SDH数字微波通信系统.docx

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SDH数字微波通信系统

SDH数字微波通信系统

摘要:

SDH数字微波通信是新一代的数字微波传输体制。

它兼有SDH数字通信和微波通信两者的优点，本文简单介绍了SDH的速率和帧结构，阐明了SDH数字微波传输设备采用的关键技术以及SDH数字微波通信系统的组成。

关键字:

SDH微波通信数字

ABSTRACT:

SDHdigitalmicrowavecommunicationisthenewgenerationofdigitalmicrowavetransmissionsystem.ItbothSDHdigitalcommunicationsandmicrowavecommunicationadvantageofthetwo,thisarticlesimplyintroducestherateandframestructureSDH,expoundsSDHdigitalmicrowavetransmissionequipmentthekeytechnologiesusedandSDHdigitalmicrowavecommunicationsystemcomposition.

Keywords:

SDHdigitalmicrowavecommunication

1.SDH简介

SDH是新一代的数字传输体制。

SDH有全世界统一的数字信号和帧结构标准，它把北美、日本和欧洲、中国流行的两大准同步数字体系（三个地区性标准）在STM—l等级上获得统一第一次实现了数字传输体制上的世界睦标准，因采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，避免对整个高速复用信号分解，达到一步复用特性，使上、下业务十分容易，也大大简化了数字交叉连接设备（DXC）；SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，大大加强了网络的运行管理和维护能力；不同厂家的产品可以互通，降低了联网成本。

毫无疑问，传输网的发展方向应该是高度灵活和规范化的SDH网。

SDH不仅可以应用于光纤通信系统中，而且还可以运用于微波通信系统之中，从而可以建立一个全新的SDH数字微波通信网络。

1、SDH的比特速率

同步数字体系最基本的模块信号（即同步传送模块）是STM—l，其比特速率为155．520Mbit／s，更高级的STM-N信号可以按字节同步复接获得，其fbN=（155．520*N）Mbit／s，目前SDH只能支持一定的N值，即N为l、4、16、64等。

SrM—ll55．520Mbit／s

STM-4622．080Mbit／s

sTM一162488．320Mbit／s

STM一649953．280Mbit／s

2、s1M一1的帧结构

STM—l的帧结构为净负荷区域、段开销区域和管理单元指针区域组成。

以矩阵结构表达，共为9行270列（字节），帧长125us。

SOH较为复杂，已经包含了定帧信息、公务、段误码监测、自动备用倒换、段数据通信等信息。

2.SDH微波通信系统的组成

数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。

一条数字微波通信线路，其主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路，除了线路两端的终端站外，还有大量中继站和分路站，构成一条数字微波中继通信线路。

用户终端，直接为用户所使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调度电话等。

向若干方向辐射的枢纽站，就其每一个方向来说一也是一个终端站。

SDH微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理（包括CMI／NRZ变换、SDH开销的插入与提取，微波帧开销的插入及旁路业务的提取等）、调制（包括纠错编码、扰码及发信差分编码等）、发信混频及发信功率放大等，终端站的收信端完成主信号的低噪声接收（根据需要可含分集接收及分集合成）、解调（含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码、纠错译码等）收信基带处理（含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取石DH开销的插入与提取、NRZ／CMI变换等）。

在公务联络方面，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。

在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站或主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运

行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可通过Q3接口与电信管理（TMN）连接。

终端站基带接口与SDH复用设备连接，用于上、下低价支路信号。

终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。

可作为监控系统的集中监视站或主站。

　　交换机。

这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。

这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。

目前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。

　　数字电话终端复用设备（即数字终端机）。

其基本功能是把来自交换机的多路信号变换为时分多路数字信号，送往数字微波传输信道，以及把数字微波传输信道收到的时分多路数字信号反变换为交换机所需的信号，送至交换机。

对于PDH系统，一般采用编码调制数字电话终端机，它还包括二次群和高次群复接器、保密机及其他数字接口设备，按工作性质不同，它可以组成数字终端或数字分路终端机。

而对于SDH系统，则采用SDH数字复用设备，简称SDH设备，它由一些基本功能块灵活地组成不同类型的总的设备。

图中的数字分路终端机可由分插复用器（ADM）来替代。

　微波站。

按工作性质不同，它可分成数字微波终端站、数字微波中继站和数字微波分路站。

有两个以上方向的上，下话路的微波站则称之为数字微波枢纽站。

SDH微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理（包括CMI／NRZ变换、SDH开销的插入与提取，微波帧开销的插入及旁路业务的提取等）、调制（包括纠错编码、扰码及发信差分编码等）、发信混频及发信功率放大等；终端站的收信端完成主信号的低噪声接收（根据需要可含分集接收及分集合成）、解调（含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码、纠错译码等）、收信基带处理（含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取石DH开销的插入与提取、NRZ／CMI变换等）。

