第二章微波中继通信系统.ppt

第二章微波中继通信系统 2 1微波中继通信的概念2 2微波中继通信系统的构成2 3微波中间站的转接方式2 4数字微波中继通信系统设计2 5微波传播与微波线路设计2 6数字微波中继设备 2 1微波中继通信的概念 微波中继通信是利用微波作为载波并采用中继 接力 方式在地面上进行的无线电通信 微波频段的波长范围为lm mm 频率范围为300MHz 300GHz 可细分为特高频 UHF 频段 分米波频段 超高频 SHF 频段 厘米波频段和极高频 EHF 频段 毫米波频段 由于卫星通信实际上是在微波频段采用中继 接力 方式通信 不过其中继站设在卫星上而已 所以 为了与卫星通信区分 这里所说的微波中继通信是限定在地面上的 中继的原因微波通信采用中继方式的直接原因有两个 首先 因为微波传播具有视距传播特性 即电磁波沿直线传播 而地球表面是个曲面 因此若在通信两地直接通信 且天线架高有限 当通信距离超过一定数值时 电磁波传播将受到地面的阻挡 为了延长通信距离 需要在通信两地之间设立若干中继站 进行电磁波转接 其次 因为微波传播有损耗 在远距离通信时有必要采用中继方式对信号逐段接收 放大后发送给下一段 微波通信发展史世界上最早的模拟微波中继通信系统是第二次世界大战后期美国贝尔研究所建立的TDX系统 4GHz频段的调频系统 1947年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统TD 2 我国在50年代开始进行模拟微波系统的研制 经过了20多年的历史 直到70年代初 才完成小容量 低频段的通信系统 20世纪70年代研制并使用数字微波中继通信系统并进行技术引进和开发 目前 世界上许多国家都把微波中继通信作为其通信网的主要传输手段之一 模拟微波中继通信早已发展成熟 并逐渐被数字微波中继通信取代 微波通信的特点 1 通信频段的频带宽 微波频段占用频带约300GHz 而全部长波 中波和短波频段占有的频带总和不足30MHz 前者是后者的10000多倍 一套微波中继通信设备可以容纳几千甚至上万条话路同时工作 或传输电视图像信号等宽频带信号 2 受外界干扰的影响小 工业干扰 天电干扰及太阳黑子的活动对微波频段通信的影响小 当通信频率高于100MHz时 这些干扰对通信的影响极小 但它们严重影响短波以下频段的通信 因此 微波中继通信较稳定和可靠 3 通信灵活性较大 微波中继通信采用中继方式 可以实现地面上的远距离通信 并且可以跨越沼泽 江河 湖泊和高山等特殊地理环境 在遭遇地震 洪水 战争等灾祸时 通信的建立 撤收及转移都较容易 这些方面比电缆通信具有更大的灵活性 4 天线增益高 方向性强 当天线面积给定时 天线增益与工作波长的平方成反比 由于微波中继通信的工作波长短 因而容易制成高增益天线 降低发信机的输出功率 另外 微波电磁波具有直线传播特性 可以利用微波天线把电磁波聚集成很窄的波束 使微波天线具有很强的方向性 减少通信中的相互干扰 5 投资少 建设快 在通信容量和质量基本相同的条件下 按话路公里计算 微波中继通信线路的建设费用不到同轴电缆通信线路的一半 还可以节省大量有色金属 建设时间短 微波中继通信的用途微波中继通信主要用来传送长途电话信号 宽频带信号 如电视信号 数据信号 移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号等 还可用于通向孤岛等特殊地形的通信线路 微波通信系统工作过程用户终端A通过微波通信系统把信号发给用户终端B的系统工作过程 从发信终端站到收信终端站中间一般要经过若干个微波中继站 中继站中有两组中继机 从一个方向的天线收到的微波信号从某中继机的收信机转接到另一中继机的发信机 在由朝另一方向天线发送出去 