【正文】 最后，感謝所有參考書目的作者老師們，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和對科學(xué)的熱愛，是很值得我們后輩學(xué)習(xí)的。 感謝我的舍友 們 ，和他們朝夕相處，使我充滿了學(xué)習(xí)的信心和生活的熱情！是他們在我困惑的時候 給予 我?guī)椭?，大學(xué)四年，我們因緣分走到了一起，四年間我們相互幫助，互相關(guān)愛，大學(xué)時光現(xiàn)在看來雖說短暫，但在這四年間，我們彼此之間結(jié)下了深厚的友誼 。 感謝教研部的老師們四年來給我的教導(dǎo)和幫助，大學(xué)四年時光轉(zhuǎn)瞬即逝，在這四年間，教研部老師們可謂我的良師益友，從這些老師身上那里不僅學(xué)到了專業(yè)知識，他們還教會了我為人處事的態(tài)度，為我走出大學(xué)校門，走進(jìn)社會打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 劉老師不僅在理論知識上給了我很多指點(diǎn)，而且劉老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神給了我 很深的啟發(fā)，使我不僅在知識上，而且在學(xué)習(xí)態(tài)度、研究求知的精神等方面都受益匪淺。 34 致 謝 首先要感謝我的導(dǎo)師劉慶方老師， 本論文是在 劉慶方 老師的悉心指導(dǎo)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(dǎo)和幫助。準(zhǔn)備論文的這段時間，我不僅學(xué)到了數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的相關(guān)知識，而且增強(qiáng)了自己動手能力和分析問題解決問題的能力。參考相位載波信號是由載波恢復(fù)電路產(chǎn)生 的 ，它的性能指標(biāo)主要表現(xiàn)在：恢復(fù)載波的靜態(tài)相位誤差和相位抖動，載波環(huán)路的捕捉帶寬、同步 32 帶寬和失鎖門限，在正交解調(diào)時，還包括正交參考載波的正交相位誤差 。 它是數(shù)模 解調(diào)設(shè)備輸入信號的輸入信噪比。 在系統(tǒng)聯(lián)試時，常常對調(diào)制設(shè)備與解調(diào)設(shè)備進(jìn)行中頻聯(lián)試，是通過測量中頻信噪 比 來進(jìn)行誤碼性能測試。 歸一化信噪 比 NE0b表示為 單位比特的信號能量和噪聲譜密度之比。其中影響最大的是： 相干解調(diào)器以及解調(diào)低通濾波器的響應(yīng)，參考相位載波性能，判決 電路的判決電平偏差和位同步恢復(fù)電路的質(zhì)量。 誤碼率特性 雖然誤碼率特性指標(biāo)不是數(shù)字解凋設(shè)備的一 項(xiàng)單獨(dú)指標(biāo)，但是，它是衡量數(shù)字解調(diào)設(shè)備性能的一項(xiàng)最重要指標(biāo)依據(jù)。抽樣點(diǎn)信噪比的高低，以及碼間串?dāng)_量的大小不僅是衡量系統(tǒng)傳輸特性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而且也是衡量數(shù)字解調(diào)設(shè)備性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。碼間串?dāng)_的大小可以用抽樣點(diǎn)處絕對串?dāng)_量 ? 或者抽樣點(diǎn)處相對碼間串?dāng)_量 ? 表示。然而，對一個實(shí)際系統(tǒng)，由于系統(tǒng)濾波響應(yīng)實(shí)現(xiàn)時的誤差，調(diào)制器和相干解調(diào)（包括載波恢復(fù)電路）性能不完善，將使系統(tǒng)性能惡化，導(dǎo)致抽樣 31 點(diǎn)信噪比下降。 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。而標(biāo)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(biāo)在討論系統(tǒng)性能時還要進(jìn)一步介紹。它的一些性能指標(biāo)是和整個系統(tǒng)的特性緊密相關(guān)，而且只有在最后整個系統(tǒng)聯(lián)試時才能比較全面地反映。 16QAM 系統(tǒng)相對 2PSK 系統(tǒng)而言，除了以上的不同點(diǎn)外，位同 步電路還需形成比特同步信號。數(shù)字處理電路主要是由一些判決器和模二和電路組成。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。 ◆ 對采用正交多電 平鍵控調(diào)制的中大容量數(shù)字微波系統(tǒng)，為了對抗多徑衰落的影響以及補(bǔ)償山于傳輸信道傳輸特性不理想引起的系統(tǒng)性能惡化，一般都采用了不同形式的均衡措施。 ◆ 正交解調(diào)后的兩路四電平基帶信號，首先由多電平判決器進(jìn)行四電平判決，其輸出的判決信譬經(jīng)過進(jìn)一步再生和譯碼后，才能恢復(fù)出同相路調(diào)制碼元 a a2 和正交路調(diào)制碼元 b1和 b2。 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(fù)雜得多：但是，它們基本上也是由以上幾部分組成。 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。 3． 位同步恢復(fù)電路 它產(chǎn)生位同步信號。等于 O。 2． 判決電路 實(shí)際上就是一個比較電平為 Vo 的電壓 比較器。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。