在公务联络方面，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。

在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站或主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可通过Q3接口与电信管理网（TMN）连接。

终端站基带接口与SDH复用设备连接，用于上、下低价支路信号。

终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。

　　SDH微波中继站。

主要完成信号的双向接收和转发。

有调制、解调设备的中继站，称再生中继站。

需要上、下话路的中继站称微波分路站，它必须与SDH的分插复用设备连接。

再生中继站具有全线公务联络能力，以及向网管系统汇报站信息。

线路运行质量的能力，并可执行网管系统的配置管理及进行遥控及遥测。

再生中继站也可以上、下旁路业务信号。

3.SDH数字微波传输设备采用的关键技术

1、微波帧复用技术

在光纤通信系统中是采用SDH帧结构来传输数字流的，而在数字微波传输系统中，为了传输数字公务信息、旁路业务信号等，贝需要在SDH复用帧结构的基础上插入一些辅助比特，因而需要在数字微波传输系统的收、发信端分别增加分、复接器，使得微波帧复用技术更为复杂。

在不同的微波通信系统中可以使用不同的微波帧结构，微波帧结构与SDH同步传输模块的速率、所插入的微波帧开销比特速率以及调制方式等因素有关。

2、编码调制技术

我国在4～11GHz频段大多采用ITU—R建议的28～30MHz和40MHz的波道间隔配置，要在有限的频带内传送尽可能高的比特率，最有效的办法就是采用高性能高速多状态调制解调技术。

因SDH传送方式的特点而决定了在传送相同话路或相同的2Mbit／s接口数的传输方式中，SDH微波所需占用的比特率要比PDH微波所需占用的比特率高l1％～2O％。

SDH微波与PDH微波在相同的波道间隔下，其所需调制状态数的区别。

3．交叉极化干扰抵消（XPIc）技术

为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，有两种方法可以实现。

一种方法是采用512QAM或1024QAM调制方式。

但因调制状态数多，对电路的线性要求高，元器件的性能敏感，对多径衰落的影响也很84中国电子商务1．2010．06严重，故技术难度大。

在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM，128QAM或512QAM调制）外，还采用双极化频率复用技术，在每个波道中同时用垂直与水平两种极化各传一个155．52Mbit／S的SDH微波信息，使单波道数据传输速率成倍增长。

但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（xPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。

为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。

自适应交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干

扰信道中取出部分信号，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以在射频、中频或基带上进行。

采用XPIC技术后，对干扰的抑制能力一般可达15dB左右。

4。

前向纠错技术

为避免一般的FEC技术导致的牺牲频带利用的现象发生，采用了一种新技术，即把调制和纠错编码结合起来统一设计的编码调制技术。

常见的有块状编码调制（BCM）、格状编码调制（TCM）和多级编码调制（MLCM）等三种。

其中BCM是各级用块状码进行调制。

与TCM相比，设备比较简单，但编码增益较低；TCM是各级都用一种卷积码，如4D—TcM是一种四维格状编码、维特比译码的纠错方式。

与其他方式相比，其编码增益最高，但不能传送2Mbit／S的路旁业务，MLCM方式可以利用微波帧开销（RFCOH）增加2Mbit／S的路旁业务，其编码增益比TCM稍高，并因译码操作在低速进行，故结构简单。

可见，MLGM方式是一种较好的纠错方式，其次是4DTCM方式。

5．自适应频域和时域均衡技术

当系统采用多状态QAM调制方式时，要达到ITU—R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。

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，必须采取强有力的抗衰落措施。

在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。

频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率杼l生去补偿实际信道频率特性的畸变，时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落，为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器。

6．高线性功率放大器和自动发射功率控制（ATPC）技术

ATPC（AutomatictransmitPowercontro1）即发信功率的自适应控制技术在SDH数字微波通信中得到广泛应用。

SDH微波采用多状态调制技术，对传输信道，特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。

为了满足系统总传输性能的要求，除了对微波传输放大器采取回退措施外，还要采取一些非线性的补偿技术，如加中频或射频预失真器或采用前馈等技术来改善发信机的线性。

ITU—T第75l号建议规定，SDH微波系统还要采用自动发信功率控制（ATPC）技术。

该技术的要点是微波发信机的输出功率在ATPC的控制范围内自动跟踪接收端接收电平的变化而变化。

在正常的传播条件下，发信机输出功率固定在某个比较低的电平上，例如比正常电平低lO～15dB左右。

当发生传播衰落时，接收机检测到传播衰落并达到ATPC所规定的最低接收电平时，立即通过微波段开销（RFSOH）字节控制对方发信机提高发信功率，直到发信机功率达到额定功率后，若对方接收电平仍继续下降，则发信机输出功率则维持在额定输出功率上不再变化。

