数字微波通信原理V1.1-C

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数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开修日 期 修订版本 V1.0 V1.1订记作录者 描初稿述2007-1-11 2007-10-16陈少英 陈少英修改2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 2 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开目录1 微波通信概述 ...................................................................................................................... 71.1 1.2 数字微波的基本概念........................................................................................................... 7 微波的发展历程 .................................................................................................................. 8 1.2.1 国际上微波的发展历史 ............................................................................................. 8 1.2.2 我国微波的发展历史 ................................................................................................. 9 1.3 1.4 数字微波通信的特点........................................................................................................... 9 数字微波通信面临的挑战及机遇....................................................................................... 11 1.4.1 数字微波通信方式的最大的挑战是光纤通信........................................................... 11 1.4.2 数字微波的发展机遇 ............................................................................................... 12 1.5 1.6 微波频段选择和射频波道配置 .......................................................................................... 12 数字微波通信系统模型 ..................................................................................................... 15 1.6.1 数字微波的调制方式 ............................................................................................... 15 1.6.2 各种调制方式的信道利用率 .................................................................................... 17 1.7 1.8 数字微波帧结构 ................................................................................................................ 18 小结 .................................................................................................................................. 19 数字微波设备分类 ............................................................................................................ 20 微波天馈线和分路系统 ..................................................................................................... 22 2.2.1 微波天线 ................................................................................................................. 22 2.2.2 微波天线的分类 ...................................................................................................... 24 2.2.3 馈线系统 ................................................................................................................. 24 2.2.4 分路系统 ................................................................................................................. 