微波通信概述資料課件

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

提綱第一部分

微波基礎(chǔ)知識(shí)介紹第二部分微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

提綱微波基礎(chǔ)知識(shí)微波通信的定義微波頻段的劃分微波傳輸容量分類微波設(shè)備組成部分微波傳輸特性

微波基礎(chǔ)知識(shí)微波通信的定義

現(xiàn)代通信網(wǎng)中的傳輸手段微波端站光纖通信微波通信衛(wèi)星通信微波端站復(fù)用設(shè)備復(fù)用設(shè)備同軸電纜現(xiàn)代通信網(wǎng)中的傳輸手段微光纖通信微波通信衛(wèi)星通信微復(fù)用設(shè)備微波的定義

微波是一種電磁波，從廣義上講，頻率范圍為300MHz～300GHz，微波通信使用的頻率范圍通常是3GHz～30GHz。實(shí)際微波設(shè)計(jì)中的設(shè)備是從7GHZ～38GHZ，頻率越高，傳輸距離越短。根據(jù)微波傳播的特點(diǎn)，可視其為平面波。平面波沿傳播方向是沒(méi)有電場(chǎng)和磁場(chǎng)縱向分量的，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量都是與傳播方向垂直的，所以稱為橫電磁波，記為TEM波微波的定義微波傳輸基本知識(shí)站站接力式的中繼方式完成傳輸

由于微波頻率很高，波長(zhǎng)很短(1－10cm),電波沿地面?zhèn)鞑r(shí)衰減很大，遇到障礙物時(shí)繞射能力很弱，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傳輸基本知識(shí)站站接力式的中繼方式完成傳輸由于微波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（21.9555—23.5445GHz);38GHz頻段(37.0615—39.4345GHz)微波頻段劃分2GHz頻段（1.7--1.9GHz;1.9--2.3GH微波傳輸?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，常用于匯聚層，以STM-1為單位，一般容量只能做到1或2個(gè)STM-1(155Mb/s)。單獨(dú)的一個(gè)IDU最大可支持400Mbps。3、機(jī)架式SDH：SDH5000S可支持8個(gè)STM-1。微波傳輸?shù)娜萘课⒉◤?fù)用方式PDH與SDH數(shù)字微波設(shè)備分類目前，大家比較常見(jiàn)的分類方法是按照結(jié)構(gòu)分類，將微波設(shè)備分為分體式微波、全室內(nèi)型(一體式)微波和全室外型。一體式微波一般是trunk，俗稱大微波，射頻單元（RFU）、信號(hào)處理單元（SPU）、復(fù)接器等單元全在室內(nèi)，室外僅有天線，特點(diǎn)是傳輸容量大，適用于骨干線路傳輸。但是，一體式微波的成本高。數(shù)字微波設(shè)備分類目前，大家比較常見(jiàn)的分類方法是按照結(jié)構(gòu)分類，全室外型微波是所有單元都在室外，其優(yōu)點(diǎn)是易于安裝、節(jié)省機(jī)房空間，但是設(shè)備在室外，容易損壞。全室外型微波是所有單元都在室外，其優(yōu)點(diǎn)是易于安裝、節(jié)省機(jī)房空分體式微波由天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）組成，天線和ODU之間一般用波導(dǎo)管連接，IDU和ODU之間通過(guò)中頻電纜連接。中頻電纜用于IDU和ODU之間的中頻業(yè)務(wù)信號(hào)和IDU/ODU通訊控制信號(hào)的傳輸，并向ODU供電。容量相對(duì)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。在后續(xù)章節(jié)，如無(wú)特殊說(shuō)明，都是指分體式微波的。分體式微波由天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）組成分體式微波－安裝標(biāo)準(zhǔn)天線（分離式安裝）室外單元(ODU)中頻電纜中頻口分離式安裝軟波導(dǎo)室內(nèi)單元（IDU）中頻口

標(biāo)準(zhǔn)天線（集成式安裝）室外單元(ODU)室內(nèi)單元（IDU）直扣式安裝中頻電纜中頻口分體式微波－安裝標(biāo)準(zhǔn)天線（分離式安裝）室外單元(ODU)中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)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)微波傳播的幾個(gè)重要參數(shù)自由空間的電波傳播菲涅爾區(qū)及其半徑定義：在微波波段，頻率很高，無(wú)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(jiàn)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(lái)說(shuō)，就是微波波段時(shí)，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(n＝1)表示。微波傳播的幾個(gè)重要參數(shù)自由空間的電波傳播菲涅爾區(qū)及其半徑定義自由空間的電波傳播

第一菲涅爾區(qū)半徑計(jì)算公式：

第一菲涅爾區(qū)是微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(hào)數(shù)的增大，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)以等差級(jí)數(shù)關(guān)系遞減。自由空間的電波傳播第一菲涅爾區(qū)半徑計(jì)算公式：第一菲涅爾余隙

