1、第三章 微波与卫星通信3.1 微波通信技术3.2 微波通信系统3.3 微波无线固定接入3.4 卫星通信技术3.5 卫星通信系统3.6 卫星通信技术的发展3.1 微波通信技术 微波通信所使用的频段为300 MHz300 GHz，相应的波长为1 m0.1 mm。人们习惯上将微波划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波波段。通常用不同的字母代表不同的微波波段，如：S代表10 cm波段、C代表5 cm波段、X代表3 cm波段、Ka代表8 mm波段、U代表6 mm波段、F代表3 mm波段等。微波的主要特征如下。(1)似光性。微波的波长范围为0.1 mm1 m，这样短的波长与地球上的物体(如飞机、舰船、建筑
2、物)的尺寸相比小得多或属于同一个数量级，故当微波照射到这些物体上时将产生强烈的反射。微波的这种直线传播特性与光线的传播特性相似，所以称微波具有“似光性”，利用这一特性可实现无线电定位。超视距微波通信就是依靠中继站进行长距离信号传输的。(2)高频性。微波的振荡周期在10-910-13 s量级，利用微波的高频特性可以设计制造出微波振荡、放大与检波等微波器件，如磁控管、行波管等。同时，由于微波的频率高、频带宽、传输信息容量大，所以大信息量的无线传输大多采用微波通信。(3)穿透性。微波照射到媒质时具有良好的穿透性，云、雾、雪等对微波的传播影响小，这为微波遥感和全天候通信奠定了基础。同时，110GHz、
3、1030GHz、91 GHz附近波段的微波受电离层影响较小，从而成为人类探测太空的“宇宙之窗”，为射电天文学、卫星通信、卫星遥感提供了宝贵的无线电通道。(4)散射性。微波也具有散射性，利用这一特性，可以进行远距离的微波散射通信，也可以根据散射的特征进行微波遥感。(5)抗干扰性。由于微波的频率很高，一般自然界和电气设备产生的人为电磁干扰的频率与其差别很大，所以基本上不会影响微波通信，即它的抗干扰能力强。(6)热效应。当微波在有耗媒质中传播时，会使媒质分子相互碰撞、摩擦，从而使媒质发热，微波炉就是利用这一效应制成的。同时，这一效应也成了有效的理疗方式，是微波医学的基础。由此可见，利用微波进行通信具
4、有频带宽、信息传输量大、抗自然和人为干扰能力强的优点，从而使微波通信技术得到了越来越广泛的应用。3.1.2 数字微波通信的特点 微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信两种制式。用于传输频分多路-调频制(FDM-FM)基带信号的系统称为模拟微波通信；用于传输数字基带信号的系统称为数字微波通信。远距离的微波中继传输一般都采用数字通信的方式。数字微波通信的优点：抗干扰能力强，整个线路噪声不积累；保密性强，便于加密；器件便于固态化和集成化，设备体积小，耗电少；便于组成综合业务数字网(ISDN)。数字微波通信的不足：因为要求传输信道带宽较宽，因此会产生频率选择性衰落；抗衰落技术复杂。数字微波通信系统主要
5、由发射端、微波信道和接收端三部分构成，如图所示。不论信源提供的信号是数字信号，还是模拟信号，最终都将经编码器转变成符合传输要求的数字信号，再经微波通道传输，最后解码器将接收到的信号还原为原始信号传给信宿。式(3-2)表明，微波通信的传输损耗包括真空中的基本损耗和实际媒质损耗两部分。所以，信道的传输衰减取决于不同的传输方式和不同的传输媒质。信道的传输衰减是微波通信的主要特征，这种传输衰减统称为衰落现象。衰落分为两种，即吸收型衰落和干涉型衰落。吸收型衰落主要是由于传输媒质电参数的变化使得信号在媒质中的衰减特性发生相应的变化而引起的；干涉型衰落主要是由随机多径干涉现象引起的。衰落又有慢衰落和快衰落之
6、分，由大气气象的随机性引起信号电平在较长时间内的起伏变化称为慢衰落；由天线传播或媒质的不均匀传播而引起信号幅度和相位在较短时间内的变化称为快衰落。快衰落和慢衰落是叠加在一起共同影响传输信号的，短时间内快衰落表现明显，而慢衰落不易被察觉。信号的衰落现象将严重地影响微波传输系统的稳定性和可靠性，但采取有效措施是可以加以控制的。无线电波通过媒质除产生传输损耗外，由于媒质的色散效应和随机多径传输效应还会产生振幅失真和相位失真。色散效应是由于不同频率的无线电波在媒质中的传播速度有差别而引起的信号失真。载有信号的无线电波都占据一定的频带，当电波通过媒质传播到达接收点时，由于各频率成分传播速度不同，因而不能
