NEC++微波通信原理

第一部分微波通信基本原理NEC2006－7－41.1什么是微波微波也是无线电波，但它是一个比普通无线电波段的波长更短(频率更高)的波段、故名微波。微波波段的低频端与普通无线电波中超短波的高频端(波长为1m，频率为300MHs)相毗邻，而高频端则与红外线的低频端(波长为1mm，频率为300GHz)相衔接。1.2微波在电磁波谱中的位置1.2.1普通无线电波波段的划分波段名称波长范围频率范围波段名称超长波105～104m3k～30kHz超低频（ULF）长波104～103m30k～300kHz低频（LF）中波103～102m300k～3MHz中频（MF）短波102～10m3M～30MHz高频（HF）超短波10～1m30M～300MHz甚高频（VHF）1.2.2微波波段的划分波段名称波长范围频率范围波段名称分米波1m～10cm0.3G～3GHz特高频（UHF）厘米波10cm～1cm3G～30GHz超高频（SHF）毫米波1cm～1mm30G～300GHz极高频（EHF）1.2.3微波使用频率：300MHzto300GHz波长：1m~1mm频段：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波长10Km1Km100m10m1m10cm1cm1mm频率30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHzLFMFHFVHFUHFSHFEHF微波频段1.3微波的特点和应用1.微波在其传播过程中，若所遇物体的几何尺寸大于或可与波长相比拟时，就会产生反射，波长越短，传播特性越与几何光学相似(如近于直线传播的持性)。2.普通无线电波会被高空的电离层所吸收或被反射回来，而微波则能够穿过电离层至外层空间。电视广播、卫星通信、宇宙航行，射电天文学，以及受控热核反应中的等离子体的参数测量等，都是利用了微波的这一特性才得以实现的；3.微波的频率很高，因此可利用的频带较宽、信息容量大，从而使微波通信得到了广泛的应用和发展。1.利用微波作为载体的通信称为微波通信；2.由于波长短绕射能力差,必须在无阻挡的视线内传播才能完成正常通信(视距传输）；3.基带传输信号为数字信号的微波通信是数字微波通信；4.设备体积小，安装容易，投资小，见效快；5.一般基带信号处理在中频完成，再通过频率变换到微波频段；也可以在微波频段直接调制，但调制限于PSK；6.微波通信的理论基础是电磁场理论；1.4微波通信的特点1.4.1不同的传输方法MUX卫星光缆微波同轴电缆MUX微波设备电话/数据图像等信息微波设备电话/数据/图像等信息A站B站数字微波点对点传输模型微波设备电话/数据图像等信息微波设备微波设备微波设备电话/数据图像等信息B站（中继）C站（端）中继传输A站（端）微波站分类分类.swf终端站中继站枢纽站€背靠背天线�反射板有源无源ž再生中继基带转接.swf�中频中继中频转接.swf�射频中继微波转接.swf分路站一些链路中间被阻挡，且这条链路不是很长，我们通常在靠近其中一个站点的地方找一个无源中转站，利用折射进行无源接力。Td1d2R无源中继背靠背无源这种情况往往用大口径天线，天线调整要借助于仪表。费时较长近端距离要小于5KM反射板无源d1d2全程自由空间损耗为：Lddas1421202012.loglog（km）（km）其中a为反射板有效面积m2面积AaAcos2无源中继站（实物照片）反射板式无源中继站Planereflectors双抛物面无源中继站Parabolicreflectors应用范围宏蜂窝、微蜂窝网络传输专用网接入网临时话音或数据链路传输线的备份微波传输通道系统组网图光纤、微波传输方式比较光纤微波传输媒介光纤自由空间抗自然灾害能力弱强灵活性较低高建设费用高低建设周期长短传输速率频带宽、速率高频带窄、速率低设备连接0.6m天线室外单元(ODU)天线抱杆室内单元(IDU)中频电缆(同轴型)天线和馈线（波导）主电源:~发电机或太阳能蓄电池动力房微波设备抛物面天线波导铁塔D100m无源反射板禁航灯防雷器机房AUXEPXTxRxTxRx充气机椭圆波导使用范围:室外安装(波导密封)损耗:通用标准波导A.dB/米rFGhz100塑料封装半刚性铜带椭圆波导长度:120m波导密封单元马达告警(T.S)阀压缩输入过滤0-250mbar压力表密封切换压力启动最大密封压力告警压力干燥济:50mbars:75mbars:40mbars到波导分体式微波设备系统结构避雷器接地装置地气ODUIDU同轴电缆接地电阻小于10欧姆ODU的接地线应接到铁塔的角钢上，其接地电阻小于10欧姆地线的接地电阻应小于10欧姆铁塔的接地电阻应小于10欧姆IDU的接地拉线塔Ga=20lgDa+20lgf+20.4+10lgηAGa为天线增益(dB)；Da为天线口径(m)；f为工作频率(GHz)；ηA为天线效率，可取50%～70%。增益：实例:D＝0.6MF=13GHzG=35dBi(VHP2-130,35.5dBi)抛物面天线高性能天线:减小背面辐射和副辨辐射15dB)风力改善:0.6M:230km(64m/s)1.8M:190km(53m/s)抛物面天线抛物面天线抛物面反射器极化r.H极化.V天线屏蔽器(减小背面辐射和副辨辐射15dB)3dB58/R(均匀反射)Gain=10log0.55()2R极化去耦H/V,XPD30dB2R高性能天线边围+屏蔽器+站点和通信方位角加固杆天线可调节杆固定杆顶视图防护罩天线辐射图－方向性图天线方向性图天线的极化线极化：水平极化和垂直极化（以电场方向为参考）凡是极化面与大地法线面垂直的极化波称为水平极化波。