在實(shí)際微波傳播路徑中，有時(shí)會(huì)受到建筑物、樹(shù)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(shí)，則可能會(huì)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。

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hc/F1為該點(diǎn)的相對(duì)余隙。余隙一般要求大于一階費(fèi)涅爾半徑余隙在實(shí)際微波傳播路徑中，有時(shí)會(huì)受到建筑物、樹(shù)木、山峰等的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K因子概念對(duì)流層對(duì)電波的影響最明顯的就是大氣折射對(duì)電波傳播的影響。在大氣中，由于隨高度的不同大氣將受到不同的壓力、溫度、濕度的影響，而使大氣隨高度的變化而不同；這種變化用dn/dh來(lái)表達(dá)。當(dāng)dn/dh＜0時(shí)，n與h為反比變化，使電波傳播射線向下彎曲；K因子概念對(duì)流層對(duì)電波的影響最明顯的就是大氣折射對(duì)電波傳播的為了方便研究分析對(duì)于電波傳輸受到的影響，我們引入等效地球半徑的概念。這個(gè)概念引入后，始終是將電波視為直線，而將地球的實(shí)際半徑a等效成ae；等效的規(guī)則是等效前后射線與地面間的余隙不變。定義K為等效地球半徑系數(shù)：K=ae/a式中a=6370kmK與折射率的關(guān)系為：K=1/（1+adn/dh）

為了方便研究分析對(duì)于電波傳輸受到的影響，我們引入等效地球半徑K因子概念K因子概念按k值的不同可將折射分為三類無(wú)折射：dn/dh=0；此時(shí)：k=1或a=ae負(fù)折射：dn/dh＞0；此時(shí)：k＜1或a＞ae、電波射線彎曲反向與地球的彎曲相反故稱為負(fù)折射。正折射：dn/dh＜0；此時(shí)：k＞1或a＜ae、電波射線彎曲反向與地球的彎曲同相故稱為正折射。根據(jù)大量的測(cè)試結(jié)果得到折射率梯度為：dn/dh=-1/4a代入K表達(dá)式得：k=1/(1+a(-1/4a))=4/3在溫帶地區(qū)稱K=4/3時(shí)折射為標(biāo)準(zhǔn)折射，此時(shí)的大氣稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。ae=4a/3稱為標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑。在赤道，標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑ae=（4/3～3/2）a；按k值的不同可將折射分為三類無(wú)折射：dn/dh=0；此時(shí)：折射的分類示意圖在工程計(jì)算時(shí)，我國(guó)選用K標(biāo)準(zhǔn)=4/3、K負(fù)折射=2/3、考慮越站干擾時(shí)按K=∞計(jì)算，即不計(jì)地球凸起的高度對(duì)電波干擾傳播的影響。折射的分類示意圖在工程計(jì)算時(shí)，我國(guó)選用K標(biāo)準(zhǔn)=4/3、K負(fù)折K值在工程設(shè)計(jì)中的意義在工程中為了使余隙經(jīng)濟(jì)、合理我們應(yīng)按下面的要求去控制天線高度：Φ≤0.5，即地面反射系數(shù)較小的電路，如山區(qū)、城市、丘陵地區(qū)這種地形主要防止過(guò)大的繞射，應(yīng)按滿足如下標(biāo)準(zhǔn)控制天線高度：K=2/3時(shí)，hc≥0.3F1(對(duì)一般障礙物)

hc≥0(對(duì)刃形障礙物)

這種情形產(chǎn)生的繞射衰落不大于8dB。Φ＞0.7，,即地面反射系數(shù)較大的電路，如平坦、水網(wǎng)地區(qū)，這種地形主要防止過(guò)大的反射衰落，應(yīng)按滿足下標(biāo)準(zhǔn)控制天線高度：K=2/3時(shí)，hc≥0.3F1(對(duì)一般障礙物)

hc≥0(對(duì)刃形障礙物)K=4/3時(shí)，hc≈F1K=∞時(shí)，hc≤1.35F1(因?yàn)橛嘞稙?1/2F1時(shí)會(huì)出現(xiàn)深衰落)如上述情況不能被滿足時(shí),那就改變天線高度或更改路由。K值在工程設(shè)計(jì)中的意義在工程中為了使余隙經(jīng)濟(jì)、合理我們應(yīng)按下影響電波傳播的因素－地形

主要表現(xiàn)為地面的反射波對(duì)接收電平的影響:

光滑地面或水面會(huì)把天線發(fā)出的一部分信號(hào)能量反射到接收天線并對(duì)主波(直射波)信號(hào)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(jì)時(shí)，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。直線反射直線反射影響電波傳播的因素－地形主要表現(xiàn)為地面的反射波對(duì)接收電平的