7、保持原来信号中的相位关系，引起波形失真，至于色散效应引起信号畸变的程度，则要结合具体信道的传输情况而定。多径传输也会引起信号畸变，这是因为无线电波在传播时通过两个以上不同长度的路径到达接收端，接收天线获得的信号是几个不同路径传来的信号的总和。3.1.4 微波通信的频率配置 微波通信的频带虽然很宽，几乎是普通无线电波长、中、短波各波段带宽总和的1000倍。为避免各种应用之间的相互干扰，同时也为了提高无线电频率资源的利用效率，人们对频率的使用进行了划分。微波通信频率配置的基本原则是使整个微波传输系统中的相互干扰最小、频带利用率最高。频率配置应包括微波通信线路中各个微波站上多波道收、发信频率的确定，
8、并根据选中的中频频率确定收、发本振频率，应考虑的因素如下：(1)在一个中间站，单向波道的收信和发信必须使用不同频率，而且要在频率间留有足够的间隔，以避免收、发信号之间相互干扰；(2)多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔，以免发生邻波道之间的干扰；(3)整个频谱安排必须紧凑合理，使给定的通信频段能得到有效的利用，并有较高的传输速率；(4)多波道系统一般使用公用天线(减少微波天线塔的建设)，所以选用的频率配置方案应有利于天线公用，既能降低天线建设总投资，又能满足技术指标的要求；(5)不应产生镜像干扰，即不允许某一波道的发信频率等于其他波道收信机的镜像频率。我国国家无线电管理委员会根据
9、国际电联组织ITU-R关于波道频率配置的建议，公布了我国使用的三种频率配置方案。1.集体排列方案 射频波道可以分为收信和发信波道。通常的做法是将某一频段的2n个波道分割成低端与高端两段，每段有n个波道，分别为f1、f2、fn 和 。对某台收发信机来说，如果发信波道取低端的fi的话，那么收信波道一定取高端相应的 ，反之亦然，如图3-4所示。这样fi和 就组成了一对波道，整个频段共有n对波道。还规定-fi为同一对波道的收、发中心频率间隔，f0为中心频率，n为工作波道对的数目，fB为占用带宽，并有 fB=2(n-1)XS+YS+2ZS(MHz)(3-3)式中，XS为波道间隔；YS为中心频率附近相邻的
10、收、发信波道间隔；ZS为相邻频段间的保护间隔。集体排列方案的优点是收、发信频段中相邻频点的工作电平基本相同，所以相互影响较小，这是常用的方法。在集体排列方案中，相邻收(发)信频率间隔可以小一些，而收、发频率间隔却可以选得大一些。2.交替波道配置方案 为了使更多的波道能够公用天线并减小系统内的干扰，现在微波天线大多采用双极化天线。对于双极化天线和圆馈线，通常使用两种互相垂直的极化波：水平极化波和垂直极化波。由于这两种极化波互相垂直，它们相互的影响就很小了。交替波道配置方案的奇数和偶数波道会分别使用不同的极化方法，这种方案可以减小邻道干扰。3.同波道交叉极化方案 为了提高频谱利用率，可以采用同波道
11、交叉极化方案。为了更好地减小交叉极化干扰的影响，又提出了波道中心频率交替的同波道交叉极化频率复用方案。另外，根据CCIR第746号建议，SDH微波通信系统的射频波道配置与现有的射频波道配置方法兼容，便于SDH微波传输系统的推广，尽量减小对现有PDH微波传输系统的影响。原有PDH微波传输系统单波道传输的最高速率为140 Mb/s，波道的最大带宽小于30 MHz。在小于30 MHz的波道带宽内传输SDH的各个速率等级有着很大的技术难度。为了适合SDH微波传输的需求，CCIR将微波波道的最大传输带宽提高到40 MHz。加拿大北方电信采用512 QAM调制及双波道并行传输的方法，利用两个40 MHz波
12、道传输STM-4的信息速率；日本公司使用同波道交叉极化的方法，在一个波道中传输2STM-1的信息速率，并且30 MHz和40 MHz两种波道带宽分别使用128 QAM和64 QAM的调制方法，较好地实现了与PDH微波传输系统的兼容。130GHz数字微波接力通信系统容量系列及射频波道配置的国家标准中规定1.5 GHz 和2 GHz频段的波道带宽较窄，取2GHz、4GHz、8GHz、14GHz波道带宽用于中、小容量的信号传输速率；4GHz、5GHz、6GHz频段的电波传输条件较好，用于大容量的高速率信号传输，如SDH信号的传输。部分射频波道的配置参数见下表。3.1.5 信号的传输与复用 目前在长距
13、离微波通信干线中以传输数字信号为主，构成数字微波通信系统。常用脉冲形式的基带序列对中频频率为70 MHz或140 MHz的信号进行调制，然后再变换到微波频率进行传输。在SDH数字微波通信系统中，采用多进制编码的64QAM、128 QAM、256 QAM、512 QAM调制方式。同时还采用多载频的传输方式，如采用4个载频使每个载频都用256 QAM调制方式去传输100 Mb/s信息，这样一个波道的4个载频同时传送，就可以传输4倍这样的信息，而其占用的频谱却与只用一个载频传输时所占用的频谱相当。这样可使数字微波朝着既扩大容量，又不占用较大信道带宽的方向发展。目前，广泛采用的多路复用方式有两种：频分
