1、第5章 微波與衛(wèi)星通信技術(shù),5.1數(shù)字微波通信的概述 5.2數(shù)字微波通信系統(tǒng) 5.3 SDH微波通信系統(tǒng),5.4一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng) 5.5衛(wèi)星通信技術(shù) 5.6衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)成,5.1數(shù)字微波通信的概述,5.1.1數(shù)字微波通信的概念 微波是指頻率在300MHz300GHz范圍內(nèi)的電磁波。常用的范圍是140GHz。數(shù)字微波通信是指利用微波(射頻)作載波攜帶數(shù)字信息，通過無(wú)線電波空間進(jìn)行中繼（接力）的通信方式。目前使用較多的頻段是2、4、6、7、8和11 GHz。 微波通信是無(wú)線通信的一種方式。進(jìn)行無(wú)線通信，發(fā)信端需把待傳信息轉(zhuǎn)換成無(wú)線電信號(hào)，依靠無(wú)線電波在空間傳播。收信端需把無(wú)線電信號(hào)還原出發(fā)

2、信端所傳信息。因此，在介紹微波中繼通信前，應(yīng)首先了解無(wú)線電波及其特性。,（一）無(wú)線電波和頻段劃分 無(wú)線電頻段的劃分如表5.1所示。 表5.1 無(wú)線電波頻段劃分,在無(wú)線電技術(shù)中，通常用頻率（或波長(zhǎng)）作為無(wú)線電波最有表征意義的參量。這是因?yàn)轭l率(或波長(zhǎng))相差很遠(yuǎn)的無(wú)線電波，往往具有很不相同的性質(zhì)，如傳播方式，中長(zhǎng)波沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力較強(qiáng)，而微波卻只能在大氣對(duì)流層中直線傳播，繞射能力很弱。 一般說(shuō)來(lái)，各個(gè)頻段的無(wú)線電波都可以用作無(wú)線通信。所謂微波，一般是指頻率為300MHz300GHz(或波長(zhǎng)為1mlmm)范圍內(nèi)的無(wú)線電波?！拔ⅰ保褪窃摕o(wú)線電波的波長(zhǎng)相對(duì)于周圍物體的幾何尺寸很短的意思。,（二）微

3、波通信的特點(diǎn) 微波通信具有下列特點(diǎn)： (1) 微波頻段，受工業(yè)、天電和宇宙等外部干擾的影響很小，使微波通信的傳輸可靠性提高。12GHz以下，受風(fēng)雨冰雪等惡劣氣象條件的影響較小，可使微波通信的穩(wěn)定度大大提高。 (2) 微波頻段占有頻帶很寬，可以容納更多的無(wú)線電設(shè)備工作。由表5.1可知，全部長(zhǎng)、中、短波頻段的總頻帶占有不到30MHz，而微波僅厘米波的頻帶就占有27103MHz ，幾乎是前者的103倍。占有頻帶越寬，可容納同時(shí)工作的無(wú)線電設(shè)備越多。信息容量大。,(3) 微波射束在視距范圍內(nèi)直線、定向傳播，天線的兩站間的通信，距離不會(huì)太遠(yuǎn)，一般為50km。 5.1.2 微波傳播特性 （一）自由空間的電

4、波傳播 1. 自由空間的概念 自由空間又稱為理想介質(zhì)空間，即相當(dāng)于真空狀態(tài)的理想空間。在此空間充滿著均勻、理想的介質(zhì)。 2. 自由空間傳播損耗 在自由空間傳播的電磁波不產(chǎn)生反射、折射、吸收和散射等現(xiàn)象，即總能量在傳播過程沒有被損耗掉。,但是，電波在自由空間傳播時(shí)，其能量會(huì)因向空間擴(kuò)散而衰耗。這是因?yàn)殡姴ㄓ商炀€輻射后，向周圍空間傳播，到達(dá)接收地點(diǎn)的能量?jī)H是一小部分。距離越遠(yuǎn)，接收點(diǎn)的能量越小，如同一只燈泡所發(fā)出的光一樣，均勻地向四面八方擴(kuò)散出去。 這種電波擴(kuò)散衰耗稱為自由空間傳播損耗。傳播損耗為： （5-1） 式中：d為收發(fā)天線的直線距離，m；f為發(fā)信頻率，Hz；c為光速度， ；,當(dāng)距離以km為

5、單位，頻率以GHz為單位時(shí) （5-2） 若頻率以MHz為單位，則 （5-3）,3. 自由空間傳播條件下收信電平的計(jì)算 實(shí)際使用的天線均為有方向性天線。設(shè)收發(fā)天線增益分別為 、 ；收發(fā)兩端饋線系統(tǒng)損耗分別為 、 ；收發(fā)兩端分路系統(tǒng)損耗分別為 、 。則在自由空間傳播條件下，接收機(jī)的輸入電平為 （5-4） 例 已知發(fā)信功率為 ，工作頻率 , 兩站間距離,，,求在自由空間傳播條件下，接收機(jī)的輸入電平和輸入功率。 解 由式（5-2）式得,再由式（5-4）可得（,）,即,（二）地形地物對(duì)微波傳播的影響 微波中繼通信的電磁波主要在靠近地表的大氣空間傳播，因而地形地物對(duì)微波電磁波會(huì)產(chǎn)生反射、折射、繞射和吸收現(xiàn)

6、象。 1. 平坦地表對(duì)微波的反射 水面或平坦地面等地表對(duì)微波的反射，造成接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是直射波和反射波的矢量和。當(dāng)收發(fā)天線足夠高時(shí)，可以認(rèn)為直射波是自由空間波。 2. 地表障礙物對(duì)微波視距傳播的影響 地表障礙物是諸如丘陵、山頭、樹林和高大建筑物等會(huì)阻擋電磁波視距傳播的地物。與自由空間傳播相比，地表障礙物對(duì)微波視距傳播的影響表現(xiàn)為引入了阻擋損耗。,（三）大氣對(duì)微波傳播的影響 由于微波中繼通信的大氣空間電磁波傳播主要在對(duì)流層中完成，因此討論大氣對(duì)微波傳播的影響，實(shí)際就是討論對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響。對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：氧氣分子和水蒸汽分子對(duì)電磁波的吸收；雨、霧、雪等氣象微粒對(duì)電磁

7、波的吸收和散射；對(duì)流層結(jié)構(gòu)的不均勻?qū)﹄姶挪ǖ恼凵?。?dāng)微波中繼通信系統(tǒng)的工作頻段在10GHz以下時(shí)，前兩個(gè)方面的影響不顯著，只需考慮對(duì)流層折射的影響；當(dāng)工作頻段在10GHz以上時(shí)，3個(gè)方面的影響都需考慮。 （四）微波信號(hào)傳輸線路中的余隙概念,收、發(fā)兩微波站間的電波傳播，受到電離層、對(duì)流層及環(huán)境的大氣壓力、溫度、濕度等參數(shù)變化的影響。 在空間不同高度的波束，其傳播速度會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)上層比下層快時(shí)，則電波射線往下彎曲，當(dāng)下層比上層傳播快時(shí)則往上彎曲，如圖5-1所示。從圖中看出，在傳輸線路上，有一部分波會(huì)投射到地面上來(lái)，引起地面波的反射，這樣在收端除收到直射波外，還會(huì)收到滿足反射條件的反射波。此時(shí)接收

8、信號(hào)的電波即為合成波。從圖5-1中可看出微波線路的余隙概念，它是指從地面最高點(diǎn)(設(shè)為信號(hào)反射點(diǎn))至收、發(fā)天線連線間的距離，用hc來(lái)表示。在設(shè)計(jì)天線高度時(shí)一定要有余隙的計(jì)算。,圖5-1 地面反射和大氣折射示意圖,余隙的計(jì)算與等效地球半徑系數(shù)k和第一菲涅爾區(qū)半徑(F1)有關(guān)。其中，k主要隨氣象變化而受影響；F1與電波反射波長(zhǎng)、地面反射點(diǎn)距兩微波天線距離等有關(guān)，其計(jì)算公式為 （m） （5-5） 式中： 為微波工作波長(zhǎng) ，m ；d1為反射點(diǎn)離發(fā)射天線距離，km；d2為反射點(diǎn)離接收天線距離，km；d為收、發(fā)天線間距離 ，km。,余隙的計(jì)算方法如下： 當(dāng)?shù)孛娣瓷湎禂?shù)較小時(shí)，線路(山區(qū)、丘陵、城市、森林等地

