第三章数字微波通信
3.3 数字微波通信系统
1.2 微波通信的发展历程
19 世 纪 30 年 代 中 期 出 现 了 工 作 在 VHF （ 甚 高 频 30300MHz）频段的第一个商用模拟无线通信系统。 二战期间出现了UHF(特高频300M-3GHz)频段的军用无 线中继通信系统。 1951年，美国纽约到旧金山之间成功开通了商用的微波 通信线路。在随后的二三十年间，模拟微波通信系统迅速发 展。 我国从“七五”期间开始引入微波通信系统。 20世纪70年代末出现了采用简单QPSK、8PSK等的商用 数字微波通信系统 。 20世纪80年代，随着数字信号处理技术和大规模集成电 路的发展，微波通信系统得到迅速发展。 20世纪90年代后出现了容量更大的数字微波通信系统
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3.3 发信设备
直接调制式发信机
变频式发信机
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3.3 发信设备
发信机的主要性能指标
工作频段 输出功率 频率稳定度
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3.4 收信设备
收信设备的组成:
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3.4 收信设备
收信机的主要性能指标
工作频段 收信本振的频率稳定度 噪声系数 通频带 选择性 收信机的最大增益 自动增益控制范围
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3.1 中继通信线路与设备组成
基带中继成
外差中继（中频转接）方式
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3.1 中继通信线路与设备组成
直接中继（射频转接） 方式
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3.1 中继通信线路与设备组成
数字微波分路站
数字微波分路站指的是位于线路中间的微波站， 既可以上、下某收、发信波道的部分支路，也 可以沟通干线上两个方向之间的通信。由于在 此站上能够完成部分波道信号的再生，因此该 站应配备有SDH微波传输设备和SDH分插复用 设备（ADM）。
数字微波通信子系统ODU培训教材
4、地面微波中继通信的应用场合
4.5 宽带无线接入
4、地面微波中继通信的应用场合
微波通信设备应用图片(深圳SDH)
4、地面微波中继通信的应用场合
微波通信设备应用图片(广西 无源中转)
5、数字微波传输系统及子系统ODU简介
数字微波传输系统 数字微波子系统ODU
5、数字微波系统及子系统ODU简介 5.11 数字微波传输系统组成 (digital microwave transmission system) 天线(antenna) IDU (in door unit) ODU (out door unit)
16×E1 2×E1 BTS1
8×E1 MSC
2×E1
BTS2 4×E1 BSC1 2×E1
BTS: 基站 BSC: 基站控制器 MSC: 移动交换中心 BSC2 BTS3 BTS4
15G (India)
4、地面微波中继通信的应用场合
4.2 自然灾害时的备 用 通信网络
用于任何自然或人
为灾害找成的通信 中断。 例如1976年的唐山 大地 震中京津之间的同轴电 缆 全部断裂，而6个微波通 道却全部安然恙。 数字微波系统能不受自 然 灾害影响或能在几 小时之 内恢复通信。
3、数字微波通信分类
3.2 一点对多点通信 周围50公里 通过中继站可延伸 到数百公里
3、数字微波通信分类
3.3 卫星通信 微波中继通信的特殊方 式 中继站为离地面约 36000Km的地球同步卫星
3、数字微波通信分类 3.4 微波散射通信 主要用于军事 采用大功率发射、高 增益低噪声接收技术 采用分集技术 一跳通信距离可达 数百公里
数字微波通信系统
2020年5月31日星期日
1 概述
1.1基本概念 1.2微波通信发展历程 1.3微波通信的特点 1.4念
微波是指波长在1mm~1m或频率为 300MHz-300GHz的电磁波。
