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第3章微波通信 3 1概述 微波通信是利用微波作载波进行的无线电通信 由于微波波段的频带较宽 传输特性也比较稳定 通过中继 接力 的方式可以实现远距离通信 因此 曾是20世纪六七十年代世界各国干线通信的主要传输手段 第3章微波通信 3 1概述 微波中继通信示意图 3 2微波通信的特点 1 频带宽 能传输的信息容量大 2 天电 工业噪声干扰及太阳黑子变化对短波及频率较低的无线电波段影响很大 而微波频段 GHz级别 频率高 不易受这些外界干扰的影响 因此 通信相对稳定 可靠 3 由于波长短 天线的尺寸就可以做得很小 4 由于是直线传播 微波通信必须采用中继接力的方式 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 1系统组成 微波中继系统主要功能是实现远距离通信 通信距离往往长达数千米甚至上万米 整个通信链路由多个相距几十千米的中继站构成 系统中包含了各种类型的微波通信站 微波中继通信线路系统的示意图 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 1系统组成 图中的节点 统称为微波站 除两头的终端站之外 还有大量的中继站 枢纽站和分路站 它们的作用分别是 1 终端站 处于线路两端的微波站 是系统的终端 它对一个方向收 发 采用不同的收 发频率 可以上 下话路或数据 2 中继站 线路的中间转接站 将收到的微弱微波信号放大后转发 便于在下一中继段进行传输 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 1系统组成 图中的节点 统称为微波站 除两头的终端站之外 还有大量的中继站 枢纽站和分路站 它们的作用分别是 3 分路站 除具有对接收信号放大 转发的中继站功能外 还能将信道上传送的多路信号中的部分话路分离出来 并插入相同路数的新话路 以实现长距离传输系统的区间通信 4 枢纽站 两条以上的微波线路交叉的微波站 它可以从几个方向分出或加入话路或电视信号 实现两条链路上信号或部分信号的交换 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 1系统组成 微波站的主要设备包括发信设备 收信设备 天线馈线系统 电源设备以及保障通信线路正常运行和无人维护所需的监测控制设备等 终端复用设备是最重要的设备之一 它的基本功能是 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 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 1系统组成 a 终端站 b 中继站 微波中继系统的终端站和中继站 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 2中继方式 根据转接方式的不同 中继方式有基带转接 中频转接和微波转接三种 1 基带转接来自天线的微波信号首先通过混频器下变频至中频 IF 经过解调 取样判决后 得到基带数字信号 然后将恢复的基带码流重新调制 经混频器上变频至微波发射频率 RF 将信号放大后再通过天线发射出去 这种转接方式称为基带转接 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 2中继方式 1 基带转接 基带转接方式 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 2中继方式 1 基带转接 基带转接方式实现话路信号的分出或插入 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 2中继方式 2 中频转接中频转接只将收到的微波信号下变频至中频 70MHz或140MHz 经中频放大器放大后再送到发送设备的上变频器变换为微波频率 经功率放大后由天线发射出去 中频转接方式设备简单 不会造成信号的频率失真 是模拟系统常用的中继方式 在传送电视节目时 由于彩色电视信号对频率失真特别敏感 因此一般都采用中频转接的中继方式 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 2中继方式 2 中频转接 中频转接方式 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 2中继方式 3 微波转接微波转接方式直接对微波放大后进行转接 由于不需要下变频至中频或基带 设备简单 但收和发的微波频率不能相同 因为实际系统中发射天线的信号功率不可能完全集中在发射方向的主瓣内 背向旁瓣的信号功率可能进入接收天线引起 背 背干扰 因此 必须使中继站的发射载频和接收载频有一定的偏离 比如偏离0 2GHz 3 4微波中继系统的组成和工作方式 3 4 2中继方式 3 微波转接 微波转接方式 3 5PDH微波中继通信系统 数字微波通信系统为了扩大传输容量和提高传输效率 