第二章微波中继通信系统2-2.ppt

第二章微波中继通信系统,2,2.2数字微波中继通信系统设计,2.2.1假设参考电路与传输质量标准2.2.2射频波道配置2.2.3中频频率选择2.2.4调制方式选择2.2.5性能估算与指标分配,3,2.2.1假设参考电路与传输质量标准,2.2.1.1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。,4,可分为三类：高级假设参考电路适用于远距离微波干线通信中级假设参考电路适用于国内微波支线通信用户级假设参考电路用于本地端局与用户之间的微波通信,5,高级假设参考电路：传输容量在二次群（8Mb/s）以上；总长度为2500km；均匀分为9个数字微波段，在每个传输方向上均包含9组数字复用设备；包含两次64Kb/s数字信号转接，其他转接为群转接；适用于国际与国内的远距离微波干线通信。,6,中级假设参考电路：传输容量在二次群（8Mb/s）以上；基本长度为1220km；由4类传输质量不同的假设参考数字微波段组成，可以根据具体情况组合；（1、2段是50公里，3、4、5、6段是280公里）包含一次64Kb/s数字信号转接，其他转接为群转接；适用于国内微波支线通信。,7,用户级假设参考电路：长度为50km，主要用于本地数字端局与64Kb/s用户之间的微波通信。,8,9,2.2.1.2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，误码率大于110-6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，误码率大于110-3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L介于280km2500之间，误码性能应在各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，误码率大于110-6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，误码率大于110-3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，误码率大于110-6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，误码率大于110-3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。,2.2.1.3可用性可用性是数字微波中继通信系统的一项重要的质量指标：可用性=1-不可用性=可用时间/（可用时间+不可用时间）不可用时间：在至少一个传输方向上，只要下述两个条件中有一个连续出现10秒，即可认为该通道不可用时间开始（该10秒计入不可用时间）：（1）数字信号阻断；（2）每秒平均误码率大于110-3。可用时间：在两个传输方向上，下述两个条件中同时连续出现10秒，即可认为该通道可用时间开始（该10秒计入可用时间）：（1）数字信号恢复；（2）每秒平均误码率小于110-3。,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。,2.2.1.4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,2.2.1.4传输容量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。,2.2.1.5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。,2.2.1.5基带接口基带接口的两种方式：1）近距离接口：接口连接的设备较近（20m左右），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。,19,2.2.2射频波道的频率配置,为了增加传输容量，使一条微波通信线路的可用带宽得到充分利用,将微波线路的可用带宽划分成若干频率小段,并在每一个频率小段上设置一套微波收发信机,构成一条微波通信的传输通道。这样，一条微波线路上就有多套微波收发信机工作。在每个通信方向上使用多套微波收发信机同时工作时，同一方向的每套收发信机应该使用不同的微波收发频率。,20,射频波道每两套对通的微波收发信机构成了一条独立的双向微波信道。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。射频波道的频率配置由于一条微波线路上允许有多套微波收发信机同时工作,这就必须对各波道的微波频率进行分配。即分配各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。,2.2.2射频波道的频率配置,21,频率配置的基本原则：在同一中继站中，一个单向传输信号的接收和发射必须使用不同的频率，以避免自调干扰。在多路微波信号传输频率之间必须留有足够的频率间隔以避免不同信道间的相互干扰。整个频率的安排要紧凑，使得每个频段尽可能获得充分利用。因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法共用天线，因此选用的频率配置方案应有利于天线共用，达到既能使天线建设费用低又能满足技术指标的目的。避免某一传输信道采用超外差式接收机的镜像频率传输信号。,2.2.2射频波道的频率配置,22,波道频率配置-单波道频率配置当一条微波中继通信线路各相邻两个微波站之间只有一条波道工作时，其频率配置称为单波道频率配置。二频制：二频制指一个波道的收、发只使用两个不同的微波频率。整个微波线路共使用两个不同的微波频率f1、f2，且f1、f2在两个信息传输方向上都是交替出现的。,23,二频制频率分配,一个通信方向的收信机会收到相反通信方向的同频干扰信号。,24,波道频率配置-单波道频率配置四频制：整个微波线路共使用4个不同的微波频率f1、f2、f3、f4，f1与f3（或f4）、f2与f4（或f3）各组成一条双向波道，这两条双向波道在两个信息传输方向上都是交替出现的。