微波波段还可以细分如下： 分米波：波长为1 m～10 cm； 厘米波：波长为10 cm～1 cm； 毫米波：波长为1 cm～1 mm。
基带中继（再生转接）方式
3.1 中继通信线路与设备组成
（4）天线增益高，方向性强。当天线 面积给定时，天线增益与工作波长的平方 成反比。由于微波中继通信的工作波长短 ，因而容易制造高增益天线，降低发信机 的输出功率。另外微波天线具有很强的方 向性，可以把电磁波聚集成很窄的波束， 减少通信中的相互干扰。
（5）投资少，建设快。
（6）数字微波通信除具有上述微波通信的共同 特点外，还具有数字通信的特点。
我国从“七五”期间开始引入微波通信系统。 20世纪70年代末出现了采用简单QPSK、8PSK等的商用 数字微波通信系统 。
20世纪80年代，随着数字信号处理技术和大规模集成电 路的发展，微波通信系统得到迅速发展。
20世纪90年代后出现了容量更大的数字微波通信系统
1.3 微波通信的特点
微波中继通信主要用来传送长途电话信 号、宽频带电视信号、数据信号和移动通 信信号等。
3.1 中继通信线路与设备组成
数字微波终端站
✓ 数字微波终端站指的是位于线路两端或分支线路终点的 微波站。在SDH微波终端站设备中包括发信端和收信端 两大部分。
✓ SDH微波终端站的发信端主要负责完成主信号的发信基 带处理（包括CMI/NRZ变换、SDH开销的插入与提取 、微波帧开销的插入和旁路业务的提取等）、调制（包 括纠错编码、扰码和差分编码等）、发信混频和发信功 率方法等。
数字微波通信概述
第一章数字微波通信概述本章主要内容：➢微波和微波通信的概念➢微波通信的常用频段➢数字微波通信的特点➢微波通信的分类➢微波通信的应用➢微波站的分类➢数字微波的中继方式➢数字微波通信系统的组成➢数字微波通信系统的技术指标重点：➢什么是微波和微波通信？➢微波通信的分类➢微波站的作用➢中继方式➢数字微波通信系统的组成1.1 数字微波通信的概念本节需要掌握的内容：➢微波通信的概念➢微波通信的频段➢微波的视距传播特性➢微波通信的分类一、微波与微波通信什么是微波？频率在300MHz到300GHz（波长为1m到1mm）范围内的电磁波。
什么是微波通信？利用微波作为载波来携带信息并通过电波空间进行传输的一种无线通信方式。
模拟微波通信和数字微波通信。
与其他通信系统一样，都由模拟微波通信发展为数字微波通信。
微波通信的起源和发展。
微波技术是第二次世界大战期间围绕着雷达的需要发展起来的，由于具有通信容量大而投资费用省、建设速度快、安装方便和相对成本低、抗灾能力强等优点而得到迅速的发展。
20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的模拟微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段，其传输容量高达2700路，而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。
80年代中期以来，随着同步数字序列（SDH）在传输系统中的推广使用，数字微波通信进入了重要的发展时期。
目前，单波道传输速率可达300Mbit/s以上，为了进一步提高数字微波系统的频谱利用率，使用了交叉极化传输、无损伤切换、分集接收、高速多状态的自适应编码调制解调等技术，这些新技术的使用将进一步推动数字微波通信系统的发展。
因此，数字微波通信和光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传输的三大支柱。
我国第一条微波中继通信线路是60年代初开始建立的。
目前已试制成功2，4，6，8，11GHz等多个频段的各种容量的微波通信设备，并正在向数字化、智能化、综合化方向迅速发展。
二、微波通信的常用频段微波既是一个很高的频率，同时也是一个很宽的频段，在微波通信中所使用的频率范围一般在1GHz～40GHz，具体来讲，主要有以下几个频段：L波段 1.0——2.0GHz C波段 4.0——8.0GHzS波段 2.0——4.0GHz x波段8.0——12.4GHzKu波段12.4——18GHz K波段18——26.5GHz三、微波的传播特性微波除了具有电磁波的一般特性外，还具有一些自身的特性，主要有：1.视距传播特性微波的特点和光有些相似。
