选择微波接力通信射频波道配置方案的条件

选择微波接力通信射频
波道配置方案的条件

杨克俊

　　摘要:对近年来国际电联(ITU)关于微波接力通信系统射频波道配置的标准中有关波道配置方案的变化进行了研究，分析了这些变化并推导了选择波道配置方案的计算公式(即条件)。所得结果与ITU-R建议书中给出的结果一致，澄清了原公式中一些含混的地方。
　　关键词：射频波道配置；交替波道配置方案；交插方式频带复用方案；同波道方式频带复用方案
　　中图分类号：TN925　　　　文献标识码：B
　　文章编号：1005-0388(1999)02-0215-08

Conditions satisfied for different patterns of radio-frequency channel arrangements for radio-relay systems

YANG Ke-jun
(The National Research Institute of Radio Spectrum Management, No.8 Ci En Road, Xi’an 710061， China)

　　Abstract: In the recent years, there are many changes for the patterns of radio-frequency channel arrangements for radio-relay systems in the ITU-R RECOMMENDATIONS for the effective use of radio spectrum. In this paper we analyzed the changes and deduced the equations (i.e.conditions) used for determining different patterns of radio-frequency channel arrangements for radio-relay systems. The results are the same as it given in the ITU-R Rec. but some ambiguities in the original equations have been clarified.
　　Key words: Radio-frequency channel arrangements; Alternated pattern of channel arrangement; Pattern of band re-use in the interleaved mode; Pattern of band re-use in the co-channel mode

1　引言

　　随着通信技术的飞速发展，微波接力通信得到了更广泛的应用，但是由于频谱资源的有限，频谱的利用也越来越拥挤。因此提高频谱有效利用技术的研究得到了世界各国的高度重视，目前采用的提高频谱有效利用的主要技术有：(1)新的调制技术，如增加多电平正交幅度调制(M-QAM)的调制状态数M；(2)多种业务的频段共用技术；(3)多址技术，如码分多址(CDMA)；(4)数字传输体制，(5)射频波道配置技术等。本文仅就射频波道配置的方案及选择条件进行深入讨论。国际电联已经制订出一系列微波接力系统射频波道配置的较完整的标准，我国也有相应的国家标准。92年以前的标准(无论是国际标准还是国标)都只给出了两种射频波道配置方案^{［1，2，3］}，即同波道配置方案和交替波道配置方案，并给出了相应的选择不同方案的条件(即计算公式)。但为了更有效的利用频谱，从94年开始国际电联通过长期研究在国际标准中(即建议书中)把原来射频波道配置的两种方案改为三种方案^［4，5］，也给出了相应的选择不同方案的计算公式(即条件)，这些新的计算公式与原来的完全不同。我国正在制定的国家标准^［6］，"1～40GHz数字微波接力系统的容量系列与波道配置"中，也采用了新的国际标准(即94年标准)及相应的新的选择不同方案的计算公式。
　　本文从微波接力通信中多个并列波道干扰产生与传递的基本原理出发推导了这些新公式。所得结果与国际标准中给出的结果完全一致。这对于我们在微波接力通信系统的设计中正确理解与使用波道配置的选择条件并选择合理的波道配置是十分重要的。因而对促进我国微波接力通信的发展和提高频谱资源的有效利用也有着重要意义。

2　射频波道配置的三种方案

　　根据国际电联的建议书ITU-R F.746-1的建议，波道配置应优先以等间隔为基础，三种射频配置的方案是：(1)交替波道配置方案(图1)；(2)同波道方式频带复用方案(图2)和(3)交插方式频带复用方案(图3)。图1，图2和图3分别示于下面。

3　选择射频波道配置方案的条件的推导

　　波道配置方案的选择在多个并列波道工作的微波接力系统中主要与交叉极化产生的干扰和邻波道产生的干扰有关。具体地说，它依赖于交叉极化鉴别率(XPD)和净滤波器鉴别率(NFD)。它们被定义为
(1a)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1b)
通常采用以分贝(dB)表示的形式，即
　　XPD=10log ［XPD］_{水平(垂直)}（1c）
　　NFD=10log ［NFD］　　　(1d)
　　并定义：NFD_a—在频率间隔为XS时的净滤波器鉴别率；
　　　　　　NFD_b—在频率间隔为XS／2时的净滤波器鉴别率。
　　在下面的分析中，不失一般性我们作了如下的假设：
　　1.各干扰之间是被此统计独立的，因此满足干扰功率相加原理；
　　2.在多个并列波道中，每个波道发射的功率相同，相应的每个波道接收到的功率也相同。
　　3.因本文的目的主要讨论交叉极化产生的干扰和邻波道产生的干扰，因此分析中不考虑线路衰落和色散等因素。
　　下面我们分别讨论波道选择的三种情况；
3.1　交替波道配置方案
　　图4是微波接力通信系统中交替波道配置时(参见图1)多个并列波道干扰示意图。图中f1(⊥)表示波道序号为1，波道中心频率为f₁，传输垂直极化波的波道；f2(∥)表示波道序号为2，波道中心频率为f₂，传输水平极化波的波道；其它以此类推。现在考虑对波道2的干扰，从图中可以看出，干扰有①、②、③、④和⑤，①表示波道1对波道2产生的干扰；②表示波道3对波道2产生的干扰；其余以此类推。显然，这五种干扰中以①和②为最大(因为是相邻波道，频率间隔最小)，因此我们仅考虑①和②的影响而忽略其它的影响。从图中还可以看出，①和②对波道2的影响是对称且等价的(即等波道间隔，都是垂直极化对水平极化的影响)，因此我们只详细分析①的影响。假定，