由于不同地形的反射條件不同，所以對(duì)電波傳播的影響也不同。我們把地形分為四類，分別是：

A類：山地（或建筑物密集的城市）

B類：丘陵（地面起伏較平緩）

C類：平原

D類：大面積的水面其中山地的反射系數(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(jì)時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)水面等光滑的平面。影響電波傳播的因素－地形（續(xù)）由于不同地形的反射條件不同，所以對(duì)電波傳播的影響也不同。我影響電波傳播的因素－大氣對(duì)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(huì)超過(guò)這個(gè)高度，因此研究電波在大氣中的傳播只要研究電波在對(duì)流層中的傳播即可。對(duì)流層對(duì)電波傳播的影響主要表現(xiàn)在：由氣體分子諧振引起對(duì)電磁波能量的吸收，這種吸收對(duì)頻率12GHz以上的微波有一定的影響。由雨、霧、雪引起的對(duì)電磁波能量的吸收和散射，這種情況一般對(duì)頻率10GHz以上的微波傳輸影響較大。由于大氣的不均勻性，對(duì)流層中電波傳輸會(huì)產(chǎn)生折射、吸收、反射、散射等現(xiàn)象。其中對(duì)微波傳輸影響最大的是大氣折射。影響電波傳播的因素－大氣對(duì)流層是指自地面10km以內(nèi)的低空電波傳播的衰落特性衰落機(jī)理吸收衰落雨霧衰落閃爍衰落k型衰落波導(dǎo)型衰落衰落時(shí)間接收電平高低衰落對(duì)信號(hào)的影響快衰落慢衰落上衰落下衰落平衰落頻率選擇性衰落自由空間傳播衰落

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。電波傳播的衰落特性衰落機(jī)理吸收衰落雨霧衰落閃爍衰落k型衰落波自由空間傳播損耗P=發(fā)射功率(TXPower)PTXPower

LevelDistanceGTXGRX

PRX

G=天線增益(AntennaGain)A0A0=自由空間損耗(FreeSpaceLoss)M接收門限(ReceiverThreshold)M=衰落儲(chǔ)備(FadingMargin)自由空間傳播損耗P=發(fā)射功率(TXPower)PTXPFreeSpaceLoss

A=92.4+20logd+20logf

d=distanceinkm

f

=frequencyinGHz

(refertoisotropicantennas)0dfD

或f

增加一倍，損耗將增加6dB自由空間傳播損耗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FreeSpaceLossA=92.4+20大氣吸收衰落任何物質(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(guò)這些物質(zhì)的微波頻率接近它們的諧振頻率時(shí)，這些物質(zhì)對(duì)微波產(chǎn)生共振吸收。統(tǒng)計(jì)表明大氣吸收對(duì)微波頻率在12GHz以下時(shí)，吸收小于0.1dB/Km，和自由空間衰耗相比，可以忽略。大氣對(duì)微波吸收曲線圖(dB/Km)1GHz7.5GHz12GHz23GHz60GHz0.01dB10dB1dB0.1dB大氣吸收衰落任何物質(zhì)的分子都是由帶電粒子組成的，這些粒子都在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在10GHz以上頻段，中繼間隔主要受降雨損耗的限制。如對(duì)13GHz以上頻段，100mm/小時(shí)的降雨會(huì)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。高頻段可以做用戶級(jí)傳輸，頻段越高雨衰越厲害。雨霧衰減在10GHz頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴(yán)重，10G頻這是一種由多徑傳輸引起的干涉型衰落，它是由于直射波與地面反射波（或在一定條件下的繞射波）到達(dá)接收點(diǎn)由于相位不同相互干涉造成的衰落。其干涉的程度與行程差有關(guān)。因?yàn)樵趯?duì)流層中行程差是隨K值而變化的，所以稱為K型衰落。這種衰落在線路經(jīng)過(guò)水面、湖泊、或平滑地面時(shí)更為嚴(yán)重，所以在選擇路由時(shí)要盡量避免，不可能回避時(shí)一定要采用高低天線技術(shù)使反射點(diǎn)靠近一端減少反射波的影響，或采用高低天線加空間分集技術(shù)來(lái)克服多徑反射的影響。K型衰落R這是一種由多徑傳輸引起的干涉型衰落，它是由于直射波與地面反射多徑衰落：由于折射波，反射波，散射波等多途徑傳播，造成到達(dá)接收端有多條電波，這些電波合成引起嚴(yán)重的干涉型衰落。引起多徑衰落的原因很多：大氣不均勻、水面或光滑地面的反射等。當(dāng)合成波的電平比自由空間接收電平低的衰落稱為下衰落，比自由空間接收電平高的衰落稱為上衰落。