14、多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)。FDM是从频域的角度进行分析的，其使各路信号在频率上彼此分开，而在时域上相互混叠在一起；TDM是从时域的角度进行分析的，其使各路信号在时间上彼此分开，而在频域上相互混叠在一起。模拟信号一般采用频分多路(FDM)方式，各路用户信号采用单边带调制(SSB)将其频谱分别搬移到互不重叠的频率上，形成多路复用信号，然后在一个信道中同时传输；接收端用滤波器将各路信号分离。由于使用频率来区分信号，故称之为频分多路复用。在频分复用中，信道的可用频带被分成若干彼此互不重叠的频段，每路信号占据其中一个频段。为了使各路信号的频谱互不重叠，在各路信号的发送端都使用了适当的滤
15、波器。若不考虑信道中所引入的噪声和干扰的影响，在接收端进行信息接收时，各路信号应严格地限制在本信道通带之内。这样，当信号经过带通滤波器之后，就可提取出各自信道的已调波，然后通过解调器、低通滤波器获得原信号。频分复用系统中的主要问题在于各路信号之间存在相互干扰。这是由于系统非线性器件的影响使各路信号之间产生组合波，且当其落入本波道通带之内时，就构成了干扰。特别值得注意的是信道传输中的非线性所造成的干扰是无法消除的，因而频分复用系统对系统线性的要求很高，同时还必须合理地选择各路载波频率，并在各路载波频率带之间增加保护带宽来减小干扰。对数字信号而言，通常采用时分多路复用方式。它将一条通信线路的工作时
16、间周期性地分割成若干个互不重叠的时隙，分配给若干个用户，每个用户分别使用指定的时隙。这样，多路信号可在时间轴上互不重叠地穿插排列在同一条公共信道上进行传输。因此在接收端可以利用适当的选通门电路在各时隙中选出各路用户的信号，然后再恢复成原来的信号。3.1.6 信号的调制与解调 在数字微波通信系统中，常用脉冲形式的基带序列对中频频率70 MHz或140 MHz的信号进行调制，然后再变换到微波频率进行传输。在数字调制中以正弦波作为载波信号，用数字基带信号去键控正弦信号的振幅、频率和相位便可得到振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK及DPSK)三种基本调制方式。其中相移键控在卫星通信
17、中使用较多。另外，正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)、最小频移键控(MSK)和高斯最小频移键控(GMSK)也得到较多应用。3.1.7 编解码技术1信源编码技术 信源编码是指先将语音、图像等模拟信号转换成为数字信号，然后再根据传输信息的性质采用适当的方式进行编码。为了降低系统的传输速率、提高通信系统效率，需对语音或图像信号进行频带压缩传输。数字微波通信系统采用的最基本的语音编码方式为标准的脉冲编码调制(PCM)方式，即以奈奎斯特抽样定理为基准，将频带宽度为3003400 Hz的语音信号变换成编码速率为64 kb/s的数字信号，调制后经微波线路传
18、输，然后在收端进行解调，经数模(D/A)转换便恢复出原有的模拟信号。系统可以在有限的传输带宽内保证系统的误码性能，实现高质量的信号传输。在数字系统中所采用的语音信号的基本编码方式包括三大类：波形编码、参数编码和混合编码。波形编码是直接将时域信号变为数字代码的一种编码方式，如PCM、M、ADPCM、SBC、VQ等。参数编码是以发音机制模型为基础直接提取语音信号的一些特征参量，并对其进行编码的一种编码方式。其基本原理是先由语音产生的条件建立语音信号产生的模型，然后提取语音信号中的主要参量经编码发送到接收端；接收端经解码恢复出与发送端相应的参量，再根据语音产生的物理模型合成输出相应语音。即参数编码采
19、取的是语音分析与合成的方法，其特点是可以大大压缩数码率，因而获得了广泛的应用。当然，其语音质量与波形编码相比要差一点。混合编码是一种综合编码方式，它吸取了波形编码和参数编码的优点，使编码数字语音中既包括语音特征参量，又包括部分波形编码信号。无论是PCM信号还是M信号，其所占用的频带宽度均远大于模拟语音信号。因此，人们长期以来一直在进行压缩数字化语音占用频带的工作，即在相同质量指标条件下降低数字化语音的数码率以提高数字通信系统的频带利用率。这一点对于频率资源十分紧张的超短波陆地移动通信、卫星通信系统等很有实用意义。通常把编码速率低于64 kb/s的语音编码方法称为语音压缩编码技术。其方法很多，如
