微波通信原理-1

第一部分微波通信基本原理NEC2006－7－4目錄1 微波通信系統(tǒng)簡介2 微波通信系統(tǒng)方框圖3 微波通信系統(tǒng)數(shù)字傳輸系列1 微波通信系統(tǒng)簡介微波站1.1什么是微波微波也是無線電波，但它是一個比普通無線電波段的波長更短(頻率更高)的波段、故名微波。微波波段的低頻端與普通無線電波中超短波的高頻端(波長為1m，頻率為300MHs)相毗鄰，而高頻端則與紅外線的低頻端(波長為1mm，頻率為300GHz)相銜接。1.2微波在電磁波譜中的位置1.2.1普通無線電波波段的劃分波段名稱波長范圍頻率范圍波段名稱超長波105～104m3k～30kHz超低頻（ULF）長波104～103m30k～300kHz低頻（LF）中波103～102m300k～3MHz中頻（MF）短波102～10m3M～30MHz高頻（HF）超短波10～1m30M～300MHz甚高頻（VHF）1.2.2微波波段的劃分波段名稱波長范圍頻率范圍波段名稱分米波1m～10

cm0.3G～3GHz特高頻（UHF）厘米波10cm～1cm3G～30GHz超高頻（SHF）毫米波1cm～1

mm30G～300GHz極高頻（EHF）1.2.3微波使用頻率：300MHzto300GHz波長：1m~1mm頻段：UHF:0.3-1.12GX：8.2-12.4GL:1.12-1.7GKU：12.4-18GLS：1.7-2.6GK:18-26GS：2.6-3.95GKa:26.5-40GC：3.95-5.85GU:40-60GXC：5.85-8.2G

波長10Km1Km100m10m1m10cm1cm1mm頻率30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHzLFMFHFVHFUHFSHFEHF微波頻段1.3微波的特點和應(yīng)用1.微波在其傳播過程中，若所遇物體的幾何尺寸大于或可與波長相比擬時，就會產(chǎn)生反射，波長越短，傳播特性越與幾何光學(xué)相似(如近于直線傳播的持性)。2.普通無線電波會被高空的電離層所吸收或被反射回來，而微波則能夠穿過電離層至外層空間。電視廣播、衛(wèi)星通信、宇宙航行，射電天文學(xué)，以及受控?zé)岷朔磻?yīng)中的等離子體的參數(shù)測量等，都是利用了微波的這一特性才得以實現(xiàn)的；3.微波的頻率很高，因此可利用的頻帶較寬、信息容量大，從而使微波通信得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。1.利用微波作為載體的通信稱為微波通信；2.由于波長短繞射能力差,必須在無阻擋的視線內(nèi)傳播才能完成正常通信(視距傳輸）；3.基帶傳輸信號為數(shù)字信號的微波通信是數(shù)字微波通信；4.設(shè)備體積小，安裝容易，投資小，見效快；5.一般基帶信號處理在中頻完成，再通過頻率變換到微波頻段；也可以在微波頻段直接調(diào)制，但調(diào)制限于PSK；6.微波通信的理論基礎(chǔ)是電磁場理論；1.4微波通信的特點1.4.1 不同的傳輸方法MUX衛(wèi)星光纜微波同軸電纜MUX

微波設(shè)備電話/數(shù)據(jù)圖像等信息微波設(shè)備電話/數(shù)據(jù)/圖像等信息A站B站數(shù)字微波點對點傳輸模型微波設(shè)備電話/數(shù)據(jù)圖像等信息微波設(shè)備微波設(shè)備微波設(shè)備電話/數(shù)據(jù)圖像等信息B站（中繼）C站（端）中繼傳輸A站（端）微波站分類分類.swf終端站中繼站樞紐站

