微波通信基础.ppt

9/9/2024微波通讯基础微波通讯基础微波通讯基础微波通讯基础北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024侧视图侧视图俯视图俯视图主瓣主瓣副瓣副瓣副瓣副瓣主瓣主瓣半功率角半功率角抛物面天线抛物面天线抛物面天线抛物面天线北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024天线调整天线调整天线调整天线调整在天线俯仰或水平调整过程中，会出在天线俯仰或水平调整过程中，会出现如右下图的电压波形一旦发现这现如右下图的电压波形一旦发现这种情况，其电压最大点位置，即为俯种情况，其电压最大点位置，即为俯仰或水平方向的主瓣位置，该方向无仰或水平方向的主瓣位置，该方向无需再作大范围调整，只需把天线微调需再作大范围调整，只需把天线微调到电压最大点位置及可到电压最大点位置及可天线的俯仰及水平的调整方法是一样天线的俯仰及水平的调整方法是一样的当天线对得不太准时，有可能在一个当天线对得不太准时，有可能在一个方向上只能测到一个很小的电压，这方向上只能测到一个很小的电压，这种时候需要两端配合，进行粗调，把种时候需要两端配合，进行粗调，把两端天线大致对准两端天线大致对准AGC电压检测点电压检测点VAGC副瓣位置副瓣位置主瓣位置主瓣位置角度角度北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024天线调整天线调整天线调整天线调整天线的调整过程中天线的调整过程中常常会出现如右图常常会出现如右图的两种错误情况，的两种错误情况，即把天线对到副瓣即把天线对到副瓣上，使得收信电平上，使得收信电平达不到设计指标达不到设计指标正确正确错误错误错误错误北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024抛物面天线抛物面天线抛物面天线抛物面天线￿天线增益天线增益G= =20logf(GHZ)+20logD(m)+20.4+10log  dB其中其中f为频率，为频率，D为天线口径，为天线口径，  为天线效率，一般为为天线效率，一般为50-60，，￿天线半功率角天线半功率角其中其中 是波长，是波长，D是天线口径是天线口径北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024主瓣和副瓣主瓣和副瓣对对于于均均匀匀激激励励的的天天线线，，主主副副瓣瓣电电平平差差为为17.6dB，，但但是是如如果果采采用用非非均均匀匀激激励励，，其其副副瓣瓣电电平平可可以以很很底底。

但但实实际际上上天天线线的的口口径径遮遮挡挡，，加加工工精精度度及及照照射射器器的的非非理理想想性性都都会会提提高高副副瓣瓣电电平平的的幅幅度度，，但但在在一一般般情情况下，主副瓣电平差总在况下，主副瓣电平差总在10dB以上抛物面天线抛物面天线抛物面天线抛物面天线北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024自由空间损耗自由空间损耗自由空间损耗自由空间损耗其中其中f为工作频率，为工作频率，d为站间距为站间距.如工作频率提高一倍如工作频率提高一倍或传输距离提高一倍，自由空间传输损耗都将增加或传输距离提高一倍，自由空间传输损耗都将增加6dB北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024大口径天线的调整大口径天线的调整大口径天线的调整大口径天线的调整DD其中其中D是天线口径是天线口径，，如右图的夹角就是天线的俯仰如右图的夹角就是天线的俯仰角：角：￿ 而俯仰角可从设计书上查到而俯仰角可从设计书上查到￿ 可从地图参数计算可从地图参数计算(弧度）弧度）北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024d其中其中a为地球半径为地球半径6370KM，，K为大气折射因子为大气折射因子(为为4/3））天线俯仰角天线俯仰角天线俯仰角天线俯仰角北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024￿ 馈线损耗馈线损耗￿ 对对7/8GHZ频段，椭圆馈线损耗一般为：频段，椭圆馈线损耗一般为：6dB/100m￿ 对对13GHZ频段，软波导损耗为：频段，软波导损耗为：0.59dB/m￿ 对对15GHZ频段，软波导损耗为：频段，软波导损耗为：0.99dB/m￿ 对对2GHZ频段，馈线损耗为：频段，馈线损耗为：LDF4P-50A（（1/2”））11.3 dB/100mLDF5P-50A (7/8”) 6.46 dB/100m馈线馈线馈线馈线北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024收信电平收信电平收信电平收信电平设备入口的收信电平为设备入口的收信电平为其中其中 为发端设备的出口发信功率，为发端设备的出口发信功率， 为发，收端为发，收端天线增益，天线增益， 为两端馈线损耗，为两端馈线损耗， 为自由空间损耗为自由空间损耗北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024雨雾衰耗雨雾衰耗雨雾衰耗雨雾衰耗￿在在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。

