第二章微波中继通信系统2-2

1、第二章,微波中继通信系统,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,2,2.2.1,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,3,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,

2、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,4,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,5,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,

3、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,6,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,7,8,2.2.1.2,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,9,1,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,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

4、秒钟统计时间内，误码率大于,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,L,介于,280km,2500,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,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，误码率大于,1,10,3,时,间率不超过,0.04,3,在一年中的

5、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,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，误码率大于,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,0.6,2.2.1.3,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,

6、数字信号阻断；,2,每秒平均误码率大于,1,10,3,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,1,10,3,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

7、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,P

8、CM,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

9、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,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,19,2.2.2,射频波道的频率配置,射频波道,每两套,对通的微波收发信机,构成

10、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,20,2.2.2,射频波道的频率配置,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

11、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,21,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,22,一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,越,站,干,扰,反,向,干,扰,f,1,f,2,A,B,f,2,f,1,C,f,1,f,2,D,f

12、,2,f,1,二频制频率分配,23,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,24,越,站,干,扰,f,1,f,3,A,B,f,2,f,4,C,f,1,f,3,D,f,2,f,4,四频制频率分配,25,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,26,

13、越站干扰及无越站干扰,27,波道频率配置,单波道频率配置,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,f,1,A,B,f,2,f,1,D,C,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,29,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,f,1,f,6,发信频率,为,f,1,f,6,下一中间

14、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,30,f,2,f,1,80MHz ,f,1,f,1,40MHz,A,方向,B,方向,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,31,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,f,1,f,6,发信频率,为,f,1,f,6,下,一中间站则相反，即收发频率逐站更换一次,32,A,方向,f,

15、2,f,1,14MHz,或,29MHz ,f,1,f,1,较大,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,33,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

16、端天线的交叉极化鉴别率,XPD,34,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

17、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,f,s,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,Xf,s,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,Yf,s,Y,2,5,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

18、,3,频段边沿的保护间隔,f,保护,Zf,s,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,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,38,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,39,40,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,10.7011.70 GHz,中心频率,f,0,11200MHz,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,80MHz,90MHz,40MHz,例题,解

19、,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=1.0GHz,n=6,f,波道,80MHz-x=2, fs=40,f,收发,90+40=130MHz- y=3.25,f,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,1040MHz,f,保护,70/2=35MHz,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

20、频频率与码元速率的比值，用,k,f,表示,K,f,f,0,f,s,f,0,为中频频率,f,s,为码元速率,K,f,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,K,f,值选小了，对中放、解调等电路的传输畸变较敏感,K,f,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,K,f,值一般在,3,10,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

21、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,2.2.4,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,46,2.2.4,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,DQPS

22、K,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,47,2.2.4,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,48,几种简单的调制方式,1,二进制幅移键控,2ASK,在,ASK,中,载波

23、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,s,OOK,t,a,n,A,cos,c,t,式中,A,为载波幅度,c,为载波频率,a,n,为二进制数字,1,或,0,49,2.2.4,调制方式选择,s,OOK,t,A,1,0,1,t,T,s,A,2ASK,信号的典型波形,50,2.2.4,调制方式选择,2,二进制频移键控,2FSK,2FSK,是利用载波的频率变化来传递数字信息的。在,2FSK,信号,中,载波频率,随着调制信号,1,或,0,而变,1,对应于载波频率,f,1,0,对应