《數(shù)字微波通信》ppt課件

1、數(shù)字微波通訊 本章主要討論數(shù)字微波通訊的根本概念、常用的調(diào)制解調(diào)方式以及在進展系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)思索的假設(shè)干問題，簡要介紹了SDH微波通訊系統(tǒng)。3.1 數(shù)字微波通訊的根本概念3.2 數(shù)字微波通訊中常用的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)3.3 視距傳輸特性3.4 數(shù)字微波通訊系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)思索的問題3.5 SDH微波通訊系統(tǒng) 3.1 數(shù)字微波通訊的根本概念 微波是指頻率為300MHz300GHz的電磁波，其所對應(yīng)的波長為1m1mm。 顯然，微波通訊是指用微波波段的電磁波進展通訊的一種通訊的方式；而數(shù)字微波通訊那么是指利用微波頻段的電磁波傳輸數(shù)字信息的一種通訊方式。 3.1.1 數(shù)字微波通訊的特點 數(shù)字微波通訊既具有數(shù)字通

2、訊的特點，又具有微波通訊的特點。 3.1.2 數(shù)字微波通訊系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)字微波中繼通訊線路是由線路兩端的終端站、假設(shè)干個中繼站及分路站構(gòu)成，如以下圖所示。 一、一、 數(shù)字微波終端站數(shù)字微波終端站 二、二、 天線、饋線系統(tǒng)天線、饋線系統(tǒng)三、三、 微波中繼站微波中繼站 一、一、 數(shù)字微波終端站數(shù)字微波終端站 在以下圖中示出，終端站中可包括：在以下圖中示出，終端站中可包括：微波收發(fā)信設(shè)備、調(diào)制解調(diào)設(shè)備以及時分微波收發(fā)信設(shè)備、調(diào)制解調(diào)設(shè)備以及時分復(fù)用設(shè)備。復(fù)用設(shè)備。 1. 微波收發(fā)信設(shè)備 每個終端站中都應(yīng)具有發(fā)送設(shè)備和接納設(shè)備。 2. 調(diào)制與解調(diào)設(shè)備 所謂調(diào)制，就是將所要傳輸?shù)幕鶐盘栕儞Q成適宜于信道

3、傳輸?shù)男盘柕囊环N過程。與其相反的過程就是解調(diào)。 以下圖示出了調(diào)制與解調(diào)過程的根本方框圖。 二、二、 天線、饋線系統(tǒng)天線、饋線系統(tǒng) 微波通訊中常用天線的根本方式有喇叭微波通訊中常用天線的根本方式有喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線和潛望天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線和潛望鏡天線等。鏡天線等。 三、三、 微波中繼站微波中繼站 由于微波通訊采用的是接力傳輸方式，由于微波通訊采用的是接力傳輸方式，因此，長途微波干線上必需求有微波中繼站。因此，長途微波干線上必需求有微波中繼站。中繼站的轉(zhuǎn)接方式包括以下三種：中繼站的轉(zhuǎn)接方式包括以下三種： 1.中頻轉(zhuǎn)接式中繼站 中頻轉(zhuǎn)接式中繼站采用的是中頻接口。 2.

4、 微波轉(zhuǎn)接方式中繼站 在微波頻率上直接放大，即為微波轉(zhuǎn)接方式。 3.再生轉(zhuǎn)接式中繼站 目前數(shù)字微波通訊中常用的轉(zhuǎn)接方式是再生轉(zhuǎn)接式中繼站，其表示圖如以下圖所示。 3.2 數(shù)字微波通訊中常用的調(diào)制與解調(diào)技術(shù) 數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，是數(shù)字微波通訊中的關(guān)鍵問題。在這一節(jié)首先引見二進制數(shù)字信號的根本調(diào)制方式，在此根底上引見數(shù)字微波通訊中常用的調(diào)制方式。 3.2.1 二進制數(shù)字信號的根本調(diào)制方式 3.2.2 二相相移鍵控 3.2.3 四相相移鍵控 3.2.4十六進制正交調(diào)幅 3.2.1 二進制數(shù)字信號的根本調(diào)制方式 數(shù)字信號三種調(diào)制方式的根本概念 ： 1.幅移鍵控 2.頻移鍵控 3.相移鍵控 數(shù)字微

