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

微波中繼通信的概念第18章微波中繼通信技術根據(jù)無線電頻譜的劃分，通常將分米波、厘米波、毫米波統(tǒng)稱為微波，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、毫米波段的無線電波作為載波進行的信息傳輸過程或方式。

如果被載送的信號是模擬基帶信號，則為模擬微波通信，若是數(shù)字基帶信號，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）方式在地面上進行無線通信的過程或方式。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今三大通信傳輸技術。5圖18-1微波中繼通信示意圖第18章微波中繼通信技術6對于地面上的遠距離微波通信，采用中繼方式的直接原因有兩個微波傳播具有視距傳播特性，即電磁波是沿直線傳播的，而地球表面是個曲面，所以，為了延長通信距離，需要在通信兩地之間設立若干中繼站，進行電磁波轉接；微波在傳播過程中有損耗，在遠距離通信時有必要采用中繼方式對信號逐段接收、放大和發(fā)送。第18章微波中繼通信技術7微波中繼通信主要作用傳送長途電話信號、寬頻帶信號（如電視信號）、數(shù)據(jù)信號、移動通信系統(tǒng)基地站與移動業(yè)務交換中心之間的信號等；還可用于通向孤島等特殊地形的通信線路以及內河船舶電話系統(tǒng)等移動通信的入網(wǎng)線路。第18章微波中繼通信技術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。國外的微波設備往往首先選用4GHz頻段。我國主要使用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，故用于干線微波通信，而支線或專用網(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918.3微波中繼通信的特點微波中繼通信的特點（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，可容納同時工作的無線電設備就越多，通信容量也就越大。一套短波通信設備一般只能容納幾條話路同時工作，而一套微波中繼通信設備可以容納幾千甚至上萬條話路同時工作，并可傳輸電視圖像等寬頻帶信號。（2）抗干擾性好，工作穩(wěn)定可靠。工業(yè)干擾、天電干擾及太陽黑子的活動對微波頻段通信的影響?。ó斖ㄐ蓬l率高于100MHz時，這些干擾對通信的影響極?。?，但它們嚴重影響短波以下頻段的通信。第18章微波中繼通信技術10（3）通信靈活性較大。微波中繼通信采用中繼方式，可以實現(xiàn)地面上的遠距離通信，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)爭等災禍時，通信的建立、撤收及轉移都比較容易，這些方面比電纜通信具有更大的靈活性。（4）天線增益高、方向性強。中繼通信可以減小對發(fā)射功率的要求而獲得滿意的通信效果。另外由于微波具有直線傳播特性，可利用微波天線把電磁波聚集成很窄的波束，使微波天線具有根強的方向性，減少通信中的相互干擾。（5）投資少、建設快。在通信容量和質量基本相同的條件下，按話路公里計算，微波中繼通信線路的建設費用不到同軸電纜通信線路的一半，而且還可以節(jié)省大量有色金屬，建設時間也比后者短。第18章微波中繼通信技術1118.4微波中繼通信系統(tǒng)的組成微波中繼通信系統(tǒng)的線路組成可以是一條主干線，中間有若干支線，也可以是由樞紐站向若干方向分支，其主干線可以長達幾百公里甚至幾千公里，支線可以有多條。除了在線路未端設置微波終端站外，還在線路中間每隔一定距離設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)主要由用戶終端、交換機、終端復用設備和微波站等組成，如圖18-3。第18章微波中繼通信技術12第18章微波中繼通信技術13用戶終端用戶終端是用戶直接使用的輸入／輸出終端設備，如自動電話機、電傳機、計算機、調度電話機等。用戶終端主要通過交換機集中在微波終端站或微波分路站。交換機用戶可通過交換機進行呼叫連接、建立暫時的通信信道，既實現(xiàn)本地用戶終端之間的業(yè)務互通（如實現(xiàn)本地話音用戶之間的通話），又可通過微波中繼通信線路實現(xiàn)本地用戶終端與遠地（對端交換機所轄范圍）用戶終端之間的業(yè)務互通。第18章微波中繼通信技術14終端復用設備