2 2数字微波通信系统的组成微波通信线路由微波终端站 微波中继站和微波分路站组成 一条微波中继通信线路的其主干线可以长达几百公里甚至几千公里 支线可以有多条 系统基本设备最基本的数字微波通信系统设备由用户终端 交换机 终端复用设备 微波站等组成 用户终端最靠近用户的输入 输出设备 主要通过交换机集中在微波终端站或微波分路站 交换机的作用数字微波通信系统设备中交换机的作用是实现本地用户终端之间的业务互通 如实现本地话音用户之间的通话 又可通过微波中继通信线路实现本地用户终端与远地 对端交换机所辖范围 用户终端之间的业务互通 交换机配置在微波终端站或微波分路站 终端复用设备的基本功能数字微波通信系统设备中终端复用设备的基本功能是将交换机送来的多路信号或群路信号适当变换 送到微波终端站或微波分路站的发信机 将微波终端站或微波分路站的收信机送来的多路信号或群路信号适当变换后送到交换机 数字微波中继通信系统的终端复用设备是时分多路数字终端机 包括增量调制 DM 和脉冲编码调制 PCM 两种制式 增量调制数字终端机常用在军事数字微波中继通信中 脉冲编码调制终端机常用在民用数字微波中继通信中 终端复用设备配置在微波终端站或微波分路站 微波站的基本功能数字微波通信系统设备中微波站的基本功能是传输来自终端复用设备的群路信号 按其与终端复用设备连接关系又把微波站分为终端站 分路站和中继站 当两条以上的微波中继通信线路在某一微波站交汇时 该微波站称为分路站 它具有通信枢纽功能 2 3微波中间站的转接方式 微波中继通信系统中间站的转接方式一般是按照收发信机转接信号时的接口频带划分的 分为3种 基带转接方式 中频转接方式和微波转接方式 1 基带转接方式中继站把来自某一通信方向的载频为f1的接收信号经对应中继机 微波收发信机 的天线馈电系统 微波低噪声放大器后 与该中继机的接收机本振信号混频 混频输出信号经中放后送到解调器解调输出基带信号 再转接到该中继站的另一中继机调制其发信机的中频或直接对微波振荡器进行调制 已调信号经过变频输出载频为f2的微波信号 该信号经微波功放 天线馈电系统后向中继站的另一个通信方向发送出去 因为信号从某一中继机的收信机转接到另一中继机的发信机时 接口频带为基带 所以称作基带转接 模拟微波中继通信系统的基带转接又称为群频转接 数字微波中继通信系统的基带转接又称为再生转接 对群频转接而言 群路信号在调制 解调过程中产生失真 随着中间站数目的增加 调制 解调的次数增加 失真和噪声积累不断加剧 使系统的信噪比恶化 影响通信质量 而再生转接 由于解调信号在转接之前进行了再生 因而消除了噪声积累 再生转接方式是目前数字微波中继通信系统最常用的一种中间站转接方式 基带转接方式可以直接上 下话路 是微波分路站必须采用的转接方式 采用这种转接方式的中继站的设备与终端站可以通用 2 中频转接方式中间站把来自某一通信方向的载频为f1的接收信号经对应中继机 微波收发信机 的天线馈电系统 微波低噪声放大器后 与该中继机接收机本振信号混频 混频输出信号经中放后转接到该中继站的另一中继机的发信机功率中放 将信号放大到上变频器所需的功率电平 然后与发信机本振信号进行上变频 输出载频为f2的微波信号 该信号经微波功放 天线馈电系统后 向中继站的另一通信方向发送出去 因为信号从中间站的某一中继机的收信机转接到另一中继机的发信机时 接口频带为中频 所以称作中频转接又称为外差转接 中频转接省去了调制 解调器 简化了设备 且没有调制和解调引入的失真和噪声 中频转接的发信本振和收信本振采用移频振荡方案 降低了对本振稳定度的要求 但中频转接不能上 下话路 不能消除噪声积累 对于不需要上 下话路的中继站 可以采用中频转接方式 如模拟微波中继通信系统的中继站就常用这种方式 3 