通常严重的传播衰落发生的时间率是很短的，—般不足1％，所以采用ATPC装置后，发信机在99％以上的时间内均以比额定输出功率低l0～15dB的状态工作。

ATPC主要优点是：

（1）降低了对相邻系统的干扰;

（2）减小了上衰落对系统的影响；

3）降低了电源消耗，使射频放大器的功耗相当于正常电平时的50％;

（4）改善了系统的残余比特差错性能。

由于发信机在ATPC控制下使大部分正常传输条件下用最小。

4.SDH微波在SDH电信网中的应用

　　微波作为三大传输手段之一也在SDH网中起着重要作用。

尽管光纤传输网在容量方面有微波无法比拟的优点，但不管是通信干线上还是支线，SDH微波网仍然是光纤网不可缺少的补充和保护手段。

SDH微波网可以利用现有模拟或PDH微波网的基础设施进行建设。

其主要应用有下列几种：

用SDH微波系统使光纤电信网形成闭合环路；与SDH光纤系统串接使用；作为SDH光纤网的保护，以解决整个通信网的安全保护问题；自成链路或环路。

中国移动、电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。

利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。

而一些大型的专用网络也采用了SDH技术，架设系统内部的SDH光环路，以承载各种业务。

比如电力系统，就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。

　　而对于组网更加迫切、而又没有可能架设专用SDH环路的单位，很多都采用了租用电信运营商电路的方式。

由于SDH基于物理层的特点，单位可在租用电路上承载各种业务而不受传输的限制。

承载方式有很多种，可以是利用基于TDM技术的综合复用设备实现多业务的复用，也可以利用基于IP的设备实现多业务的分组交换。

SDH技术可真正实现租用电路的带宽保证，安全性方面也优于VPN等方式。

在政府机关和对安全性非常注重的企业，SDH租用线路得到了广泛的应用。

一般来说，SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-4等接口，完全可以满足各种带宽要求。

同时在价格方面，也已经为大部分单位所接受。

5.总结

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，必须因地制宜的安排各种传输手段。

各国的经验表明，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。

同时在某些应用场合，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偏远的厂矿等，还是用微波作为传输手段比较灵活方便，而且，其性能价格比也十分理想。

所以，我国在大力发展光纤干线传输网的同时，也十分注意发展建设SDH数字微波通信网。

参考文献

[1]孙学康，SDH技术，人民邮电出版社．

[2]韦乐平等，SDH及其新应用，人民邮电出　一、数字微波通信系统的组成

　　数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。

如图1所示是一条数字微波通信线路的示意图，其主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路，除了线路两端的终端站外，还有大量中继站和分路站，构成一条数字微波中继通信线路。

　　组成此通信线路设备的连接方框图如图2所示。

它分为以下几个部分：

　　用户终端，直接为用户所使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调度电话等。

　　交换机。

这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。

这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。

目前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。

　　数字电话终端复用设备（即数字终端机）。

其基本功能是把来自交换机的多路信号变换为时分多路数字信号，送往数字微波传输信道，以及把数字微波传输信道收到的时分多路数字信号反变换为交换机所需的信号，送至交换机。

对于PDH系统，一般采用编码调制数字电话终端机，它还包括二次群和高次群复接器、保密机及其他数字接口设备，按工作性质不同，它可以组成数字终端或数字分路终端机。

而对于SDH系统，则采用SDH数字复用设备，简称SDH设备，它由一些基本功能块灵活地组成不同类型的总的设备。

图中的数字分路终端机可由分插复用器（ADM）来替代。

　　微波站。

按工作性质不同，它可分成数字微波终端站、数字微波中继站和数字微波分路站。

有两个以上方向的上，下话路的微波站则称之为数字微波枢纽站。

SDH微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理（包括CMI／NRZ变换、SDH开销的插入与提取，微波帧开销的插入及旁路业务的提取等）、调制（包括纠错编码、扰码及发信差分编码等）、发信混频及发信功率放大等；终端站的收信端完成主信号的低噪声接收（根据需要可含分集接收及分集合成）、解调（含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码、纠错译码等）、收信基带处理（含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取石DH开销的插入与提取、NRZ／CMI变换等）。

在公务联络方面，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。

在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站或主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可通过Q3接口与电信管理网（TMN）连接。

