微波通信概述

数字微波通信概述以及理论微波知识简介提纲•第一部分微波基础知识介绍•第二部分微波网络架构•第三部分微波设计的重要指标•第四部分微波设计常用软件微波知识简介微波基础知识微波通信的定义微波频段的划分微波传输容量分类微波设备组成部分微波传输特性微波知识简介现代通信网中的传输手段微波端站光纤通信微波通信卫星通信微波端站复用设备复用设备同轴电缆微波知识简介微波的定义微波是一种电磁波，从广义上讲，频率范围为300MHz～300GHz，微波通信使用的频率范围通常是3GHz～30GHz。实际微波设计中的设备是从7GHZ～38GHZ，频率越高，传输距离越短。根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，电场和磁场分量都是与传播方向垂直的，所以称为横电磁波，记为TEM波微波知识简介微波传输基本知识站站接力式的中继方式完成传输由于微波频率很高，波长很短(1－10cm),电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍物时绕射能力很弱，投射到高空电离层不能反射。因此，这一波段电波只能在视距内直线传播，所以叫视距传播。由于微波必须要求为视距传输，所以把信息从一地传到另一地，只能靠接力，一段段地传下去。故又叫微波接力通信微波知识简介微波频段划分2GHz频段（1.7--1.9GHz;1.9--2.3GHz;2.4GHz;2.49--2.69GHz)4/5GHz频段（3.4--3.8GHz;3.8--4.2GHz;4.4--5.0GHz;5.8GHz)6GHz频段（5.925--6.425GHz;6.430--7.110GHz)7GHz频段（7.125--7.425GHz;7.425--7.725GHz;)8GHz频段（7.725--8.275GHz;8.275--8.5GHz;8.50--8.75GHz)11/13GHz频段（10.7--11.7GHz;12.75--13.25GHz;)15/18GHz频段（14.50--15.35GHz;17.7--19.7GHz;)23GHz频段（21.9555—23.5445GHz);38GHz频段(37.0615—39.4345GHz)微波频段选择和射频波道配置微波知识简介微波频段选择和射频波道配置在每个频段中定义了多种子频率范围，多种收发间隔和波道间隔。f0(中心频率)频率范围波道间隔f1f2fnf1’f2’fn’波道间隔收发间隔收发间隔低频段高频段保护间隔相邻收发间隔微波知识简介微波频段选择和射频波道配置（续）f0(7575M)频率范围（7425－7725MHz）28Mf1=7442f5f1’=7596f2’f5’T/R间隔：154Mf2=74707G频率范围F0(MHz)收发间隔(MHz)波道间隔（MHz）高低站7425--7725757515428Fn=f0-161+28n,Fn’＝f0-7+28n,n:1~5757516177110--77507275196287597196287250--755074001613.5…….……………………微波知识简介局方申请的频点信息NEO-C设备频率子带表通过子带信息表，查找出申请的频点范围所在的子带，算出中心频率，做出频率文件。微波知识简介微波传输的容量微波复用方式PDH与SDH1、PDH：中小容量，常用于接入层，一般容量只到16E1，有些可以到32E1或48E1。2、SDH：大容量，常用于汇聚层，以STM-1为单位，一般容量只能做到1或2个STM-1。单独的一个IDU最大可支持400Mbps。3、机架式SDH：SDH5000S可支持8个STM-1。微波知识简介分体式微波设备射频部分（ODU）在室外，中频、信号处理、复接等单元（IDU）在室内，之间通过中频电缆连接。ODU可直接和天线连接或通过一根很短的软波导连接，避免了馈线损耗。容量相对较小，安装维护方便，便于快速建网，是目前应用最广泛的微波设备。