大氣不均勻水面光滑地面多徑衰落地面多徑衰落：由于折射波，反射波，散射波等多途徑傳播，造成到達(dá)接波導(dǎo)型衰落

由于氣象條件的影響（例夜間地面冷卻，早晨地面被太陽(yáng)曬熱，以及平靜的海面和高氣壓）會(huì)在某個(gè)大氣層中形成不均勻結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為大氣波導(dǎo)。如果微波射線通過(guò)大氣波導(dǎo)，而接收點(diǎn)在波導(dǎo)層外，則接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)除了直射波和地面反射波外，還有波導(dǎo)層邊界的反射波，形成嚴(yán)重的干涉型衰落，并往往造成通信中斷。波導(dǎo)型衰落示意圖波導(dǎo)型衰落由于氣象條件的影響（例夜間地面冷卻，早晨地閃爍衰落

也叫起伏衰落。這種衰落是由于大氣局部因壓力、溫度和濕度不同所形成的粒子團(tuán)引起的介電常數(shù)與周圍不同，而使電波產(chǎn)生散射。各散射波的振幅和相位隨大氣的變化而隨機(jī)變化，其結(jié)果在接收點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)隨機(jī)變化。這是一種快衰落，持續(xù)時(shí)間很短，電平變化小，對(duì)主波影響小，不會(huì)造成通信中斷。閃爍衰落示意圖閃爍衰落也叫起伏衰落。這種衰落是由于大氣局部因壓力、溫度和數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)

頻率分集利用在空間傳輸中，不同頻率信號(hào)的衰落特性不一樣的特性，采用兩個(gè)或兩個(gè)以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時(shí)發(fā)送和接收同一信息，然后進(jìn)行合成或選擇，以減輕衰落的影響，這種工作方式叫頻率分集。優(yōu)點(diǎn)是效果明顯，只需要一副天饋線。缺點(diǎn)是頻段利用率不高。f1f2頻率分集f1f2

空間分集利用信號(hào)在不同路徑的多徑效應(yīng)不同，從而衰落也不同的特性，采用高低不同的兩副或兩副以上的天線接收同一頻率的信號(hào)，然后進(jìn)行合成或選擇，這種工作方式叫空間分集。有幾副天線就叫幾重分集。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省頻率資源。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，需要兩套或兩套以上天饋線。f1f1空間分集f1f1微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)微波網(wǎng)絡(luò)布局分類以及組網(wǎng)方式微波網(wǎng)絡(luò)有哪幾種保護(hù)方式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械念l率干擾以及解決方案

微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)微波網(wǎng)絡(luò)布局分類以及組網(wǎng)方式微波網(wǎng)絡(luò)布局分類終端站終端站終端站樞紐站分路站中繼站按站型分類為：終端站、中繼站、樞紐站按通信頻率分為：高站和低站高站：收信頻率高于發(fā)射頻率低站：收信頻率低于發(fā)射頻率微波網(wǎng)絡(luò)布局分類終端站終端站終端站樞紐站分路站中繼站按站

適應(yīng)不同解決方案鏈型（ChainConfigurations）星型（Starconfiguration）樹(shù)型（Treeconfiguration）環(huán)行（Ringconfiguration）微波網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式應(yīng)該用哪一種適應(yīng)不同解決方案鏈型（Chain鏈型（ChainConfigurations）

SuitablealongRoads-BSC/HUB匯聚點(diǎn)方向數(shù)少:BTSSite:BTS(基站收發(fā)器)SiteconnectedtoBSC（基站控制器）匯聚點(diǎn)容量大網(wǎng)絡(luò)安全性差，一條鏈路中斷會(huì)影響下掛站點(diǎn)鏈型（ChainConfigurations）

Suita星型（StarConfiguration）

Smallnetworks鏈路之間無(wú)相關(guān)性鏈路中斷影響很小視通難度，所有站點(diǎn)都要與匯聚點(diǎn)視通頻率配置較難，難以解決頻率干擾匯聚點(diǎn)需要足夠大的負(fù)載和空間安裝天線:BTSSite:BTSSiteconnectedtoBSC星型（StarConfiguration）

Smalln樹(shù)型（TreeConfiguration）

Smallormediumsizenetworks視通容易路徑短

天線口徑小頻率復(fù)用度高可用性一跳鏈路中斷會(huì)影響很多站點(diǎn)1+1hopforprotection:BTSSite:BTSSiteconnectedtoBSC匯聚節(jié)點(diǎn)容量要求高子匯聚點(diǎn)需要交換機(jī)需要1+1保護(hù)在重要鏈路樹(shù)型（TreeConfiguration）

Smallo環(huán)型（RingConfiguration）

Whenhighavailabilityisrequired可靠性高，路由保護(hù)單跳鏈路中斷不影響通信鏈路傳輸容量高要求高調(diào)制帶寬視通要求高每個(gè)站點(diǎn)都要連接相鄰兩個(gè)站點(diǎn)設(shè)備成本很高每條鏈路的容量是所有節(jié)點(diǎn)容量之和:BTSSite:BTSSiteconnectedtoBSC環(huán)型（RingConfiguration）

