[工学]第五章-微波中继系统与系统设计课件.ppt

5.15.1微波中继系统基本概念微波中继系统基本概念 1.1.系统组成：系统组成：由于由于微波通信是视距传播，而地球是圆的，故若要进微波通信是视距传播，而地球是圆的，故若要进行远距离微波通信，只有采用中继通信或接力通信的方式行远距离微波通信，只有采用中继通信或接力通信的方式;同时由于微波波长较短，电磁能量的空间损耗较同时由于微波波长较短，电磁能量的空间损耗较大，需要有中继站对微波信号能量进行补偿大，需要有中继站对微波信号能量进行补偿;因此微波无因此微波无距离通信一般采用微波中继通信或叫微波接力通信微波距离通信一般采用微波中继通信或叫微波接力通信微波中继通信系统一般是由终端站、中间站、分路站和枢纽站中继通信系统一般是由终端站、中间站、分路站和枢纽站（后三种统称中继站）组成，如图：（后三种统称中继站）组成，如图：枢纽站端站端站中继站端站数字微波中继通信示意图端站中继站 终端站：其主要作用是在发信时，通过终端机的发终端站：其主要作用是在发信时，通过终端机的发信支路将各用户信号进行多路复用后汇成群路信号，由信支路将各用户信号进行多路复用后汇成群路信号，由微波信道机发信通道进行调制与上变频，使之成为微波微波信道机发信通道进行调制与上变频，使之成为微波信号，通过天线向对方站发射出去。

反之为接收）收信号，通过天线向对方站发射出去反之为接收）收信时，由天线接收对方站发射出来的信时，由天线接收对方站发射出来的中继站分为三种类型：中继站分为三种类型：中间站中间站：只完成对对信号的放大和转发，至少需要两套微只完成对对信号的放大和转发，至少需要两套微波发收设备，以便从不同方向接收与发射微波，可采用波发收设备，以便从不同方向接收与发射微波，可采用直直接中继方式接中继方式或或外差中继方式外差中继方式分路站分路站（再生中继站）：处于线路中间，站上配有传输设（再生中继站）：处于线路中间，站上配有传输设备和分插复用设备，除了可以在本站上下部分支路外，还备和分插复用设备，除了可以在本站上下部分支路外，还可沟通干线上两个方向间的通信在监控系统中，再生中可沟通干线上两个方向间的通信在监控系统中，再生中继站可作为主站，也可作为受控站再生中继站只能采用继站可作为主站，也可作为受控站再生中继站只能采用基带中继方式基带中继方式枢纽站枢纽站：完成从数个方向加入或者取出信号完成从数个方向加入或者取出信号2.2.系统工作原理：系统工作原理：由于接收与发射电平悬殊很大，因此为了防止干扰，防止发射信号进入接收机，在中继时采用不同的收信和发信频率。

由于微波只能在视距内传播，因此相隔一个以上中继站后，站间干扰就很小了，可以每隔一个站使用一个微波频率这样传输中只需要两个微波频率，为“二频制”二频制二频制”特点是节约频率资源，缺点是存在越战干扰，尤特点是节约频率资源，缺点是存在越战干扰，尤其是反向干扰解决方法是：在天线背部加金属反射网一保其是反向干扰解决方法是：在天线背部加金属反射网一保证提高天线的反相隔离性能一般要保证天线前后比到达证提高天线的反相隔离性能一般要保证天线前后比到达70dB70dB由此，有时使用四频制，这样可以避免越战干扰，但由此，有时使用四频制，这样可以避免越战干扰，但是比较浪费频率资源是比较浪费频率资源在中继站中在中继站中,接收设备和发射设备常常被安装在同一接收设备和发射设备常常被安装在同一个机架上由于接收和发射信号的电平悬殊很大，所以个机架上由于接收和发射信号的电平悬殊很大，所以为了防止干扰（主要是避免发射信号进入接收机），在为了防止干扰（主要是避免发射信号进入接收机），在进行微波中继通信时需要采用不同的收信和发信频率进行微波中继通信时需要采用不同的收信和发信频率当然，每个中继站均可选用不同的频率，但结果是系统当然，每个中继站均可选用不同的频率，但结果是系统 占据的频带过宽，造成频谱资源的浪费，事实上，微波只能占据的频带过宽，造成频谱资源的浪费，事实上，微波只能 在视距内传播，所以相隔一个以上的中继站后，站间的干在视距内传播，所以相隔一个以上的中继站后，站间的干 扰就很小了。