5、波通訊常用的是相移鍵控，由于這種調(diào)制方式在抗干擾性能方面優(yōu)于另外兩種方式。 3.2.2 二相相移鍵控 用基帶數(shù)字信號對中頻載波相位進展鍵控的方式，稱為相移鍵控，用PSK表示。 相移鍵控又可分為絕對相移鍵控和相對相移鍵控兩種。 利用載波相位的絕對數(shù)值來傳送數(shù)字信息的鍵控方式，稱為絕對相移鍵控。 所謂相對相移鍵控，是利用載波信號相位的相對關(guān)系來表示數(shù)字信號的“碼或“碼。 在上述兩種相移鍵控中，實踐運用時，采用相對移相，這是為了抑制2PSK在解調(diào)時出現(xiàn)的“相位模糊景象。 一、一、 2DPSK 2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 2DPSK 2DPSK調(diào)制器的原理方框圖如以下圖所示。調(diào)制器的原理方框圖如以

6、下圖所示。它是由碼變換電路和絕對調(diào)相電路組成。碼變它是由碼變換電路和絕對調(diào)相電路組成。碼變換電路的主要作用是對輸入的基帶信號進展差換電路的主要作用是對輸入的基帶信號進展差分編碼，得到的差分碼，即是輸入信號的相對分編碼，得到的差分碼，即是輸入信號的相對碼，用此相對碼對載波信號進展絕對相移鍵控，碼，用此相對碼對載波信號進展絕對相移鍵控，即可得到即可得到2DPSK2DPSK信號。信號。 二、二、 2PSK 2PSK信號及信號及2DPSK2DPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 目前對于二相相移鍵控信號常用的解調(diào)方式目前對于二相相移鍵控信號常用的解調(diào)方式是相關(guān)解調(diào)和延遲解調(diào)兩種。是相關(guān)解調(diào)和延遲解調(diào)兩種。 1.

7、 1. 相關(guān)解調(diào)相關(guān)解調(diào) 由于接納到的已調(diào)波信號中無載波頻率成分，由于接納到的已調(diào)波信號中無載波頻率成分，所以在收端要設(shè)法從已調(diào)波中提取原載波信號。所以在收端要設(shè)法從已調(diào)波中提取原載波信號。由于提取的載波信號和調(diào)相波的載波頻率一樣，由于提取的載波信號和調(diào)相波的載波頻率一樣，故稱其為相關(guān)載波，利用它來進展解調(diào)的方法，故稱其為相關(guān)載波，利用它來進展解調(diào)的方法，稱為相關(guān)解調(diào)。稱為相關(guān)解調(diào)。 2. 2DPSK信號的解調(diào) 對2DPSK信號除采用上述的相關(guān)解調(diào)方法以外，還可以采用延遲解調(diào)，這種方法的原理方框圖，如以下圖所示。 3.2.3 四相相移鍵控 在現(xiàn)代數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)中，為了提高信息傳輸速率，常采用

8、多進制的調(diào)相技術(shù)。即利用載波的一種相位去攜帶一組二進制信息碼。 相數(shù)愈多，傳輸速率愈高，但相鄰載波之間的相位差愈小，這樣就使得接納時易產(chǎn)生誤碼而使誤碼率添加。所以，目前在多相調(diào)制方式中，通常采用四相制和八相制，在這里只引見四相調(diào)制。 一、一、 四相相移鍵控信號的產(chǎn)生四相相移鍵控信號的產(chǎn)生 1. 1. 四相絕對調(diào)相四相絕對調(diào)相 以下圖示出了以下圖示出了/調(diào)相系統(tǒng)采用正交調(diào)相系統(tǒng)采用正交調(diào)制法的原理方框圖。調(diào)制法的原理方框圖。 2. 四相相對調(diào)相 以下圖示出了一個/調(diào)相系統(tǒng)的四相相對調(diào)相原理方框圖。 二、二、 四相相移鍵控信號的解調(diào)四相相移鍵控信號的解調(diào) 1.四相絕對調(diào)置信號的解調(diào)四相絕對調(diào)置信號

9、的解調(diào) 四相絕對調(diào)置信號的解調(diào)器方框圖如以下圖所四相絕對調(diào)置信號的解調(diào)器方框圖如以下圖所示。示。 2. 四相相對調(diào)置信號的解調(diào) 四相相對調(diào)置信號的解調(diào)可采用兩種方法進展，一種是相關(guān)解調(diào)法。另一種解調(diào)方法是延遲解調(diào)法，其方框圖如以下圖所示。 上面引見的是四相相移鍵控的調(diào)制及解調(diào)的根本原理。對于八相調(diào)制，同樣它是提高頻譜利用率的一種方式，它是把碼元周期(分成八種相位，兩相位形狀之間的相位差為 ，每種相位形狀對應(yīng)一組3比特碼，這樣它的信息速率比二相調(diào)相時提高了三倍。依此類推可以看出，隨著相數(shù)的添加，信息傳輸速率在提高，但是兩種相位形狀之間的相位差在減小，這樣使得解調(diào)時產(chǎn)生誤碼的概率添加。因此，在大容

