帶信號(hào)（如電視信號(hào)）、數(shù)據(jù)信號(hào)、移動(dòng)通信系統(tǒng)基地站與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心之間的信號(hào)等；還可用于通向孤島等特殊地形的通信線(xiàn)路以及內(nèi)河船舶電話(huà)系統(tǒng)等移動(dòng)通信的入網(wǎng)線(xiàn)路。第18章微波中繼通信技術(shù)818.2微波中繼通信的頻率范圍目前，微波中繼使用的頻段范圍為1GHz～40GHz，如表18-1所列。國(guó)外的微波設(shè)備往往首先選用4GHz頻段。我國(guó)主要使用2GHz、4GHz、6GHz、7GHz、8GHz和11GHz頻段，其中2GHz、4GHz、6GHz頻段因電波傳播比較穩(wěn)定，故用于干線(xiàn)微波通信，而支線(xiàn)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)微波通信常用2GHz、7GHz、8GHz或11GHz。表18-1部分微波頻段劃分代號(hào)L波段S波段C波段X波段Ku波段K波段Ka波段頻率/GHz1～22～44～88～1313～1818～2828～40第18章微波中繼通信技術(shù)918.3微波中繼通信的特點(diǎn)微波中繼通信的特點(diǎn)（1）微波頻帶寬，通信容量大。微波頻段占用的頻帶約300GHz，而全部長(zhǎng)波、中波和短波頻段占有的頻帶總和不足30MHz，前者是后者的10000多倍。占用的頻帶越寬，可容納同時(shí)工作的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備就越多，通信容量也就越大。一套短波通信設(shè)備一般只能容納幾條話(huà)路同時(shí)工作，而一套微波中繼通信設(shè)備可以容納幾千甚至上萬(wàn)條話(huà)路同時(shí)工作，并可傳輸電視圖像等寬頻帶信號(hào)。（2）抗干擾性好，工作穩(wěn)定可靠。工業(yè)干擾、天電干擾及太陽(yáng)黑子的活動(dòng)對(duì)微波頻段通信的影響?。ó?dāng)通信頻率高于100MHz時(shí)，這些干擾對(duì)通信的影響極?。?，但它們嚴(yán)重影響短波以下頻段的通信。第18章微波中繼通信技術(shù)10（3）通信靈活性較大。微波中繼通信采用中繼方式，可以實(shí)現(xiàn)地面上的遠(yuǎn)距離通信，并且可以跨越沼澤、江河、湖泊和高山等特殊地理環(huán)境。在遭遇地震、洪水、戰(zhàn)爭(zhēng)等災(zāi)禍時(shí)，通信的建立、撤收及轉(zhuǎn)移都比較容易，這些方面比電纜通信具有更大的靈活性。（4）天線(xiàn)增益高、方向性強(qiáng)。中繼通信可以減小對(duì)發(fā)射功率的要求而獲得滿(mǎn)意的通信效果。另外由于微波具有直線(xiàn)傳播特性，可利用微波天線(xiàn)把電磁波聚集成很窄的波束，使微波天線(xiàn)具有根強(qiáng)的方向性，減少通信中的相互干擾。（5）投資少、建設(shè)快。在通信容量和質(zhì)量基本相同的條件下，按話(huà)路公里計(jì)算，微波中繼通信線(xiàn)路的建設(shè)費(fèi)用不到同軸電纜通信線(xiàn)路的一半，而且還可以節(jié)省大量有色金屬，建設(shè)時(shí)間也比后者短。第18章微波中繼通信技術(shù)1118.4微波中繼通信系統(tǒng)的組成微波中繼通信系統(tǒng)的線(xiàn)路組成可以是一條主干線(xiàn)，中間有若干支線(xiàn)，也可以是由樞紐站向若干方向分支，其主干線(xiàn)可以長(zhǎng)達(dá)幾百公里甚至幾千公里，支線(xiàn)可以有多條。除了在線(xiàn)路未端設(shè)置微波終端站外，還在線(xiàn)路中間每隔一定距離設(shè)置若干微波中繼站和微波分路站。如圖18-2所示。

