微波通信概述

1、數(shù)字微波通信概述以及理論數(shù)字微波通信概述以及理論微波知識簡介微波知識簡介 提綱提綱第一部分第一部分 微波基礎(chǔ)知識介紹微波基礎(chǔ)知識介紹第二部分第二部分 微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)第三部分第三部分 微波設(shè)計的重要指標(biāo)微波設(shè)計的重要指標(biāo)第四部分第四部分 微波設(shè)計常用軟件微波設(shè)計常用軟件 微波知識簡介微波知識簡介微波基礎(chǔ)知識微波基礎(chǔ)知識n 微波通信的定義n 微波頻段的劃分n 微波傳輸容量分類n 微波設(shè)備組成部分n 微波傳輸特性 微波知識簡介微波知識簡介 現(xiàn)代通信網(wǎng)中的傳輸手段現(xiàn)代通信網(wǎng)中的傳輸手段微微波波端端站站光纖通信光纖通信微波通信微波通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信微微波波端端站站復(fù)用設(shè)備復(fù)用設(shè)備復(fù)用設(shè)備復(fù)用

2、設(shè)備同軸電纜同軸電纜微波知識簡介微波知識簡介微波的定義微波的定義 p微波是一種電磁波，從廣義上講，頻率范圍為300MHz300GHz，微波通信使用的頻率范圍通常是3GHz30GHz。p實(shí)際微波設(shè)計中的設(shè)備是從7GHZ38GHZ，頻率越高，傳輸距離越短。p根據(jù)微波傳播的特點(diǎn)，可視其為平面波。p平面波沿傳播方向是沒有電場和磁場縱向分量的，電場和磁場分量都是與傳播方向垂直的，所以稱為橫電磁波，記為TEM波微波知識簡介微波知識簡介微波傳輸基本知識微波傳輸基本知識站站接力式的中繼方式完成傳輸站站接力式的中繼方式完成傳輸 由于微波頻率很高，波長很短(110cm),電波沿地面?zhèn)鞑r衰減很大，遇到障礙物時繞射

3、能力很弱，投射到高空電離層不能反射。因此，這一波段電波只能在視距內(nèi)直線傳播，所以叫視距傳播。由于微波必須要求為視距傳輸，所以把信息從一地傳到另一地，只能靠接力，一段段地傳下去。故又叫微波接力通信微波知識簡介微波知識簡介微波頻段劃分2GHz頻段（1.7-1.9GHz; 1.9-2.3GHz; 2.4GHz; 2.49-2.69GHz)4/5GHz頻段（3.4-3.8GHz; 3.8-4.2GHz; 4.4-5.0GHz; 5.8GHz)6GHz頻段（5.925-6.425GHz; 6.430-7.110GHz)7GHz頻段（7.125-7.425GHz; 7.425-7.725GHz;)8GHz

4、頻段（7.725-8.275GHz; 8.275-8. 5GHz; 8.50-8.75GHz)11/13GHz頻段（10.7-11.7GHz; 12.75-13. 25GHz;)15/18GHz頻段（14.50-15.35GHz; 17.7-19.7GHz;)23GHz頻段（21.955523.5445GHz);38GHz頻段(37.061539.4345GHz)微波頻段選擇和射頻波道配置微波頻段選擇和射頻波道配置微波知識簡介微波知識簡介微波頻段選擇和射頻波道配置微波頻段選擇和射頻波道配置l 在每個頻段中定義了多種子頻率范圍，多種收發(fā)間隔和波道間隔。f f0 0( (中心頻率中心頻率) )頻率

5、范圍頻率范圍波道波道間隔間隔f1f2fnf1f2fn波道波道間隔間隔收發(fā)間隔收發(fā)間隔收發(fā)間隔收發(fā)間隔低頻段低頻段高頻段高頻段保護(hù)保護(hù)間隔間隔相鄰收相鄰收發(fā)間隔發(fā)間隔微波知識簡介微波知識簡介微波頻段選擇和射頻波道配置（續(xù)）微波頻段選擇和射頻波道配置（續(xù)）f0(7575M) )頻率范圍頻率范圍（74257725MHz）28Mf1=7442f5f1=7596f2f5T/R 間隔：間隔： 154Mf2=74707G7G頻率范圍頻率范圍F0 (MHz)F0 (MHz) 收發(fā)間隔收發(fā)間隔(MHz)(MHz) 波道間隔（波道間隔（MHzMHz）高低站高低站7425-7725757515428 Fn=f0-1

