数字微波系统的发展趋势及其传输设备

随着通信领域中各种通信方式的出现和数据交换技术的成熟, 数字微波技术得到了迅速发展。我国在7 0年代初期研制出了中小容量 (如8Mb/s, 34Mb/s) 的数字微波通信系统, 并很快投入应用。8 0年代后期至今, 随着同步数字系列 (S D H) 在传输系统中的推广应用, 出现了NX 155Mb/s的SDH大容量数字微波系统。为了进一步提高数字微波系统的频带利用率, 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技术, 这些新技术的使用进一步推动了数字微波系统的发展。

1 数字微波特点

根据传输信号的不同, 微波系统分为模拟和数字微波两种系统。用于传输频分多路一调频 (F D M—F M) 信号的系统称为模拟微波系统;用于传输数字信号的系统叫做数字微波系统。而后者又进一步分为PDH微波和SDH微波两种体制。无论是模拟还是数字微波系统, 其基本特点可以概括为六个字:“微波、多路、接力”。

数字微波除了具有上述特点以外, 还具有以下数字通信技术的特点。

(1) 抗干扰性强, 整个线路噪声不积累。

(2) 保密性强, 便于加密。

(3) 器件便于固态化和集成化, 设备体积小、耗电少。

(4) 便于组成综合业务数字网 (ISDN) 。

数字微波的主要缺点是:由于要求传输信道的带宽较宽, 因而产生了频率选择性衰落, 其抗衰落技术比模拟微波中相应的技术要复杂的多。

2 数字微波技术发展趋势

2.1 提高QMA调制级数及严格限带

为了提高频谱利用率, 一般多采用多电平QMA调制技术, 目前己达到25Q6MA和512QMA, 很快就可实现1024/2048QMA。与此同时, 对信道滤波器通带特性的设计提出了极为严格的要求, 在某些情况下, 其余弦滚降系数应低至0.1。

2.2 网格编码调制及维特比检测技术

为降低系统误码率, 必须采用复杂的纠错编码技术, 但由此会导致频带利用率下降。要解决这个问题, 可采用网格编码调制 (TCM) 技术。采用TCM技术需利用维特比算法解码。但在高速数字信号传输中, 应用这种解码算法难度较大。

2.3 自适应时域均衡技术

使用高性能、全数字化二维时域均衡技术减少码间干扰、正交干扰及多径衰落的影响。

2.4 多载波并联传输

多载波并联传输可显著降低发信码元的速率, 减少传播色散的影响。运用双载波并联传输可使瞬断率降低到原来的1/1 0。

3 数字微波传输设备

3.1 数字微波发信设备

目前的数字微波发信设备, 可分为直接调制式发信机和中频调制式发信机。中小容量的数字微波设备可以用直接调制式发信机。而中大容量的数字微波设备大多数采用中频调制式发信机, 这是因为这种发信机的数字基带信号调制是在中频 (7OMHz或140MH) z实现的, 以期获得较好的调制特性和设备兼容性。

下面以一种典型的中频调制式发信机为例加以说明, 如图1所示。

来自数字终端机的信码经过码型变换后, 在中频调制器中对中频载频 (中频频率一般取70MHz或140MHz) 进行调制, 获得中频调制信号后经过功率中放, 将已调信号放大到上变频器所要求的功率电平, 完成上变频并作微波功率放大后, 再经微波滤波器输出馈送到天线, 最后由发射天线将信号送出。可以看出, 中频调制发射机的构成方案与一般调频的模拟微波机相似, 所不同的是输入信号为数字基带信号。另外, 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。

3.2 数字微波收信设备

数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统, 目前收信设备都采用外差式收信方案, 图2所示。

图2是一个外差式收信设备组成方框图, 它由射频系统、中频系统和解调系统三大部分组成。来自接收天线的微弱微波信号经过馈线、微波滤波器、微波低噪声放大器和本振信号进行混频, 变成中频信号, 再经过中频放大器放大、滤波后送解调系统实现信码解调和再生。射频系统可以用微波低噪声放大器, 也可以不用微波噪声放大器而采用直接混频方式, 前者具有较高的接收灵敏度, 而后者的电路比较简单。天线馈线系统输出端的微波滤波器用来选择工作信道的频率, 并抑制邻近信道的干扰。

中频系统承担了接收机大部分的放大量, 并具有自动增益A (G C) 功能, 以保证送入解调系统的信号电平比较稳定。此外, 中频系统对整个接收信道的通频带频率响应也起着决定性作用。为了更好的改善因多径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, 可最大限度地减少通信中断时间。图中的微波低噪声放大采用砷化稼场效应晶体管 (F E T) 放大器。这种放大器的低噪声性能很好, 可以降低整机的噪声系数。由于F T E放大器是宽频带工作的, 所以在该放大器前要加带通滤波器, 以防止信号带宽之外的干扰窜入。而在放大器输出端要加装抑制镜像干扰的抑镜滤波器, 要求镜象频率噪声抑制度达到13dB～20dB以上。

数字微波传输技术所涉及的知识和内容十分广泛, 是技术进步的发展方向, 相信在国民经济发展中将起到越来越重要的作用。

摘要：本文介绍了数字微波的特点及发展趋势, 并研究了与数字电视微波传输系统紧密相关的部分关键技术。

关键词：数字微波系统,传输设备