Whenhi微波的保護(hù)模式工程中，我們主要用以下幾種保護(hù)方式1+0（無(wú)保護(hù)方式）1+1HSB（熱備份）

1+1SD（空分）1+1FD（頻分）PDH鏈路基本是1+0的方式，因?yàn)镻DH容量的限制一般都用于末端鏈路或者末端鏈路的上一層，即使鏈路中斷也不會(huì)造成太大的影響，頂多1-2個(gè)站。SDH鏈路全是應(yīng)用1+1保護(hù)方式，由于SDH設(shè)備的容量是以STM-1為單位，用于主干鏈路，下掛站點(diǎn)較多，必須有保護(hù)措施，以防鏈路中斷造成大面積站點(diǎn)通信中斷。微波的保護(hù)模式工程中，我們主要用以下幾種保護(hù)方式1+0（無(wú)無(wú)保護(hù)鏈路1+0配置：ODU天線

IDU中頻電纜組成是1個(gè)ODU(室外射頻單元)+1個(gè)合路器+1個(gè)IDU+1面天線無(wú)保護(hù)鏈路ODU天線 IDU中頻電纜組成是1個(gè)ODU(中繼站配置（RepeaterConfiguration）中繼站配置（RepeaterConfiguration）1+1HSB配置基于設(shè)備的保護(hù)有保護(hù)鏈路組成是2個(gè)ODU(室外射頻單元)+1個(gè)合路器+1面天線,室內(nèi)設(shè)備雙備份，１個(gè)頻點(diǎn)1+1HSB配置基于設(shè)備的保護(hù)有保護(hù)鏈路組成是2個(gè)OD1+1SD配置基于設(shè)備和天線的保護(hù)有保護(hù)鏈路空間分集采用2個(gè)ODU+2面天線,室內(nèi)設(shè)備雙備份，１個(gè)頻點(diǎn)?？辗值呐渲枚嘤糜谄教沟貏?shì)以及跨水面鏈路由于微波折射不穩(wěn)定所采用的傳輸方式。1+1SD配置基于設(shè)備和天線的保護(hù)有保護(hù)鏈路空間分集采1+1FD配置基于設(shè)備和天線的保護(hù)有保護(hù)鏈路頻率分集采用２個(gè)ＯＤＵ（室外射頻單元）＋１合路器＋１面天線，室內(nèi)單元雙備份，２個(gè)頻點(diǎn)。工程中不常見(jiàn)，頻率占用資源大。1+1FD配置基于設(shè)備和天線的保護(hù)有保護(hù)鏈路頻率分集采數(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

提綱第一部分

微波基礎(chǔ)知識(shí)介紹第二部分微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

提綱微波基礎(chǔ)知識(shí)微波通信的定義微波頻段的劃分微波傳輸容量分類微波設(shè)備組成部分微波傳輸特性

微波基礎(chǔ)知識(shí)微波通信的定義

現(xiàn)代通信網(wǎng)中的傳輸手段微波端站光纖通信微波通信衛(wèi)星通信微波端站復(fù)用設(shè)備復(fù)用設(shè)備同軸電纜現(xiàn)代通信網(wǎng)中的傳輸手段微光纖通信微波通信衛(wèi)星通信微復(fù)用設(shè)備微波的定義

微波是一種電磁波，從廣義上講，頻率范圍為300MHz～300GHz，微波通信使用的頻率范圍通常是3GHz～30GHz。實(shí)際微波設(shè)計(jì)中的設(shè)備是從7GHZ～38GHZ，頻率越高，傳輸距離越短。根據(jù)微波傳播的特點(diǎn)，可視其為平面波。平面波沿傳播方向是沒(méi)有電場(chǎng)和磁場(chǎng)縱向分量的，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量都是與傳播方向垂直的，所以稱為橫電磁波，記為TEM波微波的定義微波傳輸基本知識(shí)站站接力式的中繼方式完成傳輸