无线通信工程(三)微波通信
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发信机中的高功率放大器用于把发送的射频信号提高到 足够的电平，以满足经信道传输后的接收场强。 收信机中的低噪声放大器用于提高收信机的灵敏度。 下变频用于中频信号与微波信号之间的变换以实现固定 中频的高增益稳定放大。 微波通信天线一般为强方向性、高效率、高增益的反射 面天线，常用的有抛物面天线、卡塞伦天线等，馈线主要采 用波导或同轴电缆。 在地面接力和卫星通信系统中，还需以中继站或卫星转 发器等作为中继转发装置。
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因此中、大容量的数字微波接力通信系统必须采用能 先对主用及备用波道之间的时延差进行自适应调整，待信 码、定时以及帧信号的位置对应后，以分集合成方式并机 运行直至信号恶化的主用波道自动被淘汰的无损伤切换装 置。 说明：无损伤切换技术建立在备份技术上，备份分为 波道备份（异频备份）和设备备份（同频备份）两种，无 损伤切换（Hitlles Switching）：切换过程中，无感觉、 数据无滑动，不会因倒换而引入误码。
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第三节 微波接力通信系统转接方式
地面微波接力站的微波信号转接方式，也称中继 方式。接力站可分为两大类：
有源接力（有源转接）
无源接力（无源转接）
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1、有源接力站
具有补偿接收信号的传输损耗和失真，并完成频率转换和路 由改向功能的接力站。它有三种转接方式：基带转接、中频转接、 射频转接。 （1）基带转接 将接收到的频率为接收频率的射频信号，经下变频、中 频放大，及解调过程恢复出具有标准接口电平的基带信号。 然后将此基带信号再经调制、中频放大、上变频和功率放大 转换为发射频率，并具有足够功率的射频信号，发射到下一 站。其转接点在基带接口。 由于基带信号多为多路电话群路信号或视频信号，故也 称群频转接或视频转接。调制解调过程要引入失真和噪声， 影响传输质量。一般仅在需要取出或插入话路（或电视）的 主站和端站及传输距离短的支线上应用。
第3章数字微波通信系统
1、直接中继（微波转接）
----把接收到的微波信号用微波放大器直接 放大。
移频：收、发的频率不一样。
微
波
移
放
频
大
微 波 放 大
16
2、外差中继（中频转接）
低
噪 声 放
混 频
大
中 放
上 变 频
功 放
----中频转接只将收到的微波信号混频（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。
9
3.3 微波的视距传播
1 自由空间传播损耗的计算
➢ 自由空间传播损耗通常用分贝（dB）来表示：
L 10 lg L 20 lg 4d
➢ 若距离d用km表示，频率f用MHz表示有：
LS 32.4 20 lg d (km) 20 lg f (MHz )
➢ 若距离d用km表示，频率f用GHz表示有：
CO1 Ci G1
Ci
CO2
LF
CO 2
Ci LF
CO2 Ci LF
对数（dbm、dbw）
12
Gt
LS
Gr
Lt
发信机
Pt
Lr
Pre
收信机
Gt (Gr ) : 发射(接收)天线增益
Pt : 发射功率
Lt (Lr ) : 发端(收端)馈线系统损耗 Pre : 接收功率
Pre Pt
G
的中频信号进行调制，并将70MHz已调信号 送入微波发信机。
21
（4）中频信号——微波射频信号的变换 在微波发信机，对70MHz的已调波进行混频，
即70MHz的中频信号对微波载波进行调制，将 70MHz的中频信号变为微波射频信号。 （5）微波信号的发送
现代通信理论与新技术(一)
