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标  题: ＳＤＨ微波通信系统
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Dec 15 20:21:53 1999), 转信

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标  题: ＳＤＨ微波通信系统
发信站: BBS 水木清华站 (Sun Dec  5 22:02:59 1999)

　　
摘要：本文介绍了同步数字系列（ＳＤＨ）微波通信系统的概况、数字微波应用于Ｓ
ＤＨ网的问题、ＳＤＨ数字微波系统的关键技术，并对我国开发ＳＤＨ数字微波系
统以及从ＰＤＨ向ＳＤＨ过渡的策略提出了建议。
　　
主题词：同步数字系列 微波通信系统
　　
概况  　
　　
　　１．标准制定
　　１９８８年在澳大利亚的墨尔本召开了ＣＣＩＴＴ（即现在的ＩＴＵ－Ｔ）第
九次全会，会上通过了关于ＳＤＨ系统网络结点接口的３个新建议，即Ｇ．７０７
建议——同步数字系列比特率、Ｇ．７０８建议——同步数字系列的网络结点接口
和Ｇ．７０９建议——同步复用结构。随后，ＩＴＵ－Ｔ又完成了约２０个有关Ｓ
ＤＨ系统的建议，内容涉及接口、复用设备的结构及其性能、传输规程和ＳＤＨ网
的管理等各个方面。ＣＣＩＲ（即ＩＴＵ－Ｒ）也于１９９２年用加速程序通过了
有关ＳＤＨ微波系统的两个建议，即“用于ＳＤＨ网的微波接力系统的结构和功能
方面”的第７５０号建议及“用于ＳＤＨ网的微波接力系统的传输特性和性能指标”
的第７５１号建议。这样，有关ＳＤＨ微波通信系统的标准已基本完备。
　　２．应用
　　微波作为三大传输手段之一也将在ＳＤＨ网中起重要作用。这是因为，尽管光
纤传输网在容量方面有微波网无法比拟的优点，但不管是通信干线上还是支线上，
ＳＤＨ微波系统仍然是光纤网不可缺少的补充和保护手段，而且建设ＳＤＨ微波费
用较低，见效也较快。
　　（１）与光纤网形成闭合环路；
　　（２）与光纤系统串接使用，克服路由上地理与气候条件的困难，如加拿大横
贯全国的６５００ｋｍＳＤＨ通信系统就采用微波和光纤串接而成；
　　（３）作为光纤网的保护手段，以解决整个通信网的安全保护问题，如日本的
生命线工程，采用微波作为光纤的保护。
　　实际上世界各国都是根据其国情来考虑通信网络结构的。如以平原为主的法国，
现有光纤网四通八达，通信业务量大，因此采用光纤作为主要传输手段。在加拿大
南部经济发达地区，以光纤为主，辅以微波来克服地理条件造成的困难（如穿越五
大湖地区），而在其北部，地广人稀，自然条件恶劣，则广泛使用微波作为传输手
段。日本地小人多，台风地震频繁，因此，在主要城市间建设光纤网的同时，在非
常重要的通信路由上（日本称为生命线）都要平行建设ＳＤＨ微波网。
　　我国地域辽阔，各地自然条件和经济发展情况差别相当大，因此需因地制宜地
安排传输手段，千万不能搞一刀切。各国的经验都表明，在发生自然灾害的情况下，
总是首先靠无线通信方式恢复电信业务。我国在大力发展光纤干线传输网的同时，
应注意ＳＤＨ数字微波网的建设。此外，在某些应用场合，如连接到卫星地球站、
移动通信网基站及其专用网，以及连接到广大农村及孤立厂矿等的通信电路，用微
波作为传输手段比较灵活方便，价格也较便宜。
　　３．产品
　　现在全世界生产ＳＤＨ微波产品的公司有８家：北方电讯、ＮＥＣ、富士通、