能会引入几个分贝￿在在10GHZ以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的限制，如对以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的限制，如对13GHZ频段，频段，100mm/小时的降雨会引起小时的降雨会引起5dB/km的损耗，所以在的损耗，所以在13GHZ，，15GHZ频段，一般最大中继距离在频段，一般最大中继距离在10km左右左右￿在在20GHZ以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里越高频段雨越高频段雨衰越厉害！衰越厉害！！！高频段可以高频段可以做用户级传做用户级传输输北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024阻挡和费涅尔半径阻挡和费涅尔半径阻挡和费涅尔半径阻挡和费涅尔半径TR一阶费涅尔半径如一阶费涅尔半径如下：下：一般情况余隙都要保证一个一一般情况余隙都要保证一个一阶费涅尔半径阶费涅尔半径(7/8GHZ)北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024传输余隙传输余隙传输余隙传输余隙TR0.50dB1.0-10-60当当相相对对余余隙隙大大于于0.5，，阻阻挡挡损损耗耗为为0dB,障障碍碍物物的的顶顶部部恰恰好好在在视距连线上时，阻挡损耗为视距连线上时，阻挡损耗为6dB。

余隙北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024余隙计算余隙计算余隙计算余隙计算d地球凸起高度：地球凸起高度：其中其中K为大气折射因子为大气折射因子路径余隙的计算公路径余隙的计算公式如下：式如下：余隙可得大于一阶余隙可得大于一阶费涅尔半径费涅尔半径北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024大气折射大气折射哇！微波是哇！微波是弯着走的弯着走的因为大气折射的影响，波在传播过程中，实际上是弯因为大气折射的影响，波在传播过程中，实际上是弯因为大气折射的影响，波在传播过程中，实际上是弯因为大气折射的影响，波在传播过程中，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曲的大气折射的最后效果可看成电磁波在一个等效曲的大气折射的最后效果可看成电磁波在一个等效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半径为半径为半径为 的地球上空沿直线传播的地球上空沿直线传播的地球上空沿直线传播的地球上空沿直线传播即：即：即：即： =KR R =KR R为实际地球半径为实际地球半径。

为实际地球半径为实际地球半径KK值的实际测量平均值为值的实际测量平均值为值的实际测量平均值为值的实际测量平均值为4/34/3左右但实际地段的左右但实际地段的左右但实际地段的左右但实际地段的KK值和值和值和值和该地段的气象有关，可以在较大范围内变化，影响视该地段的气象有关，可以在较大范围内变化，影响视该地段的气象有关，可以在较大范围内变化，影响视该地段的气象有关，可以在较大范围内变化，影响视距传播R北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024衰落及其原因衰落及其原因衰落及其原因衰落及其原因多径衰落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为下衰落，比正常传输高称为上衰落地面地面•大气不均匀大气不均匀•水面水面•光滑地面光滑地面是主要原因是主要原因北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024衰落及其原因衰落及其原因衰落及其原因衰落及其原因K型衰落型衰落由于折射系数（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，约几分钟性衰落这种衰落的周期较长，约几分钟还是还是气候气候原因原因北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024衰落及其原因衰落及其原因衰落及其原因衰落及其原因￿波导型衰落波导型衰落￿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所以设计时就要考虑当地地形与气候形与气候北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024微波站分类微波站分类微波站分类微波站分类终端站终端站中继站中继站枢纽站枢纽站￿ 背靠背天线背靠背天线￿ 反射板反射板有源有源无源无源￿ 再生中继再生中继￿ 中频中继中频中继￿ 射频中继射频中继北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024背靠背无源背靠背无源背靠背无源背靠背无源这种情况往往用大这种情况往往用大口径天线，天线调口径天线，天线调整要借助于仪表。