9、區(qū))天線不能太低，否則會(huì)使大氣折射電波向下彎曲，這時(shí)k=2/3，hc0.3F1。 當(dāng)?shù)孛娣瓷湎禂?shù)較大時(shí)，線路(如水面、湖面、稻田等地區(qū))，余隙不能太小。這時(shí)，余隙標(biāo)準(zhǔn)為 k=4/3(標(biāo)準(zhǔn)大氣)，hc10F1。 當(dāng)k=(余隙較大)時(shí)，hc1.35F1。因此,(5-6),（四）地面遠(yuǎn)距離微波通信 微波是一種波長(zhǎng)很短的無(wú)線電波，它除了具有無(wú)線電波的一般特性外，還具有其本身的特性，其中最主要的是具有類似光的傳播特性。微波在自由空間只能像光波一樣沿直線傳播，繞射能力很弱；在傳播過程中遇到不均勻介質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象。地面上進(jìn)行遠(yuǎn)距離微波通信需要采用“中繼”方式，這是因?yàn)椋?（1）地球是個(gè)橢球體，地

10、面是個(gè)球面。地面上某點(diǎn)發(fā)出的沿直線傳播的微波射束，經(jīng)過一定地段后，就會(huì)離開地平線而逐漸射向遠(yuǎn)方空間。因此，在地平線以遠(yuǎn)的地點(diǎn)自然就接收不到微波信號(hào)了。欲實(shí)現(xiàn)地面上A、B兩地間的遠(yuǎn)距離微波通信，必須采用“接力”方式，如圖5-2所示。,圖5-2 微波通信的中繼方式,(2) 無(wú)線電波在空間傳播過程中，能量要受到損耗。頻率越高，衰減越大。微波射束的能量，經(jīng)過一定地段損耗后，將大為減少。因此，欲實(shí)現(xiàn)地面上A、B兩地間的遠(yuǎn)距離微波通信，也必須采用“接力”方式，逐段收發(fā)放大，最終到達(dá)遠(yuǎn)距離收信端。 上述的“接力”就是“中繼”。微波中繼通信也叫微波接力通信。例如，為了實(shí)現(xiàn)北京至上海之間的微波通信，必須在北京和

11、上海之間設(shè)置若干個(gè)中間接力站，每個(gè)中間接力站把上一站發(fā)來(lái)的微波信號(hào)接收下來(lái)，放大等處理后，轉(zhuǎn)發(fā)到下一站，如此一站接續(xù)一站，最終到達(dá)上海(或北京)收信端。,(五) 數(shù)字微波信道的干擾和噪聲 微波線路的干擾主要來(lái)自天饋系統(tǒng)和空間傳播引入，一般有回波干擾、交叉極化干擾、收發(fā)干擾、鄰近波道干擾、天線系統(tǒng)同頻干擾等。 噪聲主要來(lái)自設(shè)備，如收、發(fā)信機(jī)熱噪聲以及本振源的熱噪聲等。 5.1.3 數(shù)字微波的使用與發(fā)展簡(jiǎn)況 數(shù)字微波通信起步于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過了20多年的歷史，直到70年代初，才造成小容量、低頻段的數(shù)字微波通信系統(tǒng)。70年代末得到了迅速發(fā)展，并形成了一個(gè)完整的,技術(shù)系統(tǒng)。從實(shí)用化的70年代算起

12、至今的30年中，調(diào)制方式由(2PSK)的相移鍵控，發(fā)展到(1024QAM)的正交調(diào)幅方式，其頻譜利用率大大提高。目前由于新的調(diào)制方式及頻帶壓縮技術(shù)的使用，已使數(shù)字微波的頻譜利用率大大提高。傳輸一路碼流為64kb/s的數(shù)字電話，已能被壓縮到與一路模擬電話(帶寬4KHz)所占用的信道頻譜利用率相當(dāng)。進(jìn)入90年代后，出現(xiàn)了基于SDH的數(shù)字微波通信系統(tǒng)。數(shù)字微波具有建站快、成本低、不須鋪設(shè)線路的特點(diǎn)，尤其適合于緊急通信、臨時(shí)通信、無(wú)線接入等用途。,5.2 數(shù)字微波通信系統(tǒng) 5.2.1 數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成 一條數(shù)字微波通信線路由兩端的終端站和若干個(gè)中間站構(gòu)成。如圖5-3所示。,圖5-3 數(shù)字微波通信

13、系統(tǒng)方框圖,下面以微波通信用于長(zhǎng)途電話傳輸時(shí)，系統(tǒng)的簡(jiǎn)單工作原理為例加以說(shuō)明。電話機(jī)相當(dāng)于甲地的用戶終端(即信源)，人們講話的聲音通過電話機(jī)送話器的聲/電轉(zhuǎn)換作用，變成電信號(hào)，再經(jīng)過市內(nèi)電話局的交換機(jī)，將電信號(hào)送到甲地的長(zhǎng)途電話局或微波端站。經(jīng)時(shí)分復(fù)用設(shè)備完成信源編碼和信道編碼，并在微波信道機(jī)(包括調(diào)制機(jī)和微波發(fā)信機(jī)上完成調(diào)制、變頻和放大作用。微波已調(diào)波信號(hào)經(jīng)過中繼站轉(zhuǎn)發(fā)，到達(dá)乙地的長(zhǎng)途電話局或微波端站。乙地(收端)方框圖中與甲地對(duì)應(yīng)的設(shè)備，其功能與作用正好相反。而用戶終端(信宿)是電話機(jī)的受話器，并完成電/聲轉(zhuǎn)換。,5.2.2 數(shù)字微波通信系統(tǒng)的主要技術(shù) 為了提高數(shù)字微波信道的傳輸質(zhì)量和進(jìn)一

14、步提高頻譜利用率，對(duì)新技術(shù)的研制和使用可概括為如下幾個(gè)方面： （一）多載頻多電平調(diào)制技術(shù) 目前數(shù)字微波通信系統(tǒng)的4PSK、8PSK、16QAM及64QAM調(diào)制方式設(shè)備中，一個(gè)波道的發(fā)信機(jī)(或收信機(jī))只使用一個(gè)載頻(即射頻)。為了減小數(shù)字微波通信的多徑衰落，把傳輸頻譜變窄是一種有效的方法。因此提出了在256QAM系統(tǒng)中采用多載頻的傳輸方式。例如采用4個(gè)載頻，使每個(gè)載頻都用256QAM調(diào)制方式去傳輸100Mb/s的信息，這樣，一個(gè)波道的4個(gè)載頻同時(shí)傳送，,就可傳輸400Mb/s的信息了。而其占用的頻譜卻與只用一個(gè)載頻傳輸100Mb/s占用的頻譜相當(dāng)。同樣，對(duì)于1024QAM系統(tǒng)，一個(gè)波道可使用更多

15、載頻，使數(shù)字微波朝著既擴(kuò)大容量，又不占用較大的信道帶寬方向發(fā)展。 （二）干擾信號(hào)抵消技術(shù) 20世紀(jì)80年代中期，國(guó)外在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中使用了這種技術(shù)。因干擾噪聲是數(shù)字微波通信系統(tǒng)中一種主要噪聲，所以當(dāng)信道中存在干擾信號(hào)時(shí)，可設(shè)法把干擾信號(hào)提取出來(lái)?；蛴昧硗獾姆椒ㄓ善渌胤将@得干擾信號(hào)，然后，加入到原信道去抵消存在的干擾。只要使提取的干擾信號(hào)與存在的干擾電平相等、相位相反，就可使原信道中的干擾成分,大大減小，提高了信道的傳輸質(zhì)量。 （三）微波射頻頻率再用技術(shù) 長(zhǎng)期以來(lái)，微波通信系統(tǒng)用于多波道工作時(shí)，在兩個(gè)微波站之間，往同一方向的多個(gè)發(fā)信頻率(對(duì)應(yīng)多個(gè)波道)間要有一定的頻率間隔。例如我國(guó)4GHz