10、量的數(shù)字微波通訊系統(tǒng)中廣泛采用了十六進制正交調(diào)幅(16QAM)方式。 3.2.4十六進制正交調(diào)幅 QAM調(diào)制是既調(diào)幅又調(diào)相的一種方式。 一、 16QAM調(diào)制器 16QAM調(diào)制器的構(gòu)成目前主要采用兩種方法，即正交調(diào)幅法和疊加法。 以下圖示出了16QAM正交調(diào)幅法調(diào)制器的方框圖。 圖示出了采用四相疊加法的16QAM調(diào)制器的原理方框圖。 二、 16QAM解調(diào)器 對于正交調(diào)制信號的解調(diào)，主要是采用正交相關(guān)解調(diào)器，其原理方框圖示于以下圖。 3.3 視距傳輸特性 這一節(jié)主要引見自在空間電波傳播的一些特點，電波衰落景象及抗衰落技術(shù)。 3.3.1 自在空間傳播損耗和收信電平的計算 3.3.2 多徑衰落 3.3

11、.1 自在空間傳播損耗和收信電平的計算 平面波在自在空間傳播時，能量由于分散，隨傳輸間隔的添加而減小，這種衰減稱為自在空間的傳播損耗，用Ls表示。 自在空間收信電平的計算: 收信電平是指接納機輸入電平，在工程上常用dBm表示。 3.3.2 多徑衰落 上面討論的問題是假定電磁波在無限大的自在空間傳輸，這是理想情況，在實踐的微波傳輸途徑中，必需思索地面反射和大氣折射的影響。 一、 多徑衰落的概念 接納的信號應(yīng)是各射線的矢量和，而且接納信號的大小和周邊條件及氣候條件有關(guān)。我們把接納信號電平隨時間而變化的景象稱為多徑衰落。 二、二、 抗衰落技術(shù)抗衰落技術(shù) 微波傳輸過程中的衰落景象，給高質(zhì)量的信微波傳輸

12、過程中的衰落景象，給高質(zhì)量的信息傳輸帶來不利影響，因此，人們提出了各種抗息傳輸帶來不利影響，因此，人們提出了各種抗衰落技術(shù)，目前常用的是分集技術(shù)、自順應(yīng)平衡衰落技術(shù)，目前常用的是分集技術(shù)、自順應(yīng)平衡技術(shù)及備用波道倒換技術(shù)。技術(shù)及備用波道倒換技術(shù)。 1.分集技術(shù)分集技術(shù) 分集就是指經(jīng)過兩條或兩條以上途徑傳輸同分集就是指經(jīng)過兩條或兩條以上途徑傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技術(shù)措施。一信息，以減輕衰落影響的一種技術(shù)措施。 分集接納技術(shù)有頻率分集和空間分集。分集接納技術(shù)有頻率分集和空間分集。 頻率分集是把同一數(shù)字信息送至兩部發(fā)射機，兩部發(fā)射機的射頻頻率具有較大間隔，在接納端接納這兩個頻率的信號，合

13、并成輸出信號 。 空間分集是在收信端設(shè)置幾付高度不同的天線，同時接納一個發(fā)射天線送出的信號，然后經(jīng)過合成或選擇，抑制衰落的影響。 2.自順應(yīng)平衡技術(shù) 可以順應(yīng)時間變化的平衡器為自順應(yīng)平衡器。 3.備用波道倒換技術(shù) 3.4 數(shù)字微波通訊系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)思索的問題 3.4.1 數(shù)字微波通訊線路的傳輸質(zhì)量規(guī)范 3.4.2 數(shù)字微波通訊的射頻頻率配置 3.4.3 數(shù)字微波線路中的干擾問題 3.4.4 數(shù)字微波線路中天線高度的選取 3.4.1 數(shù)字微波通訊線路的傳輸質(zhì)量規(guī)范 線路傳輸?shù)馁|(zhì)量規(guī)范包括：誤碼性能、可用度、傳輸容量和接口特性等。下面重點引見誤碼性能和可用度目的。 一、 誤碼性能 誤碼性能是數(shù)字微波

14、通訊系統(tǒng)的主要質(zhì)量目的，CCIR針對不同等級的假想?yún)⒖茧娐芬?guī)定有不同的誤碼性能目的，這些目的可供等長度的實踐數(shù)字微波電路參考。 二、可用度 3.4.2 數(shù)字微波通訊的射頻頻率配置 為了添加微波線路的通訊容量，在微波站上普通都有假設(shè)干套微波收發(fā)信機同時任務(wù)，每一套微波收發(fā)信機占有一個任務(wù)頻率，構(gòu)成一條通道，稱為一個波道。為了減小波道間的相互關(guān)擾，合理選擇和配置射頻頻率那么是一個非常重要的問題。 目前在微波通訊中采用比較多的是用分割制配置收發(fā)頻率。 3.4.3 數(shù)字微波線路中的干擾問題 下面主要引見幾種系統(tǒng)內(nèi)的常見干擾。 一、 回波干擾 二、 交叉極化干擾 三、 越站干擾 四、 臨近波道干擾 3.