20、自适应差分脉码调制(ADPCM)、自适应增量调制(ADM)、子带编码(SBC)、矢量量化编码(VQ)、变换域编码(ATC)、参量编码(声码器)等。2信道编码技术 信道编码是指在数据发送之前，在信息码之外附加一定比特数的监督码元使监督码元与信息码元构成某种特定的关系，接收端根据这种特定的关系来进行检验。信道编码不同于信源编码，信源编码的目的是为了提高数字信号的有效性，具体地讲就是尽可能压缩信源的冗余度，其去掉的冗余度是随机的、无规律的；而信道编码的目的在于提高数字通信的可靠性，它通过加入冗余码来减少误码，其代价是降低了信息的传输速率，即以减小有效性来增加可靠性，其增加的冗余度是特定的、有规律的，
21、故可利用其在接收端进行检错和纠错以保证传输质量。因此，信道编码技术也称差错控制编码技术。差错控制编码的基本思想是：通过对信息序列做某种变换使原来彼此独立、相关性极小的信息码元产生某种相关性，这样在接收端就可利用这种特性来检出并纠正信息码元在信道传输中所造成的差错。差错的类型可分为随机差错和突发差错两类。差错控制方式可以分为前向纠错(FEC)和自动请求重传(ARQ)两类，结合这两种方式的优点便产生了混合纠错(HEC)方式。在HEC方式中，发送端发送的码不仅能够检测错误，而且还具有一定的纠错能力。所接收的信号如果在码的纠错能力以内，接收端会自动进行纠错；如果错误很多超出了码的纠错能力，那么只能检错
22、而不能纠错，这时接收端需通过反馈信道向发送端发送要求重发的指令，然后发送端再次重传正确的信码。差错控制编码按照功能的不同可分为检错码和纠错码。检错码只能检测误码，不能纠错；但纠错码则兼有检错和纠错的能力，并且在发现有不可纠正的错误时还会给出错误指示。按照信息码元和附加的监督码元之间的检验关系，差错控制编码又可分为线性码和非线性码，若信息码元与监督码元之间满足一组线性方程式，则称为线性码；否则称为非线性码。常用的差错控制编码一般都是线性码，线性码又包括了分组码和卷积码。汉明码是1950年由汉明提出的纠正单一随机错误的线性分组码，因其编译码器结构简单而得到广泛应用；分组码的重要分支循环码具有许多特
23、殊的代数性质。BCH码有严密的代数结构，在SDH微波通信设备中常常使用能纠多重错误的BCH码来降低传输误码率。实际通信系统中除了随机差错外，还常会遇到突发干扰使一个码字内出现多个码元的连续错误。交织编码将一纠错码的码字交织，使突发误码转换为一个纠错误码字内的随机误码，因而交织码是突发差错的有效纠错码。与分组码不同，卷积码在任意给定的时间单元内，编码器的n个输出不仅与本时间单元的k个输出码元有关，而且与前m-1个时间单元的输入码元有关。这里m是约束度，这种约束关系使已编码序列的相邻码字之间存在着相关性，正是这一记忆特性使该序列可以看做是输入序列经某种卷积运算的结果。由卷机码的相关性导出的维特比(
24、Viterbi)译码算法是一种最佳的译码方法。由于维特比算法具有一定的克服突发错误的能力，因此在译码、信号解调和SDH微波传输方面得到广泛的应用。3.2 微波通信系统3.2.1 数字微波通信系统1数字微波的发信系统 从目前使用的数字微波通信设备来看，数字微波发信机可分为直接调制式发信机(使用微波调相器)和变频式发信机。中小容量的数字微波(480路以下)设备采用前一种方案，而中大容量的数字微波设备大多数采用后一种方案，这是因为变频式发信机的数字基带信号调制是在中频上实现的，可得到较好的调制特性和设备兼容性。下面以一种典型的变频式发信机加以说明，如图3-5所示。由调制机或收信机送来的中频已调信号经
25、发信机的中频放大器放大后送到发信混频器，再经发信混频器将中频已调信号变为微波已调信号，并使用单向器和滤波器取出混频后的一个边带(上边带或下边带)。然后由功率放大器把微波已调信号放大到额定电平，最后经分路滤波器送往天线。微波功放及输出功放多采用场效应晶体管功率放大器。为了保证末级的线性工作范围、避免过大的非线性失真，常用自动电平控制电路使输出维持在一个合适的电平。公务信号是采用复合调制方式传送的，并运用变容管在发信本振前对公务信号进行调频。这种调制方式设备简单，在没有复用设备的中继站也可以传输上、下公务信号。2数字微波的收信系统 数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，这里所讲的收信设备只包
