【正文】 借此機會 ，我也 衷心感謝教學部所有曾經(jīng)給予我?guī)椭睦蠋?們 和同學 們！ 感謝和我做一個課題的彭強同學，寫論文的這幾個月里，我們倆分工合作，密切配合，大大增強了我的團隊合作能力，這對以后的工作也是十分重要的。 33 第八章 總結(jié) 通過撰寫 本論文 使我對數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的組成原理、工作原理、性能指標等都有了進一步的認識。 誤碼率特性是和歸一化信噪比發(fā)生關系 的。 除抽樣點信噪比以外，碼間 串擾也是一項重要指標。 數(shù)字解調(diào)設備的主要性能指標 數(shù)字解調(diào)設備不像 數(shù)字調(diào)制設備那樣，可以相對獨立地規(guī)定它的一些性能指標。因此，像 16QAM 這樣的正交多電平鍵控系統(tǒng)，必須采用不同于 2PSK 系統(tǒng)的多電平基帶檢測方式。因此，這種判決器也稱為二電平判決 器。它的功能是利用基帶信號檢測方法將解調(diào)后的基帶信號還原成數(shù)字信號。 3． 積分器（或低通濾波器） 在一個碼元周期內(nèi) 對相乘器的輸出進行積分運算。下面分別介紹這三個單元的構(gòu)成和功能 。 27 第七章 數(shù)字解調(diào)設備 對一個數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)制設備和數(shù)字解調(diào)設備統(tǒng)稱為信道終端設備，它們兩者之間有著相互對應的關系。假定同相路載波的相位為 ?1，正交路載波的相位為 ?0，那末，正交相 位誤差 ? ? 可定義為 式 61： ? ? = 90o10 ???? （ 61） 調(diào)制電路不平衡 一個正交鍵控信號的形成，通常是先形成兩路基帶信號：然后用 這兩路基帶信號分別對正交載波進行平衡調(diào)制，形成每一路的鍵控信號。非線性指標可以用交調(diào)系數(shù)表示。 3. 帶外頻譜泄漏 帶外頻譜泄露，也稱為調(diào)制譜旁瓣，通常指的是鍵控信號具有帶寬以外的頻譜分量，這些分量是系統(tǒng)不需要傳送的頻譜分量。 鍵控信號發(fā)送譜特性 鍵控信號發(fā)送譜特性是衡量數(shù)字讕制設備性能的又一項重要指標。在像 16QAM 這樣的正交鍵控系統(tǒng)中，它完成兩路基帶信號和正交相位載波之間的相乘運算。 頻譜成形濾波器通常設計成滿足奈奎斯特響應的升余弦滾降濾波器，該濾波器可以采用頻域或時域兩種方法實現(xiàn)。 23 差分編碼電路 對于大多數(shù) 傳輸系統(tǒng)， 各種載波鍵控信號幾乎都采用相干檢測的方式進行解調(diào) 。實現(xiàn)將數(shù)字終端設備輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合頻帶傳輸?shù)逆I控信號的設備，通常稱為數(shù)字調(diào)制設備 。這 時增益可表示為天線的有效接收面積與各向同性天線的接收面積的比值， 即 式 52。數(shù)字微波中繼通信常用的典型數(shù)據(jù)為：上衰落 +5dB，下衰落 40dB，共有 45dB 的動態(tài)范圍。 這項指標在總體設計時，根據(jù)干擾防護要求制定，井由微波濾波器和中頻濾 19 波器以及抑鏡濾波器來保證。 噪聲系數(shù) 噪聲系數(shù)是收信設備重要指標。還有一種差分相干解調(diào)，也叫延遲解調(diào)電路，它是利用相鄰兩個碼元載波的相位進行解調(diào)，只適用于差分調(diào)相信號的解調(diào)。它由射頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)三 部分組成。 交調(diào)干擾噪聲主要產(chǎn)生于本機振蕩器，上變頻器和次 級功率放大 器。 