終端復用設備的基本功能是將交換機送來的多路信號或群路信號進行適當變換，然后送到微波終端站或微波分路站的發(fā)信機；將微波終端站或微波分路站的收信機送來的多路信號或群路信號適當變換后送到交換機。模擬微波中繼通信系統(tǒng)的終端復用設備是頻分多路載波機；數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的終端復用設備是時分多路數(shù)字終端機，包括增量調制（△M）和脈沖編碼調制（PCM）兩種制式。終端復用設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自終端復用設備的群路信號。按其與終端復用設備的連接關系，微波站分為終端站、分路站、樞紐站和中繼站。處于主干線兩端或支線路終點的微波站稱為終端站，在此站可上行、下行全部支路信號。處于微波線路中間，除了可以在本站上收發(fā)部分支路信號外，還可溝通干線上兩個方向之間通信的微波站稱為分路站。配有交叉連接設備，除了在本站上收發(fā)部分支部信號外，還可以溝通干線上數(shù)個方向之間通信的微波站稱為樞紐站，它具有通信樞紐功能。處于微波線路中間，沒有上下話路的微波站稱為中繼站。微波分路站和樞紐站統(tǒng)稱微波主站，微波中繼站和分路站統(tǒng)稱微波中間站。典型的數(shù)字微波站的主要設備包括天線饋線系統(tǒng)、微波收發(fā)信機、調制解調器、時分多路復用設備（基帶處理設備）、電源設備以及為保障通信線路正常運行和無人維護所需的監(jiān)測控制設備等。如圖18-4所示。第18章微波中繼通信技術16第18章微波中繼通信技術17微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉接方式一般按照收發(fā)信機轉接信號時的接口頻帶劃分基帶轉接方式中頻轉接方式微波轉接方式微波直放轉接方式無源轉接方式18.5微波中間站的轉接方式第18章微波中繼通信技術18第18章微波中繼通信技術19基帶轉接方式中間站把來自某一通信方向載頻為f1的接收信號經(jīng)對應中繼機（微波收發(fā)信機）的天饋系統(tǒng)（天線饋線系統(tǒng)），傳送到收信機。再經(jīng)微波低噪聲放大器后，與該中繼機的接收機本振信號混頻，混頻輸出信號經(jīng)中放后送到解調器解調并輸出基帶信號，對基帶信號進行判決再生，再生后的信碼序列進行中頻數(shù)字載波調制。已調信號經(jīng)過變頻后輸出載頻為f2的微波信號，該信號經(jīng)微波功放、天饋系統(tǒng)后向中間站的另一個通信方向發(fā)送出去這種轉接方式采用數(shù)字接口，可以消除噪聲積累，是目前微波通信最常見的一種轉接方式。第18章微波中繼通信技術20中頻轉接方式中間站把來自某一通信方向載頻為f1的接收信號經(jīng)對應中繼機的天饋系統(tǒng)，將發(fā)信端輸出的微波信號通過高頻饋線送至天線，經(jīng)天線變換為無線電波朝通信方向發(fā)射出去，再經(jīng)微波低噪聲放大器后，與該中繼機接收機本振信號混頻，混頻輸出信號經(jīng)中放后轉接到該中間站的另一中繼機的發(fā)信機功率中放，將信號放大到上變頻器所需的功率電平，然后與發(fā)信機本振信號進行上變頻，輸出載頻為f2的微波信號。該信號經(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。信號從中間站的某一中繼機的收信機轉接到另一中繼機的發(fā)信機時，接口頻帶為中頻，所以稱作中頻轉接，中頻轉接省去了調制、解調器，簡化了設備，但中頻轉接不能上、下話路，不能消除噪聲積累。第18章微波中繼通信技術21微波轉接方式與中頻轉接類似，但其轉接接口是微波接口，且為了使同一中間站的轉發(fā)信號不干擾接收信號，轉信載頻f2相對于收信載頻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，還需在微波放大時采取自動增益控制措施。