微波转接方式微波转接与中频转接类似 但其转接接口是微波接口 且为了使同中继站的转发信号不干扰接收信号 转信载频f2 相对于收信载频f1 需要移频 即移频振荡器的频率等于f2与f1之差 另外 为了克服传播衰落引起的电平波动 还需在微波放大时采取自动增益控制措施 微波转接电路技术实现起来比中频转接困难 但微波转接方案简单 设备体积小 功耗低 对于不需要上 下话路的中继站可采用这种转接方式 2 4数字微波通信系统设计 数字微波中继通信系统的设计在国际无线电咨询委员会和国际电话电报咨询委员会中有相应的标准 数字微波中继通信系统的设计包括通信设备的研制与生产的总体设计和通信线路建设与使用的线路工程设计 这里主要介绍几个问题 假设参考电路与传输质量标准 传输容量与基带接口 调制方式的选择 射频波道的频率配置 中频的选择等 2 4 1假设参考电路与传输质量标准一 假设参考电路为了考察实际数字微波中继通信线路的传输质量 可以事先假定数字微波中继通信线路并规定其传输质量 作为实际线路的参考 称为假设参考电路 国际无线电委员会按传输容量 传输距离和传输质量等不同 规定了高级 中级和用户级三类假设参考电路 1 高级假设参考电路1 传输容量二次群以上 2 总长度为2500km 3 均匀包含9个数字微波段 每个传输方向上都包含符合标准的标准系列数字复用设备 每组数字复用设备都包含一套并路设备和一套分路设备 4 包含两次64Kb s的数字信号转接 其它为群转接 5 适用于国际和国内的远距离微波干线通信 2 中级假设参考电路1 传输容量二次群以上 2 基本长度为1220km 3 由4类质量不同的假设参考数字微波段组成 第一类和第二类长度为280km 第三类和第四类长度为50km 四类假设参考数字微波段可以根据具体情况组合 并且总长度不限于基本长度1220km 4 包含一次64Kb s的数字信号转接 其它为群转接 5 适用于国内微波支路通信 3 用户级假设参考电路用户假设参考电路的长度为50km 主要用于本地数字交换局与64Kb s用户之间的微波通信 二 传输质量标准数字微波中继通信系统中 误码性能决定传输质量的主要标准 国际无线电咨询委员会规定了三类假设参考电路64Kb s数字信号输出端的误码性能 高级假设参考电路的误码性能1 在一年中的任何月份 一分钟统计时间内 BER大于1 10 6时间率不超过0 4 该统计时间称恶化分 该误码指标称低误码指标 主要设备性能不完善和干扰造成的 2 在一年中的任何月份 一秒钟统计时间内 BER大于1 10 3时间率不超过0 054 该统计时间称为严重误码秒 该误码指标称高误码指标 这时的误码主要是传输衰落引起的 3 在一年中的任何月份 误码秒累计时间不能超过0 32 这时的误码主要是设备性能不完善造成的 如果作为高级链路的长度介于280km 2500之间 误码性能应在个时间率的基础上乘以L 2500 2 中级假设参考电路的误码性能1 在一年中的任何月份 一分钟统计时间内 BER大于1 10 6时间率不超过1 5 2 在一年中的任何月份 一秒钟统计时间内 BER大于1 10 3时间率不超过0 04 3 在一年中的任何月份 误码秒累计时间不能超过1 2 3 用户级假设参考电路的误码性能1 在一年中的任何月份 一分钟统计时间内 BER大于1 10 6时间率不超过0 75 2 在一年中的任何月份 一秒钟统计时间内 BER大于1 10 3时间率不超过0 0075 3 在一年中的任何月份 误码秒累计时间不能超过0 6 2 4 2传输容量与基带接口数字微波中继通信中 微波线路中的传输是调制传输或频带传输 数字复用设备与微波信道设备之间的信号传输 再生转接中间站收发信机转接信号的传输都是基带传输 主要通过基带接口完成 相应的信号是基带信号 是数码序列 