因此在实际工作中，可根据需要来选择频率及扰就很小了因此在实际工作中，可根据需要来选择频率及工作方式常用的有：工作方式常用的有：单波道工作单波道工作：在微波线路上只有一个波道的情况，一般采在微波线路上只有一个波道的情况，一般采用二频制，即在整个传播过程中只用二个微波频率亦可用二频制，即在整个传播过程中只用二个微波频率亦可采用四频制采用四频制多波道工作：多波道工作：在一条微波线路和上有若干个波道同时工作在一条微波线路和上有若干个波道同时工作由于在多个波道中具有多频率的特性，故需要对所使用频由于在多个波道中具有多频率的特性，故需要对所使用频率进行配置常用的也是二频制率进行配置常用的也是二频制3.3.数字微波中继系统的特点数字微波中继系统的特点1)PCM(1)PCM(脉冲编码调制脉冲编码调制)编码：编码：将模拟信号转换为时域和频域都离散的量，在进一步变为代码进行传输2)2)多路复用多路复用 两种复用方式：频分复用（频分复用（FDMFDM）：）：借助于频谱搬移技术按一定的规律把各路信号的频谱相互错开后顺序排列，组成一个宽频谱的综合信号频分复用（频分复用（FDM)时分复用（时分复用（TDM）数字微波中继通信系统的复用方式数字微波中继通信系统的复用方式 时分复用时分复用(TDM)(TDM)是使每路信号在时域内分别占用不同的时间间隔来实是使每路信号在时域内分别占用不同的时间间隔来实现多路信号的同时传输。

现多路信号的同时传输TDMTDM复用是将多个基群的复用是将多个基群的PCMPCM信号信号集合起来并在时间轴上重新排列，是数字传输的特性有方集合起来并在时间轴上重新排列，是数字传输的特性有方法PCM-FDM复用（脉冲编码调制-频分复用）PCM-TDM复用（脉冲编码调制-时分复用）如图发端复接器把N路数宇信号按顺序安排在一帧内,收端分接器再把它分成备相互独立的数字信号，这实际上一种信号的串并行变换时分多路复接方式：时分多路复接方式：按位复接：按比特复接，这种方法是每次依次取每个被复接支路的一位码这种复接方式设备简单，要求存储量小，容易实现，其缺点是对信息的交换处理不利,PDH一般采用拉位复接方式按路复接：按字复接，一个路时隙有八位码，是每次依次取每个被复接支路的八位码，4个支路轮流复接SDH微波一般采用该复接方法按帧复接：每次依次取每个被复接支路的一帧，-不破坏帧结构，有利于变换，但需要大量的存储空间，-极少使用微波数字系统的数字复接技术微波数字系统的数字复接技术1 1）准同步数字系列）准同步数字系列PDH:PDH:（一般用于支线微波传输中）（一般用于支线微波传输中）PDH数字复接系统包括发端的数字复接器和收端的分接器。

复接器是把两个或两个以上的支路信号接时分复用方式合并成一个单一的高次群数字信号的设备，它由码速调整、定时和复接三单元组成；分接器是把已合路的高次群数字信号，分解成原来的低次群数字信号的设备，它由同步、定时、分接和码速恢复单元组成1)(1)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，没有北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，没有 世界统一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的世界统一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的 营运、营运、管理和维护变得十分复杂和困难管理和维护变得十分复杂和困难2)(2)各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性，不能适应电信网络不断扩大、使网络设计缺乏灵活性，不能适应电信网络不断扩大、技术不断更新的要求技术不断更新的要求(3)(3)由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号分出，由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号分出，都必须逐级进行，不能直接分插，因而复接都必须逐级进行，不能直接分插，因而复接/分接设备结构分接设备结构 复杂，上下话路价格昂贵复杂，上下话路价格昂贵。