該單元包括抽樣、判決和位同步恢復(fù)幾部分。 再生單元 再生單元也稱為基帶信號檢測單元。 對一些帶限 傳輸系統(tǒng)，收和發(fā)的等效基帶響應(yīng)都滿足平方根奈 奎斯特響應(yīng)。 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。因此，它和通常的積分器不同，當(dāng)一個碼元周期終了時需要將積分器所貯存的電壓清除干凈，以便下一個碼元到 來時重新進(jìn)行積分運(yùn)算。實(shí)際上，它也是一個相位檢波器，因此常稱為鑒相器 ( PD)。因此，載波恢復(fù)技術(shù)是數(shù)字微波解調(diào)系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。解調(diào)單元一般應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，也稱為參考相位載波，它通常是由載波恢復(fù)電路提供的。 圖 2PSK 系統(tǒng)數(shù)字解調(diào)設(shè)備構(gòu)成框圖 28 解調(diào)單元 解調(diào)單元也稱為相干 檢測單元，它是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。從圖可以看出，它主要包括三大部分，即：解調(diào)單元、信碼再生單元和譯碼單元。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(shè)備的構(gòu)成． 數(shù)字解調(diào)設(shè)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(shè)備的構(gòu)成。 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。作 為數(shù)字調(diào)制設(shè)備的對應(yīng)設(shè)備，解調(diào)設(shè)備的任務(wù)是對經(jīng)過信道傳輸后產(chǎn)生 失真并混雜有噪聲的信號進(jìn)行識別，判定各個波形所代表的符號，以恢復(fù)發(fā)端的數(shù)字信號。除了上面討論的五個方面外，其它一些因素，如電源電壓波動，溫度變化引起的漂移等，在此不再贅述。因此，對多電平正交鍵控系統(tǒng)，應(yīng)特別重視正變兩個通路的電路性能平衡。調(diào)制設(shè)備電路不平衡主要指這兩個通路特性不一致。 最后將這兩路鍵控信號進(jìn)行合路，得到所需要的正交鍵控信號。正交 相位誤差定義為：正交調(diào)制載波之間的相位差相對于 90 度的偏差。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。 載漏 一個信息序列完全獨(dú)立等概的對稱鍵控調(diào) 制，在它的輸出頻譜中不 應(yīng) 包含載 26 頻的線譜分量。在多電平鍵控或者限帶 傳輸系統(tǒng)中，對調(diào)制器電路的非線性指標(biāo)應(yīng)該有比較高的要求。 非線性特性 調(diào)制設(shè)備的非線性主要是由調(diào)制器電路引起。其中影響最大的是調(diào)制器電路和波形成形濾波器。 影響調(diào)制設(shè)備性能指標(biāo)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(shè)備性能的兩項(xiàng)主要指標(biāo)。 在多波道工作場合，為了防止對相鄰波道的干擾，每個系統(tǒng)對鍵控信號發(fā)送譜帶外頻譜分量都有一定要求，也就是發(fā)送譜旁瓣指標(biāo)要求。帶內(nèi)頻譜畸變，必然會引起碼間串?dāng)_，導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化。一個理想的鍵控信號，對應(yīng)有理想的頻 譜分布特性。它決定了該系統(tǒng)的真正的頻譜利用效率。鍵控信號發(fā)送譜特性可以從下面三個方面考慮： 1. 鍵控信號占有帶寬 對于帶寬受限的傳輸信 道 ，鍵控信號的頻譜寬度必須和信 道 帶寬相匹配，才能達(dá)到有效傳輸?shù)哪康?。如果調(diào)制設(shè)備電路不理想， 使得輸出信號的矢量點(diǎn)偏離理想矢量點(diǎn)位置，這就產(chǎn)生了調(diào) 制誤差。下面討論這兩項(xiàng)主要性能指標(biāo) 。這些指標(biāo)通常根據(jù)整機(jī)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(guān)系。 數(shù)字調(diào)制設(shè)備的主要性能指標(biāo) 數(shù)字調(diào)制設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩類：一類是指調(diào)制設(shè)備的工作指標(biāo)，如調(diào)制設(shè)備的輸入信息速率，鍵控 方式，碼元速率．發(fā)送譜成形考慮以及調(diào)制載波頻率等，它們主要由數(shù)字微波系統(tǒng)的工作條件決定。調(diào)制器電路實(shí)際常是一個相乘器電路，它完成基帶信號和相位載波之間的相乘運(yùn)算。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。大部分?jǐn)?shù)字微波系統(tǒng)，常常在某個中頻上進(jìn)行鍵控，然后再利用上變頻器變換到微波頻率。 載波產(chǎn)生電路 這部分電路的功能是產(chǎn)生鍵控用的調(diào)制載波。能完成這 功能的濾波器稱為頻譜成形濾波器。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。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(jìn)行差分編碼，而在接收端進(jìn)行差 分譯碼。