26、括射频和中频两部分。图3-6是一个空间分集接收的收信设备组成框图，分别来自上天线、下天线的直射波和经过各种途径(多径传播)到达接收点的电波经过两个相同的信道(带通滤波器、低噪声放大器、抑镜滤波器、收信混频器、前置中放)进行合成，再经主中频放大器后输出中频已调信号。图3-6中画出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下天线的本机振荡源是由中频检出电路的控制电压对移相器进行相位控制的，以便抵消上、下天线收到多径传播的干涉波(反射波和折射波)、改善带内失真、获得最好的抗多径衰落效果。为了更好地改善因衰落造成的带内失真，在性能较好的数字微波收信机中还要加入中频自适应均衡器使它与空间分集技术配合使用，这样可
27、最大限度地减少通信中断的时间。图3-6中的低噪声放大器采用砷化镓场效应晶体管(FET)放大器，这种放大器的低噪声性能很好，并能使整机的噪声系数降低。由于FET放大器是宽频带工作的，其输出信号的频率范围很宽，因此在其前面要加带通滤波器，其输出要加装抑制镜像干扰的抑镜滤波器，要求对镜像频率噪声的抑制度为13dB20dB以上。3.2.2 数字微波通信系统的性能1数字微波发信系统的性能指标 1)工作频段 从无线电频谱的划分来看，把频率为0.3300GHz的射频称为微波频率，目前使用范围只有140GHz。工作频率越高，越能获得较宽的通频带和较大的通信容量，也可以得到更尖锐的天线方向性和天线增益。但是，当
28、频率较高时，雨、雾及水蒸气对电波的散射或吸收衰耗增加，会造成电波衰落和收信电平下降。这些影响对12 GHz以上的频段尤为明显，甚至随频率的增加而急剧增加。目前我国主要使用2GHz、4GHz、6GHz、7GHz、8GHz、11 GHz频段。其中2GHz、4GHz、6 GHz频段因电波传播比较稳定，故用于干线微波通信，而支线或专用网微波通信常用2GHz、7GHz、8GHz、11GHz。当然，对频率的使用还要申请，由上级主管部门和国家无线电管理委员会批准才行。2)输出功率 输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。输出功率的确定与设备的用途、站距、衰落影响及抗衰落方式等因素有关。由于数字微波的输出比模
29、拟微波有较好的抗干扰性能，故在要求同样的通信质量时，数字微波的输出功率可以小些。当用场效应晶体管功率放大器做末级输出时，输出功率一般为几十毫瓦到1瓦左右。对于采用PSK调制方式的数字微波通信系统而言，若发信机工作频率不稳，即有频率漂移，将使解调的有效信号幅度下降后误码率则增加。对于PSK调制方式，要求频率稳定度为110-5510-5。发信本振源的频率稳定度与本振源的类型有关。近年来由于微波媒质稳频振荡源可以直接产生微波频率，并具有电路简单、杂波干扰及热噪声较小的优点，因此被广泛采用，其自身的频率稳定度可达到110-5210-5左右。当用公务信号对媒质稳频振荡源进行浅调制时，其频率稳定度会有所下
30、降。当对频率稳定度要求较高或较严格时，如要求频率稳定度达到210-6510-6左右时，可采用脉冲抽样锁相振荡源等形式的本振源。4)交调失真 发信设备处在大信号工作状态时往往工作在非线性区域，如功率放大器、上变频器等。如果存在两个正弦信号，其角频率分别为1和2，那么由于电路的非线性作用将产生许多交叉调制分量(m1 n2,m，n=0,1,2,)。在各阶交调分量中，21-2和22-1处在1和2附近，大多数情况下都处在通频带之内，从而成为干扰信号。在数字微波通信中，更高阶的交调分量和高次谐波分量已处在频带之外，而且功率也不大，所以不构成危害。电路非线性度越高，交调分量越大。用来表示交调分量大小的指标为
31、交调系数Mm+n，它是各交调分量功率Pm+n与基频功率P1或P2之比。例如，三阶交调系数是M3=10lg(P3/P1)=10lg(P3/P2)，P3是21-2或22-1的功率。5)电源效率 由于系统整机电源功率的主要消耗是在发信信道，因此，设计发信各部件时，要着重考虑电源效率。尤其是射频功率放大器的电源效率，其中射频功放的平均电源效率一般约为35%，甲类功放电源效率一般低于15%。但是，对于中、大容量数字微波系统，为了保证信道传输的非线性指标，电源效率的高低应以线性条件是否满足为原则。6)谐波抑制度 总体设计在规定此项指标时，除了考虑数字微波通信系统本身的各种干扰以外，还应考虑其对模拟通信系统