背靠背天線反射板有源無源

再生中繼基帶轉(zhuǎn)接.swf中頻中繼中頻轉(zhuǎn)接.swf射頻中繼微波轉(zhuǎn)接.swf分路站

一些鏈路中間被阻擋，且這條鏈路不是很長，我們通常在靠近其中一個站點的地方找一個無源中轉(zhuǎn)站，利用折射進行無源接力。Td1d2R無源中繼背靠背無源這種情況往往用大口徑天線，天線調(diào)整要借助于儀表。費時較長近端距離要小于5KM反射板無源全程自由空間損耗為：（km）（km）其中a為反射板有效面積面積A無源中繼站（實物照片）反射板式無源中繼站Planereflectors雙拋物面無源中繼站Parabolicreflectors應(yīng)用范圍宏蜂窩、微蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸專用網(wǎng)接入網(wǎng)臨時話音或數(shù)據(jù)鏈路傳輸線的備份微波傳輸通道系統(tǒng)組網(wǎng)圖光纖、微波傳輸方式比較光纖微波傳輸媒介光纖自由空間抗自然災(zāi)害能力弱強靈活性較低高建設(shè)費用高低建設(shè)周期長短傳輸速率頻帶寬、速率高頻帶窄、速率低設(shè)備連接0.6m

天線室外單元(ODU)天線抱桿室內(nèi)單元(IDU)中頻電纜(同軸型)天線和饋線（波導(dǎo)）主電源:~發(fā)電機或太陽能蓄電池動力房微波設(shè)備拋物面天線波導(dǎo)鐵塔

D100m無源反射板禁航燈防雷器機房AUXEPXTxRxTxRx充氣機橢圓波導(dǎo)使用范圍:室外安裝(波導(dǎo)密封)損耗:通用標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)A.dB/米r

FGhz100塑料封裝半剛性銅帶橢圓波導(dǎo)長度:120m波導(dǎo)密封單元馬達告警(T.S)閥壓縮輸入過濾0-250mbar壓力表密封切換壓力啟動最大密封壓力告警壓力干燥濟:50mbars:75mbars:40mbars到波導(dǎo)分體式微波設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)避雷器接地裝置地氣ODUIDU同軸電纜接地電阻小于10歐姆ODU的接地線應(yīng)接到鐵塔的角鋼上，其接地電阻小于10歐姆地線的接地電阻應(yīng)小于10歐姆鐵塔的接地電阻應(yīng)小于10歐姆IDU的接地拉線塔Ga=20lgDa+20lgf+20.4+10lgηAGa為天線增益(dB)；Da為天線口徑(m)；f為工作頻率(GHz)；ηA為天線效率，可取50%～70%。增益：實例:D＝0.6MF=13GHzG=35dBi(VHP2-130,35.5dBi)拋物面天線高性能天線:減小背面輻射和副辨輻射>15dB)風(fēng)力改善:

0.6M:230km(64m/s)1.8M:190km(53m/s)

拋物面天線拋物面天線拋物面反射器極化r.H極化.V天線屏蔽器(減小背面輻射和副辨輻射>15dB)3dB58/R(均勻反射)Gain=10log0.55()2R極化去耦H/V,XPD30dB2TRTR高性能天線邊圍+屏蔽器+站點和通信方位角加固桿天線可調(diào)節(jié)桿固定桿頂視圖防護罩天線輻射圖－方向性圖天線方向性圖天線的極化線極化：水平極化和垂直極化（以電場方向為參考）天線參數(shù)頻段天線口徑增益典型性能傳輸媒質(zhì),大氣,鏈路,時間,高度,氣候等。微波傳播必須采用直射波，接收點的場強是直射空間波與地面反射波的疊加。傳播媒介質(zhì)是地面上的低空大氣層和路由上的地面、地物。當(dāng)時間(季節(jié)、晝夜等)和氣象(雨、霧、雪等)條件發(fā)生變化時，大氣的溫度、濕度、壓力和地面反射點的位置、反射系數(shù)等也將發(fā)生變化。這必然引起接收點場強的高低起伏變化。這種現(xiàn)象，叫做電波傳播的衰落現(xiàn)象。顯然衰落現(xiàn)象具有很大的隨機性。1.5衰落衰落類型1.多徑衰落2.K型衰落3.波導(dǎo)型衰落4.雨衰

多徑衰落由于折射波，反射波，散射波等多途徑傳播引起的衰落。多徑衰落周期較短一般為幾秒。多徑衰落又叫頻率選擇性衰落。合成波的電平比正常傳輸?shù)头Q為下衰落，比正常傳輸高稱為上衰落。地面大氣不均勻水面光滑地面是主要原因

K型衰落由于折射系數(shù)（K）的變化，使直射波和地面反射波相干涉而產(chǎn)生的衰落，或直射波因折射下凹而被地面的高地或高山阻擋而發(fā)生的繞射性衰落。這種衰落的周期較長，約幾分鐘。還是氣候原因