26 2.3 室外单元（ODU）............................................................................................................ 26 2.3.1 数字微波发信机的组成及主要性能指标 .................................................................. 27 2.3.2 收信机的组成及主要性能指标................................................................................. 29 2.4 2.5 2.6 室内单元（ IDU）............................................................................................................ 31 分体式微波的安装和调整.................................................................................................. 31 小结 .................................................................................................................................. 34 微波的常见组网方式及站型 .............................................................................................. 34 3.1.1 微波的常见组网方式 ............................................................................................... 34 3.1.2 微波站型 ................................................................................................................. 34 3.2 中继站............................................................................................................................... 35 3.2.1 无源中继站.............................................................................................................. 36 3.2.2 有源中继站.............................................................................................................. 39 3.3 3.4 数字微波的应用 ................................................................................................................ 40 小结 .................................................................................................................................. 41华为机密，未经许可不得扩散 第 3 页, 共 83 页2数字微波设备简介............................................................................................................. 202.1 2.23微波的组网和应用............................................................................................................. 343.12007-12-30

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开4微波的传播理论 ................................................................................................................ 414.1 4.2 4.3 自由空间的电波传播......................................................................................................... 41 自由空间的概念 ................................................................................................................ 41 4.2.1 自由空间电波的传播损耗........................................................................................ 42 地面反射对电波传播的影响 .............................................................................................. 42 4.3.1 费涅耳区的概念 ...................................................................................................... 