传输容量按照CCITT规定 数字微波中继通信系统的传输容量是以PCM数字复用设备的基带信号容量即电话路数来划分的 分为PCM30 32路系列和PCM24路系列 我国采用前者 基群 30路 2 048Mbps二次群 120路 8 448Mbps三次群 480路 34 368Mbps四次群 1920路 139 264Mbps五次群 7680路 564 992Mbps 为了适应用户对不同电话路数的需要 在PCM30 32路系列基础上增加了中间等级的非标准PCM路数 如PCM 60 PCM 240 PCM 960等 对于低速通信系统或军用通信系统 有采用M系列或与PCM混合系列 采用增量调制系列以32Kbps的数码率倍增 PCM以64Kbps数码率倍增 通常 数字微波中继通信系统按其传输容量分三类 小于10Mbps的系统称为小容量系统 介于10Mbps和100Mbps的系统称为中容量系统 大于100Mbps的系统成为大容量系统 基带接口基带接口是指数字复用设备与微波信道设备之间 再生转接站收发信机之间的接口 它是数字微波中继设备的一项重要指标 为了便于有线和微波终端设备互联及不同设备在组成通信网时互联 基带接口必须标准化 一 基带接口的两种方式1 近距离接口 接口连接的设备较近 采用近距离接口 用射频电缆进行信码和定时信号的连接 2 远距离接口 距离较远时使用 用射频电缆或同轴电缆连接 在发送端将信码码型变换成适于线路传输的某种码型 在接受端进行定时信号的提取和信码的再生 二 基带接口要考虑的因素1 信号形式 2 阻抗和回波损耗 3 峰 峰电压和电平过冲值 4 信号抖动特性 5 信号码流的统计特性 6 当需要在信息码流中插入附加比特来测量误码或传送勤务比特时 要规定附加比特数和插入方式 3 4 3调制方式的选择如果数字基带信号以某种形式在带通微波无线电信道中传输 必须在发送端用数字基带信号调制微波载波 在接受端进行信号解调 这就需要相应的调制和解调技术或方法 下面介绍微波发信机的两种调制方案 微波发信机的两种调制方案一 射频调制将来自数字复用设备的信码经过码型变换后 对微波振荡器输出的射频载波信号进行调制 已调信号经过微波功率放大器和微波滤波后经过天馈系统发射出去 这种发信机结构简单 关键微波功率放大器制作难度大 通用性也较差 二 中频调制将来自数字复用设备的信码经过码型变换后 对中频振荡器输出的中频载波信号进行调制 已调信号经过功率中放 上变频 再经过微波功放和微波滤波后经过天馈系统发射出去 这种发信机通用性好 2 调制方式的选择可用于数字微波中继通信系统的调制方式很多 它们都是ASK PSK FSK这三种基本调制方式发展而来的 在选择数字微波通信系统调制方式时 主要考虑频谱利用率 抗干扰能力对传输失真的适应能力 抗衰弱能力 勤务信号的传输方式和设备的复杂程度 归一化信噪比Eb N0定义为Eb为一个比特周期内的信号能量 N0高斯白噪声的单边功率谱密度 Pr为接收到的最大稳态信号功率 fb为多进制调制以前二进制序列的传输速率 归一化信噪比Eb N0是计算误码比特率Pb的关键参数 抗干扰能力主要体现在Pb和Eb N0的关系上 频谱利用率表现在单位频带内的信息传输率 定义为fb为多进制调制以前二进制序列的传输速率 B为传输带宽 fM为多进制传输的码元速率 TsM为多进制的码元宽度 可见 加大M或减小B和TsM 都可以提高频谱利用率 前者采用多进制技术 后者采用单边带和部分响应等压缩发送频谱的技术 选择调制方式时 应根据数字微波中继通信系统的容量等级 并综合考虑各种因素来选择 2PSK 2DPSK设备简单 抗干扰能力强 对衰落信道和非线性信道的适应能力强 但频谱利用率不高 2FSK设备简单 对衰落信道和非线性信道的适应能力强 但其频谱利用率低 抗干扰能力都比2PSK 