阿尔卡特ＲＴＳ、西门子、博世、ＡＢＢ和飞利浦ＴＲＴ。其中主要有４家公司的
产品。
　　用于传输２×ＳＴＭ－１的ＳＤＨ微波产品基本上分为两类：一类是北方电讯
在４０ＭＨｚ带宽内用５１２ＱＡＭ调制解调传输２×ＳＴＭ－１（不能用于３０
ＭＨｚ左右带宽）；另一类是ＮＥＣ、富士通、阿尔卡特采用的同频异极化频率复
用技术，实现在一个波道内传输２×ＳＴＭ－１。实际上西门子、博世、ＡＢＢ也
采用后一方案。
　　采用前一方案，对电波传播和传输系统的要求比较严格，采用后一方案的关键
技术是交叉极化干扰抵消技术。
　　
数字微波接力系统应用于ＳＤＨ网的几个问题  　
　　
　　１．接口
　　微波接力系统应该在网络结点处接口，电接口按照ＣＣＩＴＴ建议Ｇ．７０３，
光接口按照ＣＣＩＴＴ建议Ｇ．９５７。至于空中接口，没有作详细规定。物理接
口可能包括扰码、去扰码、纠错编译码、调制解调、上下变频、功率放大器（可能
包括自动发射功率控制）、滤波等。ＩＴＵ－Ｒ目前没有规定统一的射频空中接口，
因为这样就要求如下许多参数标准化，如调制和编译码方法、滤波安排、分集合成
和保护倒换的方法以及相关的控制算法、自适应均衡器、开销比特分配方案、前向
纠错和自适应发射功率控制等。如此详细的规定会阻碍未来技术的进步，而且也不
利于根据使用条件选择不同的调制方案。
　　但是长途或骨干ＳＤＨ微波网传输速率一般为ＳＴＭ－１（１５５Ｍｂｉｔ／
ｓ）或其整数倍，工作频段一般在２～１２ＧＨｚ范围以内；短途大容量线路，一
般用１２ＧＨｚ以上频带；中容量ＳＤＨ微波网络，传输速率一般为子ＳＴＭ－１
（５１．２Ｍｂｉｔ／ｓ）。为适应我国原有的复接方式，尽量增加有效负荷，建
议用Ｃ－１２（２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ）经×３×７这种方式复接成ＶＣ－３，
一般不宜直接由３４．３６８Ｍｂｉｔ／ｓ复接成ＶＣ－３。
　　２．同步
　　ＳＤＨ数字微波网的同步应符合ＣＣＩＴＴ建议Ｇ．７８２和Ｇ．７８３的要
求。定时基准信号可以由此同步接口得到，也可由支路接口或ＳＴＭ－ｎ接口获得。
ＳＤＨ微波接力系统的抖动和漂移性能要求应符合ＣＣＩＴＴ建议Ｇ．７５１。
　　３．微波保护倒换安排
　　ＳＤＨ微波系统除了用于网络保护外，还应有本身的微波保护倒换。根据ＳＤ
Ｈ的不同组成，倒换可在ＶＣ－４级上进行或在ＳＴＭ－１级上进行。
　　４．频率分配
　　一般仍然采用原来ＣＣＩＲ用于ＰＤＨ系统的频率分配方案，但是由于有效负
荷从１４０Ｍｂｉｔ／ｓ提高到１５５Ｍｂｉｔ／ｓ，并且加上路旁业务功能、纠
错功能、传送辅助信息等，传输总速率可能达到１６５Ｍｂｉｔ／ｓ以上，因而要
求提高系统的频谱利用率，这样就要求采用更高状态的调制方式和更严格的限带措
施。
　　在不同射频波道间隔下传送ＳＴＭ－１或２×ＳＴＭ－１时，可能使用的调制
方式。
　　当传送子１×ＳＴＭ－１（也称ＳＴＭ－ＲＲ时），若波道间隔为１４ＭＨｚ，
则采用１６ＱＡＭ和３２ＱＡＭ调制方式；若波道间隔为２８ＭＨｚ，则采用６４
ＱＡＭ和１６ＱＡＭ调制方式。
　　应该注意的是在波道间隔一定的前提下，若选用较低状态的调制方式就要求采
用更严格的限带措施，或者牺牲路旁业务等辅助功能。如在２９ＭＨｚ波道间隔下
传送ＳＴＭ－１，一般说来，采用１２８ＱＡＭ为宜，但在容量不十分大且采用１
＋１结构的电路上，也可采用６４ＱＡＭ，以降低成本和对设备的要求。
　　还应指出的是，为了增加系统容量，各设备厂家往往采用不同的方案。例如，