42 4.3.2 地面反射对收信电平的影响 .................................................................................... 44 4.4 对流层对电波的影响......................................................................................................... 50 4.4.1 大气中射线的弯曲................................................................................................... 51 4.4.2 等效地球半径的概念 ............................................................................................... 52 4.4.3 按 k 值的不同可将折射分为三类 ............................................................................ 52 4.4.4 K 值在工程设计中的意义 ........................................................................................ 53 4.5 几种大气和地面效应造成的衰落....................................................................................... 54 4.5.1 衰落的种类.............................................................................................................. 54 4.5.2 对流层对电波传播的影响........................................................................................ 55 4.5.3 衰落规律（10GHz 以下频段微波） ........................................................................ 57 4.6 频率选择性衰落 ................................................................................................................ 58 4.6.1 电波的多径传播现象 ............................................................................................... 58 4.6.2 频率选择性衰落对微波通信系统传输质量的影响.................................................... 59 4.7 衰落的统计特性 ................................................................................................................ 60 4.7.1 微波衰落模型---瑞利分布函数................................................................................. 60 4.7.2 瑞利衰落概率的工程计算........................................................................................ 61 4.8 小结 .................................................................................................................................. 62 概述 .................................................................................................................................. 63 5.1.1 采用衰落对抗措施的目的........................................................................................ 63 5.1.2 对抗措施的分类 ...................................................................................................... 64 5.1.3 对抗措施的评估 ...................................................................................................... 65 5.2 自适应均衡 ....................................................................................................................... 66 5.2.1 频域均衡器.............................................................................................................. 66 5.2.2 时域均衡器（ATE） ............................................................................................... 