微波中继通信

第20章 数字微波中继通信技术
微波中继通信主要用来传送长途电话信号、宽频
带信号（如电视信号）、数据信号、移动通信系统基 地站与移动业务交换中心之间的信号等，还可用于通 向孤岛等特殊地形的通信线路以及内河船舶电话系统 等移动通信的入网线路。
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数字微波中继通信的特点
微波中继通信具有以下特点：
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数字微波的收发信设备
1.发信设备的组成 数字微波发信设备可以有如下两种组成方案： （1）微波调制发射机。 微波调制发射机的组成方框图如图20―5（a）所 示。来自数字终端机的数字信号经过码型变换后，直
接对微波载波进行调制，然后经过功放和微波滤波器
送到天线振子，
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第20章 数字微波中继通信技术
微 波 终端站 微 波 中继站 微 波 分路站 微 波 分路站 微 波 中继站 微 波 终端站
数 字 终端站
数字分路 终端站
数字分路 终端站
数 字 终端站
交换机
数 字 终端站
交换机
交换机
交换机
用户 终端
微 波 终端站
用户 终端
用户 终端
用户 终端
微 波 中继站
微 波 终端站
收本振 (a) 再生转接 f1 微 波 低噪声 放大器 混 频 中 放 功率 中放
发本振
收本振
中 频 接 口 (b) 中频转接
上 变 频 发本振
微波 功放
f2
f1
微 波 低噪声 放大器
微波 放大 微 波 接 口 (c) 微波转接
变频
微波 功放
f2
自动增 益控制
移频 振荡
图20―4 微波中继转接方式
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1.基带转接方式
中间站把来自某一通信方向载频为f1的接收信号经 对应中继机（微波收发信机）的天馈系统（天线馈线 系统），传送到收信机。再经微波低噪声放大器后， 与该中继机的接收机本振信号混频，混频输出信号经 中放后送到解调器解调并输出基带信号，对基带信号 进行判决再生，再生后的信码序列进行中频数字载波 调制（图20―4（a）只示出了前一种情况）。
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数字微波中继通信系统的组成
图20―2是一条微波中继通信线路的示意图，其主 干线可以长达几百公里甚至几千公里，支线可以有多 条。除了在线路未端设置微波终端站外，还在线路中 间每隔一定距离设置若干微波中继站和微波分路站。
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主干线 支 线
微波终端站 微波分路站 微波中继站
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将信号放大到上变频器所需的功率电平，然后与
发信机本振信号进行上变频，输出载频为f2的微波信号。 该信号经微波功放、天馈系统后，向中间站的另一通 信方向发送出去。信号从中间站的某一中继机的收信 机转接到另一中继机的发信机时，接口频带为中频， 所以称作中频转接，中频转接省去了调制、解调器， 简化了设备，但中频转接不能上、下话路，不能消除 噪声积累。
微 波 振荡器 微 波 调制器 码 型 变 换 (a) 微波调制发射机 方框图 微波 功放 微波 滤波器
信码入
中 频 振荡器
中 频 调制器
功率 中放
上变 频器
微波 功放
微波 滤波器
信码入
码型 变换
微波 本振 (b) 中频调制发射机 方框图
图 20―5
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由天线发射出去。这种方案的发射机结构简单，但当
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数字微波中继通信技术
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数字微波中继通信的概念
微波通信是在第二次世界大战后期，由美国贝尔 研究所开始研究使用的一种无线电通信技术。经过50 多年的发展，目前已经获得广泛的应用。 当微波通信用于地面上的长途通信时，需要采用 中继（接力）传输的方式，才能完成信号从信源到信
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微波直放转接可用于延长通信距离，改善衰落储备或
克服某些地形障碍，且不需建机房、修道路和架设电 力线路，节省了基建费用。但由于其转信和收信在同
一载频上，因此必须采用增益高、方向性强、旁瓣低、
