【文章內(nèi)容簡介】 同時工作，并可傳輸電視圖像等寬頻帶信號。 受外界干擾的影響小 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?。?，但這些干擾源嚴重影響短波以下頻段的通信。因此，微波中繼通信信號比較穩(wěn)定和可靠。 通信靈活 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(zhuǎn)移都比較容易，這些方面比電纜通信具有更大的靈活性。 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，因此，可利用微波天線把電磁波聚集成很窄的波束，使微波天線具有很強的方向性，以減少通信中的相互干擾。 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。 近年來，由于通信技術(shù)的發(fā)展及通信設備的數(shù)字化，數(shù)字微波設備與模擬微波設備相比，在微波設備中占有絕對大的比重。而數(shù)字微波除了具有微波通信的普遍特點外還具有數(shù)字通信的特點： ◆ 抗干擾性強 ,整個線路噪聲不積累； ◆ 保密性強，便于加密 ； ◆ 器件便于固態(tài)化和集成化，設備體積小、耗電少 ； ◆ 便于組成綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ ISDN）； 數(shù)字微波的主要缺點是要求傳輸信道帶寬較寬，因而產(chǎn)生了頻率選擇性衰落，其抗衰落技術(shù)比模擬微波中相應的技術(shù)要復雜。 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。但不論哪種形式，主要是由微波終端站、中繼站和分路站等組成的，如圖 ,所示。但要構(gòu)成一個完整的數(shù)字微波通信系統(tǒng)，還應該包括其他部分，如圖 所示，數(shù)字微波通信系統(tǒng)總是由圖 中中給出的幾部分組成的。 8 （ a）線路的組成 （ b）微波中繼站的類型 圖 微波通信的信道構(gòu)成 圖 數(shù)字微波通信系統(tǒng)方框圖 數(shù)字微波法傳輸線路的組成形式可以是一條主干線 ，中間有若干分支，也可以有若干分支，也可以是一個樞紐站向若干方向分支。但不論哪種形式，主要是由微波終端站、中繼站和分路站等組成的。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。 用戶終端 用戶終端指直接為用戶 所使用的終端設備，如自動電話機、電傳機、計算機和調(diào)度電話機等。 交換機 交換機是用 于功能單元、信道或電路的暫時組合，用以保證按要求進行通信操作的設備 。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。這種交換可以是模擬交換，也可以是數(shù)字交換。 數(shù)字終端機 數(shù)字終端機的基本 功能是把來自交換機的多路音頻模擬信號變換成時分多路數(shù)字信號 ,發(fā)往數(shù)字微波傳輸信道 ,以及把數(shù)字微波傳輸信道收到的時分多路數(shù)字信號反變換成 多路模擬信號 ,送到交換機。 微波站 微波站的基本功能是傳輸數(shù)字信息。按工作性質(zhì)不同，可分為數(shù)字微波終端站、數(shù)字微波中繼站和數(shù)字微波分路站三類。 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。 10 微波低噪聲放大器 混頻 中放 解調(diào) 再生 收本振 f1 解調(diào) 變頻 中頻振蕩器 微波功放 f2 （ a）再生轉(zhuǎn)接 第二章 數(shù)字微波中繼通信中的中繼方式 在長距離的微波中繼線路中，微波站通過天線收到微波信號后可以經(jīng)過下變頻轉(zhuǎn)換為中頻信號后再進行轉(zhuǎn)接，也可以在解調(diào)出基帶信號后再進行轉(zhuǎn)接，也可以直接由微波放大器放大后進行轉(zhuǎn)接。 微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉(zhuǎn)接方式一般按照收發(fā)信機轉(zhuǎn)接信號時的接口頻帶劃分，它們劃分為 再生 轉(zhuǎn)接方式、中頻轉(zhuǎn)接方式和微波轉(zhuǎn)接方式三種，其方框圖如圖 。除此之外，還有微波直放轉(zhuǎn)接方式和無源轉(zhuǎn)接方式。 11 圖 中繼方式 再生 轉(zhuǎn)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(diào)器解調(diào)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(diào)制。 已調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)接方式。 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。采用這種轉(zhuǎn)接方式的中間站的設備與終端站可以通用 （圖 (a) 只表示出了第一種情況）。 中頻轉(zhuǎn)接方式 如圖 （ b），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)，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(zhuǎn)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 12 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(zhuǎn)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(zhuǎn)接，中頻轉(zhuǎn)接省去了調(diào)制、解調(diào)器，簡化了設備，但中頻轉(zhuǎn)接不能上、下話路，不能消除噪聲積累。 微波轉(zhuǎn)接方式 微波轉(zhuǎn)接與中頻轉(zhuǎn)接類似，但其轉(zhuǎn)接接口是微波接口，且為了使同一中間站的轉(zhuǎn)發(fā)信號不干擾接收信號，轉(zhuǎn)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，見圖 （ c）。另外，為了克服傳播衰落引起的電子波動，還需在微波放大時采取自動增益控制措施。微波轉(zhuǎn)接電路技術(shù)實現(xiàn)起來比中頻轉(zhuǎn)接困難，但微波轉(zhuǎn)接方案簡單，設備體積小、功耗低。 