北方电讯为了在４０ＭＨｚ波道间隔内传输２×ＳＴＭ－１，采用５１２ＱＡＭ调
制方式。但ＮＥＣ、富士通、阿尔卡特等公司却采用同频异极化频率复用技术来实
现。
　　采用５１２ＱＡＭ调制，对路由上传播特性及发信机线性和传输特性偏差等
方面的要求要比６４ＱＡＭ高得多，不得不采用三位纠错、三重分集等技术。
因此，我们应根据实际路由情况和使用要求，权衡利弊，作出选择。
　　５．同频异极化频率复用
　　在传输容量特别大的路由上，可能需要实现同频异极化频率复用。两个极化传
输信号既可以是ＳＤＨ信号，也可以是ＰＤＨ信号，这样为现有ＰＤＨ数字微波电
路的改造和扩容提供了方便。
　　６．微波专有功能
　　ＳＤＨ微波系统在网络接口之间的传输容量一般高于１５５Ｍｂｉｔ／ｓ，所
增加的开销可提供如下功能：
　　（１）预警微波保护倒换激活
　　为了实现“无误码”倒换，在每一接力段快速检出误码的活动，用以在反常传
播条件下，微波保护倒换设备激活早期预警保护倒换。
　　（２）自动发射功率控制（ＡＴＰＣ）信号
　　为了降低在网络结点处微波接力系统间的干扰，ＳＤＨ微波系统要求采用ＡＴ
ＰＣ技术。在正常传播条件下，发射机功率降低１０～１５ｄＢ，信号有衰落时再
自适应增加发射机功率。这样也可以改善功率放大器的线性或微波设备的动态范围。
　　（３）微波保护倒换信息和控制信号
　　（４）传播监测控制信号
　　有时为了采集传播数据而需要这种控制信号。
　　（５）路旁业务、辅助维护和监测功能
　　如ｎ×２Ｍｂｉｔ／ｓ路旁业务、前向检错和纠错、６４ｋｂｉｔ／ｓ数据信
道维护用的数据／话音信道等。这些功能一般用微波帧补充开销（ＲＦＣＯＨ）来
实现。ＲＦＣＯＨ既可在端站设备上，也可在接力站设备上接入到ＳＴＭ－１信号
中去。
　　应该指出，为了压缩传输速率，也有系统利用ＳＤＨ系统中的段开销字节（Ｓ
ＯＨ）来完成上述功能，如ＴＲＴ公司生产的设备就采用了这一方案。但该方案将
留给以后国际标准化用的开销字节都用掉了，因此，这种用法是有风险的。而且，
这样做就要求接力站上也要配备ＡＤＭ，给系统增加了复杂性，因而此方案不可取。
　　７．差错性能
　　ＣＣＩＴＴ建议Ｇ．８２１规定了６４ｋｂｉｔ／ｓ接口处应满足的差错性能
要求，ＣＣＩＲ第５９４、６９６、６９７号建议也分别规定了高级、中级和本地
级数字微波电路的差错性能指标。
　　一次群以上速率ＳＤＨ数字微波系统的差错性能指标应符合ＩＴＵ－Ｔ建议Ｇ．
８２６。若满足Ｇ．８２６的要求，则一定能满足Ｇ．８２１的要求。以前，在数
字微波系统中，除了按电路长度分配的配额外，还给微波电路分配了额外的配额，
但根据Ｇ．８２６的规定以及ＩＴＵ－Ｒ第９组Ａ工作组１９９４年会议的文件，
以后不再给微波电路额外配额。
　　８．扰码
　　ＣＣＩＴＴ建议Ｇ．７０９规定在ＳＴＭ－ｎ信号级上采用７级帧同步扰码器。
但对长途大容量数字微波系统，７级扰码是不够的，一般还要有进一步的扰码措施，
如１５级扰码，以减小图案效应的影响。
　　
几个关键技术  　
　　
　　１．编码调制技术
　　数字微波系统和卫星通信系统不一样，它是功率和频带都受限的系统，选用的
调制状态数越小，限带要求越严格，即滚降系数α越小，对功率放大器的线性要求
就低一些。因而在系统设计时必须兼顾考虑。
　　在纠错技术方面，一般只能采用低冗余度和可用较小规模电路实现的纠错编码
方式如ＢＣＨ码、双李氏码等，在某些场合也用低比特率的卷积码。目前，在ＳＤ
Ｈ数字微波系统中，编码调制技术得到越来越广泛的应用。它实质上是将编码和调