由于微波頻率很高，波長(zhǎng)很短(1－10cm),電波沿地面?zhèn)鞑r(shí)衰減很大，遇到障礙物時(shí)繞射能力很弱，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傳輸基本知識(shí)站站接力式的中繼方式完成傳輸由于微波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（21.9555—23.5445GHz);38GHz頻段(37.0615—39.4345GHz)微波頻段劃分2GHz頻段（1.7--1.9GHz;1.9--2.3GH微波傳輸?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，常用于匯聚層，以STM-1為單位，一般容量只能做到1或2個(gè)STM-1(155Mb/s)。單獨(dú)的一個(gè)IDU最大可支持400Mbps。3、機(jī)架式SDH：SDH5000S可支持8個(gè)STM-1。微波傳輸?shù)娜萘课⒉◤?fù)用方式PDH與SDH數(shù)字微波設(shè)備分類目前，大家比較常見(jiàn)的分類方法是按照結(jié)構(gòu)分類，將微波設(shè)備分為分體式微波、全室內(nèi)型(一體式)微波和全室外型。一體式微波一般是trunk，俗稱大微波，射頻單元（RFU）、信號(hào)處理單元（SPU）、復(fù)接器等單元全在室內(nèi)，室外僅有天線，特點(diǎn)是傳輸容量大，適用于骨干線路傳輸。但是，一體式微波的成本高。數(shù)字微波設(shè)備分類目前，大家比較常見(jiàn)的分類方法是按照結(jié)構(gòu)分類，全室外型微波是所有單元都在室外，其優(yōu)點(diǎn)是易于安裝、節(jié)省機(jī)房空間，但是設(shè)備在室外，容易損壞。全室外型微波是所有單元都在室外，其優(yōu)點(diǎn)是易于安裝、節(jié)省機(jī)房空分體式微波由天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）組成，天線和ODU之間一般用波導(dǎo)管連接，IDU和ODU之間通過(guò)中頻電纜連接。中頻電纜用于IDU和ODU之間的中頻業(yè)務(wù)信號(hào)和IDU/ODU通訊控制信號(hào)的傳輸，并向ODU供電。容量相對(duì)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。在后續(xù)章節(jié)，如無(wú)特殊說(shuō)明，都是指分體式微波的。分體式微波由天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）組成分體式微波－安裝標(biāo)準(zhǔn)天線（分離式安裝）室外單元(ODU)中頻電纜中頻口分離式安裝軟波導(dǎo)室內(nèi)單元（IDU）中頻口

標(biāo)準(zhǔn)天線（集成式安裝）室外單元(ODU)室內(nèi)單元（IDU）直扣式安裝中頻電纜中頻口分體式微波－安裝標(biāo)準(zhǔn)天線（分離式安裝）室外單元(ODU)中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)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)微波傳播的幾個(gè)重要參數(shù)自由空間的電波傳播菲涅爾區(qū)及其半徑定義：在微波波段，頻率很高，無(wú)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(jiàn)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(lái)說(shuō)，就是微波波段時(shí)，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(n＝1)表示。微波傳播的幾個(gè)重要參數(shù)自由空間的電波傳播菲涅爾區(qū)及其半徑定義自由空間的電波傳播

第一菲涅爾區(qū)半徑計(jì)算公式：

第一菲涅爾區(qū)是微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(hào)數(shù)的增大，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)以等差級(jí)數(shù)關(guān)系遞減。自由空間的電波傳播第一菲涅爾區(qū)半徑計(jì)算公式：第一菲涅爾余隙

在實(shí)際微波傳播路徑中，有時(shí)會(huì)受到建筑物、樹(shù)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(shí)，則可能會(huì)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。

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hc/F1為該點(diǎn)的相對(duì)余隙。余隙一般要求大于一階費(fèi)涅爾半徑余隙在實(shí)際微波傳播路徑中，有時(shí)會(huì)受到建筑物、樹(shù)木、山峰等的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K因子概念對(duì)流層對(duì)電波的影響最明顯的就是大氣折射對(duì)電波傳播的影響。在大氣中，由于隨高度的不同大氣將受到不同的壓力、溫度、濕度的影響，而使大氣隨高度的變化而不同；這種變化用dn/dh來(lái)表達(dá)。當(dāng)dn/dh＜0時(shí)，n與h為反比變化，使電波傳播射線向下彎曲；K因子概念對(duì)流層對(duì)電波的影響最明顯的就是大氣折射對(duì)電波傳播的為了方便研究分析對(duì)于電波傳輸受到的影響，我們引入等效地球半徑的概念。這個(gè)概念引入后，始終是將電波視為直線，而將地球的實(shí)際半徑a等效成ae；等效的規(guī)則是等效前后射線與地面間的余隙不變。定義K為等效地球半徑系數(shù)：K=ae/a式中a=6370kmK與折射率的關(guān)系為：K=1/（1+adn/dh）

為了方便研究分析對(duì)于電波傳輸受到的影響，我們引入等效地球半徑K因子概念K因子概念按k值的不同可將折射分為三類無(wú)折射：dn/dh=0；此時(shí)：k=1或a=ae負(fù)折射：dn/dh＞0；此時(shí)：k＜1或a＞ae、電波射線彎曲反向與地球的彎曲相反故稱為負(fù)折射。正折射：dn/dh＜0；此時(shí)：k＞1或a＜ae、電波射線彎曲反向與地球的彎曲同相故稱為正折射。根據(jù)大量的測(cè)試結(jié)果得到折射率梯度為：dn/dh=-1/4a代入K表達(dá)式得：k=1/(1+a(-1/4a))=4/3在溫帶地區(qū)稱K=4/3時(shí)折射為標(biāo)準(zhǔn)折射，此時(shí)的大氣稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。ae=4a/3稱為標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑。在赤道，標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑ae=（4/3～3/2）a；按k值的不同可將折射分為三類無(wú)折射：dn/dh=0；此時(shí)：折射的分類示意圖在工程計(jì)算時(shí)，我國(guó)選用K標(biāo)準(zhǔn)=4/3、K負(fù)折射=2/3、考慮越站干擾時(shí)按K=∞計(jì)算，即不計(jì)地球凸起的高度對(duì)電波干擾傳播的影響。折射的分類示意圖在工程計(jì)算時(shí)，我國(guó)選用K標(biāo)準(zhǔn)=4/3、K負(fù)折K值在工程設(shè)計(jì)中的意義在工程中為了使余隙經(jīng)濟(jì)、合理我們應(yīng)按下面的要求去控制天線高度：Φ≤0.5，即地面反射系數(shù)較小的電路，如山區(qū)、城市、丘陵地區(qū)這種地形主要防止過(guò)大的繞射，應(yīng)按滿足如下標(biāo)準(zhǔn)控制天線高度：K=2/3時(shí)，hc≥0.3F1(對(duì)一般障礙物)

