第五章 微波中继系统与系统设计

通信路径的选择；系统噪声的分配；
2）同步数字系列SDH:
是在SONET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 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，SDH可以提供不同的传输通道。 其信息结构等级为STM-N同步传输模块，其速率 155.520Mbit/s，----SDH支持的N值为1，4，16，64。 见2-2其相邻模块间的速率为整倍数关系---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。
对于微波中继系统来说，载噪比与误码率关系：
C/N 分贝 13 17 20 22 误码率 10-2 10-4 10-6 10-10
一般的，要求载噪比大于20dB。并将此时的电平作为门 限电平。
4. 系统中的干扰
1).干扰类型 在微波数字通信中，利用天线的尖锐方向性，采用二频 制，用两个载波组成一个往返波道。中继站以同一个频率 向两个方向发信，同时从两个方向接收同一个频率。
数字微波中继通信系统的复用方式
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）
时分复用(TDM) 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。TDM复用是将多个基群的PCM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
法。
中继站 端站
端站
中继站 枢纽站 端站 端站
数字微波中继通信示意图
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 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 信时，由天线接收对方站发射出来的
中继站分为三种类型： 分路站（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 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 基带中继方式。
瞬间，当噪声电平幅度小于门限时，可认为不影响脉冲的
准确接收，如噪声大于该门限，将影响脉冲的接收从而产 生误码。
设噪声为高斯噪声，其功率均方根值为s，其概率密度
分布为正态分布：
p( x)
1 e 2

x2 2 2
设高频输出的载噪比为
Vout
C V N 高频输出端
由上产生的干扰有：
①发信天线的前后耦合（前对背耦合）； ②收信天线的前后耦合（前对背耦合） ③发信天线的前侧耦合； ④收信天线的前侧耦合；
⑤越站干扰； ⑥天线的侧侧耦合（边对边耦合）； ⑦天线的后后耦合（背对背耦合）；
对于二频制，①-⑤的干扰为同一频率的干扰，而⑥ 和⑦则为不同频率间的干扰。仅在载频接近时才会有影 响。所有干扰均取决于天线的辐射方向性的主瓣宽度和 在同一中继区间内并列的各波道之间,将产生如下干扰：
4) 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。 ①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。
微 波 放 大
移 频
微 波 放 大
外差中继：在中频进行放大，如图:
低 噪 声 放 大
混 频
中 放
上 变 频
功 放
基带中继： 用于分路站和枢纽站，在基带上进行
低 噪 声 放 大 上 变 频
混 频
中 放
解 调
调 制
中 放
功 放
基带信号
基带信号
• 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。 • 数字微波中继通信系统采用的PCM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，重新建立脉冲来继续中继，可以实现再生中继。 ②中继方式----再生中继（属于基带转接）。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 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 取。（再生中继可保证有较高的通信质量）
③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
1）准同步数字系列PDH:（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
⑧邻波道干扰；一般邻波道采用正交极化波隔离时， 此时邻波道干扰为不同极化波干扰，其大小取决于交叉 极化鉴别度（XPD）； ⑨重邻波道干扰；此时为同极化波干扰，其大小取决于 滤波器的选择性；
2).干扰噪声的评价
由于各种干扰噪声的振幅分布不同,即使其噪声的功 率相同,其对误码率的影响亦不相同。 邻波道的干扰和收发信间的干扰对波道配置起着重要的 作用。
“二频制”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 证提高天线的反相隔离性能。一般要保证天线前后比到达 70dB。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。
越站干扰 反向干扰 f1 第一站 f2 f1 f2 第二站 f2 f1 第三站 f1 f2
§5.1微波中继系统基本概念
1. 系统组成：
由于①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;
②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;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 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：
3).收、发信间的干扰
两种情况
①共用天线：收发信隔离的环行器等的耦合度，一般 为30-35dB； ②收发天线分离：表示侧侧耦合度，一般要求大于 80dB。 在两种情况下，其滤波器的设计的差异则会较大。
4).天线防卫度
所谓天线防卫度是指天线在最大辐射方向上对从其它 方向来的干扰电波的衰耗能力。天线防卫度主要包括下面 几个指标：
C 则有 N 使脉冲信号出现错误的噪声瞬时值的范围
可由判断门限来确定：
由误码率的公式
1 1C V ~ 2 2N
P p(u)du

接收到期脉冲信号出现错误的概率为

P( x) 1 C p( x)dx
2N

1 2


1C 2N
e
1 x 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
①单波道工作：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 采用四频制。 ②多波道工作：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 率进行配置。常用的也是二频制。
3. 数字微波中继系统的特点
1) PCM(脉冲编码调制)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) 多路复用 频分复用（FDM) 两种复用方式： 时分复用（TDM） 频分复用（FDM）：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。
4) 天线防卫度
所谓天线防卫度是指天线在最大辐射方向上对从其方向 来的干扰电波的衰耗能力。 天线防卫度主要包括下面几个指标：
①反向防卫度
②边对边去耦 ③背对背去耦
§5.2
中继站中的微波系统与指标
一个通信系统的涉及的面很广，贯穿到通信设备的 研制与生产、通信线路的架设与使用.设计一个通信系统， 首先要考虑的是这个系统的传输容量、传输距离、传输环 境，由此决定系统组成、传输指标等等，不同的系统有不 同的要求，应具体分析。 系统的设计主要考虑三个问题：微波频率的配置；
①发信脉冲信号； ②接收端输入脉冲序列； ③提取定时； ④定时脉冲； ⑤再生脉冲序列。
输入脉冲序列 ②
均衡放大
脉冲再生电路
输出脉冲序列 ⑤
定时提取电 路③
取样脉冲发生电路④
5) 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/2，则在某一
3) 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13GHz~15GHz。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。
中间站：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，可采用直 接中继方式或外差中继方式。
枢纽站：完成从数个方向加入或者取出信号。
2. 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”。