2DPSK强 4PSK 4DPSK的频谱利用率是2PSK 2DPSK的两倍 抗干扰能力与后者一样 设备复杂程度只有少许增加 对衰落信道的适应能力适中 对信道的线性指标要求也不太高 8PSK与4PSK 4DPSK相比 具有更高的频谱利用率 但设备复杂程度有所增加 对信道的衰落和失真特性也比后者敏感 需要采取一定措施来改善性能 16QAM的频谱利用率很高 设备也不太复杂 但对信道的幅相畸变 线性性能以及电波传播的频率选择性衰落都比较敏感 需要采取信道线性化措施和 均衡措施 这将增加设备的复杂性和设备的成本 其他多信号状态调制方式 如64QAM 256QAM等 都在具有很高频谱利用率的同时存在类似16QAM需要解决的问题 但这些问题随着技术进步 已经得到不同程度的解决 对于小容量系统 以选择4PSK 4DPSK为主 也可选择2PSK 2DPSK或2FSK 对于中容量系统 以选择4PSK 4DPSK为主 也可选择8PSK或2PSK 2DPSK 对于大容量系统 以选择16QAM为主 也可选择8PSK 今后将逐步采用频谱利用率更高的调制方式 如64QAM 256QAM等 3 4 4射频信道的频率配置两套对通的收发信机 它们的射频频带宽度是有限的 因而传输容量也有限 为了增加微波中继通信系统的传输容量 各微波站可以在每个通信方向上使用多套微波收发信机同时工作 而同一个方向的每套收发信机必须使用不同的微波收发频率 以避免相互干扰 每两套对通的微波收发信机构成了一条独立的双向微波通道 称射频波道 因此 在一条微波中继通信线路上 相邻两个微波站之间将有多条射频波道 所谓射频波道的频率配置 就是如何分配相邻两个微波站之间各条射频波道收发信机的微波收发频率 频率配置的基本原则 1 尽可能在给定的微波频段内多设置一些波道 以增加传输容量 2 尽可能减少波道之间的相互干扰 以保证传输质量 3 尽可能有利于通信设备的标准化 系列化 以便于降低生产和维护的成本 单频道频率配置当一条微波中继线路各相邻微波站之间只有一条波道工作时 其频率配置为单波道频率配置 二频制方案 是整个微波线路共使用两个不同的微波频率f1 f2 且两个频率在两个信息传输方向上都是交替出现的 四频制方案 是整个微波线路共使用4个不同的微波频率f1 f2 f3 f4 f1和f4 f2 f3各组成一条双向波道 且这两个双向波道在两个信息传输方向上交替出现的 二频制方案 每个中间站的两个通信方向的收发频率都相同 但收发频率逐站更换一次 优点是占用频带窄 缺点是存在反向干扰和越站同频干扰 反向干扰是指一个通信方向的收信机会收到相反方向的同频干扰信号 要求天线有较高的背向比 防止越站同频干扰应该妥善安排微波线路的设计和站址的位置 四频制没有反向干扰 但仍有越站同频干扰问题 且四频制占用的带宽要宽 多波道频率配置当一条微波中继线路各相邻微波站之间有多条波道同时工作 其频率配置称为多波道频率配置 对于微波中继通信系统的多波道频率配置 国际无线电咨询委员会建议两种方案 交错制方案和分割制方案 两种方案基于两个微波站之间共有6个波道同时工作 共12个不同微波频率 一 交错制方案同一波道的收信频率和发信频率相邻排列 6个波道的收发频率按波道序号交错排列 对于中间站 两个通信方向的收信频率都是f1 f6 发信频率都是f1 f6 下一个中间站相反 即收发频率逐站更换一次 这种方案中 相邻波道收信和发信频率差80MHz 同一波道收发信频率差40MHz 因而较容易实现分波道滤波 由于收发信频率差不大 为保持发射方向和接受方向有足够的衰减 对滤波器的带通特性要求很高 由于共12个收发频率布满了频段 而发射天线和接受天线很难在宽频带内实现阻抗匹配 因而中间站需要多副天线 二 分割制方案6个波道的收信频率集中在频段的一半 