最基本的數(shù)字微波通信系統(tǒng)主要由用戶(hù)終端、交換機(jī)、終端復(fù)用設(shè)備和微波站等組成，如圖18-3。第18章微波中繼通信技術(shù)12第18章微波中繼通信技術(shù)13用戶(hù)終端用戶(hù)終端是用戶(hù)直接使用的輸入／輸出終端設(shè)備，如自動(dòng)電話(huà)機(jī)、電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)度電話(huà)機(jī)等。用戶(hù)終端主要通過(guò)交換機(jī)集中在微波終端站或微波分路站。交換機(jī)用戶(hù)可通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行呼叫連接、建立暫時(shí)的通信信道，既實(shí)現(xiàn)本地用戶(hù)終端之間的業(yè)務(wù)互通（如實(shí)現(xiàn)本地話(huà)音用戶(hù)之間的通話(huà)），又可通過(guò)微波中繼通信線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)本地用戶(hù)終端與遠(yuǎn)地（對(duì)端交換機(jī)所轄范圍）用戶(hù)終端之間的業(yè)務(wù)互通。第18章微波中繼通信技術(shù)14終端復(fù)用設(shè)備

終端復(fù)用設(shè)備的基本功能是將交換機(jī)送來(lái)的多路信號(hào)或群路信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)變換，然后送到微波終端站或微波分路站的發(fā)信機(jī)；將微波終端站或微波分路站的收信機(jī)送來(lái)的多路信號(hào)或群路信號(hào)適當(dāng)變換后送到交換機(jī)。模擬微波中繼通信系統(tǒng)的終端復(fù)用設(shè)備是頻分多路載波機(jī)；數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的終端復(fù)用設(shè)備是時(shí)分多路數(shù)字終端機(jī)，包括增量調(diào)制（△M）和脈沖編碼調(diào)制（PCM）兩種制式。終端復(fù)用設(shè)備配置在微波終端站或微波分路站。15微波站微波站的基本功能是傳輸來(lái)自終端復(fù)用設(shè)備的群路信號(hào)。按其與終端復(fù)用設(shè)備的連接關(guān)系，微波站分為終端站、分路站、樞紐站和中繼站。處于主干線(xiàn)兩端或支線(xiàn)路終點(diǎn)的微波站稱(chēng)為終端站，在此站可上行、下行全部支路信號(hào)。處于微波線(xiàn)路中間，除了可以在本站上收發(fā)部分支路信號(hào)外，還可溝通干線(xiàn)上兩個(gè)方向之間通信的微波站稱(chēng)為分路站。配有交叉連接設(shè)備，除了在本站上收發(fā)部分支部信號(hào)外，還可以溝通干線(xiàn)上數(shù)個(gè)方向之間通信的微波站稱(chēng)為樞紐站，它具有通信樞紐功能。處于微波線(xiàn)路中間，沒(méi)有上下話(huà)路的微波站稱(chēng)為中繼站。微波分路站和樞紐站統(tǒng)稱(chēng)微波主站，微波中繼站和分路站統(tǒng)稱(chēng)微波中間站。典型的數(shù)字微波站的主要設(shè)備包括天線(xiàn)饋線(xiàn)系統(tǒng)、微波收發(fā)信機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、時(shí)分多路復(fù)用設(shè)備（基帶處理設(shè)備）、電源設(shè)備以及為保障通信線(xiàn)路正常運(yùn)行和無(wú)人維護(hù)所需的監(jiān)測(cè)控制設(shè)備等。如圖18-4所示。第18章微波中繼通信技術(shù)16第18章微波中繼通信技術(shù)17微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉(zhuǎn)接方式一般按照收發(fā)信機(jī)轉(zhuǎn)接信號(hào)時(shí)的接口頻帶劃分基帶轉(zhuǎn)接方式中頻轉(zhuǎn)接方式微波轉(zhuǎn)接方式微波直放轉(zhuǎn)接方式無(wú)源轉(zhuǎn)接方式18.5微波中間站的轉(zhuǎn)接方式第18章微波中繼通信技術(shù)18第18章微波中繼通信技術(shù)19基帶轉(zhuǎn)接方式中間站把來(lái)自某一通信方向載頻為f1的接收信號(hào)經(jīng)對(duì)應(yīng)中繼機(jī)（微波收發(fā)信機(jī)）的天饋系統(tǒng)（天線(xiàn)饋線(xiàn)系統(tǒng)），傳送到收信機(jī)。