高性能、具有低噪声放大器的天线，或加大天线之间 的垂直间距，以避免本站收发信号之间的相互干扰。 无源转接方式利用金属反射板改变微波波束的方 向以起到转接的作用。这种转接方式维护简单，主要 用于克服山河等地形障碍，但对反射板的抗风能力要 求很高且造价较高。
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已调信号经过变频后输出载频为f2的微波信号，该
信号经微波功放、天馈系统后向中间站的另一个通信 方向发送出去。这种转接方式采用数字接口，可以消 除噪声积累，是目前微波通信最常见的一种转接方式。 基带转接方式可以直接上、下话路，是微波分路站和 枢纽站必须采用的转接方式。采用这种转接方式的中 间站的设备与终端站可以通用。
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（2）受外界干扰的影响小。工业干扰、天电干扰
及太阳黑子的活动对微波频段通信的影响小（当通信 频率高于100MHz时，这些干扰对通信的影响极小），
但这些干扰源严重影响短波以下频段的通信。因此，
微波中继通信信号比较稳定和可靠。 （3）通信灵活性较大。微波中继通信采用中继方 式，可以实现地面上的远距离通信，并且可以跨越沼 泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境。在遭遇地震、 洪水、战争等灾祸时，通信的建立、撤收及转移都比 较容易，这些方面比电缆通信具有更大的灵活性。
B 中继站
C 中继站
A
终端站
终端站
图20―1 微波中继通信示意图
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也许有人会问：“为什么要采用中继通信方式
呢？”对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式 的直接原因有两个：一是微波传播具有视距传播特性， 即电磁波是沿直线传播的，而地球表面是个曲面，因 此若通信两地之间距离较长，且天线所架高度有限， 则发信端发出的电磁波就会受到地面的阻挡，而无法 到达收信端。所以，为了延长通信距离，需要在通信 两地之间设立若干中继站，进行电磁波转接；另一个 原因就是微波在传播过程中有损耗，在远距离通信时 有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大和发送。
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2.中频转接方式
如图20―4（b），中间站把来自某一通信方向载 频为f1的接收信号经对应中继机（微波收发信机）的天 馈系统，将发信端输出的微波信号通过高频馈线送至 天线，经天线变换为无线电波朝通信方向发射出去， 再经微波低噪声放大器后，与该中继机接收机本振信 号混频，混频输出信号经中放后转接到该中间站的另 一中继机的发信机功率中放，
米波频段和极高频（EHF）频段／毫米波频段。由于
卫星通信实际上也是在微波频段采用中继（接力）方 式进行的通信，只是其中继站设在卫星上而已，因此， 为了与卫星通信相区别，这里所说的微波中继通信是 限定在地面上的。图20―1是A、B两地间的远距离地 面微波中继通信系统的示意图。
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（1）通信频段的频带宽。微波频段占用的频带约 300GHz，而全部长波、中波和短波频段占有的频带总 和不足30MHz，前者是后者的10000多倍。占用的频带 越宽，可容纳同时工作的无线电设备就越多，通信容量 也就越大。一套短波通信设备一般只能容纳几条话路同 时工作，而一套微波中继通信设备可以容纳几千甚至上 万条话路同时工作，并可传输电视图像等宽频带信号。
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4.微波站
微波站的基本功能是传输来自终端复用设备的群 路信号。按其与终端复用设备的连接关系，微波站分 为终端站、分路站和中继站，如图20―3所示。当两条 以上的微波中继通信线路在某一微波站交汇时，该微 波站称为枢纽站，它具有通信枢纽功能。微波分路站 和枢纽站统称微波主站，微波中继站和分路站统称微 波中间站。微波站的主要设备包括发信设备、收信设 备、天馈系统、电源设备以及保障通信线路正常运行 和无人维护所需的监测控制设备等。
宿的传输任务。所谓微波中继通信就是指利用微波作
为载波并采用中继（接力）方式在地面上进行无线通 信的过程或方式。
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微波中继通信分为模拟微波中继通信和数字微波
中继通信两类，模拟微波中继通信虽然出现早、技术 成熟，但正逐渐被数字微波中继通信所取代。目前数