天线(AntennaUnit)室外单元ODU(OutdoorUnit)中频电缆(IFCable)室内单元IDU(IndoorUnit)微波知识简介分体式微波设备（续）各组成部分的作用：天线：聚焦ODU发送的射频信号，加大信号增益。ODU：射频处理，实现中频射频之间信号转换。中频电缆：中频业务信号和IDU/ODU通讯信号的传输并向ODU供电。IDU：完成业务接入、业务调度、复接和调制解调等功能。微波知识简介分体式微波－安装标准天线（分离式安装）室外单元(ODU)中频电缆中频口分离式安装软波导室内单元（IDU）中频口标准天线（集成式安装）室外单元(ODU)室内单元（IDU）直扣式安装中频电缆中频口微波知识简介•影响电波传播的因素•费涅尔半径、余隙、K因子•地形、大气•微波传播的各种衰落•自由空间损耗、大气吸收衰落•雨雾衰减、K形•多径、波导、闪烁•数字微波抗衰落技术•频率分集•空间分集微波的传播及抗衰落技术微波知识简介微波传播的几个重要参数自由空间的电波传播菲涅尔区及其半径定义：在微波波段，频率很高，无线电波利用视距传播的方式工作。视距传播是指发射天线和接收天线在相互能看得见的距离内，电波直接从发射点传到接收点的一种传播方式。具体来说，就是微波波段时，发射点和接收点之间不希望有障碍物阻挡。图中球面上的点P到(T,R)点距离之和满足：TP+PR=TR+n/2（n=1,2,3,…)，则由P点构成的轨迹就是菲涅尔区。ROTPF1d2d1我们把菲涅尔区上一点P到TR的连线的垂直距离PO称为菲涅尔半径。第一菲涅尔半径用F1(n＝1)表示。微波知识简介自由空间的电波传播第一菲涅尔区半径计算公式：)()()()(32.17211kmdGHzfkmdkmdF第一菲涅尔区是微波传输能量最集中的区域，在此区域内应尽量减少阻挡。随着菲涅尔区序号数的增大，接收点的场强以等差级数关系递减。微波知识简介余隙在实际微波传播路径中，有时会受到建筑物、树木、山峰等的阻挡，如果障碍物的高度进入第一菲涅尔区域时，则可能会引起附加损耗，使接收电平下降，影响传输质量。为了避免这种情况的发生，因此引入了余隙的概念。障碍点到AB线段的垂直距离叫做路径上障碍点的余隙，为方便总是用障碍点的垂直于地面的线段hc近似表示余隙,若该点的第一菲涅尔半径为F1，则称hc/F1为该点的相对余隙。余隙一般要求大于一阶费涅尔半径微波知识简介保障余隙的高度是微波视通的必要条件微波知识简介K因子概念微波知识简介无线电波设计目标K=4/3时,第一费涅耳区无障碍物在传播经过水面或沙漠地区时,建议K=1时,第一费涅耳区无障碍物Distance50kmk=4/31stFresnelzone微波知识简介路径余隙标准微波知识简介微波知识简介影响电波传播的因素－地形主要表现为地面的反射波对接收电平的影响:光滑地面或水面会把天线发出的一部分信号能量反射到接收天线并对主波(直射波)信号产生干扰。反射波与主波进行矢量相加，其结果使合成波加大或减小，使传输处于不稳定状态。所以在链路设计时，要尽量减少反射波，如果有反射情况，则应利用地形的起伏阻挡住反射波。直线反射直线反射微波知识简介由于不同地形的反射条件不同，所以对电波传播的影响也不同。我们把地形分为四类，分别是：A类：山地（或建筑物密集的城市）B类：丘陵（地面起伏较平缓）C类：平原D类：大面积的水面其中山地的反射系数最小，是最适合微波传输的地形，丘陵地区次之；电路设计时应尽量避开水面等光滑的平面。影响电波传播的因素－地形（续）微波知识简介影响电波传播的因素－大气对流层是指自地面10km以内的低空大气层，由于微波天线高度远不会超过这个高度，因此研究电波在大气中的传播只要研究电波在对流层中的传播即可。对流层对电波传播的影响主要表现在：由气体分子谐振引起对电磁波能量的吸收，这种吸收对频率12GHz以上的微波有一定的影响。由雨、雾、雪引起的对电磁波能量的吸收和散射，这种情况一般对频率10GHz以上的微波传输影响较大。由于大气的不均匀性，对流层中电波传输会产生折射、吸收、反射、散射等现象。其中对微波传输影响最大的是大气折射。