16、、960路干線模擬微波，波道間隔為29MHz。為了提高數(shù)字微波通信系統(tǒng)的頻譜利用率，提出了射頻頻率再用方案，如圖5-4所示。,圖5-4 微波射頻頻率再用方案,圖5-4()為同波道型頻率再用。在這種方案中，同一個(gè)微波頻率可水平極化(圖中用“=”表示)用作射頻，同時(shí)又可以垂直極化(圖中用“”表示)用來(lái)做另一個(gè)射頻，在圖中分別用F和Fr表示。這樣一來(lái)系統(tǒng)的頻譜利用率就提高了一倍。這種使用之所以可行，是因?yàn)閿?shù)字微波的抗干擾性強(qiáng)，更由于可以在收信端采用上面提到的干擾信號(hào)抵消技術(shù)，將有效地壓低同一微波頻率經(jīng)不同極化造成的同頻干擾。圖5-4(b)為插入波道型頻率再用。在這種方案中，再用波道插在兩個(gè)主用波道之

17、間，與原來(lái)的頻率配置方案相比，系統(tǒng)的頻譜利用率也提高了一倍，這種方案兩個(gè)不同極化波的干擾程度比圖5-4()方案低。,（四）收、發(fā)微波射頻單頻制技術(shù) 在收、發(fā)共用同一天線、饋線的系統(tǒng)中，收、發(fā)微波射頻頻率是不同的。在已建成的微波線路中，要求收、發(fā)之間的去耦度不小于30dB。在我國(guó)4GHz、960設(shè)備中，收、發(fā)頻率相差213MHz。若采用收、發(fā)頻率分開的兩個(gè)天線、饋線系統(tǒng)，上述收、發(fā)之間的去耦度可達(dá)到7080dB。這就使從兩頻制進(jìn)展到單頻制成為可能，當(dāng)然要求收、發(fā)頻率要采用不同的極化方式。采用單頻制后，重點(diǎn)要解決的問題是站內(nèi)本系統(tǒng)收、發(fā)之間的同頻干擾和來(lái)自其它站的越站干擾問題。包括使用高性能的兩個(gè)

18、天線、饋線系統(tǒng)，對(duì)收、發(fā)信設(shè)備加強(qiáng)屏蔽和去耦，采用干擾信號(hào)抵消技術(shù)等措施。收、發(fā)微波射頻單頻制技術(shù)也使系統(tǒng)的頻譜利用率提高一倍。,（五）多徑分集技術(shù) 由于電波空間的多徑傳輸現(xiàn)象，造成了微波通信中的頻率選擇性衰落。這是因?yàn)槎鄰絺鬏數(shù)姆瓷洳?、折射波和直射波各以不同的方向和時(shí)延到達(dá)收信點(diǎn)而進(jìn)行矢量相加的結(jié)果。而多徑傳輸?shù)碾姴▍s載有相同的有用信息，所以人們想用數(shù)字分析的方法和信號(hào)處理技術(shù)，把有用信號(hào)分離出來(lái)，并加以利用，這就是多徑分集技術(shù)的設(shè)想。由于實(shí)現(xiàn)的難度較大，所以其進(jìn)展程度不快。,（一）發(fā)信設(shè)備的組成 從目前使用的數(shù)字微波通信設(shè)備來(lái)看，分為直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)(使用微波調(diào)相器)和變頻式發(fā)信機(jī)。中小容

19、量的數(shù)字微波(480路以下)設(shè)備可用前一種方案。而中大容量的數(shù)字微波設(shè)備大多采用變頻式發(fā)信機(jī)，這是因?yàn)檫@種發(fā)信機(jī)的數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制是在中頻上實(shí)現(xiàn)的，可得到較好的調(diào)制特性和較好的設(shè)備兼容性。 下面以一種典型的變頻式發(fā)信機(jī)為例加以說(shuō)明，見圖5-5。由調(diào)制機(jī)或收信機(jī)送來(lái)中頻已調(diào)信號(hào)經(jīng)發(fā)信機(jī)的中頻放大器放大后，送到發(fā)信混頻器，經(jīng)發(fā)信混頻，將中頻已調(diào)信號(hào)變?yōu)槲⒉ㄒ颜{(diào)信號(hào)。由單向器和濾波器取出混頻后的一個(gè)邊帶(上邊帶或下邊帶)。由功率放大器把微波已調(diào)信號(hào)放大到額定電平，經(jīng)分路濾波器送往天線。,5.2.3 收信和發(fā)信設(shè)備,圖5-5 變頻式發(fā)信機(jī)方框圖,微波功放及輸出功放多采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率放大器。為了保證

20、末級(jí)功放的線性工作范圍，避免過大的非線性失真，常用自動(dòng)電平控制電路使輸出維持在一個(gè)合適的電平。 發(fā)信設(shè)備的主要性能指標(biāo) （1）工作頻段 目前使用較多的是2、4、6、7、8和11GHz頻段。其中2、4、6GHz用于干線微波通信；2、7、8和11GHz用于支線或?qū)Ｓ镁W(wǎng)通信。 （2）輸出功率 輸出功率是指發(fā)信機(jī)輸出端口處功率的大小。功率一般為幾十毫瓦到1瓦左右。 （3）頻率穩(wěn)定度,發(fā)信機(jī)的每個(gè)工作波道都有一個(gè)標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用表示。工作頻率穩(wěn)定度取決于發(fā)信本振的頻率穩(wěn)定度。設(shè)實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱工作頻率的最大偏差值為，則頻率穩(wěn)定度的定義為： （5-7） 式中：k為頻率穩(wěn)定度。對(duì)于PSK調(diào)制方式

21、，要求頻率穩(wěn)定度為110-5510-6。 （二）收信設(shè)備的組成 數(shù)字微波的收信設(shè)備和解調(diào)設(shè)備組成了收信系統(tǒng)，這里所講的收信設(shè)備只包括射頻和中頻兩個(gè)部分。目前收信設(shè)備都采用外差式收信方案，如圖5-6所示。,圖5-6 外差式收信機(jī)方框圖,圖5-6是一個(gè)有空間分集接收的收信設(shè)備組成方框圖。分別來(lái)自上天線和下天線的直射波和經(jīng)各種途徑(多徑傳播)到達(dá)接收點(diǎn)的電波，經(jīng)過兩個(gè)相同的信道：帶通濾波器、低噪聲放大器、抑鏡濾波器、收信混頻器、前置中放，然后進(jìn)行合成，再經(jīng)主中頻放大器后輸出中頻已調(diào)信號(hào)。 本方框圖中畫出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下天線的本機(jī)振蕩源是由中頻檢出電路的控制電壓對(duì)移相器進(jìn)行相位控制

22、的，以便抵消上、下天線收到多徑傳播的干涉波、反射波和折射波，改善帶內(nèi)失真，獲得最好的抗多徑衰落效果。,為了更好地改善因多徑衰落造成的帶內(nèi)失真，在性能較好的數(shù)字微波收信機(jī)中還要加中頻自適應(yīng)均衡器，使它與空間分集技術(shù)配合使用，可最大限度地減少通信中斷的時(shí)間。 圖中的低噪聲放大是砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)放大器，這種放大器的低噪聲性能很好，并能使整機(jī)的噪聲系數(shù)降低。 由于FET放大器是寬頻帶工作的，所以其輸出信號(hào)的頻率范圍很寬，因此在FET放大器的前面要加帶通濾波器，其輸出要加裝抑制鏡像干擾的抑鏡濾波器，要求對(duì)鏡像頻率噪聲的抑制度為1320dB以上。,1. 收信設(shè)備的主要性能指標(biāo) （1）工作頻段