再經(jīng)微波低噪聲放大器后，與該中繼機(jī)的接收機(jī)本振信號(hào)混頻，混頻輸出信號(hào)經(jīng)中放后送到解調(diào)器解調(diào)并輸出基帶信號(hào)，對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行判決再生，再生后的信碼序列進(jìn)行中頻數(shù)字載波調(diào)制。已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)變頻后輸出載頻為f2的微波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)微波功放、天饋系統(tǒng)后向中間站的另一個(gè)通信方向發(fā)送出去這種轉(zhuǎn)接方式采用數(shù)字接口，可以消除噪聲積累，是目前微波通信最常見(jiàn)的一種轉(zhuǎn)接方式。第18章微波中繼通信技術(shù)20中頻轉(zhuǎn)接方式中間站把來(lái)自某一通信方向載頻為f1的接收信號(hào)經(jīng)對(duì)應(yīng)中繼機(jī)的天饋系統(tǒng)，將發(fā)信端輸出的微波信號(hào)通過(guò)高頻饋線(xiàn)送至天線(xiàn)，經(jīng)天線(xiàn)變換為無(wú)線(xiàn)電波朝通信方向發(fā)射出去，再經(jīng)微波低噪聲放大器后，與該中繼機(jī)接收機(jī)本振信號(hào)混頻，混頻輸出信號(hào)經(jīng)中放后轉(zhuǎn)接到該中間站的另一中繼機(jī)的發(fā)信機(jī)功率中放，將信號(hào)放大到上變頻器所需的功率電平，然后與發(fā)信機(jī)本振信號(hào)進(jìn)行上變頻，輸出載頻為f2的微波信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)微波功放、天饋系統(tǒng)后，向中間站的另一通信方向發(fā)送出去。信號(hào)從中間站的某一中繼機(jī)的收信機(jī)轉(zhuǎn)接到另一中繼機(jī)的發(fā)信機(jī)時(shí)，接口頻帶為中頻，所以稱(chēng)作中頻轉(zhuǎn)接，中頻轉(zhuǎn)接省去了調(diào)制、解調(diào)器，簡(jiǎn)化了設(shè)備，但中頻轉(zhuǎn)接不能上、下話(huà)路，不能消除噪聲積累。第18章微波中繼通信技術(shù)21微波轉(zhuǎn)接方式與中頻轉(zhuǎn)接類(lèi)似，但其轉(zhuǎn)接接口是微波接口，且為了使同一中間站的轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)不干擾接收信號(hào)，轉(zhuǎn)信載頻f2相對(duì)于收信載頻f1需要移頻，即移頻振蕩器的頻率等于f2與f1之差。為了克服傳播衰落引起的電子波動(dòng)，還需在微波放大時(shí)采取自動(dòng)增益控制措施。微波轉(zhuǎn)接電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比中頻轉(zhuǎn)接困難，但微波轉(zhuǎn)接方案簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小、功耗低。第18章微波中繼通信技術(shù)22微波直放轉(zhuǎn)接方式以微波寬帶低噪聲放大器、微波寬帶線(xiàn)性功率放大器和微波分路濾波器等器件為基礎(chǔ)，進(jìn)行有源、雙向、無(wú)頻率變換的微波信號(hào)直接放大。適用于模擬微波中繼通信和數(shù)字微波中繼通信，采用該方式的微波直放中間站不進(jìn)行變頻，其結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，體積很小，可以直接安裝在天線(xiàn)支梁上，且其功耗低，可利用太陽(yáng)能供電，可靠性較高，一般不需維護(hù)?？捎糜谘娱L(zhǎng)通信距離，改善衰落儲(chǔ)備或克服某些地形障礙，且不需建機(jī)房、修道路和架設(shè)電力線(xiàn)路，節(jié)省了基建費(fèi)用。第18章微波中繼通信技術(shù)23無(wú)源轉(zhuǎn)接方式利用金屬反射板改變微波波束的方向以起到轉(zhuǎn)接的作用。維護(hù)簡(jiǎn)單，主要用于克服山河等地形障礙，但對(duì)反射板的抗風(fēng)能力要求很高且造價(jià)較高。