常常需要将若干个低次群低速数字信号以时分复用的方式合成为一路高速数字信号 然后再通过宽带信道传输 实现两个或两个以上支路数字信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字信号的过程称为数字复接 完成这一功能的设备称为数字复接器 在传输线路收端把复合数字信号分离成各分支信号的过程称为数字分接 完成此功能的设备称为数字分接器 数字复接和分接合在一起统称为数字复用 3 5PDH微波中继通信系统 国际电信联盟电信委员会 ITU T 的前身国际电报电话咨询委员会 CCITT 先后规定了两种基本复用标准 开始为准同步数字体系 PDH 后来 为了适应通信传输网的发展需要 又提出了同步数字体系 SynchronousDigitalHierarchy SDH 我国在95年以前采用PDH的复用方式 95年以后 随着光纤通信网的大量使用 开始引入SDH的复用方式 原有的PDH数字传输网可逐步纳入SDH传输网 SDH网最终将成为宽带综合业务数字网B ISDN的一个重要组成部分 3 5PDH微波中继通信系统 准同步数字体系 PDH 规定了可在线路中传输的各种数字信号速率和复用设备的输入 输出速率 方便了多种速率数字信号的传输和互联 中国和欧洲使用由30个64kb s话路复接而成的2048kb s的基群 然后按4倍乘的方式逐级而上 最高可达五次群 PDH相邻群路的速率不成整数倍关系 因此它们不可能严格同步 所以在相邻群路的复接过程中 只能通过码速调整使被复接支路与复接时钟的4分频信号实现准同步 然后再进行复接 这是PDH得名的由来 3 5 2PDH的复接原理 3 5PDH微波中继通信系统 3 5 2PDH的复接原理 数字复接器 分接器原理框图 3 6SDH微波中继通信系统 准同步数字体系 PDH 对于数字传输网的发展起了很大作用 但随着通信的发展 客户对传输网的要求愈来愈高 美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的准数字传递结构组成的同步光网络 SONET 的概念 1988年 CCITT接受了SONET的概念 将其重新命名为同步数字体系 SDH 使得SDH成为不仅适用于光纤通信 而且也适用于微波和卫星传输的通用通信技术体制 3 6SDH微波中继通信系统 1 速率等级SDH传输的数字流的速率等级是在传输线路的基础上定义的 3 6 1SDH的速率等级与帧结构 SDH网络节点接口安排 3 6SDH微波中继通信系统 1 速率等级 3 6 1SDH的速率等级与帧结构 因此采用SDH传输时可以提供各种不同速率的传输通道 SDH复用设备 SM 其它SDH网络设备和线路的接口点称为网络节点接口 NNI 复用设备和外部接入设备 EA 的另 接口端的接口信号称为支路信号 TR SDH规定了同步复用设备和传输线路接口时的全部速率等级 而并未具体规定复用设备和外部接入设备 EA 的另 接口端的支路信号 TR 的速率 3 6SDH微波中继通信系统 1 速率等级 3 6 1SDH的速率等级与帧结构 SDH和SONET网络节点接口的标准速率 3 6SDH微波中继通信系统 2 帧结构 3 6 1SDH的速率等级与帧结构 SDH帧结构建立在125 s的帧同步周期和64kb s的帧同步信道的基础上 采用了块状帧结构 STM N信号的帧结构示意图 3 6SDH微波中继通信系统 2 帧结构 3 6 1SDH的速率等级与帧结构 SDH最基本也是最重要的同步传输模块是STM 1 更高等级的STM N信号只是将基本模块信号STM 1按同步复用 经字节间插后的结果 其中N 4 16 64 STM 1的帧分为段开销 SOH 管理单元指针 AUPTR 通道开销 POH 和净负荷 Payload 四个装有不同用途信息比特的区域 除净负荷区用于PDH信息或其它数字信源信息外 其它区域均用来支持系统的管理和维护功能 3 6SDH微波中继通信系统 2 帧结构 3 6 1SDH的速率等级与帧结构 STM 1信号的帧结构 3 6SDH微波中继通信系统 3 6 2SDH的复用原理和映射方法 SDH技术有一系列标准速率接口 并具有前向和后向兼容性 允许接入各种不同速率的PDH信号 B ISDN和ATM信号以及其他新业务信号 各种速率的业务信号复用进STM N帧都要经历映射 Mapping 定位 aligning 和复用 mudtiplexing 3个步骤 3 6SDH微波中继通信系统 3 6 2SDH的复用原理和映射方法 由于各种支路信号间存在一定的差异 为了实现同步复用 在形成STM 1速率信号时 需要进行适配 即映射 通过指针定位完成从STM N帧中任意上 下一个支路信号 复用过程一般可以分为2步走 第一步是将各种不同速率的信号复用到STM 1 第二步是通过字节间插 将STM 1复用成高阶STM N 3 6SDH微波中继通信系统 3 6 2SDH的复用原理和映射方法 1 SDH的映射与复用结构 ITU TG 707建议的STM N的映射与复用结构 3 6SDH微波中继通信系统 3 6 2SDH的复用原理和映射方法 2 我国的SDH复用映射结构 我国的SDH复用映射结构 3 6SDH微波中继通信系统 3 6 3SDH微波通信