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(shù)，即微波直放轉(zhuǎn)接方式。微波直放轉(zhuǎn)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(chǔ)，進行有源、雙向、無頻率變換的微波信號直接放大。這種方式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(jié)構(gòu)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。 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。但由于其轉(zhuǎn)信和收信在同一載頻上，因此必須采用增益高、方向性強、旁瓣低、高性能、具有低噪聲放大器的天線，或加大天線之間的垂直間距，以避免本站收發(fā)信號之間的相互干擾。 無源轉(zhuǎn)接方式利用金屬反射板改變微波波束的方向以起到轉(zhuǎn)接的作用。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。 13 中繼方式的選擇 在數(shù)字微波系統(tǒng)中，再生轉(zhuǎn)接屬于再生型中繼方式，而中頻轉(zhuǎn)接及微波轉(zhuǎn)接屬于非再生型中繼方式。 凡是需要上、下話路的中繼站，必須采用再生型中繼方式。由于 信號再生還能克服長距離傳輸?shù)脑肼暦e累，因此是數(shù)字微波的一種主要中繼方式。非再生中繼雖然沒有這些優(yōu)點，但設備簡單、耗電量低，在某些低功耗無人值守中繼站采用這種方式也有一定特點，當不需要上、下話路時，也是中繼站的一種可行方案。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。這種轉(zhuǎn)接方法維護簡單，成本較 低，主要用于克服某些地形障礙。 14 第三章 數(shù)字微波發(fā)信設備 發(fā)信設備的組成 數(shù)字微波發(fā)信設備可以有如下兩種組成方案 。 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。來自數(shù)字終端機的數(shù)字信號經(jīng)過碼型變換后，直接對微波載波進行調(diào)制，然后經(jīng)過功放和微波濾波器送到天線振子，由天線發(fā)射出去。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。 中頻調(diào)制發(fā)射機 中頻調(diào)制發(fā)射機的組成方框如圖 （ b）所示。來自數(shù)字終端的信號經(jīng)過碼型變換后，在中頻調(diào)制器中對中頻載波（ 70MHz 或 140MHz）進行調(diào)制（數(shù)字相位調(diào)制），獲得中頻調(diào)制信號。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。 中頻調(diào)制發(fā)射機的構(gòu)成方案與一般調(diào)頻制模擬微波機相似，只要更換調(diào)制解調(diào)單元，就可以利用現(xiàn)有模擬微波信道傳輸數(shù)字信息。因此，在多波道運用時，這種方案容易實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的兼容。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。在研制和生產(chǎn)不同容量的設備系列時，這種方案有較好的通用性。 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。工作頻率愈高，愈容易獲得較寬的通頻帶和較大的通信容量，同時天線設備也具有更尖銳的方向性，而且體積重量減小，但是頻率高時，霧、雨或雪的吸收顯著，傳播損耗、衰落和接收設備噪聲也愈高。從 12GHz 起必須考慮大氣中水蒸氣的吸收問題，這種吸收衰耗隨頻率上升而增加，當頻率接近 22GHz 時，即水蒸氣分子諧振頻率時，是大氣傳播衰減 的 峰值，衰減量很大。 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。我國選用 11GHz 做為微波通信的主要頻段 其中2， 4， 6GHz 頻段主要用 于干線微波中繼， 11GHz 主要用做支線或?qū)Ｓ镁W(wǎng)。 輸出功率 微波中繼站所需的發(fā)射功率和很多因素有關(guān)。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。另外，也和站址選擇、多徑衰落的影響、分集接收技術(shù)的采用等諸因素有關(guān)。 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。為了 保持同等( a ) 微波調(diào)制發(fā)射機方框圖中 頻振蕩器中 頻調(diào)制器功率中放上變頻器微波功放微波濾波器碼型變換微波本振信碼入微 波振蕩器微 波調(diào)制器微波功放微波濾波器碼 型變 換信碼入( b ) 中頻調(diào)制發(fā)射機方框圖 16 通信質(zhì)量，數(shù)字微波通信與模擬通信相比需要較小的發(fā)送功率。例如數(shù)字微波發(fā)射機輸出功率有時只需幾十毫瓦到 幾百 毫瓦功率，只有長距離情況下才需要幾瓦量級。 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。對于數(shù)字微波通信系統(tǒng)經(jīng)常采用的 PSK 調(diào)制方式來說，發(fā)射機頻率漂移將使解調(diào)過程 產(chǎn)生相位誤差，致使有效信號幅度下降，誤碼率增加。因此采用數(shù)字調(diào)相的數(shù)字微波發(fā)射機比采用模擬調(diào)頻的模擬微波發(fā)射機應該有更高的頻率穩(wěn)定度。采用 PSK 調(diào)制方式時，頻率穩(wěn)定度可以取 1 105? ～ 5 105? 左右。 干擾與噪聲 發(fā)信設備中的噪聲可包括相位噪聲，交調(diào)干擾噪聲等。 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。離開主振頻率愈遠相位密度愈低，噪聲譜密度隨頻率下降的速率與振蕩電路的 Q值有關(guān)。 直接振蕩式的微波本振，例如介質(zhì)振蕩器、體效應二極管振蕩器等，當電 路 Q 值不夠高時，將產(chǎn)生較強的相位噪聲。 交調(diào)干擾噪聲主要產(chǎn)