2 2）同步数字系列）同步数字系列SDH:SDH:是在是在SONETSONET的基础上建立起来的一种新的技术体制的基础上建立起来的一种新的技术体制,即是一套复用方法，也是一个组网原则，同时规定了在即是一套复用方法，也是一个组网原则，同时规定了在网络节点接口上的所有速率等级，而对支路信号的速率网络节点接口上的所有速率等级，而对支路信号的速率没有规定因此，没有规定因此，SDHSDH可以提供不同的传输通道可以提供不同的传输通道其信息结构等级为其信息结构等级为STM-NSTM-N同步传输模块，其速率同步传输模块，其速率155.520Mbit/s155.520Mbit/s，-SDH-SDH支持的支持的N N值为值为1 1，4 4，1616，6464见见2-22-2其相邻模块间的速率为整倍数关系其相邻模块间的速率为整倍数关系-同步复用同步复用同步数字系列有两种基础速率：一种是以1.544 Mb/s为第一级(一次群，或称基群)基础速率，采用的国家有北美各国和日本；另一种是以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速率，采用的国家有西欧各国和中国3)3)微波传播与频段范围微波传播与频段范围 微波传播的距离即中继站的距离是随波长的变化而改变的:如在1GHz-6GHz频率段，其中继通信的距离一般在50公里左右为了实现多路时分复用，数字微波中继通信中的数字调制需占用较宽的频带，因此其通信系统应工作在较高的微波频段，如常用的13GHz15GHz。

但由于波长缩短使得传播衰减增大中继通信的距离受到限制，其中继的一般距离为15公里4)4)中继方式中继方式 数字微波通信的中继方式:直接中继(射频式）,外差中继（中频式）,基带中继直接中继：直接中继：是把接收到的微波信号用微波放大器直接放 大，-传输失真较小移频：是为了避免中继站收、发 频率间的同频干扰；为克服传播衰落引起的电平抖 动，-采用自动增益控制措施外差中继：在中频进行放大，如图外差中继：在中频进行放大，如图:基带中继：基带中继：用于分路站和枢纽站，在基带上进行用于分路站和枢纽站，在基带上进行 再生中继：再生中继：对模拟系统来说，中频与射频式转接系统失真小，二对模拟系统来说，中频与射频式转接系统失真小，二基带式要经过一次调制解调信号失真大，这种失真会基带式要经过一次调制解调信号失真大，这种失真会随中继站增加而累计随中继站增加而累计数字微波中继通信系统采用的数字微波中继通信系统采用的PCMPCM中，信息仅包含于中，信息仅包含于脉冲的有无，所以可在脉冲波形沿未失真前加以判断脉冲的有无，所以可在脉冲波形沿未失真前加以判断，重新建立脉冲来继续中继，可以实现再生中继重新建立脉冲来继续中继，可以实现再生中继。

中继方式中继方式-再生中继（属于基带转接）再生中继（属于基带转接）在正确地在正确地重新建立脉冲（再生）之后，还需将重新建立的脉冲正重新建立脉冲（再生）之后，还需将重新建立的脉冲正确地配列在一个相应的集团上（称为定时调整），定时确地配列在一个相应的集团上（称为定时调整），定时调整所需的信息不需另给出，而是从传送脉冲序列中提调整所需的信息不需另给出，而是从传送脉冲序列中提取再生中继可保证有较高的通信质量）取再生中继可保证有较高的通信质量）发信脉冲信号；发信脉冲信号；接收端输入脉冲序列；接收端输入脉冲序列；提取定时；提取定时；定时脉冲；定时脉冲；再生脉冲序列再生脉冲序列输出脉冲序列均衡放大脉冲再生电路定时提取电路取样脉冲发生电路输入脉冲序列5)5)信噪比与误码率信噪比与误码率 系统要正常工作必须保证一定的信噪比与误码率，为了准确接收来自发射机的脉冲信号，需要一定的高频信比，即系统高频部分输出的载噪比：载波功率与噪声功率比当接收机接收到脉冲信号后，需通过合适的判断和选择电路如果设信号的幅度为V，判断门限为V/。