采用相干檢測作解調(diào)需要有一個參考載波信號，這個信號通常是由載波恢復(fù)電路提 供的。經(jīng)串 并行變換后，每一路信碼速率 (fa)降為原輸入信息速率 (fb)的四分之一。 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 。 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。以 16QAM 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)為例，其調(diào)制設(shè)備的組成框圖如圖 所示。 22 第六章 數(shù)字調(diào)制設(shè)備 數(shù)字調(diào)制設(shè)備的組成 對于具有帶通傳輸特性的無線信道 ，必須將碼元對載波進(jìn)行一定的鍵控，才能使被傳送的數(shù)字信號與信道相適應(yīng)，達(dá)到傳輸?shù)哪康摹＞唧w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?dāng)_ 。 ? 為波長。 GA ＝ AA0B ＝ ?? 2 BA4 （ 52） 其中 AB 為天線有效面積。 GA ＝ EE302 （ 51） 從接收天線的角度上看，也可以把增益理解為天線收取某一指定方向來的電磁波的能力。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。 20 第五章 數(shù)字微波天線設(shè)備 微波通信對天線設(shè)備的要求 天線把發(fā)射機(jī)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(jìn)接收機(jī)。當(dāng)輸入信號在此范圍內(nèi)變化時，要求自動增益控制電路能保持解調(diào)器的中頻輸入電平在一個很小的范圍內(nèi)變動。以正常傳輸電平為基準(zhǔn)，低于這個電 平 的傳輸狀態(tài)稱為下衰落，高于這個電平的傳輸狀態(tài)稱為上衰落。 自動增益控制電路是微波中繼收信機(jī)不可缺少的一部分。此增益應(yīng)該在微波低噪聲放大器、前置中放、 主中放各級之間進(jìn)行分配，同時還 要把混頻器損耗和濾波器損耗考慮在內(nèi)。 最大增益與自動增益控制范圍 接收機(jī)的最大增益取決于輸入端的門限電平和解調(diào)器的正常工作電平。 選擇性 選擇性是指接收機(jī)在通頻帶以外，對各種干擾的抑制能力，尤其要注意抑制鄰近波道干擾、鏡 頻干擾和本機(jī)收發(fā)之間干擾等。 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(yīng)該選擇合適的通頻帶和通帶形狀。在有些中繼設(shè)備里，收信本振功率是由發(fā)信本振功率里取出一部分進(jìn)行移頻得到的，收信與發(fā)信本振頻率相差300MHz 左右。由多級微波部件組成的收信系統(tǒng)噪聲系數(shù)主要取決于前面一兩級 。具體工作波段 配置基本上按照 國際無線電咨詢委員會建議執(zhí)行。 不同頻段的接收機(jī)，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。目前我國的數(shù)字微波中繼主要使用 12GHz 以下的頻段 。這種方法的電路簡單，但與相干解調(diào)相比，其抗誤碼性能較差。由于相干解調(diào)具有較好的抗誤碼性能，因而比較常用。中頻系統(tǒng)對整個接收信道的通頻帶和頻率響應(yīng)也起著決定性作用。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。來自接收天線的微波微弱信號經(jīng)過饋線、微波濾波器、低噪聲放大器和本振信號進(jìn)行混頻，變成中頻信號，再經(jīng)過中頻放大、濾波后，送到解調(diào)單元，實(shí)現(xiàn)信碼解調(diào)和再生。 17 第四章 數(shù)字微波收信設(shè)備 數(shù)字微波收信設(shè)備 數(shù)字微波收信設(shè)備一般都采用超外差接收方式，其組成方框圖如圖 所示。 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。也有較大的交調(diào)干擾噪聲。尤其是倍頻鏈?zhǔn)降谋菊裨淳哂泻軓?qiáng)的諧波干擾，已經(jīng)逐漸很少 采用。 直接振蕩式的微波本振，例如介質(zhì)振蕩器、體效應(yīng)二極管振蕩器等，當(dāng)電 路 Q 值不夠高時，將產(chǎn)生較強(qiáng)的相位噪聲。 相位噪聲產(chǎn)生于本機(jī)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。采用 PSK 調(diào)制方式時，頻率穩(wěn)定度可以取 1 105? ～ 5 105? 左右。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(jī)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。例如數(shù)字微波發(fā)射機(jī)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。 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。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。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)。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(dāng)頻率接近 22GHz 時，即水蒸氣分子諧振頻率時，