　　①和②是对称的交替波道交叉极化干扰，其分析方法及结果与3.1节相似，参照式(8)有，
　　　　C／I₁(dB)=XPD+(NFD_b-3)　　　(15a)
　　③和④是对称的邻波道同极化干扰，其结果参照式(10b)并考虑到相邻波道间隔为XS，则有，
　　　　C／I₂(dB)=NFD_a-3　　　(15b)
　　综合考虑①、②、③和④的影响，参照上节分析，则总的载干比为，
　　　　　　　(16)
　　同前要满足通信要求，必须有
　　　　载干比(dB)≥(C／I)_min　　　　　 　　　　(dB)　　　(17a)
即　　　　(dB)　　　(17b)
(17b)式就是选择交插方式频带复用方案时在不考虑线路衰落和色散的情况下要满足的条件。

4　讨论与结论

　　在上面分析中得出的(9)、(14b)和(17b)式分别是选择交替波道配置方案，同波道方式频带复用方案和交插方式频带复用方案的条件(即计算公式)。这与ITU-R F.746-1建议书中给出的结果是一致的。但应当指出，与式(9)相应的原公式中的NFD应为NFD_b，与(14b)和(17b)相应的原公式中的XPD应为XPD_min。
　　比较三种波道配置方案(参见图1，图2和图3)，可清楚看到，同波道方式频带复用方案和交插方式频带复用方案，从波道配置观点看，几乎达到了频谱的最有效利用。比较图1和图3也不难看出，交插方式频带复用方案比交替波道配置方案的频谱利用率要高的多(最高可达2倍)。当交插方式频带复用方案中的相邻波道间隔XS增大时则由邻波道产生的干扰下降，即式(15b)中的I₂下降，当XS增大到使I₂可忽略时(即日I₂→0,C／I₂→∞)，则式(17b)中取对数的分式的分母中的第二项消失，式(17b)被简化为
　　　　XPD_min+(NFD_b-3)≥(C／I)_min　　　(dB)　　　(18)
式(18)与(9)相同，即把交插方式频带复用方案退化为交替波道配置方案。
　　类似地，对于同波道方式中频带重复利用方案当增大邻波道间隔XS到一定程度时，同样会使式(14b)中取对数的分式的分母中的第二项消失，式(14b)被简化为，
　　　　XPD_min+XIF≥(C／I)_min　　　 　　(dB)　　　(19)
　　这时同波道方式频带复用方案就是退化为早先两种波道配置方案中的同波道配置方案^［1］。早先两种波道配置方案分别是同波道配置方案和交替波道配置方案。式(19)和(18)分别是ITU-R第746号建议书中选择这两种方案的条件(即计算公式)。但应指出，与式(18)相应的原公式中的NFD应为(NFD_b-3)，与式(19)相应的原公式中的左边应加上XIF项。这充分反映了原公式中忽略了许多重要因素。
　　从上面的分析中可以得出新的三种波道配置方案较早先两种波道配置方案在频谱利用效率上有明显提高。同时采用新方案时要满足更严格的条件。

作者单位：国家无线电频谱管理研究所， 西安市慈恩路8号　710061

作者简介：杨克俊　男，研究员，毕业于西安电子科技大学，电子学会高级会员，电波传播分会委员，国家科技进步一等奖获得者，享受政府特殊津贴专家，现从事无线电频谱管理中的电波传播研究。

参考文献

［1］ITU-R F.746建议.微波接力系统的射频波道配置.国际电信联盟，1992-CCIR建议，RF系列，固定业务，日内瓦.
［2］国标，GB／13503-92.数字微波接力通信设备通用技术条件.
［3］国标，GB13159-91.数字微波接力通信系统进网技术要求.
［4］Rec.ITU-RF.746-1.Radio-frequency channel arrangements for radio-relay systems.ITU-R RECOMMENDATIONS,1994F series volume,Part 1,Fixed service Radio-relay systems,1994.
［5］ITU-RF.746-2建议.微波接力系统的射频波道配置".国际电信联盟，1995年F系列卷，第1部分，固定业务，日内瓦.
［6］国标.1～40GHz数字微波接力通信系统容量系列及射频波道配置.报批稿，1998.
［7］第378-6号建议.约17GHz以下数字微波接力系统的特性.国际电信联盟，CCIR报告，卷IX-1附册，微波接力固定业务，1990，日内瓦.
［8］王云飞等.数字微波通信.人民邮电出版社，第一版，1991年2月.
［9］孙海山等.数字微波通信.人民邮电出版社，第一版，1992年10月.

收稿日期：1998-09-16