24數(shù)字微波發(fā)信設(shè)備可以有如下兩種組成方案：微波調(diào)制發(fā)射機(jī)中頻調(diào)制發(fā)射機(jī)18.6數(shù)字微波的收發(fā)信設(shè)備第18章微波中繼通信技術(shù)25第18章微波中繼通信技術(shù)26數(shù)字微波收信設(shè)備一般都采用超外差接收方式，由射頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)三部分組成。第18章微波中繼通信技術(shù)2718.7數(shù)字微波通信的關(guān)鍵技術(shù)多級(jí)編碼調(diào)制技術(shù)要在有限的頻帶內(nèi)傳輸SDH信號(hào)，必須采用更高狀態(tài)的調(diào)制技術(shù)，如64QAM、128QAM等。為了降低誤碼，在SDH微波傳輸設(shè)備中，把糾錯(cuò)碼與編碼調(diào)制作為整體來(lái)考慮，采用了一種多級(jí)編碼調(diào)制（MLCM）技術(shù)，如采用卷積編碼為第一級(jí)，奇偶校驗(yàn)為第二級(jí)，由此稱(chēng)為多級(jí)編碼，如STM－4中采用的是64QAM-MLCM調(diào)制方式。第18章微波中繼通信技術(shù)28交叉極化干擾抵消器技術(shù) 為了進(jìn)一步增加數(shù)字微波系統(tǒng)的容量，提高頻譜利用率，需采用雙極化頻率復(fù)用技術(shù)，使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長(zhǎng)，但這會(huì)引起交叉極化干擾，為此，需要一個(gè)交叉極化干擾抵消器（XPLC），用以減少來(lái)自正交極化信號(hào)的干擾。 自適應(yīng)交叉極化干擾抵消器由橫向?yàn)V波器和控制電路組成。交叉極化干擾抵消技術(shù)的基本原理是利用橫向?yàn)V波器從被正交干擾的信號(hào)中取出正交干擾信號(hào)，然后將它從被正交干擾的信號(hào)中減去，用以抵消疊加在有用信號(hào)上的來(lái)自正交極化信號(hào)的干擾。29自適應(yīng)頻域和時(shí)域均衡技術(shù)當(dāng)系統(tǒng)采用多狀態(tài)QAM調(diào)制方式時(shí)，要達(dá)到ITU－R所規(guī)定的性能指標(biāo)，對(duì)多徑衰落必須采用相應(yīng)的對(duì)抗措施。在各種抗衰落技術(shù)中，除了分集接收技術(shù)外，最常用的技術(shù)是自適應(yīng)均衡技術(shù)，包括自適應(yīng)頻域和時(shí)域均衡技術(shù)。在SDH微波接收設(shè)備中一般先使用頻域均衡器，后接中頻時(shí)域均衡器或基帶時(shí)域均衡器。頻域均衡器主要用于減少頻率選擇性衰落的影響。有選擇性衰落時(shí)，收信號(hào)的幅度下降較大，時(shí)域均衡很難正常工作。所謂頻域均衡是利用中頻通道插入的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的頻率選擇性去補(bǔ)償實(shí)際信道頻率特性的畸變。時(shí)域均衡是利用波形補(bǔ)償法將失真的波形加以校正，用于消除各種形式的碼間干擾、最小相位和非最小相位衰落。第18章微波中繼通信技術(shù)30自適應(yīng)發(fā)信功率控制為了抗電波傳播衰落，在SDH微波傳輸中使用自適應(yīng)發(fā)信功率控制(ATPG)技術(shù)，自適應(yīng)發(fā)信功率控制技術(shù)的基本原理是收信站根據(jù)檢測(cè)到的收信電平，可求出此時(shí)的傳播損耗，由此得出對(duì)應(yīng)的ATPG數(shù)據(jù)并經(jīng)調(diào)制后發(fā)回發(fā)信站；發(fā)信站根據(jù)接收到的ATPG數(shù)據(jù)控制發(fā)信功率。例如傳播損耗增大時(shí)，收信站檢測(cè)到的收信電平下降，經(jīng)ATPG數(shù)據(jù)處理后發(fā)回發(fā)信站；發(fā)信站根據(jù)接收到的ATPG數(shù)據(jù)增大發(fā)信電平。采用ATPG技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是微波發(fā)信機(jī)的輸出功率在ATPG的控制范圍內(nèi)自動(dòng)地隨接收端接收電平的變化而變化，減小衰落對(duì)系統(tǒng)的影響，降低對(duì)相鄰波導(dǎo)的干擾，降低電源消耗，減小非線(xiàn)性失真。

第18章微波中繼通信技術(shù)31波道倒換