6、61+28n,Fnf0- 7+28n, n:15757516177110-77507275196287597196287250-755074001613.5.微波知識簡介微波知識簡介局方申請的頻點(diǎn)信息局方申請的頻點(diǎn)信息NEO-C設(shè)備頻率子帶表設(shè)備頻率子帶表u通過子帶信息表，查找出申請的頻點(diǎn)范圍所在的子帶，通過子帶信息表，查找出申請的頻點(diǎn)范圍所在的子帶，算出中心頻率，做出頻率文件。算出中心頻率，做出頻率文件。微波知識簡介微波知識簡介微波傳輸?shù)娜萘课⒉▊鬏數(shù)娜萘课⒉◤?fù)用方式PDH與SDH1、PDH：中小容量，常用于接入層，一般容量只到16E1，有些可以到32E1或48E1。 2、SDH：大容量，常

7、用于匯聚層，以STM-1為單位，一般容量只能做到1或2個STM-1。單獨(dú)的一個IDU最大可支持400Mbps。3、機(jī)架式SDH：SDH5000S可支持8個STM-1。微波知識簡介微波知識簡介分體式微波設(shè)備分體式微波設(shè)備u 射頻部分（ODU）在室外，中頻、信號處理、復(fù)接等單元（IDU）在室內(nèi)，之間通過中頻電纜連接。uODU可直接和天線連接或通過一根很短的軟波導(dǎo)連接，避免了饋線損耗。u容量相對較小，安裝維護(hù)方便，便于快速建網(wǎng)，是目前應(yīng)用最廣泛的微波設(shè)備。天天 線線(Antenna Unit)室外單元室外單元ODU (Outdoor Unit)中頻電纜中頻電纜(IF Cable)室內(nèi)單元室內(nèi)單元ID

8、U (Indoor Unit)微波知識簡介微波知識簡介分體式微波設(shè)備（續(xù)）分體式微波設(shè)備（續(xù)）l各組成部分的作用：p天線： 聚焦ODU發(fā)送的射頻信號，加大信號增益。pODU：射頻處理，實(shí)現(xiàn)中頻射頻之間信號轉(zhuǎn)換。p中頻電纜：中頻業(yè)務(wù)信號和IDU/ODU通訊信號的傳輸并向ODU供電。pIDU：完成業(yè)務(wù)接入、業(yè)務(wù)調(diào)度、復(fù)接和調(diào)制解調(diào)等功能。微波知識簡介微波知識簡介分體式微波安裝分體式微波安裝標(biāo)準(zhǔn)天線（分標(biāo)準(zhǔn)天線（分離式安裝）離式安裝）室外單元室外單元 (ODU)(ODU)中頻電纜中頻電纜中頻中頻口口分離式安裝分離式安裝軟波導(dǎo)軟波導(dǎo)室內(nèi)單元（室內(nèi)單元（IDUIDU）中頻口中頻口 標(biāo)準(zhǔn)天線標(biāo)準(zhǔn)天線（集成

9、式安裝）（集成式安裝）室外單元室外單元 (ODU)(ODU)室內(nèi)單元（室內(nèi)單元（IDUIDU）直扣式安裝直扣式安裝中頻電纜中頻電纜中頻口中頻口微波知識簡介微波知識簡介 影響電波傳播的因素影響電波傳播的因素 費(fèi)涅爾半徑、余隙、K因子 地形、大氣 微波傳播的各種衰落微波傳播的各種衰落 自由空間損耗、大氣吸收衰落 雨霧衰減、K形 多徑、波導(dǎo)、閃爍 數(shù)字微波抗衰落技術(shù)數(shù)字微波抗衰落技術(shù) 頻率分集 空間分集微波的傳播及抗衰落技術(shù)微波的傳播及抗衰落技術(shù)微波知識簡介微波知識簡介微波傳播的幾個重要參數(shù)微波傳播的幾個重要參數(shù)自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播菲涅爾區(qū)及其半徑菲涅爾區(qū)及其半徑定義：在微波波段，頻