23、收信機(jī)是與發(fā)信機(jī)配合工作的，對(duì)于一個(gè)中繼段而言，前一個(gè)微波站的發(fā)信頻率就是本收信機(jī)同一波道的收信頻率。 （2）收信本振的頻率穩(wěn)定度 收信機(jī)輸出的中頻是收信本振與收信微波射頻進(jìn)行混頻的結(jié)果，所以若收信本振偏離標(biāo)稱值較多，就會(huì)使混頻輸出的中頻偏離標(biāo)稱值。這樣，就使中頻已調(diào)信號(hào)頻譜的一部分不能通過中頻放大器，造成頻譜能量的損失，導(dǎo)致中頻輸出信噪比下降，引起信號(hào)失真，使誤碼率增加。,對(duì)收信本振頻率穩(wěn)定度的要求與發(fā)信設(shè)備基本一致，通常要求(12)10-5，要求較高者為(l5)10-6。收信本振和發(fā)信本振常采用同一方案。 （3）噪聲系數(shù) 噪聲系數(shù)是衡量收信機(jī)熱噪聲性能的一項(xiàng)指標(biāo)，它的基本定義為： 在環(huán)境溫

24、度為標(biāo)準(zhǔn)室溫(17)、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(或收信機(jī))輸入與輸出端在匹配的條件下，噪聲系數(shù)NF等于輸入端的信噪比與輸出端信噪比的比值，記作 （5-8）,數(shù)字微波收信機(jī)的噪聲系數(shù)一般為3.57dB。 假設(shè)分路帶通濾波器的傳輸損耗為1dB，F(xiàn)ET放大器的噪聲系數(shù)為1.52.5dB，則數(shù)字微波收信機(jī)噪聲系數(shù)的理論值僅為3.5dB，考慮到使用時(shí)的實(shí)際情況，較好數(shù)字微波收信機(jī)的噪聲系數(shù)為3.57dB。 （4）通頻帶 一般數(shù)字微波收信設(shè)備的通頻帶可取傳輸碼元速率為12倍。對(duì)于fb=8.448Mb/s的二相調(diào)相數(shù)字微波通信設(shè)備，可取通頻帶為13MHz，這個(gè)帶寬等于碼元速率(二相調(diào)相中與比特率速相等)的1.5倍。通頻帶的

25、寬度是由中頻放大器的集中濾波器予以保證的。,（5）選擇性 對(duì)某個(gè)波道的收信機(jī)而言，要求它只接收本波道的信號(hào)，對(duì)鄰近波道的干擾、鏡象頻率干擾及本波道的收、發(fā)干擾等要有足夠大的抑制能力，這就是收信機(jī)的選擇性。 收信機(jī)的選擇性是用增益頻率(G f)特性表示的。要求在 通頻帶內(nèi)增益足夠大，而且Gf特性平坦；通頻帶外的衰減越大越好；通帶與阻帶之間的過渡區(qū)越窄越好。 收信機(jī)的選擇性是靠收信混頻之前的微波濾波器和混頻后中頻放大器的集中濾波器來(lái)保證的。,（6）收信機(jī)的最大增益 天線收到的微波信號(hào)經(jīng)饋線和分路系統(tǒng)到達(dá)收信機(jī)。由于受衰落的影響，收信機(jī)的輸入電平在隨時(shí)變動(dòng)。要維持解調(diào)器正常工作，收信機(jī)的主中放輸出應(yīng)

26、達(dá)到所要求的電平，例如要求主中放在75負(fù)載上輸出250mV(相當(dāng)于-0.8dBm)。但是收信機(jī)的輸入端信號(hào)是很微弱的，假設(shè)其門限電平為-80dBm，則此時(shí)收信機(jī)輸出與輸入的電平差就是收信機(jī)的最大增益。對(duì)于上面給出的數(shù)據(jù)，其最大增益為79.2dB。 這個(gè)增益值要分配到FET低噪聲放大器、前置中放和主中放各級(jí)放大器，是由它們的增益之和達(dá)到的。,5.2.4 微波通信系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng) （一）監(jiān)控的意義 對(duì)一條微波通信傳輸信道及主備設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視與控制，簡(jiǎn)稱為“監(jiān)控”。 CCIR在建議557中，對(duì)無(wú)線電接力通信系統(tǒng)規(guī)定了2500km的假想?yún)⒖茧娐吩跍y(cè)量時(shí)間至少為一年的周期內(nèi)，有效利用率應(yīng)不小于9

27、9.7%。即不可用時(shí)間(即線路中斷時(shí)間)不應(yīng)超過一年的0.3%。一般認(rèn)為設(shè)備故障、電源故障、電波傳播條件惡化所造成的中斷時(shí)間各占0.1%。,為滿足上述指標(biāo)，一條微波電路除主用波道外，還設(shè)有備用波道。當(dāng)主用波道出現(xiàn)設(shè)備故障或電波衰落過大時(shí)，就立即切換到備用波道工作，達(dá)到不中斷通信的目的。這種對(duì)信道的切換就由良好的監(jiān)控系統(tǒng)完成。 微波中繼通信系統(tǒng)是由許多微波站組成的，而不少微波站地處高山或偏遠(yuǎn)地區(qū)，這就提出了對(duì)這些站實(shí)行無(wú)人值守的問題。而且現(xiàn)代通信系統(tǒng)正在向集中管理方面發(fā)展，由設(shè)在網(wǎng)絡(luò)中心的中心站對(duì)所管轄的中繼通信站進(jìn)行集中監(jiān)視或控制，能大大提高管理水平和通信質(zhì)量，維護(hù)人員和測(cè)試儀表也可相應(yīng)集中，

28、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。可見，微波站的無(wú)人值守和集中監(jiān)控勢(shì)在必行。,常把具有集中監(jiān)控功能的有人站稱為主控站或中心站，無(wú)人值守站稱為被控站或遠(yuǎn)方站。主控站可借助監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信和遙控功能對(duì)無(wú)人值守的微波站進(jìn)行集中監(jiān)控。 遙測(cè)是指主控站向被控站發(fā)出詢問指令的過程，遙控指被控站執(zhí)行主控站的控制指令而產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)(機(jī)械或電氣)動(dòng)作。遙信是各無(wú)人值守站向主控站發(fā)送表示站上設(shè)備工作狀態(tài)“正?！薄⒒颉安徽！钡亩畔?1、0碼)的過程。,（二）公務(wù)電話和監(jiān)控信息的傳輸信道 在中小容量的數(shù)字微波通信系統(tǒng)中，常把監(jiān)控信息和公務(wù)聯(lián)絡(luò)電話信號(hào)一起處理，稱為公務(wù)信號(hào)，用專門的公務(wù)信道傳輸。公務(wù)信號(hào)的頻帶為(0.312)

29、kHz，其中(0.33.4)kHz 為公務(wù)聯(lián)絡(luò)電話占用，(412)KHz為監(jiān)控信息占用，如圖5-7所示。,圖5-7 公務(wù)信號(hào)的頻帶分配,公務(wù)信息的傳輸常采用以下兩種方式。 1. 用主信道傳輸公務(wù)信號(hào) 在大容量的數(shù)字微波通信系統(tǒng)中，常常在主信道的信息碼流中插入一定的公務(wù)時(shí)分脈沖碼流，用以傳送公務(wù)信號(hào)。公務(wù)信號(hào)可按傳送的信息不同進(jìn)行分組，例如把信道監(jiān)控、各無(wú)人值守站的監(jiān)控、每路公務(wù)聯(lián)絡(luò)電話各編成一組。每一組都有一個(gè)編碼器，對(duì)組內(nèi)的各種被監(jiān)控的狀態(tài)或語(yǔ)音信號(hào)(聯(lián)絡(luò)電話)進(jìn)行編碼，然后組成公務(wù)信號(hào)的時(shí)分脈碼信息，插入主信道傳輸。,由于公務(wù)的時(shí)分脈碼信息可在主信道傳輸中得到再生，故能達(dá)到較好的公務(wù)信號(hào)傳