6个波道的发信频率集中在频段的另一半 两个通信方向的收信频率都是f1 f6 发信频率都是f1 f6 下一站则相反 即收发频率逐站更换一次 该方案相邻波道发信或收信频率差小一些 同一波道的收发频率间隔较大 容易实现收发的隔离 另外 收发频率分集排列使发射天线和接受天线只需要实现半个频段内的阻抗匹配 实现容易 当波道不多于3个 接收天线和发射天线可以共用 数字微波中继通信系统的波道频率再用为了提高频谱利用率 在数字微波中继通信系统中可以进行波道频率再利用 在相同或相近的射频频率位置 利用电波的不同极化来安排更多的射频信道 波道频率利用有两种方案 同波道型方案和插入波道型方案 前者主用和再用射频频率完全重合 但极化方向不同 后者的主用和再用频率相互错开 且极化方向不同 采用何种方案取决于接收端天线的交叉极化鉴别率XPD XPD 发射水平极化 接收水平极化所接收到的信号功率 发射水平极化 接收垂直极化所接收到的信号功率XPD越大 相互干扰越小 越利于信号接收 当XPD小于15dB时 只能采用插入波道型方案 当XPD大于15dB时 同波道型方案和插入波道型两种方案均可采用 模拟微波中继通信系统对同频干扰和邻近频率干扰很敏感 所以很少进行波道频率的再利用 数字微波中继通信系统的波道频率配置参数在对数字微波中继通信系统的波道频率配置时 除了遵循频率配置的基本原则外 还需要考虑传输容量 调制方式 滤波特性和码间干扰等因素 这些要用X Y Z三个参数表征 称波道频率配置参数 设fs为每一个波道的码元速率 则X Y Z与频率的配置关系如下 1 相邻波道间隔f波道 Xfs X 1 2 X的下限取决于滤波器的选择性和允许的码间干扰量 上限取决于所需的频谱利用率 2 相邻收发间隔f收发 Yfs Y 1 5 Y的下限取决于滤波器的选择性和天线的方向性 上限取决于所需的频谱利用率 3 频段边沿的保护间隔f保护 Zfs Z 0 5 1 Z的选择要考虑到与邻近频段的相互干扰等因素 4 交叉极化鉴别率XPD 主要取决于天线设备性能和电波传输条件 2 4 5中频频率的选择对于调相制的数字微波中继通信系统 中频频率的选择主要与码元速率的高低有关 定义中频频率与码元速率的比值 用kf表示 f0为中频频率 f为s码元速率 kf实际表示一个码元周期那包含多少中频周期 kf值选小了 对中放 解调等电路的传输畸变较敏感 kf值选大了 一个码元包含的中频周期过多 会在延时解调时对延时线的稳定度要求过高 也会在相干解调时对载波恢复锁相环的等效Q值要求过高 因此 kf值一般在3 10范围内取值 目前 模拟微波中继通信系统的标准中频频率有70MHz和140MHz两种 也可以作为数字微波中继通信系统的中频频率 其中70MHz用于二次群和三次群 140MHz用于三次群以上的系统 基群及子群若在70MHz中频频率上解调有困难 可以考虑采用第二中频 如10MHz 四次群以上的系统一般选择高于140MHz的中频频率 2 5微波传播特性与微波线路设计微波传播是视距传播 容易容地形和大气的影响 使接受信号产生衰落 影响通信系统的质量 因此 在进行微波线路设计时 必须考虑微波这些传播特性 2 5 1微波传播特性地形地物对传播特性的影响微波中继通信的电磁波主要在靠近地表面的大气空间传播 因而地形地物会对电磁波产生反射 折射 散射 绕射 和吸收现象 1 平坦地表对微波电磁波的反射水面或平坦地面对微波电磁波会产生反射 这样 接受点除了接受直射波外 还接收平坦地表面反射形成的反射波 因而收信点的合成场强是直射波与反射波的矢量和 当发天线足够高时 可认为直射波是自由空间波 收信点的场强值随着路程差周期变化 从0变化到二倍场强 场强0表示直射波完全被反射波抵消 即路程差为波长的整数倍时 衰减达到最大值 为了避免收信点的场强明显起伏 