第三章數(shù)字微波通信第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月本章主要討論數(shù)字微波通信的基本概念、常用的調(diào)制解調(diào)方式以及在進行系統(tǒng)設計時應考慮的若干問題，簡要介紹了SDH微波通信系統(tǒng)。

第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1數(shù)字微波通信的基本概念3.2數(shù)字微波通信中常用的調(diào)制與解調(diào)技術3.3視距傳輸特性3.4數(shù)字微波通信系統(tǒng)設計中應考慮的問題3.5

SDH微波通信系統(tǒng)第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.1數(shù)字微波通信的基本概念微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，其所對應的波長為1m～1mm。顯然，微波通信是指用微波波段的電磁波進行通信的一種通信的方式；而數(shù)字微波通信則是指利用微波頻段的電磁波傳輸數(shù)字信息的一種通信方式。

第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1.1數(shù)字微波通信的特點

數(shù)字微波通信既具有數(shù)字通信的特點，又具有微波通信的特點。3.1.2數(shù)字微波通信系統(tǒng)的構成

數(shù)字微波中繼通信線路是由線路兩端的終端站、若干個中繼站及分路站構成，如下圖所示。

第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)字微波終端站二、天線、饋線系統(tǒng)三、微波中繼站第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)字微波終端站

在下圖中示出，終端站中可包括：微波收發(fā)信設備、調(diào)制解調(diào)設備以及時分復用設備。

第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.微波收發(fā)信設備每個終端站中都應具有發(fā)送設備和接收設備。2.調(diào)制與解調(diào)設備所謂調(diào)制，就是將所要傳輸?shù)幕鶐盘栕儞Q成適合于信道傳輸?shù)男盘柕囊环N過程。與其相反的過程就是解調(diào)。第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月下圖示出了調(diào)制與解調(diào)過程的基本方框圖。

第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、天線、饋線系統(tǒng)

微波通信中常用天線的基本形式有喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線和潛望鏡天線等。三、微波中繼站

由于微波通信采用的是接力傳輸方式，因此，長途微波干線上必須要有微波中繼站。中繼站的轉(zhuǎn)接方式包括以下三種：第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月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.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)字微波通信中常用的轉(zhuǎn)接方式是再生轉(zhuǎn)接式中繼站，其示意圖如下圖所示。

第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2數(shù)字微波通信中常用的調(diào)制與解調(diào)技術數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)技術，是數(shù)字微波通信中的關鍵問題。在這一節(jié)首先介紹二進制數(shù)字信號的基本調(diào)制方式，在此基礎上介紹數(shù)字微波通信中常用的調(diào)制方式。

3.2.1二進制數(shù)字信號的基本調(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)幅第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1二進制數(shù)字信號的基本調(diào)制方式

數(shù)字信號三種調(diào)制方式的基本概念：1.幅移鍵控

2.頻移鍵控3.相移鍵控

數(shù)字微波通信常用的是相移鍵控，因為這種調(diào)制方式在抗干擾性能方面優(yōu)于另外兩種方式。

第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月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行鍵控的方式，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。

第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月所謂相對相移鍵控，是利用載波信號相位的相對關系來表示數(shù)字信號的“１”碼或“０”碼。在上述兩種相移鍵控中，實際使用時，采用相對移相，這是為了克服2PSK在解調(diào)時出現(xiàn)的“相位模糊”現(xiàn)象。

第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、2DPSK信號的產(chǎn)生

2DPSK調(diào)制器的原理方框圖如下圖所示。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行差分編碼，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行絕對相移鍵控，即可得到2DPSK信號。第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、2PSK信號及2DPSK信號的解調(diào)

目前對于二相相移鍵控信號常用的解調(diào)方式是相干解調(diào)和延遲解調(diào)兩種。

1.相干解調(diào)由于接收到的已調(diào)波信號中無載波頻率成分，所以在收端要設法從已調(diào)波中提取原載波信號。因為提取的載波信號和調(diào)相波的載波頻率相同，故稱其為相干載波，利用它來進行解調(diào)的方法，稱為相干解調(diào)。第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2DPSK信號的解調(diào)對2DPSK信號除采用上述的相干解調(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，如下圖所示。第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月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，常采用多進制的調(diào)相技術。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，這樣就使得接收時易產(chǎn)生誤碼而使誤碼率增加。所以，目前在多相調(diào)制方式中，通常采用四相制和八相制，在這里只介紹四相調(diào)制。第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、四相相移鍵控信號的產(chǎn)生

1.四相絕對調(diào)相下圖示出了π/４調(diào)相系統(tǒng)采用正交調(diào)制法的原理方框圖。

第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.四相相對調(diào)相下圖示出了一個π/２調(diào)相系統(tǒng)的四相相對調(diào)相原理方框圖。第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、四相相移鍵控信號的解調(diào)

1.四相絕對調(diào)相信號的解調(diào)四相絕對調(diào)相信號的解調(diào)器方框圖如下圖所示。

第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.四相相對調(diào)相信號的解調(diào)