68 5.3 交叉极化干扰抵消器(XPIC) .............................................................................................. 69 5.4 自适应发信功率控制(ATPC)............................................................................................. 70 5.5 分集接收 ........................................................................................................................... 72 5.5.1 分集接收的分类 ...................................................................................................... 72 5.5.2 空间分集介绍 .......................................................................................................... 74 5.5.3 分集信号的组合方式 ............................................................................................... 76 5.6 微波设备的保护模式......................................................................................................... 77 5.6.1 无误码切换模块（HSM） ....................................................................................... 77 5.6.2 热备份（Hot Standby，HSB）............................................................................... 785数字微波的衰落对抗技术 .................................................................................................. 625.12007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 4 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开5.6.3 数字微波设备保护方式的分类................................................................................. 79 5.7 干扰及抗干扰的主要方法.................................................................................................. 81 5.7.1 干扰源..................................................................................................................... 81 5.7.2 通信系统抗干扰的基本途径 .................................................................................... 82 5.8 小结 .................................................................................................................................. 832007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 5 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开关键词： 微波 摘 要： 本着深入浅出的原则，以平实的语言讲述了微波及微波通信的基本概念，以 此作为学习后续微波产品课程及日后在维护工作中不断提高的基础。 本文共分 5 章，首先对微波通信进行了概述，让大家对建立有关微波通信的 整体概念为后面更深入的学习打下基础。接着介绍了数字微波通信设备，重 点介绍分体式微波；阐述了微波的常见组网方式、应用和各种站型，重点介 绍中继站；微波的传播理论，包括微波传输过程中存在的各种衰落，接着描 述了各种衰落的对抗技术、微波设备保护模式和干扰、抗干扰技术。 天线 ODU IDU 衰落 抗衰落 路由 站址 天线高度缩略语清单： 无。 参考资料清单： 无2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 6 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.0文档密级：内部公开数字微波通信原理1 微波通信概述目标： 了解什么是微波通信。 了解微波通信的挑战与机遇。 建立有关微波通信的整体概念为以后更深入的学习打下基础。1.1数字微波的基本概念微波是指频率在 300MHz－300GHz 范围内的电磁波， 是全部电磁波频谱的一 个有限频段。根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波沿传播方向是 没有电场和磁场纵向分量的，电场和磁场分量都是和传播方向垂直的，所以 称为横电磁波，记为 TEM 波。至于微波频谱中各个频段的应用，可以用下图 来简单说明一下。图 1.1微波频谱中各个频段的应用图 1.1 中，特长波和长波是地面波，地面波绕射能力非常强，几百公里都可以 过去，用于无线和航行。 再就是中波 MF，广播里都用，有绕射能力，但是 没有长波能力强，短波 HF 不是地面波，它反射到电离层，VHF，UHF 电视2007-12-30 第 7 页, 共 83 页华为机密，未经许可不得扩散