15、4.4 數(shù)字微波線路中天線高度的選取 天線高度選取的能否適宜，主要經(jīng)過天線余隙規(guī)范來驗證。 一、 什么是天線余隙 從中繼段上地勢最高點到收、發(fā)天線連線之間的垂直間隔稱為天線余隙，用hc表示，如以下圖所示。 二、二、 天線余隙規(guī)范的計算天線余隙規(guī)范的計算 天線余隙值的大小和等效地球半徑系數(shù)天線余隙值的大小和等效地球半徑系數(shù)K及及第一費涅爾區(qū)半徑第一費涅爾區(qū)半徑F1有關(guān)。有關(guān)。 根據(jù)費涅爾橢球面及費涅爾區(qū)的定義，經(jīng)根據(jù)費涅爾橢球面及費涅爾區(qū)的定義，經(jīng)推導(dǎo)得出第一費涅爾區(qū)半徑的近似式為：推導(dǎo)得出第一費涅爾區(qū)半徑的近似式為： dddF216 .311 三、三、 余隙規(guī)范的計算余隙規(guī)范的計算 從前面的表

16、達可以看出，從前面的表達可以看出，K值的變化將引起值的變化將引起余隙的變化，當(dāng)余隙的變化，當(dāng)K為不同值時，所對應(yīng)的余隙規(guī)為不同值時，所對應(yīng)的余隙規(guī)范為：范為： K=2/3 時時(余隙較小余隙較小)要求要求hc0.3F1 K=4/3 時時(規(guī)范大氣規(guī)范大氣)要求要求hc1.0F1 K=時時 (余隙較大余隙較大) 要求要求hc1.35F1 3.5 SDH微波通訊系統(tǒng) 本節(jié)重點引見SDH微波傳輸系統(tǒng)中采用的一些關(guān)鍵技術(shù)、SDH微波傳輸系統(tǒng)的性能目的。 3.5.1 SDH微波傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù) 3.5.2 SDH微波通訊系統(tǒng)的傳輸誤碼性能目的 3.5.1 SDH微波傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù) 一、 過失控

17、制編碼技術(shù) 二、 自順應(yīng)平衡技術(shù) 三、 自動發(fā)信功率控制技術(shù)(ATPC)一、一、 過失控制編碼技術(shù)過失控制編碼技術(shù) 過失控制編碼又稱信道編碼，是過失控制編碼又稱信道編碼，是提高數(shù)字傳輸可靠性的一種技術(shù)。提高數(shù)字傳輸可靠性的一種技術(shù)。 二、二、 自順應(yīng)平衡技術(shù)自順應(yīng)平衡技術(shù) 在在SDH微波接納設(shè)備中，普通先運用頻域平微波接納設(shè)備中，普通先運用頻域平衡器，然后接基帶時域平衡器。衡器，然后接基帶時域平衡器。頻域平衡器主頻域平衡器主要可以減少頻率選擇性衰落的影響，普通是在中要可以減少頻率選擇性衰落的影響，普通是在中頻上實現(xiàn)，由于此平衡器可以在接納信號時自動頻上實現(xiàn)，由于此平衡器可以在接納信號時自動調(diào)整，因此稱為自順應(yīng)頻域平衡器。調(diào)整，因此稱為自順應(yīng)頻域平衡器。而時域平而時域平衡是利用波形補償法對失真的波形進展補償，這衡是利用波形補償法對失真的波形進展補償，這是目前在高速數(shù)據(jù)傳輸中運用的根本平衡方法，是目前在高速數(shù)據(jù)傳輸中運用的根本平衡方法，它可以消除各種方式的碼間干擾。它可以消除各種方式的碼間干擾。 三、三、 自動發(fā)信功率控制技術(shù)自動發(fā)信功率控制技術(shù)(ATPC) ATPC技術(shù)的要點是：微波發(fā)信機的技術(shù)的要點是：微波發(fā)信機的輸出功率在輸出功率在ATPC的控制范圍內(nèi)可以自動的控制范圍內(nèi)可以自動地隨接納電平的變化而變化，即地隨接納電平的變化而變化，即ATPC技技術(shù)可以根據(jù)收信機的收