四相相對調(diào)相信號的解調(diào)可采用兩種方法進行，一種是相干解調(diào)法。另一種解調(diào)方法是延遲解調(diào)法，其方框圖如下圖所示。第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月上面介紹的是四相相移鍵控的調(diào)制及解調(diào)的基本原理。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(２π）分成八種相位，兩相位狀態(tài)之間的相位差為π／４，每種相位狀態(tài)對應一組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)的增加，信息傳輸速率在提高，但是兩種相位狀態(tài)之間的相位差在減小，這樣使得解調(diào)時產(chǎn)生誤碼的概率增加。因此，在大容量的數(shù)字微波通信系統(tǒng)中廣泛采用了十六進制正交調(diào)幅(16QAM)方式。第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月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)制器的構成目前主要采用兩種方法，即正交調(diào)幅法和疊加法。

第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月下圖示出了16QAM正交調(diào)幅法調(diào)制器的方框圖。

第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月圖示出了采用四相疊加法的16QAM調(diào)制器的原理方框圖。

第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、16QAM解調(diào)器對于正交調(diào)制信號的解調(diào)，主要是采用正交相干解調(diào)器，其原理方框圖示于下圖。

第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.3視距傳輸特性這一節(jié)主要介紹自由空間電波傳播的一些特點，電波衰落現(xiàn)象及抗衰落技術。3.3.1自由空間傳播損耗和收信電平的計算

3.3.2多徑衰落

第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1自由空間傳播損耗和收信電平的計算

平面波在自由空間傳播時，能量由于擴散，隨傳輸距離的增加而減小，這種衰減稱為自由空間的傳播損耗，用Ls表示。自由空間收信電平的計算:收信電平是指接收機輸入電平，在工程上常用dBm表示。第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

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由空間傳輸，這是理想情況，在實際的微波傳輸路徑中，必須考慮地面反射和大氣折射的影響。

一、多徑衰落的概念接收的信號應是各射線的矢量和，而且接收信號的大小和周邊條件及氣象條件有關。我們把接收信號電平隨時間而變化的現(xiàn)象稱為多徑衰落。

第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、抗衰落技術

微波傳輸過程中的衰落現(xiàn)象，給高質(zhì)量的信息傳輸帶來不利影響，因此，人們提出了各種抗衰落技術，目前常用的是分集技術、自適應均衡技術及備用波道倒換技術。

1.分集技術分集就是指通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措施。分集接收技術有頻率分集和空間分集。

第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月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，在接收端接收這兩個頻率的信號，合并成輸出信號?？臻g分集是在收信端設置幾付高度不同的天線，同時接收一個發(fā)射天線送出的信號，然后經(jīng)過合成或選擇，克服衰落的影響。2.自適應均衡技術能夠適應時間變化的均衡器為自適應均衡器。3.備用波道倒換技術第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4數(shù)字微波通信系統(tǒng)設計中應考慮的問題3.4.1

數(shù)字微波通信線路的傳輸質(zhì)量標準3.4.2數(shù)字微波通信的射頻頻率配置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

第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.1數(shù)字微波通信線路的傳輸質(zhì)量標準線路傳輸?shù)馁|(zhì)量標準包括：誤碼性能、可用度、傳輸容量和接口特性等。下面重點介紹誤碼性能和可用度指標。一、誤碼性能誤碼性能是數(shù)字微波通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標，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指標，這些指標可供等長度的實際數(shù)字微波電路參考。

二、可用度第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2數(shù)字微波通信的射頻頻率配置

為了增加微波線路的通信容量，在微波站上一般都有若干套微波收發(fā)信機同時工作，每一套微波收發(fā)信機占有一個工作頻率，構成一條通道，稱為一個波道。為了減小波道間的相互干擾，合理選擇和配置射頻頻率則是一個非常重要的問題。目前在微波通信中采用比較多的是用分割制配置收發(fā)頻率。第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3數(shù)字微波線路中的干擾問題下面主要介紹幾種系統(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、鄰近波道干擾第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.4數(shù)字微波線路中天線高度的選取天線高度選取的是否合適，主要通過天線余隙標準來驗證。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距離稱為天線余隙，用hc表示，如下圖所示。第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、天線余隙標準的計算天線余隙值的大小和等效地球半徑系數(shù)K及第一費涅爾區(qū)半徑F1有關。根據(jù)費涅爾橢球面及費涅爾區(qū)的定義，經(jīng)推導得出第一費涅爾區(qū)半徑的近似式為：

第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月三、余隙標準的計算從前面的敘述可以看出，K值的變化將引起余隙的變化，當K為不同值時，所對應的余隙標準為：K=2/3時(余隙較小)要求hc≥0.3F1

K=4/3時(標準大氣)要求hc≈1.0F1K=∞時(余隙較大)要求hc≤1.35F1第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.5SDH微波通信系統(tǒng)

本節(jié)重點介紹SDH微波傳輸系統(tǒng)中采用的一些關鍵技術、SDH微波傳輸系統(tǒng)的性能指標。3.5.1SDH微波傳輸系統(tǒng)中的關鍵技術3.5.2SDH微波通信系統(tǒng)的傳輸誤碼性能指標

第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5.1SDH微波傳輸系統(tǒng)中的關鍵技術

一、差錯控制編碼技術

二、自適應均衡技術三、自動發(fā)信功率控制技術(ATPC)第48頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、差錯控制編碼技術

差錯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。第49頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、自適應均衡技術

在SDH微波接收設備中，一般先使用頻域均衡