其电场方向与大地相平行。天线参数频段天线口径增益典型性能传输媒质,大气,链路,时间,高度,气候等。微波传播必须采用直射波，接收点的场强是直射空间波与地面反射波的叠加。传播媒介质是地面上的低空大气层和路由上的地面、地物。当时间(季节、昼夜等)和气象(雨、雾、雪等)条件发生变化时，大气的温度、湿度、压力和地面反射点的位置、反射系数等也将发生变化。这必然引起接收点场强的高低起伏变化。这种现象，叫做电波传播的衰落现象。显然衰落现象具有很大的随机性。1.5衰落衰落类型1.多径衰落2.K型衰落3.波导型衰落4.雨衰多径衰落由于折射波，反射波，散射波等多途径传播引起的衰落。多径衰落周期较短一般为几秒。多径衰落又叫频率选择性衰落。合成波的电平比正常传输低称为下衰落，比正常传输高称为上衰落。地面•大气不均匀•水面•光滑地面是主要原因K型衰落由于折射系数（K）的变化，使直射波和地面反射波相干涉而产生的衰落，或直射波因折射下凹而被地面的高地或高山阻挡而发生的绕射性衰落。这种衰落的周期较长，约几分钟。还是气候原因€波导型衰落€在无风的气候，在平原和水网地区，容易形成接近地面的波导层，使波束发生汇聚或发散而导致衰减性衰落。这种衰落的时间较长，有时可达几十分钟。所以设计时就要考虑当地地形与气候€雨衰€在10GHZ频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，对一个中继段可能会引入几个分贝。€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。越高频段雨衰越厉害！！高频段可以做用户级传输衰落的一般特性1、波长越短、距离越长，衰落越严重2、夜间比白天严重，夏季比冬季严重3、晴天，宁静天气比阴天、风雨天气时严重4、水上电路比陆上电路严重5、平地电路比山区电路严重频率用途7Ｇ长距离干线８Ｇ长距离干线13G中，短距离１５Ｇ中，短距离１８Ｇ中，短距离２３Ｇ中，短距离２６Ｇ短距离，城区２８Ｇ短距离，城区３８Ｇ短距离，城区工作频段用途对抗衰落措施A.不带分集•减小地面反射波电平•增大地面反射倾角•多种均衡措施（时域均衡和频域均衡）B.分集技术•FD频率分极.swf•SD空间分极.swfH10.2/F1/2H37/F1/2波导型SDFDK型天线增益天线高度衰减型（阻挡，雨衰）降低频率缩短站距对抗衰落措施2.微波通信系统方框图微波通信系统方框图信源编码TXBBMOD上变频功放分路系统同步RX解码RXBBDEM下变频低噪放分路系统(调制)(解调)TXRx天线IFUHF/SHFBB:基带信号BBIF:中频UHF:特高频(300-3000MHz)SHF:超高频(3000–30,000MHz)本振发信：发信设备组成.swf收信：收信设备组成.swf微波电路方框图MUX环形器终端站终端站中继站MUX数字微波常用调制技术移相键控（ＰＳＫ）（PhaseShiftKeying）正交调幅（ＱＡＭ）（QuadatureAmplitudeModulation）2PSK数字解调(BPSK)基带信号载波信号已调信号已调信号基带信号载波信号d1d2d3d4星座图IQ环型调制器4PSK调制器方框图4PSKS/PHOSCπ/2IQ星座图IQ4QAM–调制器方框图4QAMS/PHOSCπ/2AMAMIQ星座图IQ提高频谱利用率－多状态调制（4nQAM）尼奎斯特带宽=BiteRateN4QAM128QAM64QAM16QAMQAM星座图在选择数字微波中继通信系统的调制方式时，考虑的主要因素有频谱利用率、抗干扰能力、对传输失真的适应能力、抗衰落能力、勤务信号的传输方式、设备的复杂程度。对于小容量系统（传输速率小于10Mb/s），以选择4PSK／4DPSK为主，也可选择2PSK／2DPSK或2FSK；对于中容量系统（传输速率大于10Mb/s且小于100Mb/s），以选择4PSK／4DPSK为主，也可选择8PSK或2PSK／2DPSK；对于大容量系统（传输速率大于100Mb/s），可以选择16QAM为主，也可选择8PSK。3.微波通信系统数字传输系列准同步数字体系(PDH)(PlesiochronousDigitalHierarchy)数字传输技术的应用是从市话中继传输开始的，为适应点对点的传输，PDH技术出现了。随着高速光纤通信系统在电信网中的应用，更多的电路被集中到少数的传输系统上，暴露出PDH技术的不足：逐级复用造成上下电路复杂而不灵活；预留开销很小，不利于网络运行、管理和维护；北美制式和欧洲制式两大系列难以兼容互通；点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使传输设备利用率低，也不利于向同步网过渡等。同步数字体系(SDH)(SynchronousDigitalHierarchy)SDH采用同步时分交换技术，具有强大的网络运行、管理和维护功能，是高速大容量传输系统。与传统的PDH相比，其优点有：(1)充分利用了光纤带宽宽的特性，将传输速率大大提高，目前已有10Gb/s速率的产品，可使传输容量明显提高。(2)统一了北美制式和欧洲制式。(3)使用标准的光接口，使得不同厂家的产品可以在光接口上实现互联，实现横向兼容。(4)采用同步复用特性，只需利用软件即可使高速信号一次直接分插出低速支路信号。(5)SDH的结构可使网络管理功能大大加强。SDH标准系列PDHSDH日本（T）北美（T）欧洲(E)6.312M32.06497.7286.31244.7631.544telfaxdata139.26434.3682.048M8.448STM-1155.52MbpsATMPDH网络多媒体3000s交换