制组合在一起的技术，主要的编码调制方式有块状编码调制（ＢＣＭ）、格状编码
调制（ＴＣＭ）和多级编码调制（ＭＬＣＭ）等三种。
　　ＢＥＲ的计算结果和实际测试结果都表明：ＭＬＣＭ的编码增益与４Ｄ－ＴＣ
Ｍ相当，而比ＢＣＭ要高得多；从冗余度来看，采用４Ｄ－ＴＣＭ约需７．７％，
而采用ＭＬＣＭ则只需５．０％。显然，采用ＭＬＣＭ方式对压缩信号频带或增加
有效负荷，如插入路旁业务是有利的。因此，ＭＬＣＭ技术在ＳＤＨ数字微波系统
中应用越来越广泛。
　　２．自适应时域均衡技术 当系统采用多状态ＱＡＭ调制方式时，既要达到
ＩＴＵ－Ｒ规定的性能指标，又考虑到ＩＴＵ－Ｒ的新建议将不再给数字微波系统
提供额外的差错性能配额，因此，迫切需要强有力的抗多径衰落措施。
　　目前，除各种分集接收技术外，最常用的对抗措施是自适应均衡技术，包括自
适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。
　　自适应时域均衡技术既可在中频实现，也可在基带实现。但基带全数字时域均
衡器得到了越来越广泛的应用，因为它宜于用大规模集成电路技术来实现。最常用
的均衡器有线性均衡器和判决反馈均衡器。近年来，为得到更好的均衡效果，将这
两种均衡器组合起来而开发的一种新型的带判决反馈的横向均衡器已经实用化。
　　至于均衡器中使用的控制算法，常用的有迫零算法和最小方差算法等。盲算法
可实现动态收敛这一特性正引起越来越多专家的重视。
　　３．交叉极化干扰抵消（ＸＰＩＣ）技术
　　ＸＰＩＣ的基本原理是从与所传输的信号相正交的干扰信号中取出部分信号，
经过适当处理后与有用信号相加，用以抵消叠加在有用信号上的来自正交极化信号
的干扰。原则上干扰抵消过程可在射频、中频或基带进行。但实际上，当干扰信号
是数字调制信号时，一般采用全数字的ＸＰＩＣ，它的主要部分是横向滤波器，与
时域自适应均衡器中所使用的相类似。
　　当干扰信号是模拟调频信号时，采用矢量相关检测（ＶＣＤ）技术来减小干扰
的影响。ＸＰＩＣ对干扰的抑制能力可达１８ｄＢ左右。
　　４．高线性功率放大器和自动发射功率控制（ＡＴＰＣ）
　　由于采用多状态调制技术，对传输通道特别是高功率放大器的线性提出了严格
的要求。目前除了高功放采取输出回损外，还采取一些非线性补偿技术，如加中频
或射频预失真器、采用前馈技术等改善放大型的线性。
　　根据ＣＣＩＲ第７５１号建议的规定，ＳＤＨ数字微波系统还要采用ＡＴＰＣ
技术。该技术的要点是微波发射机的输出功率自动随路径情况的变化而变化。即在
正常传播条件下，发射机输出功率处在某个比较低的电平上；在路径出现衰落的情
况下，接收机检测到衰落后，立刻通过ＳＯＨ控制对方发射机增大发射功率，直到
达到正常输出功率。
　　采用ＡＴＰＣ技术，在大部分时间内，发射机输出功率较低，既降低了功耗，
又降低了同一路由上的信道间干扰和从同一网络结点出发的不同方向路由的信道间
干扰，因此，可以减小从同一网络结点出发的路由间夹角，即可增加结点系统容量。
但应该注意到当增加发射机功率时，由于非线性恶化而导致比特差错率增加以及相
邻波道上的干扰增加。
　　５．专用集成电路（ＡＳＩＣ）设计技术
　　前面提到的编码调制技术、自适应时域均衡技术和ＸＰＩＣ技术，都要用到大
规模ＡＳＩＣ，所需要的电路规模达３．５～１１万门，因此从某种意义上说，Ａ
ＳＩＣ设计技术是研制开发ＳＤＨ数字微波系统的关键。在这方面增加投入，改善
开发环境，同时有计划地培养一批这方面的人才是刻不容缓的事情，同时开发环境
的改善对无线通信技术的发展也有非常重要的意义。