32、和卫星通信系统的干扰。因此，应当适当地配置工作频率和采取必要的防护措施。7)通频带宽度 除了滤波器以外，发信信道的各组成部件都应具有宽频带特性。通常，上变频器和微波小信号功率放大器易于实现宽带设计，而要求大功率微波放大器有很宽的工作频带则是不合适的，一般只要求其能覆盖两个工作波段。这样，总体设计时，可不考虑它们对发信信道通频带的影响。8)非线性指标 不是所有的系统都要求有较高的功率非线性指标，如2PSK系统中信道的功率非线性指标意义不大。这时为了保证较高的电源效率，往往首先考虑采用丙类射频功率放大器。对于含有调幅信息的调制方式，如16 QAM系统，信道的功率非线性指标就显得至关重要。这时，为了
33、保证非线性指标，往往不得不牺牲其他性能，如电源效率、经济成本、设备的复杂程度等。实际上，不同的调制信号对信道的非线性指标要求也不同。2数字微波收信系统的性能指标 1)工作频率 收信机是与发信机相配合的，对于一个中继段而言，前一个微波站的发信频率就是本收信机同一波道的收信频率。频段的使用可参见前面有关发信设备主要性能指标中的内容。接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决定的，但是收信机输出的中频是收信本振与收信微波射频进行混频的结果，所以若收信本振偏离标称值较大，就会使混频输出的中频偏离标称值。这样，就会使中频已调信号频谱的一部分不能通过中频放大器，造成频谱能量的损失，导致中频输出信噪比下降，引起
34、信号失真，使误码增加。对收信本振频率稳定度的要求与收信设备的基本一致，通常为110-5210-5，要求较高者为210-6510-6。收、发本振频率虽常用同一方案，但它是两个独立的振荡源，收信本振的输出功率往往比发信本振要小些。2)噪声系数 数字微波收信机的噪声系数一般为3.57dB，比模拟微波收信机的噪声系数小5 dB左右。噪声系数是衡量收信机热噪声性能的一项指标，它的基本定义为：在环境温度为标准室温(17)、一个网络(或收信机)的输入与输出端匹配的条件下，噪声系数NF等于输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值，即 设网络的增益系数为G=Pso/Psi，由于输出端的噪声功率是由输入端的噪声功率(
35、被放大G倍)和网络本身产生的噪声功率两部分组成的，因此可写为则式(3-5)可改写为 由式(3-6)可以看出，网络(或收信机)的噪声系数最小值为1(合0 dB)。NF=1说明网络本身不产生热噪声，即N网=0，其输出端的噪声功率仅由输出端的噪声源所决定。实际的收信机不可能NF=1，即NF 1。式(3-6)说明，收信机本身产生的热噪声功率越大，NF值越大。收信机本身的噪声功率比输入端的噪声功率经放大G倍后的值还要大很多。根据噪声系数的定义，可以说NF是衡量收信机热噪声性能的一项指标。在工程上微波无源损耗网络(如馈线和分路系统的波导组件)的噪声系数在数值上近似于其正向传输损耗。对图3-6所示的收信机(
36、是由多级网络组成的)，在FET放大器增益较高时，其整机的噪声系数可近似为NF(dB)L0(dB)+NF场 (dB)式中，L0(dB)为输入带通滤波器的传输损耗；NF场(dB)为FET放大器的噪声系数。假设分路带通滤波器损耗为1dB，FET放大器的噪声系数为1.52.5dB，则数字微波收信机噪声系数的理论值仅为3.5dB。考虑到使用时的实际情况，较好的数字微波收信机的噪声系数为3.57dB。3)通频带 收信机接收的已调波是一个频带信号，即已调波频谱的主要成分要占有一定的带宽。收信机要使这个频带信号无失真地通过，就要具有足够的工作带宽，这就是通频带。通频带过宽，信号的主要频谱成分当然都会无失真地通
37、过，但也会使收信机收到较多的噪声；反之，噪声自然会减小下来，但却造成了有用信号频谱成分的损失，所以要合理地选择收信机的通频带和通带的幅频衰减特性等。经过分析认为，一般数字微波收信设备的通频带可取为传输码元速率的12倍，对于fs=8.448 Mb/s的二相调相数字微波通信设备，可取通频带为13 MHz，这个带宽等于码元速率(二相调相中与比特速率相等)的1.5倍。通频带的宽度是由中频放大器的集中滤波器予以保证的。4)选择性 对某个波道的收信机而言，要求它只接收本波道的信号，且对邻近波道的干扰、镜像频率干扰及本波道的收、发干扰等要有足够大的抑制能力，这就是收信机的选择性。收信机的选择性是用增益-频率