hc≥0(對(duì)刃形障礙物)

這種情形產(chǎn)生的繞射衰落不大于8dB。Φ＞0.7，,即地面反射系數(shù)較大的電路，如平坦、水網(wǎng)地區(qū)，這種地形主要防止過(guò)大的反射衰落，應(yīng)按滿足下標(biāo)準(zhǔn)控制天線高度：K=2/3時(shí)，hc≥0.3F1(對(duì)一般障礙物)

hc≥0(對(duì)刃形障礙物)K=4/3時(shí)，hc≈F1K=∞時(shí)，hc≤1.35F1(因?yàn)橛嘞稙?1/2F1時(shí)會(huì)出現(xiàn)深衰落)如上述情況不能被滿足時(shí),那就改變天線高度或更改路由。K值在工程設(shè)計(jì)中的意義在工程中為了使余隙經(jīng)濟(jì)、合理我們應(yīng)按下影響電波傳播的因素－地形

主要表現(xiàn)為地面的反射波對(duì)接收電平的影響:

光滑地面或水面會(huì)把天線發(fā)出的一部分信號(hào)能量反射到接收天線并對(duì)主波(直射波)信號(hào)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(jì)時(shí)，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。直線反射直線反射影響電波傳播的因素－地形主要表現(xiàn)為地面的反射波對(duì)接收電平的

由于不同地形的反射條件不同，所以對(duì)電波傳播的影響也不同。我們把地形分為四類，分別是：

A類：山地（或建筑物密集的城市）

B類：丘陵（地面起伏較平緩）

C類：平原

D類：大面積的水面其中山地的反射系數(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(jì)時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)水面等光滑的平面。影響電波傳播的因素－地形（續(xù)）由于不同地形的反射條件不同，所以對(duì)電波傳播的影響也不同。我影響電波傳播的因素－大氣對(duì)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(huì)超過(guò)這個(gè)高度，因此研究電波在大氣中的傳播只要研究電波在對(duì)流層中的傳播即可。對(duì)流層對(duì)電波傳播的影響主要表現(xiàn)在：由氣體分子諧振引起對(duì)電磁波能量的吸收，這種吸收對(duì)頻率12GHz以上的微波有一定的影響。由雨、霧、雪引起的對(duì)電磁波能量的吸收和散射，這種情況一般對(duì)頻率10GHz以上的微波傳輸影響較大。由于大氣的不均勻性，對(duì)流層中電波傳輸會(huì)產(chǎn)生折射、吸收、反射、散射等現(xiàn)象。其中對(duì)微波傳輸影響最大的是大氣折射。影響電波傳播的因素－大氣對(duì)流層是指自地面10km以內(nèi)的低空電波傳播的衰落特性衰落機(jī)理吸收衰落雨霧衰落閃爍衰落k型衰落波導(dǎo)型衰落衰落時(shí)間接收電平高低衰落對(duì)信號(hào)的影響快衰落慢衰落上衰落下衰落平衰落頻率選擇性衰落自由空間傳播衰落

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。電波傳播的衰落特性衰落機(jī)理吸收衰落雨霧衰落閃爍衰落k型衰落波自由空間傳播損耗P=發(fā)射功率(TXPower)PTXPower

LevelDistanceGTXGRX

PRX

G=天線增益(AntennaGain)A0A0=自由空間損耗(FreeSpaceLoss)M接收門限(ReceiverThreshold)M=衰落儲(chǔ)備(FadingMargin)自由空間傳播損耗P=發(fā)射功率(TXPower)PTXPFreeSpaceLoss