頻率穩(wěn)定度 微波通信對頻率穩(wěn)定度的要求決定于所采用的通信制式以及對通信質(zhì)量的要求。 對于較長距離的微波中繼． 1. 7GHz～ 12 GHz 是主要工作頻段， 12GHz 以上，目前使用不多。然后通過功率中放，把中頻信號放大到規(guī)定要求的功率電平， 經(jīng)上變頻器交換為微波調(diào)制信號，再經(jīng)微波功放、微波濾波器饋送到天線，由發(fā)射天線發(fā)射出去。除此以外，還有一種無源中繼方式，即利用金屬板的反射或繞射效應改變波束方向，達到轉(zhuǎn)接的目的。 微波直放轉(zhuǎn)接可用于延長通信距離，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。該信號經(jīng)微波功放、天饋 12 系統(tǒng)后，向中間站的另一通信方向發(fā)送出去。除此之外，還有微波直放轉(zhuǎn)接方式和無源轉(zhuǎn)接方式。用戶可通過交換機進行呼叫連接，建立暫時的通信 信道或電路。 數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成 數(shù)字微波傳輸線路 的組成形式可以是一條主干線，中間有若干分支，也可以是一個樞紐站向若干方向分支。因此，微波中繼通信信號比較穩(wěn)定和可靠。 1960 年，出現(xiàn)了具有 8 個波道，每個容量為 2200 路電話或一個電視節(jié)目 6 再加上幾百路電話的 6GHz 寬頻帶系統(tǒng)。后者又進一步分為 PDH 微波和 SDH 微波通信兩種體制。 第八章為設計總結(jié)。進而在后續(xù)幾章中討論了數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的發(fā)信設備、收信設備、天線設備、數(shù)字調(diào)制設備和解調(diào)設備。 第四章詳細講述了數(shù)字微波收信設備和數(shù)字微波收信設備的各種性能指標。因此數(shù)字微波中繼通信、光纖通信和衛(wèi)星通信一起被稱為現(xiàn)代通信傳輸?shù)娜笾饕侄?。在第二次世界大?zhàn)后，由于雷 達的發(fā)展，使微波技術和微波中繼通信得到迅速的發(fā)展。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。 7 投資少、建設快 在通信容量和質(zhì)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)省大量的有色金屬，另外，建設時 間也比后者短。但要構(gòu)成一個完整的數(shù)字微波 通信系統(tǒng)，還應包括其他部分，如圖 所 示，數(shù)字微波通信系統(tǒng)總是由圖 給出的微 波終端站微 波中繼站數(shù) 字終端站交換機用戶終端數(shù) 字終端站微 波終端站微 波中繼站微 波分路站數(shù)字分路終端站交換機用戶終端微 波終端站數(shù) 字終端站用戶終端交換機數(shù)字分路終端站微 波分路站微 波中繼站微 波終端站數(shù) 字終端站交換機用 戶終 端交換機用 戶終 端BC中繼站 中繼站終端站終端站A主干線支 線微波終端站微波分路站微波中繼站 9 幾部分組成的。 微波站的主要設備包括數(shù)字微波發(fā)送信號設備、數(shù)字微波接收信號設備、天線、饋線、鐵塔，以及為保障線路正常運行和無人維護 所需的檢測控制設備、電源設備等。 再生 轉(zhuǎn)接方式可以直接上、下話路，是微波分路站和樞紐站必須采用的轉(zhuǎn)接方式。 直放轉(zhuǎn)接和無源轉(zhuǎn)接方式 近年來產(chǎn)生了一種新的技術，即微波直放轉(zhuǎn)接方式。 凡是需要上、下話路的中繼站，必須采用再生型中繼方式。這種方案的發(fā)射機結(jié)構(gòu)簡單，但當發(fā)射頻率比較高時，其微波功率放大器制作難度大，且發(fā)射機的通用性差。 