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开在用。电视用到了 UHF，就是说用到了微波里面，但是我们没叫他微波。微 波后面的是光波，光其实也是一种电磁波，所以也是种电磁波通讯。 数字微波通信是指利用微波(射频)携带数字信息，通过电波空间，同时传输若 干相互无关的信息，并进行再生中继的一种通信方式。微波的绕射能力很差， 所以是视距通讯。因为是视距通讯，所以传输距离是有限的，如果我们要长 距离的传输，那就需要接力，一个站一个站接起来，所以叫微波中继通讯。 微波通信只是将微波作为信号的载体，与光纤通信中将光作为信号传输的载 体是类似的。简单的说，光纤通信系统中的发射模块和接收用的光电检测模 块类似于微波通信中的发射和接收天线。只是微波信道是一种无线信道，相 比于光纤这种有线信道，传输特性要复杂一些。1.2微波的发展历程微波通信技术问世已半个多世纪，它是在微波频段通过地面视距进行信息传 播的一种无线通信手段。最初的微波通信系统都是模拟制式的，它与当时的 同轴电缆载波传输系统同为通信网长途传输干线的重要传输手段。我国的模 拟微波通信技术的研究、开发、引进和应用始于 1958 年，有很长的历史。70 年代起研制出了中小容量(如 8Mb/s、 34Mb/s)的数字微波通信系统， 这是通信 技术由模拟向数字发展的必然结果。 80 年代后期，随着同步数字系列(SDH)在传输系统中的推广应用，出现了 N×155Mb/s 的 SDH 大容量数字微波通信系统。现在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主要手段。下面详细介绍国际 上和我国微波的发展历史。1.2.1 国际上微波的发展历史1947 年贝尔实验室在纽约和波士顿之间建设了世界上第一条模拟微波试验电 路（TD-X）。该电路用真空管作信号放大，采用频率调制（FM）方式。1950 年 4GHz TD-2 系统首次实现承载商用电话业务。从 50 年代早期开始，在美 国以外，澳大利亚、加拿大、法国、意大利、和日本的主干路由上都安装了 与 TD-2 相类似的微波接力系统。1979 年，日本商用系统的波道容量达到 3600 个话路；到 1980 年，美国商用系统 AR6A 系统采用单边带调制技术， 在 6GHz 频带的 30MHz 波道带宽内安排 6000 个话路，使每路的传输成本降 低到历史上的最低点。为提高话音质量，在 60 年代末期首次出现了数字微波 接力系统。为提高频谱效率，出现了 64QAM、128QAM、512QAM 等高状态 调制方式，频谱效率提高到 10bit/s/Hz 。1988 年国际电信联盟（ITU）在美2007-12-30 华为机密，未经许可不得扩散 第 8 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开国 SONET 的基础上，提出了 SDH 传送网标准。与以前的 PDH 相比，SDH 标准统一了欧洲和北美的标准，使国际间在 STM-1 及其以上速率上互通成为 可能。SDH 系统采用同步复用和灵活的映射结构，可以从高阶支路直接分插 低阶支路信号，避免了逐级分复接过程，使设备简化。而且，SDH 系统安排 了大量的开销字节，使网络的操作、管理、维护和配置能力大大加强。因此 SDH 微波系统在 90 年代得到了迅速发展。1.2.2 我国微波的发展历史1、模拟微波的发展历程 在 1957 年就开始了 60 路及 300 路模拟微波通信系统的开发研究工作。1964 年开始 600 路微波的研究工作。1966 年开发 960 路微波系统。1986 年，完 成了 1800 路模拟微波的开发工作(国家六五科技攻关项目)。 运用这些研究成 果，全国建设了 2 万多公里的模拟微波电路。 2、PDH 数字微波的发展历程： PDH（准同步数字体系）是六十年代由 ITU 的前身 CCITT 提出。我国于六十 年代末从国外引进了一跳 1.544Mbps 的 PDH 微波设备。79 年我国建设了第 一条干线 PDH 微波电路（京汉电路，由电力部于从国外引进）。86 年我国 自行研制的 4GHz 34Mbps PDH 微波系统建于福建省福州与厦门之间。87－ 89 年原邮电部建设了京沪 6GHz 140Mbps PDH 微波电路。92 年我国自行研 制的 6GHz 140Mbps PDH 微波系统(国家七五科技攻关成果)建于湖北省武昌 与阳逻之间。95 年以后，由于移动覆盖的需要中小容量的 PDH 微波得到了 快速发展，一种安装拆卸容易、小型化的分体设备逐渐取代全室内设备。 3、SDH 数字微波的发展历程： SDH（同步数字体系）国际上是由 92 年发展起来的，我国第一条 SDH 微波 电路是在 95 年由吉林广电厅负责引进并建造的，95-96 年原邮电部开始引进 并建设 SDH 微波电路， 年我国自行研制的 6GHz SDH 微波电路(国家九五 97 科技攻关成果)在山东通过鉴定验收， 2000 年后信息产业部已原则上停建国家 干线公网用 SDH 微波电路，我国专网，如广电、煤炭、石油、水利和天然气 管道行业，由于行业的特点及自身的需求，已成为 SDH 微波建设的主力军。 SDH 小型化分体微波设备也开始在移动、应急和城域网中应用。1.3数字微波通信的特点微波通信系统、特别是数字微波通信系统有下列优点：2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 9 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开具有可快速安装的能力； 具有可重复利用现有的网络基础设施的能力（数字微波利用模拟微波的基 础设施）； 具有容易穿越复杂地形(跨江、湖及山头)的能力； 具有在偏僻的山利用点对多点微波传输结构的能力； 具有在自然灾害发生后快速恢复通信的能力； 具有用于混合的多传输媒质的保护的能力。 上述诸多优点不仅应用于城市市区的固定结点或临时结点和馈送路由，而且 也用于很长的长途路由。 例如，俄罗斯的运营部门“俄罗斯电信”建设了一条非常长的 SDH 数字微波接 力系统的长途路由（总长度超过 8000km）。该网络利用现有的基础设施，总 容量为 8 个射频波道（6 个主用波道+2 个保护波道），每个波道承载 155Mbit/s 。 再如，加拿大用光纤和微波一起组成传送网，以克服地理条件的困难。 我国的大容量 SDH 微波电路首推 1998 年建设的京汉广干线微波，占用 2 个 频段，按 2×2×(7＋1)配置，总传输容量达 4.8Gbps。 