,25,四频制频率分配,26,波道频率配置-单波道频率配置无论二频制还是四频制,它们都存在越站同频干扰。解决越站同频干扰的有效措施之一是,在微波路由设计时,使相邻的第4个微波站的站址不要选择在第1、2两个微波站的延长线上。,27,越站干扰及无越站干扰,为避免越站干扰，微波线路路由尽量呈之字形。电波射线的交角和至少大于天线的主瓣宽度。,波道频率配置-单波道频率配置,29,波道频率配置-多波道频率配置当一条微波中继通信线路各相邻两个微波站之间有多条波道同时工作时，其频率配置称为多波道频率配置。配置方案：6条波道、12个微波频率一般有两种排列方式：（1）交错制方案；（2）分割制方案.,30,波道频率配置-多波道频率配置交错制方案：系统中6个波道收发频率相间排列方案。若每个波道采用二频制，则其中收信频率为f1f6，发信频率为f1f6。下一中间站则相反，即收发频率逐站更换一次。这种方案的收发频率间距较小（40MHz）,导致收发往往要分开使用天线,因此要用多副天线,这种方案目前一般不采用。,31,|f2-f1|=80MHz|f1-f1|=40MHz,每站各个波道的收发频率按波道的次序间隔排列,相邻站的收发频率配置正好相反。,32,波道频率配置-多波道频率配置分割制方案：中继站6个波道收发频率集中排列的方案。收信频率集中在频段的一半，发信频率集中在频段的另一半。每个波道采用二频制，收信频率为f1f6，发信频率为f1f6；下一中间站则相反，即收发频率逐站更换一次。,33,|f2-f1|=14MHz或29MHz|f1-f1|较大,A方向,B方向,每站各个波道的收发频率分别相对集中。分割制的收发频率相隔较远，抗干扰能力优于交错制。,34,波道频率配置-多波道频率配置由微波的极化特性可以知道,利用两个相互正交的极化方式(如水平和垂直极化),可以减少它们之间的干扰,由此可以对射频波道实行频率再用。在微波通信系统中，频率再用就是在相同和相近的波道频率位置，借助不同的极化方式来增加射频波道数量。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,波道频率配置-多波道频率配置XPD:是指当发射天线发射一个极化波(如垂直极化V)TV时,在接收天线同极化上接收到的信号电平RV与在交叉极化上接收到的信号电平RH之比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。,波道频率配置-多波道频率配置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：,波道频率配置-多波道频率配置1）相邻波道间隔f波道Xfs，X12。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，Y25。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，Z0.51。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。,38,射频波道的频率再用通常有两种可行方案:,同波道型频率再用,39,射频波道的频率再用通常有两种可行方案:,插入波道型频率再用,40,例题,MDR-11微波设备采用8PSK调制,系统容量90Mb/s,射频频率配置如下图。图中射频频段是10.7011.70GHz，中心频率f0=11200MHz,波道对数n=6。请根据图上给出的参数值计算边沿保护间隔f保护。,90MHz,40MHz,80MHz,解（1）不考虑频率再用时：f带宽=2(n-1)f波道+f收发+2f保护=11.70-10.70=1.0GHzn=6f波道=80MHz-x=2,fs=40f收发=90+40=130MHz-y=3.25f保护=35-z=0.875,（2）考虑频带再用时，整个频带在上式的基础上增加了40MHz，实际的整个频带是：f带宽=2(n-1)f波道+f收发+2f保护+40=2(6-1)80+130+40+2f保护=1040MHzf保护=70/2=35MHz,例题,2.2.3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;fs为码元速率。Kf实际表示一个码元周期那包含多少中频周期。,2.2.3中频频率的选择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310范围内取值。,2.2.3中频频率的选择目前，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。,46,2.2.4调制方式选择调制是将数字基带信号调制到中频信号,解调是将中频信号解调为数字基带信号。考虑的主要因素有：频谱利用率、抗干扰能力、对传输失真的适应能力、抗衰落能力、设备的复杂程度、所采用的频段、以及和模拟微波中继系统的兼容性等。,47,2.2.4调制方式选择在数字微波通信中,为了提高频谱利用率,经常采用高频谱利用率的调制方式。常用的调制方式有：差分四相相移键控DQPSK、八相相移键控8PSK、16进制正交调幅16QAM、64QAM等，解调一般采用相干解调方式。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。,48,2.2.4调制方式选择所谓“键控”是指一种如同“开关”控制的调制方式。比如对于二进制数字信号，由于调制信号只有两个状态，调制后的载波参量也只能具有两个取值，其调制过程就像用调制信号去控制一个开关，从两个具有不同参量的载波中选择相应的载波输出，从而形成已调信号。“键控”就是这种数字调制方式的形象描述。,49,几种简单的调制方式：（1）二进制幅移键控(2ASK)在ASK中载波幅度是随着调制信号1和0的取值而在两个状态之间变化。最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0的控制下通或断,这种二进制ASK方式称为通-断键控(OOK)。它的时域表达式为:sOOK(t)=anAcosct式中A为载波幅度；c为载波频率；an为二进制数字（1