微波知识简介电波传播的衰落特性衰落机理吸收衰落雨雾衰落闪烁衰落k型衰落波导型衰落衰落时间接收电平高低衰落对信号的影响快衰落慢衰落上衰落下衰落平衰落频率选择性衰落自由空间传播衰落衰落(FADING)：指接收电平随机起伏变化。即不规则的变化，忽大忽小，其原因是多种多样的。微波知识简介自由空间传播损耗P=发射功率(TXPower)PTXPowerLevelDistanceGTXGRXPRXG=天线增益(AntennaGain)A0A0=自由空间损耗(FreeSpaceLoss)M接收门限(ReceiverThreshold)M=衰落储备(FadingMargin)微波知识简介FreeSpaceLossA=92.4+20logd+20logfd=distanceinkmf=frequencyinGHz(refertoisotropicantennas)0dfD或f增加一倍，损耗将增加6dB自由空间传播损耗自由空间传播条件下的收信电平Prx(dBm)=Ptx+Gtx+Grx-A0-Ltx-Lrx-LbPtx：发射功率Gtx、Grx为收发天线增益，A0为自由空间传输损耗，Ltx、Lrx为收发馈线损耗、Lb为分路系统损耗微波知识简介大气吸收衰落任何物质的分子都是由带电粒子组成的，这些粒子都有其固有的电磁谐振频率，当通过这些物质的微波频率接近它们的谐振频率时，这些物质对微波产生共振吸收。统计表明大气吸收对微波频率在12GHz以下时，吸收小于0.1dB/Km，和自由空间衰耗相比，可以忽略。大气对微波吸收曲线图(dB/Km)1GHz7.5GHz12GHz23GHz60GHz0.01dB10dB1dB0.1dB微波知识简介在10GHz频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，10G频段以上，需要注意加入雨衰因子，关注可用度指标达标。如果指标不达标所能改善的解决办法为增大天线口径（增益）和改善调制方式或者改变路由在10GHz以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的限制。如对13GHz以上频段，100mm/小时的降雨会引起5dB/km的损耗，所以在13GHz，15GHz频段，一般最大中继距离在10km左右。在20GHz以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里。高频段可以做用户级传输，频段越高雨衰越厉害。雨雾衰减微波知识简介大气折射:因为大气折射的影响，微波在传播过程中，路径实际上是弯曲的。大气折射的最后效果可看成电磁波在一个等效半径为的地球上空沿直线传播。即=KR（R为实际地球半径）。弯曲影响是通过K型因子来表示K值的实际测量平均值为4/3左右。但实际地段的K值和该地段的气象有关，可以在较大范围内变化，影响视距传播。ReReK型衰落ReR微波知识简介微波传播K型衰落（续）k1k=1k1微波知识简介K型衰落（续）等效地球半径在温带地区称K=4/3时折射为标准折射，此时的大气称为标准大气压,Re=4R/3称为标准等效地球半径微波知识简介多径衰落：由于折射波，反射波，散射波等多途径传播，造成到达接收端有多条电波，这些电波合成引起严重的干涉型衰落。引起多径衰落的原因很多：大气不均匀、水面或光滑地面的反射等。当合成波的电平比自由空间接收电平低的衰落称为下衰落，比自由空间接收电平高的衰落称为上衰落。大气不均匀水面光滑地面多径衰落地面微波知识简介波导型衰落由于气象条件的影响（例夜间地面冷却，早晨地面被太阳晒热，以及平静的海面和高气压）会在某个大气层中形成不均匀结构，这种现象称为大气波导。如果微波射线通过大气波导，而接收点在波导层外，则接收点的场强除了直射波和地面反射波外，还有波导层边界的反射波，形成严重的干涉型衰落，并往往造成通信中断。波导型衰落示意图微波知识简介闪烁衰落也叫起伏衰落。这种衰落是由于大气局部因压力、温度和湿度不同所形成的粒子团引起的介电常数与周围不同，而使电波产生散射。各散