30、輸質(zhì)量。但是只有具有時(shí)分復(fù)用設(shè)備的基群轉(zhuǎn)接再生中繼站才能提供這種公務(wù)信道。而對(duì)那 些微波轉(zhuǎn)接或中頻轉(zhuǎn)接的微波站是無(wú)法上、下這種公務(wù)信息的，需要增加數(shù)字信號(hào)的復(fù)接和分接設(shè)備才行。 2. 用復(fù)合調(diào)制法傳輸公務(wù)信號(hào) 這是通過對(duì)主信道的載波進(jìn)行復(fù)合調(diào)制，來(lái)傳送公務(wù)信號(hào)的。例如：主信道采用相移鍵控方式傳送基帶信號(hào)，而公務(wù)信道采用對(duì)載波調(diào)頻或調(diào)幅的方法去傳送公務(wù)信號(hào)。如果采用調(diào)頻方式，調(diào)頻可以通過晶振在較低的頻率上實(shí)現(xiàn)，然后倍頻到射頻頻率，也可直接在微波振蕩器上實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。,由于這種復(fù)合調(diào)制方式的主信道與公務(wù)信道共用一個(gè)載波，不可避免的存在著相互之間的干擾，公務(wù)信道的傳輸容量也會(huì)受到一定的限制。主信道載波喪

31、失時(shí)，公務(wù)通信也將中斷 盡管如此，這種復(fù)合調(diào)制法比較簡(jiǎn)單，且不占用主信道的比特開銷，故仍然是中、小容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)中傳送公務(wù)信號(hào)的一種主要方法。 5.2.5 天線、饋線系統(tǒng) 微波中繼通信是利用微波頻段的無(wú)線電波傳遞信息的。天饋線系統(tǒng)是必不可少的設(shè)備。在發(fā)信端，發(fā)信設(shè)備輸出的微波信號(hào)，經(jīng)饋線系統(tǒng)輸至發(fā)射天線，成為無(wú)線電波，沿指定方向發(fā)射出去。在收信端，無(wú)線電波經(jīng)接收天線輸至饋線系統(tǒng)，成為微波信號(hào)，輸至收信設(shè)備。,天線、饋線系統(tǒng)包括天線和饋線、阻抗變換器、極化分離器、波道濾波器等。在微波通信系統(tǒng)中，對(duì)天線、饋線系統(tǒng)最基本的要求有：足夠的天線增益，良好的方向性，低損耗的饋線系統(tǒng)，極小的電壓駐波比

32、，較高的極化去耦度，足夠的機(jī)械強(qiáng)度等。 數(shù)字微波或模擬微波的天饋線系統(tǒng)型式及對(duì)它們的技術(shù)要求基本相同。 （一）微波天線 天線的作用是有效地發(fā)射和接收指定方向的無(wú)線電波。按信號(hào)工作頻段劃分，有長(zhǎng)、中波天線，短波天線和微波天線等等。一般說(shuō)來(lái)，短波頻段以下的天線常用線式結(jié)構(gòu)，,短波頻段以上的天線常用陣式或面式結(jié)構(gòu)。某天線用作發(fā)射天線時(shí)所具有的特性和參量，與該天線被用作接收天線時(shí)所具有的特性和參量相同(也稱為天線互易定理)。常用微波天線的基本形式有：喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線、潛望鏡天線等。 1.微波天線的技術(shù)要求 對(duì)微波天線總的要求是：天線增益高，與饋線匹配良好、波道間寄生耦合小，由于微波

33、天線都采用面式天線，所以還應(yīng)使天線具有一定的抗風(fēng)強(qiáng)度和防冰雪的措施。微波天線的主要電氣指標(biāo)有如下幾個(gè)方面。,（1）天線增益 天線的物理意義是：在傳播方向的單位立體角上，有方向天線與無(wú)方向天線發(fā)射（或接收）的信號(hào)功率之比。微波通信中使用的面式天線，增益可用下式表示： （5-9）,式中：A為天線的口面面積；,為波長(zhǎng)；,為天線口面的利用系數(shù)。一般,在0.40.6之間。若天線增益用電平值表示，則,（5-10） 對(duì)于工作頻率為4GHz。站距為50km的微波中繼通信線路 ，常用直徑為3.24m天線，其增益,左右。天線的口面越大，增益越大。,（2）主瓣寬度 在視距微波通信線路中，天線增益過高將使主瓣張角過小

34、。當(dāng)氣象條件變化時(shí)，傳播方向就要改變，大風(fēng)又能引起天線擺動(dòng)，這都會(huì)降低天線在通信方向的實(shí)際增益。因此，不能認(rèn)為主瓣張角越小越好，一般應(yīng)要求1 2左右。 （3）匹配性能 在整個(gè)工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線應(yīng)匹配（無(wú)反射波）連接，否則將造成反射，進(jìn)而造成線路噪聲。,（4）交叉極化去耦 在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身結(jié)構(gòu)的不均勻性及不對(duì)稱，不同極化波(即垂直極化波和水平極化波)可在天線中互相耦合，互為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波。則天線的交叉極化去耦度為 （5-11） 式中：為主極化波功率； 為寄生波功率。 通常要求微波天線在主瓣寬度內(nèi)的值不小于30dB,（5）天線防衛(wèi)度 所謂天線

35、防衛(wèi)度是指天線在最大輻射方向上對(duì)從其它方向來(lái)的干擾電波的衰耗能力。天線防衛(wèi)度主要包括下面幾個(gè)指標(biāo)： 1）反向防衛(wèi)度。天線在最大輻射方向的增益系數(shù)與反方向的增益系數(shù)之比稱為反向防衛(wèi)度(或稱為反向衰減)。通常要求偏離主輻射方向1800450之間，反向防衛(wèi)度大于65dB。 2）邊對(duì)邊去耦。天線發(fā)射的一部分能量泄漏到與它并排安裝并且指向相同的接收天線，這種耦合叫做邊對(duì)邊耦合。通常要求天線的邊對(duì)邊去耦應(yīng)在80dB以上。,3）背對(duì)背去耦。天線發(fā)射的一部分能量泄漏到與其背對(duì)背安裝的接收天線，這種耦合叫做背對(duì)背耦合，天線對(duì)這種耦合也應(yīng)具有足夠的去耦度。 2. 卡塞格林天線 卡塞格林天線是一種具有雙反射器的拋物

36、面天線，其外形簡(jiǎn)圖如圖5-8所示，圖5-8(a)為一般式較常見。近年來(lái)出現(xiàn)了不少加圓柱屏蔽罩式的拋物面天線，見圖5-8(b)，它可以降低向后方輻射的功率(降低后瓣)，又因?yàn)樗梢詼p小初級(jí)輻射器的(激勵(lì)器)的直接輻射，所以對(duì)減弱旁瓣也有好處。,圖5-8 卡塞格林天線外形簡(jiǎn)圖,其工作原理如圖5-9所示。圖中的C、C為雙曲線的兩個(gè)焦點(diǎn)。若從C點(diǎn)向另一雙曲線作射線CP，過雙曲線上的一點(diǎn)P作雙曲線的法線MP。令CP與法線的夾角為，法線與CP延長(zhǎng)線的夾角為。 根據(jù)雙曲線的性質(zhì)可以證明=。即切面上的入射角等于反射角。由圖可見，由C發(fā)出的射線CP經(jīng)雙曲面反射后，就相當(dāng)于從C發(fā)出的射線一樣。,圖5-9 卡塞格林

37、天線工作原理簡(jiǎn)圖,卡塞格林天線是由初級(jí)喇叭輻射器，雙曲面副反射器和拋物面主反射面三部分組成的。 當(dāng)把初級(jí)輻射器置于雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)C處，并使主拋物面的焦點(diǎn)F與雙曲面的另一個(gè)焦點(diǎn)(虛焦點(diǎn))C重合。這樣，由C發(fā)出的射線經(jīng)雙曲面(副反射器)反射，就相當(dāng)于由拋物面的焦點(diǎn)F發(fā)出的電波射線FE一樣，這些電波射線再經(jīng)拋物面主反射面聚焦作用，就成為平面波而發(fā)射出去。,（二）饋線系統(tǒng) 饋線系統(tǒng)的作用是有效地饋送微波信號(hào)能量；當(dāng)多波道共用天線時(shí)，還具有發(fā)端匯合、收端分離各波道微波信號(hào)的功能。饋線系統(tǒng)由饋線、阻抗變換器、極化分離器和波道濾波器等組成，要求其傳輸衰減小、阻抗匹配好、收發(fā)信隔離度高，以及經(jīng)濟(jì)耐用、便于運(yùn)輸