尤其要避免因反射波抵消而导致收信点接受信号趋于0的现象 在进行微波站站址选择和微波线路设计时 应充分利用地形地物阻挡反射波 因此 在已确定了系统的工作频率和站间距离的情况下 收信点的场强随天线高度变化 并非天线越高收信效果越好 如果天线高度调整适当 可以避免收信点信号趋于0的现象 2 地表障碍物对微波视距传播的影响地表障碍物是丘陵 山头 树林和高大建筑物等会阻挡电磁波视距传输的地物 与空间传播相比 地表障碍物对微波视频传播的影响产生阻挡损耗 当刃形的障碍物高度靠近或超过收发之间的视距连线时 收信点仍能收到信号 甚至正常通信 如果要求收信点的场强幅值等于自由空间传播场强幅值 则收发视距连线与障碍物最高点的垂直距离即传播余隙Hc应大于或等于最小菲涅尔区半径F0 最小菲涅尔区表示电磁波传播所需要的最小空间通道 收信点的场强幅值等于自由空间传播场强幅值 最小菲涅尔区半径F0在收发中间处达到最大值 越靠近收发两端越小 若定义刃形的障碍物的阻挡损耗为收信点场强与自由空间传播场强幅值的比值 当Hc 0时 当障碍物的最高点和收发连线相切时 阻挡损耗为6dB 当障碍物的最高点超过收发连线时 阻挡损耗迅速增加 Hc为正值 即障碍物的最高点在收发连线以下时 且Hc F1 0 5 F1 F0 31 2 时 阻挡损耗在0dB上下波动 即收信点的场强与自由空间场强相近 因此 在进行微波中间站站址选择和微波线路设计时 应研究地形的剖面图来确定最小菲涅尔区半径的大小 进而确定传播余隙来确定收发天线的高度 2 大气对微波传播的影响微波通信的电磁波传播主要是在对流层中完成的 因此大气对微波传输的影响实际就是对流层对微波传播的影响 表现为三个方面 氧气分子和水蒸气分子对电磁波的吸收 雨 雾 雪等气象微粒对电磁波的吸收和散射 对流层结构的不均匀对电磁波的折射 当微波中继通信系统的工作频率在10GHz以下时 前两个方面影响不显著 只需考虑对流层折射的影响 当系统的工作频率在10GHz以上时 三个方面的影响都要考虑 2 5 2分集接收在微波中继通信系统中 由于多径衰落等的存在 使通信可靠性受到严重威胁 这可以采用提高设备性能 增加接收电平余量即保证一定的衰减储备量的方法来解决 当站的距离较大且炎热潮湿的平滑地形的情况 有限的衰落储备仍不能满足要求 而采用分集接收技术是抗多径衰落的有效措施之一 所谓分集接收 用两套 或多套 收信设备接收一个信号经由两条 或多条 不同路径传播路径而形成 不会同时发生衰落的两路 或多路 信号 并经过某些处理后 在接收端以一定方式将其合并 当其中一个信号发生衰落时 另外一个 或多个 信号不一定也衰落 只要采用适当的信号合成方法就可保证一定的接收电平 克服或改善衰落的影响 目前 常用的分集接收技术有频率分集 空间分集和混合分集等3种 这3种技术都假设两个 或多个 射频信号在传播过程不可能同时发生衰落 1 频率分集频率分集是在发信端将一个信号利用两个间隔较大的发信频率同时发射 在收信端同时接收这两个射频信号后合成 由于工作频率不同 电磁波之间的相关性极小 各电磁波的衰落概率也不同 频率分集抗频率选择性衰落特别有效 但付出的代价是成倍地增加了收发信机 且需成倍地多占用频带 降低了频谱利用率 2 空间分集空间分集是在收端利用空间位置相距足够远的两副天线 同时接收同一个发射天线发出的信号 因为电磁波到达高度差为 h的两副天线的行程差不同 所以 某一副天线收到的信号发生衰落时 另一副天线收到的信号不一定也衰落 当 h足够大时 h 10 为人射波波长 则两路收信号差别较大 对几乎所有深衰落都不相关 空间分集需要增加收信机 其频谱利用率比频率分集高 3 混合分集是将频率分集和空间分集结合 以保持两种两种分集的优点 无论采用何种分集 都要解决信号合成的问题 通常有以下三种方法 