现代通信理论与新技术（一）目录第一章绪论 (2)1.1 卫星通信简介 (3)1.2 光纤通信简介 (3)1.3 移动通信简介 (4)第二章光纤传输网技术 (6)2.1 基本概念 (6)2.2 光纤通信的基本原理 (7)2.3 SDH光传输网 (11)2.4 大容量光传输技术 (13)2.4.1 波分复用 (13)2.4.2 光时分复用（OTDM）技术 (14)2.4.3 光码分复用（OCDM）技术 (15)2.4.4 光交换技术 (15)第三章数字微波通信技术 (16)3.1 基本概念 (16)第一章绪论按消息传送的方向与时间划分（单工通信、半双工通信和全双工通信）有线信道：通信损害是噪声无线信道：通信损害主要是干扰多路复用：频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM），另外还有统计时分多路复用（STDM)和波分多路复用（WDM)技术。
STDM根据用户实际需要动态地分配线路资源，因此也叫动态时分多路复用或异步时分多路复用。
分类：WDM系统按工作波长的波段不同可以分为两类：一类是在整个长波长波段内信道间隔较大的复用，称为粗波分复用（CWDM）；另一类是在1550nm波段的密集波分复用（DWDM）。
构成形式：WDM系统基本构成主要有两种形式：即双纤单向传输和单纤双向传输。
噪声：信道中不需要的电信号的统称*加性噪声：人为噪声、自然噪声（包括雷电、磁暴、宇宙射线、太阳黑子）、热噪声随机噪声：单频噪声脉冲噪声起伏噪声1.1卫星通信简介同步轨道是卫星处于地球赤道上空35860km处的圆形轨道，卫星在这个轨道上绕地球一周的时间恰好为24个小时，卫星与地球处于相对静止状态，两者同步运行，这种卫星也称为地球同步卫星。
低轨道：200-2000KM中轨道：2000-20000KM卫星通信的缺点：有星蚀和日凌中断现象。
1.2光纤通信简介光缆出厂长度为1～5 km。
再生站：弥补光波在传输过程中的损耗，光纤通信的优点：（1）传输频带宽，通信容量大。
数字微波通信原理
数字微波通信原理
数字微波通信是一种利用微波频段进行数据传输的通信技术。
它通过将数据进行数字化处理，然后利用微波信号进行传输，实现远距离高速数据传输。
数字微波通信的原理主要包括数据数字化、调制解调和微波传输三个方面。
首先，数据数字化是指将传输的数据进行数字化处理，将其转换为数字信号。
这样可以减小信号的失真和干扰，提高数据的准确性和可靠性。
数字化处理通常包括采样、量化和编码等步骤。
其次，调制解调是指将数字信号转换为适合微波传输的调制信号。
调制通常采用调幅、调频或调相等技术，通过改变信号的幅度、频率或相位来传输数据。
解调则是将接收到的微波信号转换为数字信号，还原出原始数据。
最后，微波传输是指利用微波信号进行数据传输。
微波信号具有高频率、短波长、传输距离远等特点，可以实现高速传输和长距离传输。
传输过程中需要考虑信号的传播损耗、多径效应和干扰等问题，以保证数据的可靠传输。
总的来说，数字微波通信利用数字化处理、调制解调和微波传输等技术，可以实现远距离高速数据传输。
在现代通信领域中得到了广泛的应用，例如无线通信、卫星通信和雷达等领域。
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第三章数字微波通信
• 3.4.3 数字微波线路中的干扰问题
• 下面主要介绍几种系统内的常见干扰。 • • 一、 回波干扰 • • 二、
• 三、
• 四、
第三章数字微波通信
• 3.4.4 数字微过天线余
第三章数字微波通信
• 3.1 数字微波通信的基本概念
• 微波是指频率为300MHz～300GHz的电 磁波，其所对应的波长为1m～1mm。 • 显然，微波通信是指用微波波段的电磁 波进行通信的一种通信的方式；而数字微波通 信则是指利用微波频段的电磁波传输数字信息 •
第三章数字微波通信
• 3.1.1 数字微波通信的特点 • 数字微波通信既具有数字通信的特点， 又具有微波通信的特点。
第三章数字微波通信
• 三、 自动发信功率控制技术(ATPC)
• ATPC技术的要点是：微波发信机的 输出功率在ATPC的控制范围内可以自动 地随接收电平的变化而变化，即ATPC技 术可以根据收信机的收信电平而自动调整 发信电平，以克服电波衰落的影响。 •
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
• 3.2.4 十六进制正交调幅
• QAM调制是既调幅又调相的一种方式。
• 一、 16QAM调制器 • 16QAM调制器的构成目前主要采用两种方 法，即正交调幅法和叠加法。 •
第三章数字微波通信
• 下图示出了16QAM正交调幅法调制器的方框图。
•