38、和安裝調(diào)整。 微波通信系統(tǒng)中的饋線有同軸電纜型和波導(dǎo)型兩種型式，如圖5-10所示。一般在分米波波段(2GHz)，采用同軸電纜饋線，在厘米波波段(4GHz以上頻段)因同軸電纜損耗較大，故采用波導(dǎo)饋線，波導(dǎo)饋線系統(tǒng)又分為圓波導(dǎo)饋線系統(tǒng)和矩形波導(dǎo)饋線系統(tǒng)。因?yàn)閳A波導(dǎo)饋線系統(tǒng)可以傳輸互相正交的兩種極化波，所以與雙極化天線連接時(shí)，只要一根圓波導(dǎo)饋線即可。,圖5-10 天線、饋線系統(tǒng) （a） 同軸電纜型天、饋線系統(tǒng) (b) 圓波導(dǎo)型天、饋線系統(tǒng),5.3 SDH微波通信系統(tǒng) 5.3.1 SDH微波通信系統(tǒng)組成 SDH是新一代的數(shù)字傳輸體制。它不僅可以用于光纖通信系統(tǒng)中，而且還可以運(yùn)用于微波通信、衛(wèi)星通信之中

39、，從而可建立一個(gè)全新的SDH微波、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在電力系統(tǒng)通信新上的微波通信系統(tǒng)都是SDH微波通信系統(tǒng)。SDH微波通信系統(tǒng)兼有SDH體制與微波通信兩者的優(yōu)點(diǎn)。 一個(gè)完整的長(zhǎng)途傳輸?shù)奈⒉ń恿νㄐ畔到y(tǒng)由端站、樞紐站、分路站及若干中繼站所組成，如圖5-11所示。一個(gè)微波通信系統(tǒng)，一般要開通多對(duì)收、發(fā)信波道。因此，系統(tǒng)的傳輸速率一般為基本傳輸速率，這里講的基本傳輸速率指SDH設(shè)備的輸出速率。,圖5-11 微波接力通信系統(tǒng)示意圖,1. 終端站 處于線路兩端或分支線路終點(diǎn)的站稱為終端站。對(duì)向若干方向輻射的樞紐站，就其某個(gè)方向上的站來(lái)說(shuō)也是終端站。在此站可上、下全部支路信號(hào)，可配備SDH數(shù)字微波的ADM或

40、TM設(shè)備，可作為集中監(jiān)控站或主站。 2. 樞紐站 樞紐站一般處在長(zhǎng)途干線上(一、二級(jí))，需要完成數(shù)個(gè)方向的通信任務(wù)。在系統(tǒng)多波道工作時(shí)要完成STM-N信號(hào)的復(fù)接與分接，部分支路的轉(zhuǎn)接和上、下話路，也有某些波道信號(hào)需再生后繼續(xù)傳輸。因此，這一類站上的設(shè)備門類多，包括各種站型設(shè)備，一般作為監(jiān)控系統(tǒng)主站。,3. 分路站 在長(zhǎng)途線路中間，除了可以在本站上、下某收、發(fā)信波道的部分支路外，還可以溝通干線上兩個(gè)方向之間通信的站稱為分路站。在此類站，亦有部分波道的信號(hào)需再生后繼續(xù)傳輸，因此這種站應(yīng)配備SDH的傳輸設(shè)備及分插復(fù)用設(shè)備ADM，或多套再生中繼設(shè)備，可作為監(jiān)控系統(tǒng)主站或受控站。 4. 中繼站 在線路中

41、間，不上、下話路的中間站稱為中繼站。它對(duì)已收到的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、判決、再生。轉(zhuǎn)發(fā)至下一方向的調(diào)制前，經(jīng)過再生去掉干擾、噪聲，以此體現(xiàn)數(shù)字通信優(yōu)越性。 此種站不設(shè)置倒換設(shè)備, 應(yīng)有站間公務(wù)聯(lián)絡(luò)和無(wú)人值守功能。,5.3.2 SDH微波系統(tǒng)的主要設(shè)備 SDH數(shù)字微波通信系統(tǒng)的設(shè)備配置，根據(jù)系統(tǒng)組織在線路上的位置和作用來(lái)安排。這里以STM-4為例來(lái)進(jìn)行分析。 1. 端站設(shè)備 端站是以STM-4信號(hào)速率為終結(jié)的站，此站一般都帶有STM-4的光接口，如圖5-12所示。 SDH微波終端設(shè)備如圖中所示，它主要包括SDH信號(hào)復(fù)用部分(即數(shù)字微波基帶信號(hào))以及SDH微波傳輸部分設(shè)備。SDH復(fù)用部分設(shè)備要完成4個(gè)

42、STM-1或463個(gè)2 Mb/s數(shù)字信號(hào)流的復(fù)用(接)，然后通過STM-4速率的光接口送中頻調(diào)制解調(diào)器(IF Modem)。兩個(gè),STM-4光接口分別安排在波道A、B的中頻調(diào)制、解調(diào)器中, 其中一個(gè)作為備份。從圖5-12中可看出，STM-4 系統(tǒng)622 Mb/s的傳輸容量，實(shí)際上是在兩個(gè)微波波道中傳送的。OAMP單元通過控制網(wǎng)絡(luò)(CNet)與中頻調(diào)制解調(diào)器接口，完成系統(tǒng)的操作、管理、維護(hù)和參考配置功能。 端站可分為終端站、中間站和分路站三種類型。 （1）終端站設(shè)備配置。 終端站設(shè)備在SDH光傳輸通信系統(tǒng)中已講述，即為TM，一般用在線路兩端點(diǎn)或分支線路終點(diǎn)，都配備SDH復(fù)用設(shè)備，可上、下全部低次

43、群信號(hào)(支路信號(hào))。向若干方向輻射的樞紐站就其一個(gè)方向來(lái)說(shuō)也是一個(gè)終端站。 此站的基本組成如圖5-12所示，可配多套SDH復(fù)用設(shè)備和SDH傳輸設(shè)備。,圖5-12終端站設(shè)備配置,（2） 中間站設(shè)備。 中間站設(shè)備只具備STM-N速率的接口，其配置如圖5-13所示。這里的設(shè)備有STM-4光接口，無(wú)復(fù)用設(shè)備和SDH微波傳輸設(shè)備。該站型設(shè)備可放在樞紐站上，用作某方向的信號(hào)轉(zhuǎn)接。,圖5-13 中間端站設(shè)備配置,（3）分路站設(shè)備。 分路站設(shè)備配置如圖5-14所示。它配備有SDH分插復(fù)用設(shè)備(ADM)，這里的設(shè)備具有傳輸速率為STM-4的接口和有限個(gè)支路接口，此處為部分的2 Mb/s接口和STM-1接口。 S

44、TM-4接口主要用于溝通干線上兩個(gè)方向的通信。2 Mb/s接口用于本地上、下部分話路。分路站設(shè)備可以安放在樞紐站和分路站上，用于部分話路的轉(zhuǎn)接和上、下。,圖5-14 分路站設(shè)備配置,2. 再生站設(shè)備 再生站設(shè)備主要用于接收、再生和發(fā)送由微波通道所傳輸?shù)腟DH數(shù)字信號(hào)。一對(duì)收、發(fā)信波道信號(hào)的再生，一般由兩套分別用于向上發(fā)送方向的再生站設(shè)備完成。比如說(shuō)，一套設(shè)備用于東西方向的接收和發(fā)送，另一套則用于相反方向。一個(gè)方向的再生站設(shè)備如圖5-15所示。 這里的設(shè)備模塊配備與其他設(shè)備不一樣，它沒有光傳輸接口電路和1N保護(hù)電路，也沒有分路部分，只有SDH信號(hào)的再生中繼轉(zhuǎn)接部分的設(shè)備模塊。它可裝在中繼站、分路

