微波与pcm讲义

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1、1一、微波通信系统前前言言目前我省的数字微波通信主要有：省环网干线 SIEMENS 公司的 CTR-190 设备；古田水电厂、安砂水电厂、漳平火电厂、建阳供电局、邵武供电局等五条支线的 HARRIS微波设备；邵武电厂支线的 NEC 公司的设备；官桥变以及一些厂局内部的通信使用的SAT 公司、国内如兴安通信设备厂等各个厂家的设备等等。从容量看主要由8Mbps、34Mbps 两种。在 SDH 微波的应用中，目前有莆田支线（HARRIS） 和华能林中支线（NEC）2 条。因此，数字微波通信在我省还是占有很大的比重，在我省电力生产和管理起着非常重要的作用。这次的学习过程采取问答的形式，边提问题边解决。

2、1 什么是微波？什么是微波？电磁波按照频率的大小（波长的长短）来分类，有长、中、短、超短波和微波。微波又分为：分米波、厘米波、毫米波、微米波等等。C=3108m/s，C=f微 波类别长、中、短超短波分米波厘米波毫米波波长1 米以上1-10dm1-10cm1-10mm频率（Hz）300M 以下0.03-3G3-30G30-300G各个频段的无线电波均可用于无线通信。无线电波的工作频率在微波范围内的通信是微波通信，也叫微波接力（中继）通信。除了我们常见的微波中继通信外，还应该包括：（利用大气层不均匀性作为“反射板” ）微波散射通信、 （利用地面上空 36000 公里的同步卫星作微波接力站）卫星通信

3、、还有近几年推出的以设备小、功率低为主要特征的扩频通信。我省环网微波的频率是：7GHz-8GHz，扩频通信的频率是 2.4GHZ，集群移动通信使用 800MHz，卫星通信使用 4、6GHz。顺便提一下，决定设备工作在那个频段的关键器件是本振（也叫固态源）,它的频率决定了微波的频率。2 什么是微波通信（系统）什么是微波通信（系统） ，其构成如何？画出结构方框图并简述通信原理。，其构成如何？画出结构方框图并简述通信原理。22.1 通信系统的模型是图图 1 通信系统模型2.2 数字通信系统的模型图图 2 数字通信系统模型从通信系统的模型中我们看出，传输信道（有时也叫传输媒介或介质）有许多种，例如：电

4、缆、光缆、无线电等等。微波通信就是利用无线电通信的一种，它是利用电磁波在空气中自由传播的特性来实现远距离通信。少则几公里，多则几十公里甚至上百、上千公里。如果微波通信调制的信号是数字信号，那么这种通信方式就是数字微波通信。2.3 我省数字微波通信系统简易模型：见图图 3信息源发送设 备传输信传输信道道接收设 备收信者噪噪声声源源信息源数 字 化 处 理传输传输信道信道接 收 设 备收信者噪噪声声源源调 制 器解 调 器信 息 源数 字 化 处 理微波微波 收信收信 机机接 收 设 备收 信 者调 制 器解 调 器微波微波 发射发射 机机3图图 3 数字微波通信系统简易模型CTR-190（1+1

5、）终端站设备配置方框图：见图图 4从我省数字微波通信系统的构成可以看出，总体可以分成两个部分和三个体系。按设备特点来划分，一般分为：用户终端设备（如电话机、传真机等）复分接设备（进行基群复接叫多路复用设备（如程控交换机、PCM） 、高次群信号的复接和分接叫跳群）微波收发设备（也叫微波信道机） ，含收发信机和天馈线系统（含天线、馈线、铁塔等）监测控制设备。3 数字微波通信比模拟微波通信的优点。数字微波通信比模拟微波通信的优点。微波通信具有天线的增益高、天线的方向好、通信容量大、通信的稳定性较好、信噪比高、可靠性较高、组网灵活、建设的投资和维护费用低。数字微波通信比起模拟微波通信来的优点：3.1

6、可以实现高质量超长距离的传输。这是由于噪声的不积累所决定。3.2 可直接与数字程控交换机相连。同时也适合于传送综合数字业务（ISDN） 。3.3 数字信号的抗干扰性能好，同时也可降低对其他系统的干扰。3.4 易于加密。3.5 上下话路更容易。3.6 集成度高、智能化进一步提高、体积小、安装方便，从而提高了可靠性和有效性。需要指出的是数字微波与模拟微波的区别主要有：信号源的处理方式不同，数字微波的信号源都要首先经过数字化处理，形成不连续的数字信号。如语音信号就是要先经过抽样、量化、编码过程，形成一路 64Kbps 的数字信号。多路复用的方式，广泛采用 TDMA（时分复用、时分多址）和目前正推广的