　　
关于开发ＳＤＨ微波系统的几点建议  　
　　
　　１．工作频段及调制方式
　　我国将要建设相当数量的ＳＤＨ干线数字微波电路，第一条武汉－福州ＳＤＨ
微波电路的引进工作已经开始。目前，４ＧＨｚ频段主要用于９６０路模拟微波电
路，下６ＧＨｚ主要用于２４００路或１８００路模拟微波电路上６ＧＨｚ主要用
于１９２０路数字微波电路。４ＧＨｚ设备陈旧，性能及可靠性很差，亟需换装。
考虑到研究开发经费和人力的限制，目前宜首先在４ＧＨｚ频段研制适用于３０Ｍ
Ｈｚ带宽的ＳＤＨ数字微波设备。
　　由于４ＧＨｚ频段波道间隔为２９ＭＨｚ，同时考虑到技术上的难度，可考虑
采用两种调制方案：一种为６４ＱＡＭ，主要用于１＋１配置的电路，也可用于总
射频波道数不多于４个的电路；另一种方案为带有多级编码的１２８ＱＡＭ方式，
可实现相邻波道同极化应用，但该方案技术难度大，可放在稍后一步实施。前一方
案中暂不考虑ＸＰＩＣ技术，着眼点放在尽早能付诸实用上。在后一方案的实施过
程中，应考虑ＸＰＩＣ技术，以便在２９ＭＨｚ带宽内传输２×ＳＴＭ－１。等４
ＧＨｚ频段的开发完成后，再更换射频部件，即完成下６ＧＨｚ频段的研制任务。
因为这两个频段的波道间隔都接近３０ＭＨｚ。至于上６ＧＨｚ频率（及其它４０
ＭＨｚ波道间隔的频段），似乎直接研制采用同频异极化频率共用和多级编码调制
３２ＱＡＭ或６４ＱＡＭ为好。因此这样便于实现现有电路的扩容。但对业务量特
别大的电路一般穿越平原地区，似采用ＳＤＨ微波作为光纤路由的保护措施为好。
在１０ＧＨｚ以上频段，主要用于短距离电路，宜采用较低状态如８ＰＳＫ，１６
ＱＡＭ等调制方式，以便于实施和维护。我国不一定要研制５１２ＱＡＭ调制方式
及多载波传输技术。
　　２．路旁业务等辅助信息的插入方法
　　在微波帧复接中插入路旁业务及其它辅助信息，不要象某些公司那样，占用Ｓ
ＯＨ中为将来标准化保留的字节，因为将来这些字节的用途定下来后，设备还得改
动，潜伏着很多麻烦。
　　３．大力开发ＡＳＩＣ
　　ＳＤＨ数字微波系统调制状态数较高，而且均衡、纠错、干扰抵消、数字信号
处理电路复杂，不采用ＡＳＩＣ就很难保证所研制的设备能大规模生产和可靠地应
用。只有从这点出发考虑问题，才能缩短我国与国外先进技术上的巨大差距，才能
改变目前完全依靠进口、受制于人的局面。
　　４．采用基带全数字时域均衡器
　　ＳＤＨ数字微波系统差错性能指标与ＰＤＨ系统相比有相当大的变化，不再给
微波分配额外的配额，因此对均衡技术要有较大的改进。全数字时域均衡器便于集
成化，便于用ＥＤＡ技术进行设计和仿真，可缩短研制周期、提高产品质量。从方
案上，尽可能采用线性均衡和判决反馈组合的方式。
　　５．加强ＳＤＨ数字微波系统体制研究
　　ＳＤＨ数字微波系统标准目前仍在逐步完善中，不断有新的研究成果体现在Ｉ
ＴＵ－Ｒ的有关建议中。我们应该不断跟踪国际上ＳＤＨ数字微波系统的发展，以
少走弯路。
　　ＳＤＨ数字微波系统进网要求的制订是一个紧迫的课题，建议有关部门尽快对
这一课题作出安排。
　　６．引进设备和引进技术相结合
　　现在，我国引进ＳＤＨ微波设备已经起步。为了加速系统开发的进程，加快实
现ＳＤＨ微波设备国产化，使用部门、产业部门和科研部门应该联合起来做好设备
引进的技术论证和消化吸收，并采取必要的措施，在引进设备的同时要引进技术，
促进国产ＳＤＨ微波设备的开发和生产。

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