15 圖 兩種數(shù)字微波發(fā)信設備 發(fā)信設備的主要性能 指標 工作頻段 微波中繼通信的頻段包括 1GHz～ 40GHz 的很寬范圍。 一般情況下，數(shù)字通信比模擬信號通信有更好的抗干擾能力。 相位噪聲產(chǎn)生于本機振蕩器，它體現(xiàn)了振蕩器瞬時頻率穩(wěn)定度的質(zhì)量，也表示了微波振蕩器輸出信號的頻譜純度。 各類噪聲都是疊加在有用信號之上，噪聲 的存在使信噪 比降低，增大了數(shù)字通信的誤碼率。中頻系統(tǒng)對整個接收信道的通頻帶和頻率響應也起著決定性作用。 不同頻段的接收機，其微波系統(tǒng)的組成方法和電路形式不盡相同，但大體上相近。 通頻帶 為了有效地抑制噪聲干擾，和獲得最佳信號轉(zhuǎn)輸，應該選擇合適的通頻帶和通帶形狀。 自動增益控制電路是微波中繼收信機不可缺少的一部分。在微波通信系統(tǒng)中對天線 除了通常的要求以外，還有對天線寄生耦合的要求． 天線增益 增益是衡量天線性能的重要參數(shù)，它是指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中 輻射的能力。具體包括主 瓣的半功率角（稱為波束寬度）以及第一副瓣、第二副瓣的輻射電平等，示意圖如圖 此外還要確定天線的后瓣輻射電平 ，一般都要求它盡量低，以減小前后天線的串擾 。 串 — 并行變換 對于 16QAM 調(diào)制，一個碼元周期包含了四個 比特信息 。它的作用是將差分編碼后的四路二電平信號變換為兩路調(diào)制用的四電平基帶信號。對 三次群以下的 中小 容量數(shù)字微波系統(tǒng)，一般采用 70 兆赫中頻；而對于四次群以上的大容量數(shù)字微波系統(tǒng)，有的采用 70 兆赫中頻，也有的采用140 兆赫中頻。下面討論這兩項主要性能指標 。一個理想的鍵控信號，對應有理想的頻 譜分布特性。其中影響最大的是調(diào)制器電路和波形成形濾波器。較大的載漏不僅降低了有效信號能量，而且也干擾了鍵控信號的有校 矢量，使它們偏離了原來位置，產(chǎn)生了矢量誤差。因此，對多電平正交鍵控系統(tǒng)，應特別重視正變兩個通路的電路性能平衡。因此，下面介紹一個采用相干解調(diào)方式的數(shù)字解調(diào)設備的構(gòu)成． 數(shù)字解調(diào)設備的組成 為討論方便，先以 2PSK 系統(tǒng)為例，介紹它的數(shù)字解調(diào)設備的構(gòu)成。因此，載波恢復技術是數(shù)字微波解調(diào)系統(tǒng)的一項關鍵技術。 對一些帶限 傳輸系統(tǒng)，收和發(fā)的等效基帶響應都滿足平方根奈 奎斯特響應。 2． 判決電路 實際上就是一個比較電平為 Vo 的電壓 比較器。 對多相移相鍵控系統(tǒng)或者多電平正交移幅鍵控系統(tǒng)，雖然它們的數(shù)字解調(diào)要比 2PSK 系統(tǒng)的復雜得多：但是，它們基本上也是由以上幾部分組成。數(shù)字處理電路主要是由一些判決器和模二和電路組成。 它是相干檢測的最終結(jié)果，反映了相干調(diào)解、參考相位載波的性能質(zhì)量， 并且直接決定了系統(tǒng)的誤碼性能。 誤碼率特性 雖然誤碼率特性指標不是數(shù)字解凋設備的一 項單獨指標，但是，它是衡量數(shù)字解調(diào)設備性能的一項最重要指標依據(jù)。 它是數(shù)模 解調(diào)設備輸入信號的輸入信噪比。 劉老師不僅在理論知識上給了我很多指點，而且劉老師認真負責的工作態(tài)度和嚴謹求實的治學精神給了我 很深的啟發(fā)，使我不僅在知識上，而且在學習態(tài)度、研究求知的精神等方面都受益匪淺。 最后，感謝所有參考書目的作者老師們，他們嚴謹?shù)目茖W作風和對科學的熱愛，是很值得我們后輩學習的。 