10、率很高，無線電波利用視距傳播的方式工作。視距傳播是指發(fā)射天線和接收天線在相互能看得見的距離內(nèi)，電波直接從發(fā)射點(diǎn)傳到接收點(diǎn)的一種傳播方式。具體來說，就是微波波段時，發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間不希望有障礙物阻擋。 圖中球面上的點(diǎn)P到(T,R)點(diǎn)距離之和滿足：TP+PR=TR + n/2（n =1,2,3,)，則由P點(diǎn)構(gòu)成的軌跡就是菲涅爾區(qū)。 我們把菲涅爾區(qū)上一點(diǎn)P到TR的連線的垂直距離PO稱為菲涅爾半徑。第一菲涅爾半徑用F1(n1)表示。 微波知識簡介微波知識簡介自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播l第一菲涅爾區(qū)半徑計算公式： )()()()(32.17211kmdGHzfkmdkmdFl第一菲涅爾區(qū)是微

11、波傳輸能量最集中的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)應(yīng)盡量減少阻擋。隨著菲涅爾區(qū)序號數(shù)的增大，接收點(diǎn)的場強(qiáng)以等差級數(shù)關(guān)系遞減。微波知識簡介微波知識簡介余隙余隙p在實(shí)際微波傳播路徑中，有時會受到建筑物、樹木、山峰等的阻擋，如果障礙物的高度進(jìn)入第一菲涅爾區(qū)域時，則可能會引起附加損耗，使接收電平下降，影響傳輸質(zhì)量。為了避免這種情況的發(fā)生，因此引入了余隙的概念。p 障礙點(diǎn)到AB線段的垂直距離叫做路徑上障礙點(diǎn)的余隙，為方便總是用障礙點(diǎn)的垂直于地面的線段hc近似表示余隙, 若該點(diǎn)的第一菲涅爾半徑為F1，則稱則稱hc/Fhc/F1 1為該點(diǎn)的相對余隙為該點(diǎn)的相對余隙。余隙一般要求余隙一般要求大于大于一階費(fèi)涅爾半徑一階費(fèi)涅爾半

12、徑微波知識簡介微波知識簡介保障余隙的高度是微波視通的必要條件保障余隙的高度是微波視通的必要條件微波知識簡介微波知識簡介K K因子概念因子概念微波知識簡介微波知識簡介無線電波設(shè)計目標(biāo)無線電波設(shè)計目標(biāo)K=4/3時時,第一費(fèi)涅耳區(qū)無障礙物第一費(fèi)涅耳區(qū)無障礙物在傳播經(jīng)過水面或沙漠地區(qū)時在傳播經(jīng)過水面或沙漠地區(qū)時,建議建議K=1時時,第一費(fèi)涅耳區(qū)無障礙物第一費(fèi)涅耳區(qū)無障礙物 Distance 50 km k = 4/31st Fresnel zone微波知識簡介微波知識簡介路徑余隙標(biāo)準(zhǔn)路徑余隙標(biāo)準(zhǔn)微波知識簡介微波知識簡介微波知識簡介微波知識簡介影響電波傳播的因素地形影響電波傳播的因素地形主要表現(xiàn)為地面的

13、反射波對接收電平的影響: 光滑地面或水面會把天線發(fā)出的一部分信號能量反射到接收天線并對主波(直射波)信號產(chǎn)生干擾。反射波與主波進(jìn)行矢量相加，其結(jié)果使合成波加大或減小，使傳輸處于不穩(wěn)定狀態(tài)。所以在鏈路設(shè)計時，要盡量減少反射波，如果有反射情況，則應(yīng)利用地形的起伏阻擋住反射波。 直線直線反射反射直線直線反射反射微波知識簡介微波知識簡介l由于不同地形的反射條件不同，所以對電波傳播的影響也不同。我們把地形分為四類，分別是：pA類：山地（或建筑物密集的城市）pB類：丘陵（地面起伏較平緩）pC類：平原pD類：大面積的水面l其中山地山地的反射系數(shù)最小，是最適合微波傳輸?shù)牡匦?，丘陵地區(qū)次之；電路設(shè)計時應(yīng)盡量避開

14、水面等光滑的平面。影響電波傳播的因素地形（續(xù)）影響電波傳播的因素地形（續(xù)）微波知識簡介微波知識簡介影響電波傳播的因素大氣影響電波傳播的因素大氣l對流層是指自地面10km以內(nèi)的低空大氣層，由于微波天線高度遠(yuǎn)不會超過這個高度，因此研究電波在大氣中的傳播只要研究電波在對流層中的傳播即可。對流層對電波傳播的影響主要表現(xiàn)在：p 由氣體分子諧振引起對電磁波能量的吸收，這種吸收對頻率12GHz以上的微波有一定的影響。p 由雨、霧、雪引起的對電磁波能量的吸收和散射，這種情況一般對頻率10GHz以上的微波傳輸影響較大。p 由于大氣的不均勻性，對流層中電波傳輸會產(chǎn)生折射、吸收、反射、散射等現(xiàn)象。其中對微波傳輸影響