第三章数字微波通信
• 图示出了采用四相叠加法的16QAM调制器的原 理方框图。
第三章数字微波通信
• 一、 四相相移键控信号的产生 • • 1. 四相绝对调相 • 下图示出了π/４调相系统采用正交调制 法的原理方框图。
•
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
• 2. • 下图示出了一个π/２调相系统的四 相相对调相原理方框图。
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
• 二、 四相相移键控信号的解调 • 1. • 四相绝对调相信号的解调器方框图如下图所示。
• 3.1.2 数字微波通信系统的构成 • • 数字微波中继通信线路是由线路两端 的终端站、若干个中继站及分路站构成，如 下图所示。
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
• 一、 数字微波终端站 • 二、 天线、馈线系统 •
第三章数字微波通信
• 一、 数字微波终端站 • • 在下图中示出，终端站中可包括：微 波收发信设备、调制解调设备以及时分复 用设备。 • •
• 所谓相对相移键控，是利用载波信 号相位的相对关系来表示数字信号的“１” 码或“０”码。 • 在上述两种相移键控中，实际使用 时，采用相对移相，这是为了克服2PSK在 解调时出现的“相位模糊”现象。
第三章数字微波通信
• 一、 2DPSK信号的产生 • 2DPSK调制器的原理方框图如下图所示。 它是由码变换电路和绝对调相电路组成。码变 换电路的主要作用是对输入的基带信号进行差 分编码，得到的差分码，即是输入信号的相对 码，用此相对码对载波信号进行绝对相移键控， 即可得到2DPSK信号。
• 三、 • 从前面的叙述可以看出，K值的变化将引起 余隙的变化，当K为不同值时，所对应的余隙标
• K=2/3 时(余隙较小)要求hc≥0.3F1 • K=4/3 时(标准大气)要求hc≈1.0F1 • K=∞时 (余隙较大) 要求hc≤1.35F1
第三章数字微波通信
• 3.5 SDH微波通信系统 • 本节重点介绍SDH微波传输系统中采用的一
• 一、 • 误码性能是数字微波通信系统的主要质 量指标，CCIR针对不同等级的假想参考电路 规定有不同的误码性能指标，这些指标可供 等长度的实际数字微波电路参考。 • 二、可用度
第三章数字微波通信
• 3.4.2 数字微波通信的射频频率配置 • • 为了增加微波线路的通信容量，在微波站 上一般都有若干套微波收发信机同时工作，每 一套微波收发信机占有一个工作频率，构成一 条通道，称为一个波道。为了减小波道间的相 互干扰，合理选择和配置射频频率则是一个非 常重要的问题。
第三章数字微波通信
• 二、 16QAM • 对于正交调制信号的解调，主要是采用正交相干
•
第三章数字微波通信
• 3.3 视距传输特性
• 这一节主要介绍自由空间电波传播的一些 特点，电波衰落现象及抗衰落技术。
• 3.3.1 自由空间传播损耗和收信电平的计 算 • 3.3.2
•
第三章数字微波通信
• 3.3.1 自由空间传播损耗和收信电平的计算 • • 平面波在自由空间传播时，能量由于扩散， 随传输距离的增加而减小，这种衰减称为自由空 间的传播损耗，用Ls表示。 • 自由空间收信电平的计算: • 收信电平是指接收机输入电平，在工程上 常用dBm表示。
• 2. 微波转接方式中继站 • 在微波频率上直接放大，即为微波转 •接方式。
• 3. • 目前数字微波通信中常用的转接方式是再 生转接式中继站，其示意图如下图所示。
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
•3.2 数字微波通信中常用的调制与解调技术
• 数字信号的调制与解调技术，是数字微波通信 中的关键问题。在这一节首先介绍二进制数字 •信号的基本调制方式，在此基础上介绍数字微波通 信中常用的调制方式。
第三章数字微波通信
• 频率分集是把同一数字信息送至两部发射 机，两部发射机的射频频率具有较大间隔，在 接收端接收这两个频率的信号，合并成输出信 号。
• 空间分集是在收信端设置几付高度不同的 天线，同时接收一个发射天线送出的信号，然 后经过合成或选择，克服衰落的影响。
• 2.
