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PDH、SDH、微波通信及毫米波技术介绍

时间:2020-04-26 作者 :管理员

在数字通信系统中,传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时,其速率必须完全保持一致,才能保证信息传送的准确无误,这就叫做“同步”。

在数字传输系统中,有两种数字传输系列,一种叫“准同步数字系列”(Plesiochronous Digital Hierarchy),简称PDH;另一种叫“同步数字系列”(Synchronous Digital Hierarchy),简称SDH。

采用准同步数字系列(PDH)的系统,是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟,这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高,但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量,要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此,这种同步方式严格来说不是真正的同步,所以叫做“准同步”。

在以往的电信网中,多使用PDH设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展,点到点的直接传输越来越少,而大部分数字传输都要经过转接,因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发的需要,以及现代化电信网管理的需要。SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。

最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所,称为光同步网络(SONET)。它是高速、大容量光纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。最初的目的是在光路上实现标准化,便于不同厂家的产品能在光路上互通,从而提高网络的灵活性。

1988年,国际电报电话咨询委员会(CCITT)接受了SONET的概念,重新命名为“同步数字系列(SDH)”,使它不仅适用于光纤,也适用于微波和卫星传输的技术体制,并且使其网络管理功能大大增强。

SDH技术与PDH技术相比,有如下明显优点:
1、统一的比特率,统一的接口标准,为不同厂家设备间的互联提供了可能。附图是SDH和PDH在复用等级及标准上的比较。
2、网络管理能力大大加强。
3、提出了自愈网的新概念。用SDH设备组成的带有自愈保护能力的环网形式,可以在传输媒体主信号被切断时,自动通过自愈网恢复正常通信。
4、采用字节复接技术,使网络中上下支路信号变得十分简单。
由于SDH具有上述显著优点,它将成为实现信息高速公路的基础技术之一。但是在与信息高速公路相连接的支路和叉路上,PDH设备仍将有用武之地。

毫米波技术的应用

毫米波是介于微波与光波之间的电磁波,通常毫米波频段是指30~300GHz,相应波长为1~10mm 。目前绝大多数的应用研究集中在几个“窗口”频率,包括35、45、94、140、220GHz和三个吸收峰(60、120、200GHz频率上)。
毫米波电子系统具有如下特性:
·小天线孔径具有较高的天线增益;
·高跟踪精度和制导精度;
·不易受电子干扰;
·低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小;
·多目标鉴别性能好;
·雷达分辨率高;
·大气衰减“谐振点”可作保密传输。

由于这些特性,毫米波主要应用在结构小、重量轻、分辨力高、作用距离近和具有良好多普勒处理特性的场合。与微波相比,毫米波受恶劣气候条件影响大,但分辨力高,结构轻小;与红外和可见光比,毫米波系统虽没有那样高的分辨力,但通过烟雾灰尘的传输特性好。

军事上的需要是推动毫米波系统发展的重要因素。目前毫米波在雷达、制导、战术和战略通信、电子对抗、遥感、辐射测量等方面得到了广泛应用。

毫米波雷达的优点是角分辨率高,频带宽,多普勒频移大和系统体积小,缺点是作用距离受功率器件限制大。目前大多数火控系统和地空导弹制导系统中的跟踪雷达均已工作在毫米波频段。

实际的精密跟踪雷达多是双频系统,即一部雷达同时工作于微波频段(用于搜索、引导,精度较低)和毫米波雷达(跟踪精度高、作用距离近),两者协同工作,可取得较好的效果。如美国海军研制的TRAKX双频精密跟踪雷达即有一部9GHz、300kw的反射机和一部35GHz、13KW的发射机及相应的接收系统,共用2.4m抛物面天线,已成功地跟踪了距水面30m高的目标,作用距离可达27km。双频还具有一个好处,毫米波频率可作为隐蔽式工作,提高了雷达的生存能力。

炮位侦察雷达用于精确测定敌方炮弹的轨迹,从而推算出敌方炮兵阵地的位置。由于雷达体积小(可人背、马驮)、角跟踪精度高,抗干扰和低截获,常采用3mm波段的雷达,发射机平均输出功率在20W左右。

用于跟踪弹、炮的搜索、跟踪两位一体雷达,搜索部分采用X波段,跟踪部分采用毫米波(8mm),例如改进的“空中卫士”综合火控雷达,具有很好的低角跟踪性能和抗干扰性能。

为了有效跟踪掠海飞行的小型高速导弹(巡航导弹),舰炮火控系统的跟踪雷达也有使用毫米波段的趋势,如:美国挑战者SA-2舰载火控跟踪雷达采用M(20-40GHz)波段,英国30型舰载火控跟踪雷达也使用了毫米波段。

为了高空探测飞机和导弹,毫米波雷达得到了有效的应用,因为毫米波在高空传输损耗很小,地面探测这些目标则会被很强的大气吸收所遮挡。

空间目标识别雷达的特点是使用大型天线以获得成像所需的角分辨率、高天线增益和大功率发射机以保证足够的作用距离,一部35GHz的空间目标识别雷达的天线口径达36m。用行波管提供10KW的发射功率,可以拍摄远在16Km处的卫星照片;一部工作在94GHz的空间目标识别雷达的天线口径为13.5m,采用回旋管输出20KW的发射功率,可对14.4Km远处的目标进行高分辨率的摄像。