45、站和樞紐站，在后兩種站中，亦可能有部分波道的信號(hào)需再生后繼續(xù)傳輸。這里是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此對(duì)于多波道傳輸，則需配置多套再生器設(shè)備。,圖5-15 再生站設(shè)備配置,3. SDH微波基帶信號(hào)處理 SDH數(shù)字微波通信中的SDH信號(hào)處理，一般稱為DSP部分，它分為發(fā)送和接收兩個(gè)方向，它要完成微波傳送中的絕大部分信號(hào)處理功能，如圖5-16所示。 在發(fā)信方面它首先要完成主用、備用、再生中繼用的三種數(shù)據(jù)信號(hào)流選擇，組成SDH數(shù)字微波幀的段開銷(SOH)及SDH數(shù)字微波輔助開銷(RFCOH)的插入，以及信號(hào)的擾碼、碼型變換等功能，并把信號(hào)送入調(diào)制器。,圖 5-16 數(shù)字信號(hào)處理器,在收信方面完成與上述過程的反變

46、換。從解調(diào)器來(lái)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)碼型反變換，去擾碼以及取出SDH開銷和SDH微波和輔助開銷，恢復(fù)出STM-N信號(hào)。 4. SDH微波管理系統(tǒng) SDH數(shù)字微波管理系統(tǒng)，提供一個(gè)完備的OAMP管理平臺(tái)，完成對(duì)近、遠(yuǎn)端設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)的監(jiān)控和管理。管理平臺(tái)的基本功能是從人機(jī)接口接收管理人員的操作指令，從系統(tǒng)的單元設(shè)備中采集信息數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些指令和數(shù)據(jù)，處理該系統(tǒng)(傳輸網(wǎng))中發(fā)生的各種事件。這些事件分兩類: 一類是SDH系統(tǒng)的傳輸業(yè)務(wù)；一類是設(shè)備的運(yùn)行、管理與監(jiān)視。 OAMP與外部的通信聯(lián)絡(luò)較多，它既要與本站各設(shè)備間的數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)，還要通過SDH的傳輸開銷和微波幀附加開銷進(jìn)行站間的控制與聯(lián)絡(luò)等。,5.3.3

47、 SDH微波的綜合應(yīng)用 盡管光纖傳輸網(wǎng)在容量方面有微波無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但不管是通信干線上還是支線上，SDH微波網(wǎng)仍然是光纖網(wǎng)不可缺少的補(bǔ)充和保護(hù)手段。其主要應(yīng)用有以下幾種方式： (l) 用SDH微波系統(tǒng)使光纖通信網(wǎng)形成閉合環(huán)路。 (2) 與SDH光纖系統(tǒng)串聯(lián)使用。 (3) 作為SDH光纖網(wǎng)的保護(hù)，以解決整個(gè)通信網(wǎng)的安全保護(hù)問題。 (4) 自成鏈路或環(huán)路。 這樣，借助于數(shù)字微波通信手段，可在進(jìn)行通信工程設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中，充分考慮已有系統(tǒng)的再利用以及不同型號(hào)設(shè)備兼容問題，使設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅具有光纖級(jí)傳輸性能及全面的網(wǎng)絡(luò)管理功能，還包括一個(gè)開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能方便地實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)的ADM之間的切換和交叉互連

48、。,5.4 一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng) 5.4.1 概述 一點(diǎn)多址微波通信是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種通信方式，主要用在一些幅員遼闊、用戶分散、人口密度相對(duì)較低、話務(wù)量較小的地區(qū)。如在地形復(fù)雜、用有線方式難以到達(dá)的山區(qū)和海島。一點(diǎn)多址微波通信屬于一種分布式無(wú)線通信系統(tǒng)，由一個(gè)中心站(又稱基地站)和不同方向的多個(gè)外圍站(或稱用戶站、遠(yuǎn)端站)所組成。中心站通常設(shè)在具有自動(dòng)交換能力的機(jī)房或電話中心局的附近，通過音頻電纜與交換機(jī)的配線架相連。外圍站設(shè)在用戶相對(duì)集中的地方。中心站與外圍站之間通過一對(duì)微波收、發(fā)頻率或多對(duì)微波收、發(fā)頻率相連接。,由于微波的視距傳播特性(似光性)，因此外圍站只能設(shè)在中心站的方圓50km范

49、圍之內(nèi)。若要克服微波傳播受視距范圍限制的缺點(diǎn)，延伸系統(tǒng)的傳輸距離，也可以采用中繼接力的方式增設(shè)中繼站。根據(jù)需要，中繼站也可上、下話路。通常中心站安裝有一部全方向性天線，它在系統(tǒng)中同所有外圍站相互傳送微波信號(hào)；中心站的天線鐵塔高度一般應(yīng)選擇足夠高，以使得所有外圍站能采用高度較低的簡(jiǎn)易天線鐵塔。外圍站通常安裝有一部方向?qū)?zhǔn)中心站的定向天線。這樣，各外圍站之間通信必須通過中心站來(lái)建立。圖5-18給出了典型的一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)組成圖，組網(wǎng)類型可以是輻射型、分支型和直線型，如圖5-19所示。,圖5-18 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波通信系統(tǒng)示意圖,5.4.2 一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）一點(diǎn)多址微波通信主要用

50、于電話自動(dòng)交換網(wǎng)的末端，作為電話網(wǎng)的用戶環(huán)路，與交換機(jī)的用戶接口相連。它可以作為農(nóng)村電話網(wǎng)的組成部分和城市公用電話網(wǎng)的延伸，以及構(gòu)成專業(yè)部門的專用通信網(wǎng)并能和公用網(wǎng)相連。 （2）由于一點(diǎn)多址微波通信為一個(gè)用戶無(wú)線系統(tǒng)，因此它不適合作為話務(wù)量大的中繼線使用。對(duì)于外圍站接入小交換機(jī)時(shí)，可以作為出、入中繼線來(lái)使用。當(dāng)某一外圍站的用戶數(shù)超過一套設(shè)備的最大容量時(shí)，可以利用增加設(shè)備的套數(shù)來(lái)解決。,（3）一點(diǎn)多址微波通信除傳送電話外，還可提供數(shù)據(jù)傳輸，如傳真、電傳、電報(bào)等。其中對(duì)于速率為4.8kb/s以下的數(shù)據(jù)信號(hào)，可以不外接調(diào)制、解調(diào)器而直接在系統(tǒng)中傳送?？梢蕴峁Ｓ玫慕涌谝赃m應(yīng)專業(yè)用戶的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、

51、辦公自動(dòng)化等的要求。此外，為了適合綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的需要，有的系統(tǒng)還配置了2B+D接口。,圖5-19 一點(diǎn)多址微波網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?作為一個(gè)例子，這里簡(jiǎn)單介紹某一地區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)采用一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)的情況。 隨著農(nóng)村電網(wǎng)的迅速發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的可靠性要求越來(lái)越高，而電網(wǎng)的先進(jìn)通信設(shè)備和現(xiàn)代化的負(fù)荷調(diào)度設(shè)備，則是保證電網(wǎng)安全的重要手段。電網(wǎng)的特點(diǎn)是點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng)、負(fù)荷的季節(jié)性較強(qiáng)，防汛排澇任務(wù)大，可靠性要求高。為改變農(nóng)村電網(wǎng)調(diào)度、通信落后的局面，提高通信、調(diào)度自動(dòng)化水平，開展遙測(cè)、遙信、遙控、電傳、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、辦公自動(dòng)化等多種業(yè)務(wù)，確保電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，該農(nóng)網(wǎng)采用了YD-100一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)。

52、本系統(tǒng)由中心站、中繼站、外圍站組成；一個(gè)中心站有15條中繼線；中心站,天線采用水平面內(nèi)全向天線，也可采用定向天線；外圍站一般采用喇叭天線，為了提高衰落儲(chǔ)備也可采用拋物面天線。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是按需分配、多址連接，時(shí)分多路復(fù)用，“點(diǎn)到點(diǎn)，多信道”，可為農(nóng)村和邊遠(yuǎn)用戶提供市區(qū)質(zhì)量的電話和數(shù)據(jù)服務(wù)。該系統(tǒng)自成體系，具有全部必要的特性和附件，能執(zhí)行與交換總機(jī)的自動(dòng)接口；在提供多路電話的同時(shí)，還可以拿出專用的傳真、電傳及監(jiān)控的遠(yuǎn)動(dòng)(如電力系統(tǒng)的“四遙”)信道。,5.5 衛(wèi)星通信技術(shù) 衛(wèi)星通信是在微波中繼通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，從而進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)地面站之間的通信。