7、先进的噪噪声声源源4CDMA（码分多址）技术。而模拟微波则采用 FDM（频分复用） 。比如目前我省广泛使用的各种 PCM 设备就是采用 TDMA 技术的典型例子。调制解调方式，指用信号来控制载波的方式。如用数字信号来调制载波的振幅、频率、相位等。数字微波多采用振幅键控（ASK） 、频率键控（FSK） 、相位键控（PSK）等。模拟微波基本是调频制（FM）和调幅制（AM ） 。CTR-190 的调制方式是 4PSK。数字微波具有同步系统，且监控系统逐步完善。尤其是 SDH 数字微波具有严格的同步系统，网管相对先进，实现了智能化。模拟微波即使具有监控系统也是非常简单。而智能化几乎是空白。当然，他们的

8、传输原理过程是类似的，特别是中频以后的频带传输与模拟几乎没有什么实质性的区别。这也是所有的微波设备具有的共同特点。4 微波通信系统的主要部件及其各部件的特性、功能。微波通信系统的主要部件及其各部件的特性、功能。从上述图中可以看出，微波通信系统应该案发信和收信系统来分，他们各自具有一些重要的部件，学习这些部件应该从功能、结构、基本工作原理开始。发信端的主要部件有：中频调制器、本振、混频器、功率放大器、滤波器等等。对应的收信端的主要部件有：耦合器、滤波器、混频器、本振、中频滤波放大器、中频解调器、等等。公共单元是天馈线系统，含有天线、馈线（波导）等。在我省数字微波通信系统 SIEMENS 公司的

9、CTR190 设备中，由于传输公务信号、监控信号等等，加上设备采用 1+1 热备用，因此在发信中频调制器前配有比特插入单元（BI） ，对应的收信端在解调器后配置比特提取单元（BE）以及切换盘（SWITCH） 。这也是重要的部件。显然，为讲解方便需要，在前面我没有或很少提到时钟的概念，作为模拟微波和数字微波的重要区别之一就是时钟同步的概念。因此，时钟的同步有必要重提一下，在信号经过数字化后的复接过程中，通过时钟的同步来区分不同的路、基群、跳群来区分。与此有关的单元有，调制解调器、比特插入与提取、基群和跳群的复分接设备等。顺便提一下分复接过程，它是一个由下级至上级，逐级进行的。具体是：2Mb/s隔

10、离器再生判决复接（在时钟的控制下插入同步码等）先是 4 个 2 Mb/s 复接成一个 8 Mb/s，4 个 8 Mb/s 又复接 34 Mb/s，分级复接。分接过程刚好与此相反，34Mb/s隔离器再生电路分接。5下面我们稍微了解一下各个部件的功能特性、结构以及基本工作原理。中频调制器：电磁波是一个连续的正弦信号，他可用三个参数来表述：即振幅、频率和相位。是其中的某一参量随着传送信息的变化而变化，即可达到携带“信息”的目的。实现这一目的的过程称为调制。因此相应的有 ASK、FSK、PSK。见教材实现这一过程的电路是“乘法”电路。如图：以实际中广泛采用的 PSK 为例稍微讲解一下。e(t)E(t)

11、E(t)=E0cos(0t+(t)E0cos(0t+ 0)本振：产生一个固定频率的正玄信号。一般有倍频式和脉冲锁相式等几种电路。这是一个采用锁相环的振荡电路（PLC） 。晶振产生的正玄波(f)，通过几级的倍频和放大、滤波达到一定的频率(nf)。其重要的衡量参数是频率稳定度，一般只允许几个 ppm 的偏差。混频器：实现频率的搬移，由中频向微波转换。其电路原理也是一个乘法器。本振与中频相乘，取加法项实现上边频。功率放大器：使前方信号放大到一定值使之足以发射。微波功率放大电路一般采用场效应管（FET）放大器， （早期的模拟微波多采用体积和放大倍数均较大的行波管放大器） 。衡量参数主要是放大倍数。在