38、(G-f)特性表示的。要求在通频带内其增益足够大，而且G-f特性平坦；通频带外的衰减越大越好；通带与阻带之间的过渡区越窄越好。收信机的选择性是靠混频之前的微波滤波器和混频后中频放大器的集中滤波器来保证的。5)收信机的最大增益 天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平在随时变动。要维持解调机正常工作，收信机的中放输出应达到所要求的电平，例如，要求中放在75负载时输出为250 mV(相当于-0.8 dBm)。但是收信机的输入端信号是很微弱的，假设其门限电平为80 dBmV，则此时收信机输出与输入的电平差就是收信机的最大增益，对于上面给出的数据，其最大增益为7
39、9.2 dB。这个增益值要分配到FET低噪声放大器、前置中放和主中放的各级放大器，而且由它们来增益和控制。6)自动增益控制范围 以自由空间传播条件的收信电平为基准，当收信电平高于基准电平时，称为上衰落；低于基准电平时，称为下衰落。假定数字微波通信系统的上衰落为+5dB，下衰落为-40dB，则其动态范围(即收信机输入电平变化范围)为45 dB。当收信电平变化时，若仍要求收信机的额定输出电平不变，就应在收信机的中频放大器内设置自动增益控制(AGC)电路，这样，当收信电平下降时，中放增益随之增大；收信电平增大时，中放增益随之减小。3.3 微波无线固定接入3.3.1 LMDS无线接入 LMDS(Loc
40、al Multipoint Distribute Service)是近年逐渐发展起来的一种工作于10 GHz以上频段、宽带无线点对多点的接入技术，在某些国家也称之为本地多点通信系统(Local Multipoint Communication System，LMCS)。所谓“本地”是指单个基站所能够覆盖的范围，LMDS因为受工作频率电波传播特性的限制，单个基站在城市环境中所覆盖的半径通常小于5km；“多点”是指信号由基站到用户端是以点对多点的广播方式传送的，而信号由用户端到基站则以点对点的方式传送；“分配”是指基站将发出的信号(可能同时包括语音、数据及Internet、视频业务)分别分配至各个
41、用户；“业务”是指系统运营者与用户之间的业务提供与使用关系，即用户从LMDS网络所能得到的业务完全取决于运营者对业务的选择。在不同国家或地区，电信管理部门分配给LMDS的具体工作频段及频带宽度有所不同，其中大约有80%的国家将27.529.5 GHz定为LMDS频段。LMDS工作在2438GHz频段，所以一般在毫米波的波段附近，可用频谱往往达到1GHz以上。由于该技术利用高容量点对多点微波通过毫米波进行传输，因此它几乎可以提供任何种类的业务，支持双向语音、数据及视频图像业务，能够实现从64 kb/s到2 Mb/s，甚至高达155 Mb/s的用户接入速率，具有很高的可靠性，被称为“无线光纤”技术
42、。1LMDS系统的组成 一个完善的LMDS网络是由4部分组成的：基础骨干网络、基站、用户端设备以及网管系统。(1)基础骨干网络，又称为核心网络。为了使LMDS系统能够提供多样化的综合业务，该核心网络可以由光纤传输网、ATM交换或IP交换或IP+ATM架构而成的核心交换平台以及与Internet、公共电话网(PSTN)的互连模块等组成。(2)基站。基站直接进入电信骨干网络或核心网络。由于LMDS直接支持ATM协议(无线ATM)，所以通过使用无线ATM协议可以使链路效率得到提高。基站负责进行用户端的覆盖，并提供骨干网络的接口，包括PSTN、Internet、ATM、帧中继、ISDN等。基站实现信号
43、在基础骨干网络与无线传输之间的转换。基站设备包括与基础骨干网络相连的接口模块、调制与解调模块及通常置于楼顶或塔顶的微波收发模块。LMDS系统的基站采用多扇区覆盖，即使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线来覆盖用户端设备。基站的容量取决于以下技术因素：可用频谱的带宽、扇区数、频率复用方式、调制技术、多址方式及系统可靠性指标等；系统支持的用户数则取决于系统容量和每个用户所要求的业务。基站覆盖半径的大小与系统可靠性指标、微波收发信机性能、信号调制方式、电波传播路径以及当地降雨情况等许多因素密切相关。(3)用户端设备。用户端设备的配置差异较大，不同的设备供应商有不同的选择。一般来说都包括室外单元(含定向天
44、线、微波收发设备)与室内单元(含调制与解调模块以及与用户室内设备相连的网络接口模块)。LMDS无线收发双工方式大多数为频分双工(FDD)。下行链路一般由基站到用户端设备通过时分复用(TDM)的方式进行复用；上行链路中，多个用户端设备可通过时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)等多址方式与基站进行通信。FDMA用于大量的连续非突发性数据接入较为合适；TDMA则适于支持多个突发性或低速率数据用户的接入。LMDS运营者应根据用户业务的特点及分布来选取适合的多址方式。LMDS系统可以采用的调制方式为相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度调制QAM(包括4QAM)。目前可以