字微波中继通信已成为通信领域中一种重要的传输手
发射频率比较高时，其微波功率放大器制作难度大， 且发射机的通用性差。
(2）中频调制发射机。
中频调制发射机的组成方框如图20―5（b）所示。 来自数字终端的信号经过码型变换后，在中频调制器 中对中频载波（70MHz或140MHz）进行调制（数字相 位调制），获得中频调制信号。然后通过功率中放，
段，并与卫星通信、光纤通信一起成为当今三大通信 传输技术。所以，若不加说明，本章介绍的内容都是 指数字微波中继通信。
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微波频段的频率范围为300MHz～300GHz，所对
应的波长范围为1m～1mm。微波频段可细分为特高频 （UHF）频段/分米波频段、超高频（SHF）频段／厘
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数字微波中间站的转接方式
微波中继通信系统中间站的转接方式一般按照收 发信机转接信号时的接口频带划分，它们划分为基带 转接方式、中频转接方式和微波转接方式三种，其方 框图如图20-4所示。除此之外，还有微波直放转接方 式和无源转接方式。
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f1 微 波 低噪声 放大器 混 频 中 放 解 调 再 生 解 调 变 频 微波 功放 f2
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3.微波转接方式
微波转接与中频转接类似，但其转接接口是微波接 口，且为了使同一中间站的转发信号不干扰接收信号， 转信载频f2相对于收信载频f1需要移频，即移频振荡器 的频率等于f2与f1之差，见图20―4（c）。另外，为了 克服传播衰落引起的电子波动，还需在微波放大时采 取自动增益控制措施。微波转接电路技术实现起来比 中频转接困难，但微波转接方案简单，设备体积小、
图20―2 微波中继通信网线路图
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与通信线路相对应，微波中继通信系统的设备连接
方框图如图20―3所示。系统主要设备有： 1.用户终端 用户终端是逻辑上最靠近用户的输入／输出设备， 如自动电话机、电传机、计算机、调度电话机等。用户
终端主要通过交换机集中在微波终端站或微波分路站。
数 字 终端站
交换机
用户 终端
图20―3 微波中继通信线路组成框图
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2.交换机
交换机既可实现本地用户终端之间的业务互通 （如实现本地话音用户之间的通话），又可通过微波 中继通信线路实现本地用户终端与远地（对端交换机 所辖范围）用户终端之间的业务互通。交换机配置在 微波终端站或微波分路处。
功耗低。
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4.直放转接和无源转接方式
近年来产生了一种新的技术，即微波直放转接方 式。微波直放转接方式以微波宽带低噪声放大器、微 波宽带线性功率放大器和微波分路滤波器等器件为基 础，进行有源、双向、无频率变换的微波信号直接放 大。这种方式适用于模拟微波中继通信和数字微波中 继通信，采用该方式的微波直放中间站不进行变频， 其结构大为简化，体积很小，可以直接安装在天线支 梁上，且其功耗低，可利用太阳能供电，可靠性较高， 一般不需维护。
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（4）天线增益高、方向性强。中继通信可以减小对
发射功率的要求而获得满意的通信效果。另外，由于 微波具有直线传播特性，因此，可利用微波天线把电
磁波聚集成很窄的波束，使微波天线具有很强的方向
性，以减少通信中的相互干扰。 （5）投资少、建设快。在通信容量和质量基本相同 的条件下，按话路公里计算，微波中继通信线路的建 设费用不到同轴电缆通信线路的一半，而且还可以节 省大量的有色金属，另外，建设时间也比后者短。
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3.终端复用设备
终端复用设备的基本功能是将交换机送来的多路 信号或群路信号进行适当变换，然后送到微波终端站 或微波分路站的发信机；将微波终端站或微波分路站 的收信机送来的多路信号或群路信号适当变换后送到 交换机。模拟微波中继通信系统的终端复用设备是频 分多路载波机；数字微波中继通信系统的终端复用设 备是时分多路数字终端机，包括增量调制（ΔM）和脉 冲编码调制（PCM）两种制式。终端复用设备配置在 微波终端站或微波分路站。