微波轉接電路技術實現(xiàn)起來比中頻轉接困難，但微波轉接方案簡單，設備體積小、功耗低。第18章微波中繼通信技術22微波直放轉接方式以微波寬帶低噪聲放大器、微波寬帶線性功率放大器和微波分路濾波器等器件為基礎，進行有源、雙向、無頻率變換的微波信號直接放大。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行變頻，其結構大為簡化，體積很小，可以直接安裝在天線支梁上，且其功耗低，可利用太陽能供電，可靠性較高，一般不需維護?？捎糜谘娱L通信距離，改善衰落儲備或克服某些地形障礙，且不需建機房、修道路和架設電力線路，節(jié)省了基建費用。第18章微波中繼通信技術23無源轉接方式利用金屬反射板改變微波波束的方向以起到轉接的作用。維護簡單，主要用于克服山河等地形障礙，但對反射板的抗風能力要求很高且造價較高。24數(shù)字微波發(fā)信設備可以有如下兩種組成方案：微波調制發(fā)射機中頻調制發(fā)射機18.6數(shù)字微波的收發(fā)信設備第18章微波中繼通信技術25第18章微波中繼通信技術26數(shù)字微波收信設備一般都采用超外差接收方式，由射頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和解調系統(tǒng)三部分組成。第18章微波中繼通信技術2718.7數(shù)字微波通信的關鍵技術多級編碼調制技術要在有限的頻帶內傳輸SDH信號，必須采用更高狀態(tài)的調制技術，如64QAM、128QAM等。為了降低誤碼，在SDH微波傳輸設備中，把糾錯碼與編碼調制作為整體來考慮，采用了一種多級編碼調制（MLCM）技術，如采用卷積編碼為第一級，奇偶校驗為第二級，由此稱為多級編碼，如STM－4中采用的是64QAM-MLCM調制方式。第18章微波中繼通信技術28交叉極化干擾抵消器技術 為了進一步增加數(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用技術，使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長，但這會引起交叉極化干擾，為此，需要一個交叉極化干擾抵消器（XPLC），用以減少來自正交極化信號的干擾。 自適應交叉極化干擾抵消器由橫向濾波器和控制電路組成。交叉極化干擾抵消技術的基本原理是利用橫向濾波器從被正交干擾的信號中取出正交干擾信號，然后將它從被正交干擾的信號中減去，用以抵消疊加在有用信號上的來自正交極化信號的干擾。29自適應頻域和時域均衡技術當系統(tǒng)采用多狀態(tài)QAM調制方式時，要達到ITU－R所規(guī)定的性能指標，對多徑衰落必須采用相應的對抗措施。在各種抗衰落技術中，除了分集接收技術外，最常用的技術是自適應均衡技術，包括自適應頻域和時域均衡技術。在SDH微波接收設備中一般先使用頻域均衡器，后接中頻時域均衡器或基帶時域均衡器。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，收信號的幅度下降較大，時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償網(wǎng)絡的頻率選擇性去補償實際信道頻率特性的畸變。時域均衡是利用波形補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30自適應發(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發(fā)信功率控制(ATPG)技術，自適應發(fā)信功率控制技術的基本原理是收信站根據(jù)檢測到的收信電平，可求出此時的傳播損耗，由此得出對應的ATPG數(shù)據(jù)并經(jīng)調制后發(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，收信站檢測到的收信電平下降，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技術的優(yōu)點是微波發(fā)信機的輸出功率在ATPG的控制范圍內自動地隨接收端接收電平的變化而變化，減小衰落對系統(tǒng)的影響，降低對相鄰波導的干擾，降低電源消耗，減小非線性失真。

第18章微波中繼通信技術31波道倒換