终端站基带接口与SDH复用设备连接，用于上、下低价支路信号。

终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。

　　数字微波中继站。

主要完成信号的双向接收和转发。

有调制、解调设备的中继站，称再生中继站。

需要上、下话路的中继站称微波分路站，它必须与SDH的分插复用设备连接。

再生中继站具有全线公务联络能力，以及向网管系统汇报站信息。

线路运行质量的能力，并可执行网管系统的配置管理及进行遥控及遥测。

再生中继站也可以上、下旁路业务信号。

．二、数字微波采用的关键技术

　　数字微波传输设备所采用的基本技术大致与PDH相同，但由于传输方式的特点又决定了两者有所不同，SDH有下述几个关键技术：

　　1．编码调制技术

　　微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITU-R建议，我国在4～11GHz频段大都采用的波道间隔为28～30MHz及40MHz（ITU-R相关的频率配置建议）。

要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。

SDH微波与PDH微波在相同的波道间隔下，所需调制状态数的区别如表1所示。

　　2．交叉极化干扰抵消以（XPIC）技术

　　为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM，128QAM或512QAM调制）外，还采用双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。

但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（XPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。

为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。

　　自适应交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干扰信道中取出部分信号，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以在射频、中频或基带上进行。

采用XPIC技术后，对干扰的抑制能力一般可达15dB左右。

　　3．自适应频域和时域均衡技术

　　当系统采用多状态0AM调制方式时，要达到ITU-R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。

考虑到ITU一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，必须采取强有力的抗衰落措施。

在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。

　　频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变；时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落，为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器。

　　4．高线性功率放大器和自动发射功率控制

　　多状态调制技术对传输信道，特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。

例如，对采用640AM的系统而言，要求传输信道的三阶交调失真要比主信号至少低45dB。

若采用128QAM或256QAM调制技术，则要求更严。

为满足系统总传输性能的要求，除了对微波高功放采取输出回退措施外，还要采取一些非线性的补偿技术，如加中频或射频失真器或采用前馈技术等来改善放大器的线性。

　　高线性功率放大器和自动发射功率控制（ATPC）技术的关键是微波发信机的输出功率在ATPC的控制范围内自动地随接收端接收电平的变化而变化。

采用ATPC技术的优点是，降低了同一路由相邻系统的干扰，减小了上衰落对系统的影响，降低了电源消耗，减小非线性失真。

　　5．大规模专用集成电路（ASIC）设计技术

　　三、SDH微波在SDH电信网中的应用

　　微波作为三大传输手段之一也在SDH网中起着重要作用。

尽管光纤传输网在容量方面有微波无法比拟的优点，但不管是通信干线上还是支线，SDH微波网仍然是光纤网不可缺少的补充和保护手段。

SDH微波网可以利用现有模拟或PDH微波网的基础设施进行建设。

其主要应用有下列几种：

用SDH微波系统使光纤电信网形成闭合环路；与SDH光纤系统串接使用；作为SDH光纤网的保护，以解决整个通信网的安全保护问题；自成链路或环路。

　　四、工程综合应用网图

　　在许多通信系统工程设计的建设过程中，不可避免地要考虑到已有系统的再利用因素，以及不同型号设备的兼容问题，SDH数字微波通信系统在此方面具有独有的优势。

它不仅具有光纤级传输性能及全面的网络管理性能，还包括一个开放的系统结构，能方便地实现不同型号的ADM（上、下话路复用器）之间的切换和交叉互连。

其综合应用（典型）网络链接如图3所示。

　　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，必须因地制宜的安排各种传输手段。

各国的经验表明，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。

同时在某些应用场合，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偏远的厂矿等，还是用微波作为传输手段比较灵活方便，而且，其性能价格比也十分理想。

所以，我国在大力发展光纤干线传输网的同时，也十分注意发展建设SDH数字微波通信网。

原邮电部已决定在“九五”至“十五”期间新建30条左右的国家一级干线数字微波电路，总长约30000km。

　SDH微波通信是新一代的数字微波传输体制。

数字微波通信是用微波作为载体传送数字信息的一种通信手段。

它兼有SDH数字通信和微波通信两者的优点，由于微波在空间直线传输的特点，故这种通信方式又称为视距数字微波中继通信。

　　一、SDH微波通信系统的组成

　　１、数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。

如图1所示是一条数字微波通信线路的示意图，其主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路，除了线路两端的终端站外，还有大量中继站和分路站，构成一条数字微波中继通信线路。

　　２、组成此通信线路设备的连接方框图如图2所示。

它分为以下几个部分：

　　３、用户终端，直接为用户所使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调度电话等。

　　４、交换机。

这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。

这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。

目前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。

　　５、数字电话终端复用设备（即数字终端机）。

其基本功能是把来自交换机的多路信号变换为时分多路数字信号，送往数字微波传输信道，以及把数字微波传输信道收到的时分多路数字信号反变换为交换机所需的信号，送至交换机。

对于PDH系统，一般采用编码调制数字电话终端机，它还包括二次群和高次群复接器、保密机及其他数字接口设备，按工作性质不同，它可以组成数字终端或数字分路终端机。

而对于SDH系统，则采用SDH数字复用设备，