A=92.4+20logd+20logf

d=distanceinkm

f

=frequencyinGHz

(refertoisotropicantennas)0dfD

或f

增加一倍，損耗將增加6dB自由空間傳播損耗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FreeSpaceLossA=92.4+20大氣吸收衰落任何物質(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(guò)這些物質(zhì)的微波頻率接近它們的諧振頻率時(shí)，這些物質(zhì)對(duì)微波產(chǎn)生共振吸收。統(tǒng)計(jì)表明大氣吸收對(duì)微波頻率在12GHz以下時(shí)，吸收小于0.1dB/Km，和自由空間衰耗相比，可以忽略。大氣對(duì)微波吸收曲線圖(dB/Km)1GHz7.5GHz12GHz23GHz60GHz0.01dB10dB1dB0.1dB大氣吸收衰落任何物質(zhì)的分子都是由帶電粒子組成的，這些粒子都在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在10GHz以上頻段，中繼間隔主要受降雨損耗的限制。如對(duì)13GHz以上頻段，100mm/小時(shí)的降雨會(huì)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。高頻段可以做用戶級(jí)傳輸，頻段越高雨衰越厲害。雨霧衰減在10GHz頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴(yán)重，10G頻這是一種由多徑傳輸引起的干涉型衰落，它是由于直射波與地面反射波（或在一定條件下的繞射波）到達(dá)接收點(diǎn)由于相位不同相互干涉造成的衰落。其干涉的程度與行程差有關(guān)。因?yàn)樵趯?duì)流層中行程差是隨K值而變化的，所以稱為K型衰落。這種衰落在線路經(jīng)過(guò)水面、湖泊、或平滑地面時(shí)更為嚴(yán)重，所以在選擇路由時(shí)要盡量避免，不可能回避時(shí)一定要采用高低天線技術(shù)使反射點(diǎn)靠近一端減少反射波的影響，或采用高低天線加空間分集技術(shù)來(lái)克服多徑反射的影響。K型衰落R這是一種由多徑傳輸引起的干涉型衰落，它是由于直射波與地面反射多徑衰落：由于折射波，反射波，散射波等多途徑傳播，造成到達(dá)接收端有多條電波，這些電波合成引起嚴(yán)重的干涉型衰落。引起多徑衰落的原因很多：大氣不均勻、水面或光滑地面的反射等。當(dāng)合成波的電平比自由空間接收電平低的衰落稱為下衰落，比自由空間接收電平高的衰落稱為上衰落。

大氣不均勻水面光滑地面多徑衰落地面多徑衰落：由于折射波，反射波，散射波等多途徑傳播，造成到達(dá)接波導(dǎo)型衰落

由于氣象條件的影響（例夜間地面冷卻，早晨地面被太陽(yáng)曬熱，以及平靜的海面和高氣壓）會(huì)在某個(gè)大氣層中形成不均勻結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為大氣波導(dǎo)。如果微波射線通過(guò)大氣波導(dǎo)，而接收點(diǎn)在波導(dǎo)層外，則接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)除了直射波和地面反射波外，還有波導(dǎo)層邊界的反射波，形成嚴(yán)重的干涉型衰落，并往往造成通信中斷。波導(dǎo)型衰落示意圖波導(dǎo)型衰落由于氣象條件的影響（例夜間地面冷卻，早晨地閃爍衰落

也叫起伏衰落。這種衰落是由于大氣局部因壓力、溫度和濕度不同所形成的粒子團(tuán)引起的介電常數(shù)與周圍不同，而使電波產(chǎn)生散射。各散射波的振幅和相位隨大氣的變化而隨機(jī)變化，其結(jié)果在接收點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)隨機(jī)變化。這是一種快衰落，持續(xù)時(shí)間很短，電平變化小，對(duì)主波影響小，不會(huì)造成通信中斷。閃爍衰落示意圖閃爍衰落也叫起伏衰落。這種衰落是由于大氣局部因壓力、溫度和數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)

頻率分集利用在空間傳輸中，不同頻率信號(hào)的衰落特性不一樣的特性，采用兩個(gè)或兩個(gè)以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時(shí)發(fā)送和接收同一信息，然后進(jìn)行合成或選擇，以減輕衰落的影響，這種工作方式叫頻率分集。優(yōu)點(diǎn)是效果明顯，只需要一副天饋線。缺點(diǎn)是頻段利用率不高。f1f2頻率分集f1f2

空間分集利用信號(hào)在不同路徑的多徑效應(yīng)不同，從而衰落也不同的特性，采用高低不同的兩副或兩副以上的天線接收同一頻率的信號(hào)，然后進(jìn)行合成或選擇，這種工作方式叫空間分集。有幾副天線就叫幾重分集。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省頻率資源。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，需要兩套或兩套以上天饋線。f1f1空間分集f1f1微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)微波網(wǎng)絡(luò)布局分類以及組網(wǎng)方式微波網(wǎng)絡(luò)有哪幾種保護(hù)方式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械念l率干擾以及解決方案

微波網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)微波網(wǎng)絡(luò)布局分類以及組網(wǎng)方式微波網(wǎng)絡(luò)布局分類終端站終端站終端站樞紐站分路站中繼站按站型分類為：終端站、中繼站、樞紐站按通信頻