现代直升机的空难事故中,飞机与高压架空电线相撞的事故占相当高的比率,因此直升机防撞雷达需要采用分辨率极高的毫米波雷达或激光雷达,实际上多用3mm雷达。这种雷达技术还可用于车辆防障和空中交会。

由于毫米波制导兼有微波制导和红外制导的优点。在大气层内,毫米波四个主要传输窗口(35、94、140、和220GHz)虽较微波对云、雨引起的衰减要大一些,但毫米波系统体积小,重量轻、易于高度集成化,而且频带宽,分辨率高,敌方难于载获,抗干扰性能强;较之红外则分辨率差一些,但通过烟、雾、灰、尘的能力强,具有较好的全天候战斗能力。因此,毫米波制导系统已成为精确制导的主要发展方向之一,特别是寻的制导系统。国外许多导弹的末制导采用了毫米波制导系统。例如,休斯公司研制的“黄蜂”反坦克导弹工作在94GHz,“幼畜”和海法尔以及“SADARM”等导弹和火箭弹上都使用35GHz的导引头。目前正在发展的毫米波成像技术及毫米脉冲多普勒导引头和红外焦平面探测器合成的双模导引头,使导引头具有真正全天候条件下“打了不用管”的功能。用于21世纪的超音速巡航导弹(ATACCM)、超音速反舰导弹(ANS)、先进反幅射导弹(ARRM)、先进反舰导弹(AASM)等都采用了毫米波技术在内的复合制导。

由于毫米波雷达和末制导系统的发展,相应的电子对抗手段也发展起来了。目前现役的多数雷达侦察/告警系统,如WJ-2740(美)、Wi927(美)、APR(V)A(美)的频率覆盖范围均已扩展到0.5~40GHz。据报导,美国电子对抗的部份雷达侦察设备频率覆盖可达3KHz~100GHz,并向300GHz发展。雷达告警设备频率已扩展到40~60GHz,北约正在研制一种车载毫米波告警设备,频段为40~140GHz。此外,通信侦察频段覆盖10KHz~毫米波段,通信干扰也将覆盖10KHz~60GHz。

在微波范围内已成功实用的电子干扰技术,如箔条和反雷达伪装,在毫米波频段则效果不佳,因为用于35GHz以上的箔条偶极子实在太小。因此要想有效地对抗毫米波雷达干扰需要研究新的方法,目前投放非谐振的毫米波箔条和气溶胶对敌方毫米波雷达波束进行散射是一种手段。

军用毫米波通信是战场环境下很有发展前途的通信手段,它具有波束窄、数据率高、电波隐蔽、保密和抗干扰性能好、开设迅速、使用方便灵活以及全天候工作的特点。军用毫米波通信主要应用有:远(空间)近(大气层)距保密通信,快速应急通信,对潜通信,卫星通信,星际通信,微波干线上下山的走线和电缆中断抢通设备等。

毫米波通信美国处于领先地位。目前30-40GHz的设备已实用,如美国Norden公司研制、工作频率在36~38.6GHz的AN/GRC-209短程视距通信设备,用于点对点数据传输。英国宇航公司与马可尼公司制造的skyNETIV卫星通信系统,载有4个X波段,2个UHF和一个EHF的转发器。美Milstar“战术战略中继卫星系统”由6颗星组成,上行频率为44GHz,下行频率为20GHz,星际通信频率为60GHz。地面近距离(如前沿阵地)也使用60GHz频率是为了保密通信,如美国雷声公司研制的TMR-2设备。

微波通信

利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离,因此是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各种专用通信网。常用的微波频段及其代号如表5-1所示。

我国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段,K频段的应用尚在开发之中。由于微波的频率极高,波长又很短,其在空中的传播特性与光波相近,也就是直线前进,遇到阻挡就被反射或被阻断,因此微波通信的主要方式是视距通信,超过视距以后需要中继转发。

一般说来,由于地球曲面的影响以及空间传输的损耗,每隔50公里左右,就需要设置中继站,将电波放大转发而延伸。这种通信方式,也称为微波中继通信或称微波接力通信。长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千公里仍可保持很高的通信质量。

微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。为了把电波聚集起来成为波束,送至远方,一般都采用抛物面天线,其聚焦作用可大大增加传送距离。多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰,我国现用微波系统在同一频段同一方向可以有六收六发同时工作,也可以八收八发同时工作以增加微波电路的总体容量。多路复用设备有模拟和数字之分。模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信,可用于不同容量等级的微波电路。数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群,进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群1920路,并经过数字调制器调制于发射机上,在接收端经数字解调器还原成多路电话。最新的微波通信设备,其数字系列标准与光纤通信的同步数字系列(SDH)完全一致,称为SDH微波。这种新的微波设备在一条电路上八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路(2.4Gbit/s)。

微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送,如电话、电报、 数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。微波通信具有良好的抗灾性能,对水灾、风灾以及地震等自然灾害,微波通信一般都不受影响。但微波经空中传送,易受干扰,在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向,因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。此外由于微波直线传播的特性,在电波波束方向上,不能有高楼阻挡,因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划,使之不受高楼的阻隔而影响通信。

近年来我国开发成功点对多点微波通信系统,其中心站采用全向天线向四周发射,在周围50公里以内,可以有多个点放置用户站,从用户站再分出多路电话分别接至各用户使用。其总体容量有100线、500线和1000线等不同容量的设备,每个用户站可以分配十几或数十个电话用户,在必要时还可通过中继站延伸至数百公里外的用户使用。这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分合用,较为经济。