nec++微波通信原理

1、NEC 200674,1.1 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,1.2.2 微波波段的划分,1.2.3 微波使用频率：300M Hz to 300G Hz 波长 ：1m1mm 频段：UHF: 0.3-1.12G X：8.2-12.4G L: 1.12-1.7G KU：12.4-18G LS：1.7-2.6 G K: 18-26G S：2.6-3.95 G Ka:26.5-40G C：3.95-5.85G U: 40-60G XC：5.85-8.2G,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

2、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,数字微波点对点传输模型,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,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。,无源中继,背靠背无源,这种

3、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,全程自由空间损耗为：,（km）,（km）,其中 a 为反射板有效面积,面积A,无源中继站（实物照片）,反射板式无源中继站 Plane reflectors,双抛物面无源中继站 Parabolic reflectors,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,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 100 m,无源反射板,禁航灯,防雷器,机房,A,U,X,E,P,X,Tx,Rx,Tx,Rx,充气机,椭圆波导,使用范围: 室外安装 (波导密封),波导密封单元,分体式微波设备系统结构,避雷器,接地装置,地气,ODU,IDU,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

4、小于10欧姆,IDU的接地,拉线塔,Ga=20lgDa+20lgf+20.4+10lgA Ga为天线增益(dB)； Da为天线口径(m)； f为工作频率(GHz)； A为天线效率，可取50%70%。,增益：,实例: D0.6M F=13GHz G=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 15 dB) 风力改善: 0.6M : 230 km (64m/s) 1.8M : 190 km (53m/s),抛物面天线,抛物面天线,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

5、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/

6、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,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.swf,10.2/F1/2 H 37/F1/2,波导型 SD FD K 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,TX BB,MOD,上变频,功放,分路系统,同步,RX,解码,RX BB,DEM,下变频,低噪放,分路系统,(调制 ),(解调 ),TX,Rx,天线,IF,UHF/SHF,BB : 基带信号,BB,IF : 中频,UH

7、F : 特高频 (300 - 3000 MHz),SHF : 超高频 (3000 30,000 MHz),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（） （Phase Shift Keying ） 正交调幅（） （Quadature Amplitude Modulation）,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,d1,d2,d3,d4,环型调制器,4 PSK 调制器方框图,4 QAM 调制器方框图,提高频谱利用率多状态调制（4 n QAM）,4 QAM,128 QAM,64 QAM,16 QAM,QAM 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4PSK4DPSK为主，也可选择2PSK2DPSK或2FSK； 对于中容量系统（传输速率大于10Mb/s且小

8、于100Mb/s ），以选择4PSK4DPSK为主，也可选择8PSK或2PSK2DPSK； 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) (Plesiochronous Digital Hierarchy) 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) (Synchronous Digital Hierarchy) 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,PDH,SDH,日本 （T）,北美 （T）,欧洲 (E),6.312M,32. 064,97.728,6. 312,44.763,1 . 544,tel,fax,data,139. 264,34. 368,2.048M,8.448,STM-1 155. 52 Mbps,ATM,PDH 网络,多媒体,3000s,交换,

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