34 致 謝 首先要感謝我的導師劉慶方老師， 本論文是在 劉慶方 老師的悉心指導下完成的，從課題的選擇到論文的最終完成的每一個環(huán)節(jié)，自始至終得到 劉 老師的精心指導和幫助。 在系統(tǒng)聯(lián)試時，常常對調(diào)制設備與解調(diào)設備進行中頻聯(lián)試，是通過測量中頻信噪 比 來進行誤碼性能測試。抽樣點信噪比的高低，以及碼間串擾量的大小不僅是衡量系統(tǒng)傳輸特性的一項重要指標，而且也是衡量數(shù)字解調(diào)設備性能的一項重要指標。而標志系統(tǒng)性能質(zhì)量的誤碼率特性又在很大程度上取決于相干解凋器的性能，因此，下面討論的一些性能指標在討論系統(tǒng)性能時還要進一步介紹。是否采用均衡器，以及采用什么形式均衡器，這是視具體系統(tǒng)而定。 差分譯碼與接口單元 1. 差分譯碼 它和差分編碼一起用來克服由于參考載波相位含糊所引起的解調(diào)錯誤。這個最佳時間就選擇在積分器輸出電壓最大的時間，或者選擇在低通濾波器輸出的基帶眼 圖 最大開啟位置。 在一般系統(tǒng)中，積分 泄放電路常用一個低通濾波器來代替。解調(diào)單元一般應包括以下幾個部分： 1． 相干載波信號產(chǎn)生 相干載波信號用來作為相干檢測的相位標準，也稱為參考相位載波，它通常是由載波恢復電路提供的。 頻帶數(shù)字信號的解 調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式。調(diào)制設備電路不平衡主要指這兩個通路特性不一致。 載漏 一個信息序列完全獨立等概的對稱鍵控調(diào) 制，在它的輸出頻譜中不 應 包含載 26 頻的線譜分量。 影響調(diào)制設備性能指標的不理想因素 鍵控信號的調(diào)制誤差和發(fā)送譜特性是衡量數(shù)字調(diào)制設備性能的兩項主要指標。它決定了該系統(tǒng)的真正的頻譜利用效率。這些指標通常根據(jù)整機總體要求決定，與數(shù)字微波通信系統(tǒng)的質(zhì)量有著密切的關系。大部分數(shù)字微波系統(tǒng)，常常在某個中頻上進行鍵控，然后再利用上變頻器變換到微波頻率。因此，為了克服載波相位含糊對數(shù)字信號檢測的影響，需要在系統(tǒng)的發(fā)送端對信碼進行差分編碼，而在接收端進行差 分譯碼。 此外，擾碼電路處于臼檢狀態(tài)位置時，可作為碼組發(fā)生器使用。 ? 為波長。 20 第五章 數(shù)字微波天線設備 微波通信對天線設備的要求 天線把發(fā)射機的高頻能量沿指定方向以電磁波發(fā)送出去，或者把從某個方向來的電磁波收取下來 送進接收機。此增益應該在微波低噪聲放大器、前置中放、 主中放各級之間進行分配，同時還 要把混頻器損耗和濾波器損耗考慮在內(nèi)。在有些中繼設備里，收信本振功率是由發(fā)信本振功率里取出一部分進行移頻得到的，收信與發(fā)信本振頻率相差300MHz 左右。目前我國的數(shù)字微波中繼主要使用 12GHz 以下的頻段 。微波濾波器用來選擇工作波段的信號，抑制鄰近信道的干擾。也有較大的交調(diào)干擾噪聲。采用 PSK 調(diào)制方式時，頻率穩(wěn)定度可以取 1 105? ～ 5 105? 左右。例如，通信話路愈多，頻帶愈寬，為保持同樣通信質(zhì)量，必須有更大發(fā)信功率。在不同容量的數(shù)字微波中繼設備系列中，改變傳輸容量一般只需要交換中頻調(diào)制單元，微波發(fā)送單元可以通用。 微波調(diào)制發(fā)射機 微波調(diào)制發(fā)射 機的組成方框圖如圖 （ a）所示。這種轉(zhuǎn)接方式維護簡單，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。另外，為了克服傳播衰落引起的電子波動，還需在微波放大時