优选开关法该方法根据信噪比最大或误码率最低的原则 在两路信号中选择其中的一路作为输出 并由电子开关切换 开关切换既可在中频进行 也可在解调后的基带上进行 该方法电路简单 并可利用现有备份切换技术 线性合成法该方法是将两路信号线性相加 这个过程在中频进行 电路比较复杂 当两个信号好衰减都不严重时 该方法对改善信噪比很有利 当某路信号好衰减严重时 其合成效果不如优选开关法 非线性合成法是前两种方法的中和 当两个信号衰减都不严重时 采用线性合成法 当某路信号好衰减严重时 采用优选开关法 2 5 3微波线路设计在微波线路时 除了考虑衰落外 还要考虑线路的干扰 同时 这些干扰有来自系统内部 也有来自系统外部 如果线路和站址选择不当 他们会妨碍系统本身的正常工作 或干扰其它系统 一 线路的干扰1 线路内部干扰通常 微波中继通信系统常用二频制方案进行单波道频率配置 同时在非分集接收的情况下 收发天线公用 下面讨论二频制收发天线公用情况下的系统内部干扰 1 越站内部干扰属于同频干扰 通常 越站同频干扰应比有用信号低60dB以上 指标较高 仅靠空间衰减是不够的 常用的方法是线路走向相互错开一定角度 避免电磁波走向和相邻各站走向一致 2 旁瓣干扰任一个实用天线的方向图中 除主瓣外还有多个旁瓣 由于天线发射天线旁瓣发射信号或接受信号可能造成的干扰为旁瓣干扰 在微波线路的拐弯和分支极易发生旁瓣干扰 属于同频邻站干扰 在微波线路的拐弯和分支产生的旁瓣干扰属于同频干扰 且传播路径相同 减少该种干扰的主要方法是调整相邻各站天线指向的相对角度 为了使同频邻站干扰低于给定的值 要求线路的拐弯和分支处夹角尽量不小于900 对于夹角小于900的拐弯和分支处 可以通过采用正交极化配置来补偿 但夹角也不益小于700 此外 线路的拐弯和分支处 通常采用不同的频率配置 可以使夹角的限制条件放宽或不受限制 系统外部干扰包括无线电设备辐射的频段相近的电磁波和工业设备的杂散辐射电磁波 在进行微波线路路由和站址的选择时 应了解所在区域其它无线电设备的发信频率 功率和方向图等 以及大型的电动设备 电炉 注塑机等工业设备的杂散辐射情况 此外 设计新线路时 有时会遇到和现有通信线路相互连接和配合使用的问题 若处理不当 会造成同频或邻频干扰 二 线路的路由和站址的选择进行线路的路由和站址的选择之前 首先应明确已知条件 如 1 线路或被连接的终端的位置 沿线城市或单位 2 沿线附近原有的通信线路站址及其频段 方向图等 它们涉及到线路之间或站间的相互干扰的问题 3 沿线附近卫星地面站的位置 同步卫星轨道指向和工作频率 有关飞机场 雷达站等设施的位置 工作频率和通信设施 它们涉及到线路相互干扰问题 4 沿线的地形 地物 气候等情况 它们对电磁波传播和接收以及信号的衰落特性都有影响 根据这些已知条件 在地图上进行图上作业 从线路的终端站开始 逐段确定线路的路由和中间站的地址 选择线路路由和站址的基本原则是从长远规划出发 近期需要和长远需要相结合 充分利用有利的地理条件 站距不益过大 各中继段长度相差也不宜过大 在线路的路由和站址初步确定后 应仔细核查路由和站址 如画出每个中继段的电磁波传播路径剖面图 核查沿线的反射点特性和可能的反射干扰 与视距有关的通道状况以及天线高度和传播余隙 在特制的坐标图上画出线路剖面图和传播余隙的表示图并进行余隙计算 在核查时还应注意沿线其它无线电设备的干扰问题 尤其是使用同一频段的卫星通信设备的干扰问题 2 6数字微波中继设备 目前我国投入使用的中 小容量数字微波中继设备以三次群设备 34Mb s 480路 为主 大容量设备以四次群设备 140Mb s 1920路 为主 2 6 134Mb s数字中继设备1 概述34Mb s数字微波中继设备可用于国内长途通信支线电路 省内干线电路