45、提供6QAM、16QAM等调制技术。(4)网管系统。网管系统负责完成告警与故障诊断、系统配置、计费、系统性能分析、安全管理等功能。与传统微波技术不同的是，LMDS系统还可以组成蜂窝网络的运作形式，并向特定区域提供业务。当由多基站提供区域覆盖时，需要进行频率复用与极化方式规划、无线链路计算、覆盖与干扰的仿真与优化等工作。2LMDS系统的服务范围 LMDS可以采用蜂窝式的小区结构覆盖整个城域范围。典型的LMDS系统利用地理上分散的类似蜂窝的配置，由多个枢纽发射机(或称为基地站)在一定小区范围的服务区管理用户群，每个发射机经点对多点无线链路与服务区内的固定用户通信。每个蜂窝站的覆盖区为57km，若采
46、用具有更高发射功率、更强接收灵敏度的基地站，则可增加基站的覆盖范围，使覆盖范围达到10 km以上。由于LMDS覆盖区可相互重叠，每个蜂窝的覆盖区又可以划分为多个扇区，而且可以根据需要在该扇区提供特定业务或服务。通过采用多扇区、先进的调制方式、不同极化等途径可以进一步增加频谱利用率、提高网络容量。LMDS系统特别适合在高密度用户地区使用，如繁华的城市商贸区、技术开发区、写字楼群、城市居民小区等。3LMDS系统的优势 与传统的有线接入或者低频段无线接入方式相比，LMDS具有以下优势。(1)工作频带宽、可提供宽带接入。目前，各国分配的LMDS工作频带带宽至少有1000 MHz，可支持的用户接入数据速
47、率高达155 Mb/s，能够满足广大用户对通信带宽日益增长的需求。(2)运营商启动资金较少，后期扩容能力强，投资回收快。在网络建设初期，服务商只需小部分投资建立一个配置较简单的基站，覆盖若干用户即可开始运营。运营者所需的初期投资较少，仅在用户数量增加即有业务收入时才需再增加资金投入，所以投资回收很快。(3)业务提供速度快。LMDS系统实施时，不仅避免了有线接入开挖路面的高额补偿费，而且设备安装调试容易、建设周期大大缩短，因此可以迅速为用户提供服务。(4)在用户发展方面极具灵活性。LMDS系统具有良好的可扩展性，容量的扩充和新业务的提供都很容易，服务商可以随时根据用户需求进行系统设计或动态分配系
48、统资源、添加所需的设备、提供新的服务，也不会因用户变化而造成资金或设备的浪费。(5)可提供质优价廉的多种业务。LMDS工作在毫米波波段上，被许可的频率是24 GHz、28 GHz、31 GHz、38 GHz，其中以28 GHz获得的许可较多，因为该频段具有较宽松的频谱范围，最有潜力提供多种业务。LMDS的宽带特性决定了它几乎可以承载任何业务，包括语音、数据、图像等。(6)频率复用度高、系统容量大。LMDS基站的容量很可能超过其覆盖区内可能的用户业务总量，因此，LMDS系统很可能是一个“范围”受限系统而不是“容量”受限系统，所以LMDS系统特别适合在高密度用户地区使用。4LMDS系统提供的业务
49、LMDS系统可提供多种业务，可同时向用户提供语音、数据及视频综合业务；还可以提供承载业务，如蜂窝系统或PCS/PCN基站之间的传输等。(1)语音业务。LMDS系统是一种高容量的点对多点微波传输技术，可提供高质量的语音服务；与传统的POTS业务相连，可实现PSTN主干网无线接入。(2)数据业务。LMDS系统的数据业务包括低、中、高速三挡：低速数据业务速率为1.29.6kb/s，能处理开放协议的数据，网络允许从本地接入点接到增值业务网；中速数据业务的速率为9.6 kb/s2 Mb/s，这样的数据接口通常是增值网络本地接点；高速数据业务的速率为2155Mb/s，BER低于10-9。提供这样的数据业务
50、必须有以太网和光纤分布数据接口。(3)视频业务。LMDS能提供模拟和数字视频业务，如远程医疗、高速会议电视、远程教育、远程商业及用户电视、VOD等。5LMDS在有线电视网络中的应用 在CATV宽带城域网的接入网中，固定无线接入技术虽不是主要的接入方式，但它是光纤接入方式必要且有益的补充，在适当情况下甚至可以完全替代光纤接入方式。在固定无线接入方式中，新兴的LMDS接入技术与MMDS(多路多点分配业务)和DBS(直播卫星系统)接入技术相比，可提供更高的带宽和更多的宽带交互式业务。在拥有HFC网络的城市和地区，利用已有的光纤网络作为部署LMDS的网络核心层(光纤骨干网络)来连接各个LMDS基站。由