• 能够适应时间变化的均衡器为自适应均衡 器。
第三章数字微波通信
• 3.2.2 二相相移键控 • 用基带数字信号对中频载波相位进行 键 控 的 方 式 ， 称 为 相 移 键 控 ， 用 PSK 表 示。 • 相移键控又可分为绝对相移键控和相 对相移键控两种。 • 利用载波相位的绝对数值来传送数字 信息的键控方式，称为绝对相移键控。 •
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
• 二、 抗衰落技术
• 微波传输过程中的衰落现象，给高质量的信 息传输带来不利影响，因此，人们提出了各种抗 衰落技术，目前常用的是分集技术、自适应均衡 技术及备用波道倒换技术。 • • 1. • 分集就是指通过两条或两条以上途径传输同 一信息，以减轻衰落影响的一种技术措施。 • 分集接收技术有频率分集和空间分集。 •
第三章数字微波通信
• 3.3.2 多径衰落
• 上面讨论的问题是假定电磁波在无限大的 自由空间传输，这是理想情况，在实际的微波 传输路径中，必须考虑地面反射和大气折射的
• 一、
• 接收的信号应是各射线的矢量和，而且接收 信号的大小和周边条件及气象条件有关。我们 把接收信号电平随时间而变化的现象称为多径 衰落。
第三章数字微波通信
•一、 差错控制编码技术 • • 差错控制编码又称信道编码，是 •提高数字传输可靠性的一种技术。
第三章数字微波通信
• 二、 自适应均衡技术 • • 在SDH微波接收设备中，一般先使用频域均 衡器，然后接基带时域均衡器。 要可以减少频率选择性衰落的影响，一般是在中 频上实现，由于此均衡器可以在接收信号时自动 调整，因此称为自适应频域均衡器。 衡是利用波形补偿法对失真的波形进行补偿，这 是目前在高速数据传输中使用的基本均衡方法， 它可以消除各种形式的码间干扰。
第三章数字微波通信
• 2. 2DPSK信号的解调 • 对2DPSK信号除采用上述的相干解调方法以 外，还可以采用延迟解调，这种方法的原理方框 图，如下图所示。
第三章数字微波通信
• 3.2.3
• 在现代数字微波传输系统中，为了提高 信息传输速率，常采用多进制的调相技术。即 利用载波的一种相位去携带一组二进制信息码。 • 相数愈多，传输速率愈高，但相邻载波 之间的相位差愈小，这样就使得接收时易产生 误码而使误码率增加。所以，目前在多相调制 方式中，通常采用四相制和八相制，在这里只 介绍四相调制。
些关键技术、SDH微波传输系统的性能指标。
• 3.5.1 SDH微波传输系统中的关键技术 • 3.5.2 SDH微波通信系统的传输误码性能指 标 • •
第三章数字微波通信
• 3.5.1 SDH微波传输系统中的关键技术
•
•
一、 差错控制编码技术
• 二、 自适应均衡技术
•
三、 自动发信功率控制技术(ATPC)
第三章数字微波通信
2020/12/7
第三章数字微波通信
• 本章主要讨论数字微波通信的基本 • 概念、常用的调制解调方式以及在进行 • 系统设计时应考虑的若干问题，简要介 • 绍了SDH微波通信系统。 •
第三章数字微波通信
•3.1 数字微波通信的基本概念 •3.2 数字微波通信中常用的调制与解调技 术 •3.3 视距传输特性 •3.4 数字微波通信系统设计中应考虑的问 题 •3.5 SDH微波通信系统
• 一、 什么是天线余隙 • • 从中继段上地势最高点到收、发天线连线之 间的垂直距离称为天线余隙，用hc表示，如下图所
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
• 二、 • 天线余隙值的大小和等效地球半径系数K及 第一费涅尔区半径F1有关。 • 根据费涅尔椭球面及费涅尔区的定义，经 •
第三章数字微波通信
第三章数字微波通信
• 二、 2PSK信号及2DPSK信号的解调 • 目前对于二相相移键控信号常用的解调方 式是相干解调和延迟解调两种。 • • 1. • 由于接收到的已调波信号中无载波频率成 分，所以在收端要设法从已调波中提取原载波信 号。因为提取的载波信号和调相波的载波频率相 同，故称其为相干载波，利用它来进行解调的方 法，称为相干解调。