波導(dǎo)型衰落在無風(fēng)的氣候，在平原和水網(wǎng)地區(qū)，容易形成接近地面的波導(dǎo)層，使波束發(fā)生匯聚或發(fā)散而導(dǎo)致衰減性衰落。這種衰落的時間較長，有時可達幾十分鐘。所以設(shè)計時就要考慮當(dāng)?shù)氐匦闻c氣候雨衰在10GHZ頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴(yán)重，對一個中繼段可能會引入幾個分貝。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。越高頻段雨衰越厲害?。「哳l段可以做用戶級傳輸衰落的一般特性1、波長越短、距離越長，衰落越嚴(yán)重2、夜間比白天嚴(yán)重，夏季比冬季嚴(yán)重3、晴天，寧靜天氣比陰天、風(fēng)雨天氣時嚴(yán)重4、水上電路比陸上電路嚴(yán)重5、平地電路比山區(qū)電路嚴(yán)重頻率用途7Ｇ長距離干線８Ｇ長距離干線13G中，短距離１５Ｇ中，短距離１８Ｇ中，短距離２３Ｇ中，短距離２６Ｇ短距離，城區(qū)２８Ｇ短距離，城區(qū)３８Ｇ短距離，城區(qū)工作頻段用途對抗衰落措施

A.不帶分集

減小地面反射波電平

增大地面反射傾角

多種均衡措施（時域均衡和頻域均衡）B.分集技術(shù)FD頻率分極.swfSD空間分極.swfH10.2/F1/2<H<37/F1/2波導(dǎo)型

SDFD

K型

天線增益

天線高度衰減型（阻擋，雨衰）降低頻率縮短站距

對抗衰落措施2.微波通信系統(tǒng)方框圖

微波通信系統(tǒng)方框圖信源編碼TXBBMOD上變頻功放分路系統(tǒng)同步

RX解碼RXBB

DEM下變頻低噪放分路系統(tǒng)(調(diào)制)(解調(diào))TXRx天線IFUHF/SHFBB:基帶信號BBIF:中頻UHF:特高頻(300-3000MHz)SHF:超高頻(3000–30,000MHz)本振發(fā)信：發(fā)信設(shè)備組成.swf收信：收信設(shè)備組成.swf微波電路方框圖MUX環(huán)形器終端站終端站中繼站MUX數(shù)字微波常用調(diào)制技術(shù)移相鍵控（ＰＳＫ）（Phase

ShiftKeying

）正交調(diào)幅（ＱＡＭ）

（QuadatureAmplitudeModulation）2PSK數(shù)字解調(diào)(BPSK)基帶信號載波信號已調(diào)信號已調(diào)信號基帶信號載波信號d1d2d3d4星座圖IQ環(huán)型調(diào)制器4PSK調(diào)制器方框圖4PSKS/PHOSCπ/2IQ星座圖IQ4QAM–調(diào)制器方框圖4QAMS/PHOSCπ/2AMAMIQ星座圖IQ提高頻譜利用率－多狀態(tài)調(diào)制（4nQAM）尼奎斯特帶寬=BiteRateN4QAM128QAM64QAM16QAMQAM星座圖在選擇數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的調(diào)制方式時，考慮的主要因素有頻譜利用率、抗干擾能力、對傳輸失真的適應(yīng)能力、抗衰落能力、勤務(wù)信號的傳輸方式、設(shè)備的復(fù)雜程度。對于小容量系統(tǒng)（傳輸速率小于10Mb/s），以選擇4PSK／4DPSK為主，也可選擇2PSK／2DPSK或2FSK；對于中容量系統(tǒng)（傳輸速率大于10Mb/s且小于100Mb/s

），以選擇4PSK／4DPSK為主，也可選擇8PSK或2PSK／2DPSK；對于大容量系統(tǒng)（傳輸速率大于100Mb/s）

，可以選擇16QAM為主，也可選擇8PSK。3.微波通信系統(tǒng)數(shù)字傳輸系列準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)(Plesiochronous

DigitalHierarchy)

數(shù)字傳輸技術(shù)的應(yīng)用是從市話中繼傳輸開始的，為適應(yīng)點對點的傳輸，PDH技術(shù)出現(xiàn)了。隨著高速光纖通信系統(tǒng)在電信網(wǎng)中的應(yīng)用，更多的電路被集中到少數(shù)的傳輸系統(tǒng)上，暴露