53、衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、通信容量大、用途廣、通信質(zhì)量好、抗破壞能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。一顆通信衛(wèi)星總通信容量可實(shí)現(xiàn)上萬(wàn)路雙向電話和十幾路彩色電視的傳輸。衛(wèi)星通信工作在微波波段，與地面的微波接力通信類似，衛(wèi)星通信則利用高空衛(wèi)星進(jìn)行接力通信。,高軌道通信衛(wèi)星是運(yùn)行在赤道上空約36000km的同步衛(wèi)星。位于印度洋、大西洋、太平洋上空的三顆同步衛(wèi)星，基本可覆蓋全球。但因衛(wèi)星的高度太高，故要求地面站發(fā)射機(jī)有強(qiáng)大的發(fā)射功率，接收靈敏度要高，天線增益要高。 低軌道通信衛(wèi)星是運(yùn)行在5001500km上空的非同步衛(wèi)星，一般采用多顆小型衛(wèi)星組成一個(gè)星型網(wǎng)。若能做到在世界任何地方的上空都能看到其中一顆衛(wèi)星，則通過

54、星際通信可覆蓋全球。低軌道通信衛(wèi)星主要用于移動(dòng)通信和全球定位系統(tǒng)(GPS)。,本章主要介紹衛(wèi)星通信的基本概念和衛(wèi)星通信的基本鏈路計(jì)算及衛(wèi)星通信的多址方式，以一些實(shí)際系統(tǒng)為例，講述同步衛(wèi)星系統(tǒng)的工作原理。在移動(dòng)通信章節(jié)講移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)的工作原理。 5.5.1 衛(wèi)星通信概述 （一）衛(wèi)星通信的發(fā)展 衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)、航空航天技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的重要成果。近30年來(lái)，衛(wèi)星通信在國(guó)際通信、國(guó)內(nèi)通信、國(guó)防、移動(dòng)通信以及廣播電視等領(lǐng)域，得到了廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星通信之所以成為強(qiáng)有力的現(xiàn)代通信手段之一，是因?yàn)樗哂蓄l帶寬、容量大、適于多種業(yè)務(wù)、覆蓋能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、不受地理?xiàng)l件限制、成本與通信距離無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。

55、,1963年7月到1964年8月，美國(guó)宇航局(NASA)先后發(fā)射3顆“SYNCOM”衛(wèi)星，第1顆未能進(jìn)入預(yù)定軌道，第2顆進(jìn)入周期為24小時(shí)的傾斜軌道，第3顆進(jìn)入靜止同步軌道，成為世界上第1顆實(shí)驗(yàn)性靜止衛(wèi)星，并利用它在1964年向美國(guó)成功轉(zhuǎn)播了在日本舉行的奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)實(shí)況。 1965年4月，“國(guó)際衛(wèi)星通信組織”把第一代“國(guó)際通信衛(wèi)星”(INTERLSAT-I，簡(jiǎn)記為IS-I，原名“晨鳥”)射入地球同步軌道開始，衛(wèi)星通信正式進(jìn)入商用階段，提供國(guó)際通信業(yè)務(wù)。到目前為止，國(guó)際通信衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)展到第三代衛(wèi)星，衛(wèi)星通信的容量越來(lái)越大。,衛(wèi)星通信用于移動(dòng)通信始于1976年，國(guó)際海事衛(wèi)星組織利用“國(guó)際海事衛(wèi)星

56、”為海上船只提供話音業(yè)務(wù)，到目前為止，已經(jīng)有多個(gè)全球性的移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供商業(yè)應(yīng)用，人類已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人移動(dòng)通信的目標(biāo)。 5.5.2 衛(wèi)星通信的特點(diǎn) （一）衛(wèi)星通信的特點(diǎn) (1) 通信距離遠(yuǎn)，通信成本與距離無(wú)關(guān)。 由于衛(wèi)星在離地面幾百、幾千、幾萬(wàn)公里的高度，因此在衛(wèi)星能覆蓋到的范圍內(nèi)，通信成本與距離無(wú)關(guān)。,以地球靜止衛(wèi)星來(lái)看，衛(wèi)星離地約36000km，一顆衛(wèi)星幾乎覆蓋地球的1/3，利用它可以實(shí)現(xiàn)最大通信距離約為18000km，地球站的建設(shè)成本與距離無(wú)關(guān)。如果采用地球靜止衛(wèi)星，只要3顆就可以基本實(shí)現(xiàn)全球的覆蓋。 (2) 以廣播方式工作，便于實(shí)現(xiàn)多址連接。 衛(wèi)星通信系統(tǒng)類似于一個(gè)多發(fā)射臺(tái)的廣播

57、系統(tǒng)，每個(gè)有發(fā)射機(jī)的地球站都可以發(fā)射信號(hào)，在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)可以收到所有廣播信號(hào)。因此只要同時(shí)具有收發(fā)信機(jī)，就可以在幾個(gè)地球站之間建立通信連接，提供了靈活的組網(wǎng)方式。,(3) 通信容量大，傳送的業(yè)務(wù)種類多。 由于衛(wèi)星采用的射頻頻率在微波波段，可供使用的頻帶寬，加上太陽(yáng)能技術(shù)和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率越來(lái)越大，隨著新體制、新技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信容量越來(lái)越大，傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型越來(lái)越多。 （二）衛(wèi)星通信技術(shù)上的特殊性 由于衛(wèi)星通信的特殊性，因此也帶來(lái)了技術(shù)上的特殊性。 1. 需要采用先進(jìn)的空間電子技術(shù) 由于衛(wèi)星與地面站的距離遠(yuǎn)，電磁波在空間中的損耗很大，因此需要采用高增益的天線、大功率發(fā)射機(jī)、,低噪聲接收設(shè)備和

58、高靈敏度調(diào)制解調(diào)器等，并且空間的電子環(huán)境復(fù)雜多變，系統(tǒng)必須要承受高低溫差大、宇宙輻射強(qiáng)等不利條件，因此衛(wèi)星設(shè)備必須采用特制的、能適應(yīng)空間環(huán)境的材料。由于衛(wèi)星造價(jià)高，必須采用高可靠性設(shè)計(jì)。 2. 需要解決信號(hào)傳播時(shí)延帶來(lái)的影響 由于衛(wèi)星與地面站距離遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延很明顯。對(duì)一些業(yè)務(wù)(如話音)來(lái)說(shuō)，必須采取措施解決時(shí)延帶來(lái)的影響。 3. 需要解決衛(wèi)星的姿態(tài)控制問題,由于空間的環(huán)境復(fù)雜多變，衛(wèi)星軌道可能有漂移，姿態(tài)可能有偏轉(zhuǎn)，由于衛(wèi)星離地遠(yuǎn)，因此輕微漂移和姿態(tài)偏轉(zhuǎn)可能造成地面接收的信號(hào)變化很大，因此，衛(wèi)星的精確姿態(tài)控制也是必須解決的問題。 此外，還必須解決星蝕、地面微波系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾等問題，這些都是保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。 5.5.3 衛(wèi)星通信使用的頻率 衛(wèi)星通信頻率一般工作在微波頻段，其主要原因是衛(wèi)星通信是電磁波穿越大氣層的通信，大氣中的水分子、氧分子、離子對(duì)電磁波的衰減隨頻率而變化，如圖5-20所示。,圖5-20 大氣衰減,可以看到，在微波頻段0.3-10GHz范圍內(nèi)大氣損耗最小，比較適合于電波穿出大氣層的傳播，并且大體上可以把電波看作是自由空間傳播，因此稱此頻率段為“無(wú)線電窗口”，在衛(wèi)星通信中應(yīng)用最多。在30GHz附近有一個(gè)損耗谷，損耗相對(duì)較小，常稱此頻段為“半透明無(wú)線電窗口”。 目前大部分國(guó)際通信衛(wèi)星尤其是商業(yè)衛(wèi)星使用4/6