12、SDH 微波通信中，发信支路采用了自动功率控制器（自动功率控制器（ATPC）是的功率放大器的）是的功率放大器的效率大大提高，效率大大提高，而这是 PDH 微波通信没有。滤波器：主要起到选频和抑制杂波的作用。从性质来看可以分为：高通、低通、窄带三种。其构成主要根据信号的频率高低如低频的芯片和微波的带状滤波器（形状如栅栏） 。衡量的参数主要是选频特性和抑制信杂比。耦合器：有定向耦合器等几种，比如监控（视）微波发射功率就是采用定向耦合器。器衡量参数主要由耦合比。收信端的混频器功能与发信端有所不同，取其下边带的分量。即达到射频和中频的转换。电路原理与发信端类似的。解调器：也称中频解调器。实现从中频信号

13、中提取信息的功能。与调制器的功能相6反。一般目前流行的做法是采用电路较简单的相干解调。在这里进行载波恢复，并提取时钟。解调出基带信号。天馈线系统：一般有波导、馈线、馈源和抛物面及其附件构成，起到传送微波信号和发射的作用。主要的衡量参数有天线增益、馈线损耗。天线的极化一般指电场矢量方向，常用的有水平和垂直极化。综合以上各部件，数字微波通信的基本原理可以叙述如下。以 CTR-190 为例：在发信端，经过数字化处理后的信号进行基群复接（如 PCM、交换机等） ，形成2.048Mbps（通长称为 2Mbps 信号）数字信号；再经过高次群复接，形成 34Mbps 的三次群（含二次群）的数字信号，形成基带

14、信号；到达 BI 盘。与此同时，一些管理信号（如公务、监控）也到达 BI 盘，同主业务信号合成为 35Mbps 信号，滤波后进入调制器。调制器产生中频本振，在信号码流的调制下，形成的信号为 70MHz（为区别基带信号，通常此后的信号也称频带信号，即频道传输）送往混频器，在本振（微波、射频载波）的作用下，进行上变频，形成射频即微波信号（如 78Ghz） ，滤波后将信号送入功率放大器进行放大。在耦合器进行定向耦合，送入天馈线系统，从天线向对方发射。另一信道的信号也一样并行工作。在收信端，经过一个与发信相反的过程。从天线接收到对方发过来的信号即微波信号，经天馈线系统后，进入到收信耦合单元，滤波后进入

15、混频器与收信本振进行混频，（也就是下变频） ，产生 70MHz 中频信号，送入解调器，解调出 35Mkbps 的信号（数字），并进行提取时钟；进入比特提取单元（BE） ，使得主业务信号（34Mbps）和管理信号（公务、监控等）分离开，主业务信号到达切换盘时进行逻辑判断，选择其中一路信号输出送入跳群的分接单元，分解成若干个 2Mbps（基群信号） ，送到 PCM、交换机等，通过相应的设备最终送到收信者。5 微波站的主要类型及其主要区别微波站的主要类型及其主要区别微波通信系统的由各微波站构成，微波站有：端站、中继站、分路站三种。如图：（以我省 SIEMENS 数字微波通信网为例）2.1 微波端站是

16、指线路两端的微波站：龙岩局、三明局、水口水电厂等。它的构成是：2.2 微波中继站是线路中间的转接站， （分为微波转接、中频转接、基带转接）如：7东坑、板寮岭、双奶顶等邮电代维的山头站。2.3 微波分路站是具有上、下部分话路的同时转接两个方向的信号的站。6 描述微波通信系统的主要技术指标描述微波通信系统的主要技术指标衡量一个数字微波通信系统的性能和质量指标有多方面，但技术指标可为主要方面。主要技术指标有：频率 f、功率 P、通信容量、频带 B、功率利用率、传输速率、误码率、可靠性、通信电路建设时间、经济性和实用性等。频率 f：一般指系统工作频率，如我省干线 7-8GHz。功率 P：发射机的输出功率，一般数百毫瓦，P（Db）=10lgP/1mw。如 CTR-190 设备的发射功率为 25dB。通信容量：多少个 2M 接口（8/34Mbps）-或 30、120、480 路-等 SDH 微波有155M、622M 等。通频带 B：10MHz、70MHz、140MHz、1GHz-传输速率：比如 8 Mbps 的 HARRIS 设备和我省