在大城市和市区，在建设数字节点和分配网络时，数字微波常常是可以与光 缆相比的唯一的可供选择的方案。事实上，除了在大城市和小城镇内埋设地 下电缆费用非常昂贵外，在闹市区开挖管道常常是很难得到批准的。这种情 况在欧美发达国家表现尤为突出。据称，在欧美发达国家用于移动覆盖的传 输中大约 80％－90％采用数字微波系统。 在世界上许多国家中，微波接力链路可能是可以穿越数千里林区、山区、大 草原、沙漠、沼泽地和其他困难地域的唯一可用的大容量传输媒质。而且， 由于功率消耗相当低，应用太阳能电源已经成为在这种条件严酷的地区应用 数字微波接力系统的一个重要因素。 由于微波电路不易人为破坏，不易受自然灾害的影响，因此微波系统是组成 我国通信网的不可缺少的组成部分，是保证通信网安全所不可缺少的。 在当今世界的通信革命中，微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。 76 年唐山大地震时，在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道 全部安然无恙。因而，只要仔细地合理地进行网络规划，以合适的信息容量 覆盖领土，微波接力链路与其他现代传输媒质一起将支持和补充光纤传送网。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 10 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开但微波也存在着相应的缺点：应具备视距传输条件，两站之间传输的距离不 是很远；频率必须申请；通信质量受环境的影响较大；通信容量不能做到很 大。1.4数字微波通信面临的挑战及机遇1.4.1 数字微波通信方式的最大的挑战是光纤通信光纤通信的兴起是 20 世纪最重大的科技事件。自从 70 年代提出光纤传输理 论，80 年代走向实用化以来，光纤通信得到很大的发展。光纤通信以其巨大 带宽、超低损耗和较低成本而成为干线传输的主要手段，并对数字微波形成 巨大的冲击。 挑战之一：能否用干线数字微波作干线光纤的备用保护？ 从二十世纪 90 年代起，电信主管部门开始以大容量光纤传输作为国家信息高 速公路的主要传输手段，成为不可抗拒的历史潮流。但直到九十年代中后期， 我国电信主管部门在看到光纤通信巨大的传输容量的同时，也看到了光纤通 信在受到自然灾害及人为破坏时对通信造成的影响，为保证通信的正常运行， 建设了约十条国家干线 SDH 微波通信电路，用于干线光纤网络的保护。但好 景不长，进入二十一世纪后，随着国家光纤网络形成八纵八横，上述光纤通 信网络的弊端已完全可以通过电路迂回来解决了，利用数字微波通信作光纤 通信备用保护的意义也降低了； 挑战之二：能否尽可能地提高数字微波的传输容量？ 为提高数字微波的传输容量，微波研发人员采用了一系列高新技术： 高状态调制解调，64QAM/128QAM/256QAM/512QAM 等； XPIC 技术，这是一种交叉极化干扰抵消技术，可实现同波道频率复用，从而 在相同的射频带宽下实现传输容量倍增； 新型高效纠错编码技术，如 TCM、MLCM、RS 等； 一系列抗多径衰落技术，如频域均衡技术、时域均衡技术、空间分集技术及 各种分集合成技术等；其他新技术，如 ATPC 技术、发信功率谱成型技术等。 据称早在二十世纪九十年代末就有研究机构声称已在实验室实现在 28MHz 的 波道带宽下，采用 1024QAM 高状态调制解调、XPIC 交叉极化干扰抵消技术 及其他一系列高新技术，传输 STM-4,使得在 500MHz 的频段，例如 L6GHz2007-12-30 华为机密，未经许可不得扩散 第 11 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开频段中，使总传输容量达到 4.8Gbps 的技术，但由于种种原因，至今未能实 现商用。尽管 4.8Gbps 的传输容量对微波来说是了不起的技术，但对目前光 纤通信中已可实现一纤传几十甚至一百多 Gbps 的传输容量来说仍是不屑一 顾的。1.4.2 数字微波的发展机遇数字微波作为一种无线传输方式，在灵活性、抗灾性和移动性方面具有光纤 传输所无法比拟的优点，这也是它的优势所在。 当前数字微波的发展机遇可以归纳如下：用于专网或作专网光纤传输的 备份及补充，我国的专网如：广电、石油及天然气管道、煤炭、水利等，这 些专网本身所需的传输容量不大，一般一个 STM-1 或几个 STM-1,它们要么 没建光纤通信电路，要么只建了单线的光纤通信链路，不具备电信光纤传输 网络八纵八横的优势，所以它们必须建设 SDH 或 PDH 微波电路用于主传电 信及数据业务或用于光纤传输系统在遇到自然灾害时的备用保护，以及由于 种种原因不适合使用光纤的地段和场合。我国 2G 及 2.5G 移动通信基站覆盖 中使用了众多的 PDH 微波通信电路， 随着 3G 牌照的发放， 传输容量将扩容； 另外固话运行商的参与将欣起进一步的移动覆盖热，在光纤传输之后数字微 波传输需求定有大幅增长，而且 SDH 微波将有较大的需求。随着我国电信产 品，尤其是移动通信系统向海外拓展，数字微波传输产品也随之出口。 其他微波通信的方式，如： ——点对多点微波通信系统(PMP)，有用户线型和中继线型两大类，微波频段 的无线用户环也可以属于这一类，主要用于农村、海岛等边远地区和专用通 信网； ——微波扩频数据传输系统， 点对点 2.4GHz 扩频微波， 如： 点对多点 2.4GHz 扩频微波数据网等； ——应急微波通信，采用高频段的点对点微波通信系统，可灵活方便地应对 可能出现的通信阻挡突发事件；——本地多点分配业务(LMDS)，工作在 26 －28GHz 频段，可用于未来的宽带业务接入，被称为无线光纤等； 这些多种多样的微波通信方式，将以其多样性及灵活性永存。 1.5微波频段选择和射频波道配置微波传输常用频段包括： 7G/8G/11G/13G/15G/18G/23G/26G/32G/38G（由 ITU-R 建议规定）。各个频段的使用如下图所示：2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 12 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开图 1.2 常用频段的使用 (1)对于长站距的 PDH 微波电路(一般距离在 15Km 以外)，建议采用 8GHz 频 段；若站距不超过 25Km 也可考虑采用 11GHz 频段，具体视当地的气候条件 和微波传输断面而定。 (2)对于短站距的 PDH 微波电路(一般用于接入层，距离在 10Km 以内)，可考 虑采用 11GHz、13GHz、14GHz、15GHz 和 18GHz 频段。 (3)对于长站距的 SDH 微波电路(一般距离在 15Km 以外)，建议采用 5GHz、 6GHz、7GHz 和 8GHz 频段；若站距不超过 20Km 也可考虑采用 11GHz 频 段，具体视当地的气候条件和微波传输断面而定。 7G、8G、11G、13G、15G、18G、23G 不连续，微波的频率资源国际上有 定义的，雷达要用，传输用的微波是在 4G 以上，2G 让给移动通讯，以前微 波通讯用过 1.5G，后来 ITU－T 决定让移动通讯用 2G，9G 给气象雷达用。 无线电资源是受到管制的，光缆不受限制，微波频率是要申请的，但是有一 段是不需要申请，以前 1.8G，2.4G 作为扩频用，像微波炉，蓝牙，他可以在 噪声里传播，但是现在干扰太大，2.4G 不让随便用了。 在每个频段中还定义了多种频率范围，收发间隔和波道间隔，其中波道间隔 等同与波道带宽(空口带宽)。在采用某种频段时，中心频率、收发间隔和波道 间隔都是有规定的，这可以在相应的频率规范中查找。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 13 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开图 1.3有关微波频段设置的几个简单概念在决定采用某种微波频段之后，就要进行射频波道的配置。射频波道配置的 含义是将一特定的频段细分为许多更小的部分，以适应发射机所需要发射的 频谱，这些被细分的部分我们称之为“波道”，通常，任一波道都以波道配 置的中心频率和一个序数来表征。波道频带宽度主要取决于所传送的信号的 频谱，即取决于容量和所采用的调制方法。 在进行射频波道配置时，所考虑的主要因素如下： (1) 最有效地利用有限的射频频带。 (2) 在一个微波站上，发信频率和收信频率之间必须有足够的间隔，以防止发 信机对接收机产生严重的干扰。 (3) 在多波道工作的系统中，相邻波道之间必须有足够的频率间隔，以免相互 之间产生干扰。 (4) 在所分配的频带边缘必须留有足够的保护带， 以免与相邻频带上工作的系 统之间产生干扰。 (5) 大多数射频波道配置方案是以等间隔方案为基础的。 ITU-R F.746-3 建议”微波接力系统的射频波道配置”一文提出，应优先采用等 间隔方案作为新的射频波道配置的基础。通常最基础的波道间隔为 2.5MHz 和 3.5MHz， 采用这种波道间隔的数字微波系统分别支持北美和欧洲系列比特 率。在 3.5MHz 的方案中。可以预料会进一步细分到 1·75MHz 间隔，以便支 持小容量移动覆盖中仅需 1E1 或 2E1 的传输需求。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 14 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开1.6数字微波通信系统模型数字微波通信系统模型：信 源信 道 编 码调 电波空间 制解 调信 道 解 码信 宿噪声源发端基带信号频带传输信道收端基带信号图 1.4 数字微波通信系统模型 发端的信源是提供原始信号的装置，其输出是数字信号。 信道编码是为了提高数字信号传输的可靠性。因为信道中不可避免地存在着 噪声和干扰，可能使传输的数字信号产生误码。为了在接收端能自动检查和 纠正错误的码元，使用信道编码器可在输入的数字系列中，按照一定的规律 加入一些附加的码元，并形成新的数字系列。在接收端，根据新的数字码元 系列的规律性来检查接收信号有无误码。 调制是将数字信号调制到频率较高的“载频”上去，以便适合无线信道传输。 收端的解调、信道解码等几个方框与发端几个方框的功能，是一一对应的反 转换。1.6.1 数字微波的调制方式未经调制的数字信号叫做数字基带信号，由于基带信号不能在无线微波信道 中传输，必须将基带信号变换成频带信号的形式，即用基带信号对载波进行 数字调制。调制之后得到的信号是中频信号。一般情况下，上行中频信号的 频率是 350MHz， 下行中频信号的频率是 140MHz， 也有上行中频信号的频率 是 850MHz，下行中频信号的频率是 70MHz。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 15 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开要通过微波传输，还需通过上变频将其变为射频信号。上变频就是将中频信 号与一个频率较高的本振信号进行混频的过程，然后取混频之后的上边带信 号。下变频是上变频的逆过程，原理是一样的，只是取的是本振信号与微波 信号的不同组合而已，取的是混频之后的下边带信号。本振信号频率轻微漂 移将引起发射信号和接收信号频率较大的漂移，因此它们的频率稳定度主要 取决于本振信号的频率稳定度。图 1.5数字微波信号的调制过程对数字基带信号的调制过程用数学方法可简单表示成：幅移键控(ASK)：用数字基带信号改变载波A，不变Wc和φ 频移键控(FSK)：用数字基带信号改变载波Wc，不变A和φ 相移键控(PSK)：用数字基带信号改变载波φ ，不变Wc和A 正交振幅调制(QAM)：数字基带信号改变载波φ和A ，不变Wc 相移键控是目前中小容量数字微波通信系统中采用的重要调制方式，它具有 较好的抗干扰性能，并且这种调制方式比较简单，性价比较高。目前中小容 量数字微波通信系统中采用的是四相移相键控(4PSK 也叫 QPSK)的调制，典 型的生产厂家有 NEC、爱立信和诺基亚等。 移频键控也是目前中小容量数字微波通信系统中采用的重要调制方式，但它 的抗干扰性能和解码门限没有移相键控(PSK)好，同时它所占的微波带宽也较 PSK 调制大。目前中小容量数字微波通信系统中采用 4FSK 调制，典型的生 产厂家有 DMC 和哈里斯等。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 16 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开多进制正交调幅调制是在大容量数字微波通信系统中大量使用的一种载波键 控方式。这种方式具有很高的频谱利用率，在调制进制较高时，信号矢量集 的分布也比较合理，同时实现起来也较方便。 