15、最大的是大氣折射。微波知識簡介微波知識簡介電波傳播的衰落特性電波傳播的衰落特性衰落機(jī)理衰落機(jī)理吸收衰落吸收衰落雨霧衰落雨霧衰落閃爍衰落閃爍衰落k k型衰落型衰落波導(dǎo)型衰落波導(dǎo)型衰落衰落時間衰落時間接收電接收電平高低平高低衰落對信衰落對信號的影響號的影響快衰落快衰落慢衰落慢衰落上衰落上衰落下衰落下衰落平衰落平衰落頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落自由空間傳播衰落自由空間傳播衰落l衰 落(FADING) ：指接收電平隨機(jī)起伏變化。即不規(guī)則的變化，忽大忽小，其原因是多種多樣的。微波知識簡介微波知識簡介自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗P = 發(fā)射功率發(fā)射功率(TX Power)PTXPowerLevelDi

16、stanceGTXGRX PRX G = 天線增益天線增益(Antenna Gain)A0A0 = 自由空間損耗自由空間損耗(Free Space Loss)M接收門限接收門限(Receiver Threshold)M = 衰落儲備衰落儲備(Fading Margin)微波知識簡介微波知識簡介Free Space Loss A = 92.4 + 20 log + 20 log = distance in km = frequency in GHz (refer to isotropic antennas)0df或或 增加增加一倍，損耗將增加一倍，損耗將增加6 dB 自由空間傳播損耗自由空間傳播

17、損耗自由空間傳播條件下的收信電平自由空間傳播條件下的收信電平Prx(dBm)=Ptx+Gtx+Grx-A0-Ltx-Lrx-LbPtx：發(fā)射功率 Gtx、Grx為收發(fā)天線增益， A0為自由空間傳輸損耗，Ltx、Lrx為收發(fā)饋線損耗、Lb為分路系統(tǒng)損耗微波知識簡介微波知識簡介大氣吸收衰落大氣吸收衰落l任何物質(zhì)的分子都是由帶電粒子組成的，這些粒子都有其固有的電磁諧振頻率，當(dāng)通過這些物質(zhì)的微波頻率接近它們的諧振頻率時，這些物質(zhì)對微波產(chǎn)生共振吸收。l統(tǒng)計表明大氣吸收對微波頻率在12GHz以下時，吸收小于0.1dB/Km，和自由空間衰耗相比，可以忽略。大氣對微波吸收曲線圖大氣對微波吸收曲線圖(dB/Km

18、)1GHz7.5GHz12GHz23GHz60GHz0.01dB10dB1dB0.1dB微波知識簡介微波知識簡介l 在10GHz頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴(yán)重，10G頻段以上，需要注意加入雨衰因子，關(guān)注可用度指標(biāo)達(dá)標(biāo)。如果指標(biāo)不達(dá)標(biāo)所能改善的解決辦法為增大天線口徑（增益）和改善調(diào)制方式或者改變路由l 在10GHz以上頻段，中繼間隔主要受降雨損耗的限制。如對13GHz以上頻段，100mm/小時的降雨會引起5dB/km的損耗，所以在13GHz，15GHz頻段，一般最大中繼距離在10km左右。在20GHz以上頻段，由于降雨損耗影響，中繼間距只能有幾公里。l 高頻段可以做用戶級傳輸，頻段越高雨衰越厲害。雨霧衰減雨霧衰減微波知識簡介微波知識簡介l大氣折射:p 因為大氣折射的影響，微波在傳播過程中，路徑實(shí)際上是彎曲的。大氣折射的最后效果可看成電磁波在一個等效半徑為 的地球上空沿直線傳播。即 =KR（R為實(shí)際地球半徑）。p 彎曲影響是通過彎曲影響是通過K K型因子來表示型因子來表示p K值的實(shí)際測量平均值為4/3左右。但實(shí)際地段的K值和該地段的氣象有關(guān)，可以在較大范圍內(nèi)變化，影響視距傳播。ReReK K型衰落型衰落ReR微波知識簡介微波知識簡介l 微波傳播微波傳播K K型衰落（續(xù)）型衰落（續(xù)）k 1k = 1k =99.999% PDHSDH =99.999% PDH的的=99.