在 PDH 微波系统中主要采用 PSK 调制方式，4PSK(4QAM)及 8PSK，也有 采用多值正交调幅（MQAM）技术的，如 16QAM；在 SDH 微波系统中，最 广泛采用的是多值正交调幅 （MQAM） 技术， 常用 32QAM， 64QAM 或 128QAM 及 512QAM 等调制方式；QAM 调制的频带利用率比较高。常用调制方式的 波形图如下所示。图 1.6常见调制方式的波形图1.6.2 各种调制方式的信道利用率在比较各种调制方式的优劣时，常用的一个概念是信道利用率。信道利用率 定义为：信号的基带带宽与传输信道带宽之比(单位：bit/s/Hz)。基带传输信 号的频带利用率为复用设备的传输带宽(2FB)与基带信号(0－FB)的带宽之比。 对于二进制数字信号，基带传输信道的频带利用率为 2FB/FB=2(bit/s/Hz)。 对于高频信道，“基带信号”为经过调制后的双边带信号。 在实际工作中，由于基带传输信道不会是理想的矩形，故信道带宽应适当放 宽，标称数字微波信道利用率比理论值要小些。下表为各种调制方式的高频 信道利用率和标称的数字微波信道利用率的理论值： 表 1.1 几种常见的调制方式的信道利用率之比调制方式 4FSK 4PSK 8PSK 2007-12-30 2 2 2 基带传输信道频带利用率 高频信道频带利用率 <1 1 1.5 华为机密，未经许可不得扩散 <2 2 3 第 17 页, 共 83 页 标称的微波信道频带利用率

数字微波通信原理 V1.1 16PSK 16QAM 64QAM 2 2 2 2 2 3 4 4 6文档密级：内部公开1.7数字微波帧结构在数字微波系统中，为了传输数字公务信息、路旁业务信息、ATPC 信息纠错 用的比特、波道倒换等信息，需要在 SDH 复用设备来的主数据流中插入一些 附加比特，即微波帧附加开销（RFCOH）。 各厂家根据设备所传输的速率，所采用的调制方式和纠错方式，所需要的附 加信息的种类安排帧结构，因此各厂家生产的设备的微波帧结构是不同的。 下图是采用 MLCM（多级编码调制）方式的帧结构。图 1.7采用 MLCM 调制方式的微波帧开销其中，RFCOH：微波附加开销，MLCM：多级纠错编码监督位，DMY：空白， WS： 路旁业务， XPIC： 正交极化干扰抵消器远端复位， RSC： 微波公务， INI： N:1 切换命令，ID：路径识别，FA：帧同步码，ATPC：自适应发信功率控制。 用于多级编码而增加的监督位总速率为 11.84Mb/s。路旁业务为 30 路 PCM 话路，标称速率为 2.048Mb/s，为了与主数据系统用同一时钟，在微波帧复接 前，先用正码速调整，将其码率变换为 2.24Mb/s，再送入微波复接电路。微 波公务和控制信号共 13 路， 每路 64kb/s， 总速率 832kb/s， 码速变换至 864kb/s 送微波复接电路，13 路中包含两路用户信道可传语音或数据信号，其他信道 为一些辅助切换信号，4 路用于主用信道业务切换信息: 其余 6 路为系统监控 信道，路径识别比特用于区分不同的微波信道。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 18 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开图 1.8采用 MLCM 调制方式的微波帧结构SDH 的帧结构为块状结构，以字节为单位，具有确定的排列，微波帧的结构 与其不同，是以比特为单位的。它的排列结构视具体应用而定，缺乏规律性。 其中，I 表示信息比特，C1 和 C2 表示第一级和第二级纠错编码监督位，FS 表示帧同步字，a 和 b 表示其它附加开销。 ？ 想一想：在这一章你学到了些什么？ 1. 微波究意是什么？ 2. 数字微波通信又是什么？ 3. 微波通信目前的挑战与机遇是什么？ 4. 微波射频波道如何配置？ 5. 微波通信本模型什么？ 6. 微波调制方式有哪些？ 7. 微波帧结构如何？1.8小结在本章主要讲述了微波和数字微波通信的概念，微波通信的发展历程及其特 点，描述了微波通信当前面临的挑战与机遇，还简单讲述了微波射频波道的 配置及微波调制方式，最后讲解了微波帧结构。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 19 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.0文档密级：内部公开2 数字微波设备简介目标： 了解微波设备的分类。 掌握分体式微波天馈线系统、室外单元 ODU、室内单元 IDU 的作用、组成及 性能指标。 掌握分体式微波的安装及天线调整。 建立微波设备的概念。2.1数字微波设备分类按照不同的分类方法，数字微波设备可以按照下面的方式分类： 表 2.1 微波设备分类制式 复用方式 容量结构数字微波 SDH STM-0 STM-1 2 x STM-1 全室内型微波（trunk MW） 分体式微波（split MW） 全室外型微波 PDH 2～16E1 34M模拟微波(已淘汰)目前，大家比较常见的分类方法是按照结构分类，将微波设备分为分体式微 波、全室内型(一体式)微波和全室外型。一体式微波一般是 trunk，俗称大微 波，射频单元（RFU）、信号处理单元（SPU）、复接器等单元全在室内， 室外仅有天线，特点是传输容量大，适用于骨干线路传输。但是，一体式微 波的成本高。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 20 页, 共 83 页

数字微波通信原理 V1.1文档密级：内部公开图 2.1Trunk 式微波示意图全室外型微波是所有单元都在室外，其优点是易于安装、节省机房空间，但 是设备在室外，容易损坏。图 2.2 全室外型微波示意图图 2.3 分体式微波示意图 分体式微波由天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）组成，天线和 ODU 之间一般用波导管连接，IDU 和 ODU 之间通过中频电缆连接。中频电缆用于 IDU 和 ODU 之间的中频业务信号和 IDU/ODU 通讯控制信号的传输，并向 ODU 供电。容量相对较小，安装维护方便，便于快速建网，是目前应用最广 泛的微波设备。在后续章节，如无特殊说明，都是指分体式微波的。2007-12-30华为机密，未经许可不得扩散第 21 页, 共 83 页

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