整要借助于仪表费时较长费时较长近端距离要小于近端距离要小于5KM北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024反射板无源反射板无源反射板无源反射板无源全程自由空间损耗为：全程自由空间损耗为：（（km））（（km））其中其中 a 为反射板有效面积为反射板有效面积面积面积A北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024通讯系统通讯系统23 GHz (n x E1)38 GHz (n x E1)13 GHz (n x E1)15 GHz (n x E1)BTSTel-LinkBTSTel-LinkBTSTel-LinkBTSTel-LinkBSCTel-LinkMSCMSCTel-Link Tel-Link155 SDH 2 - 11 GHz (1E1 - STM1)2 - 11 GHz 1E1/STM1Tel-Link155 SDHTel-LinkTel-Link155 SDH 2 - 11 GHz (1E1 - STM1)北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024无线传输模型无线传输模型无线传输模型无线传输模型调调制制中中放放上上变变频频功功放放滤滤波波调调制制中中放放上上变变频频功功放放滤滤波波放放大大下下变变频频中中放放滤滤波波解解调调发送部分发送部分接收部分接收部分判判决决V(t)北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024等效基带模型等效基带模型等效基带模型等效基带模型认为系统放大，变频等过程是线性的，认为系统放大，变频等过程是线性的，则传输过程可以等效为如下基带模型则传输过程可以等效为如下基带模型h(t)V(t)h(t)即为系统的等效传递函数，到底什么样的传递函数，即为系统的等效传递函数，到底什么样的传递函数，才能使我们无失真的恢复出数字信号才能使我们无失真的恢复出数字信号北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024柰奎斯特准则柰奎斯特准则柰奎斯特准则柰奎斯特准则第一准则：抽样点无失真，或无码间干扰n=00,第二准则：转换点无失真准则，或过零点无抖动第二准则：转换点无失真准则，或过零点无抖动全响应信号全响应信号部分响应信号部分响应信号北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024基带信号的最佳检测基带信号的最佳检测基带信号的最佳检测基带信号的最佳检测一般信道都为高斯白噪声信道，上述基带传输模型又可表达为：一般信道都为高斯白噪声信道，上述基带传输模型又可表达为：N(t)为保证抽样点信噪比最大，要求收发滤波器匹配。

即互为共轭为保证抽样点信噪比最大，要求收发滤波器匹配即互为共轭或：或：北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024二径传输模型二径传输模型二径传输模型二径传输模型Rummler的二径传输模型的二径传输模型北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024分集接收分集接收分集接收分集接收天线间距天线间距100到到200当其中一面天线发生多径干扰时当其中一面天线发生多径干扰时,另一面天线不会发生另一面天线不会发生多径干扰多径干扰.要求天线间的相关系数小要求天线间的相关系数小,而塔又不可能造得而塔又不可能造得很高很高,所以一般情况下所以一般情况下,相关系数取相关系数取0.5到到0.6之间之间水面北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024分集接收分集接收分集接收分集接收对分集接收到的两路或几路信号对分集接收到的两路或几路信号的处理有以下几种办法：的处理有以下几种办法：A切换式接收切换式接收一般切换在基带上进行，先对收到的两路信号进一般切换在基带上进行，先对收到的两路信号进行时序调整（行时序调整（DADE），），然后选择好的一路输出。

然后选择好的一路输出北京立康普的北京立康普的PDH微波微波1+1设备都是采用这一方法设备都是采用这一方法B合成式接收合成式接收就是把收到的几路信号合成一路后输出，一般采用就是把收到的几路信号合成一路后输出，一般采用中频合成的办法具体合成办法有：最大功率合成，中频合成的办法具体合成办法有：最大功率合成，最大信噪比同相合成，最小色散合成其中最小色最大信噪比同相合成，最小色散合成其中最小色散合成对抗频率选择性衰落性能最佳散合成对抗频率选择性衰落性能最佳北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024均衡均衡均衡均衡频域均衡：频域均衡：信号频谱信号频谱多径衰落多径衰落斜率均衡斜率均衡均衡后频谱均衡后频谱频域均衡只能均衡信号的幅频特性，不能均衡相位频谱特性，但是电路简单频域均衡只能均衡信号的幅频特性，不能均衡相位频谱特性，但是电路简单北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024均衡均衡均衡均衡时域均衡：时域均衡：…..…..均衡前均衡前均衡后均衡后时域均衡直接抵消码间干扰时域均衡直接抵消码间干扰TTT北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024时域均衡时域均衡时域均衡时域均衡传统传统:为克服延时线问题为克服延时线问题,常采用判决反馈均衡器常采用判决反馈均衡器,特点是特点是体积大体积大,级数不可能做得太多级数不可能做得太多现在现在:采用高速采用高速A/D器器,及及FPGA电路电路,电路体积小电路体积小,可以做可以做很多级很多级.如北京立康普的如北京立康普的TEL-LINK155采用采用11级的全数字级的全数字横向均衡器横向均衡器北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024调制调制调制调制• 大容量微波大容量微波: 要求调制要求调制,解调简单解调简单,频率利用率高，信号星座点分频率利用率高，信号星座点分 布合理以保证传输质量所以常采用布合理以保证传输质量所以常采用QAM调制方式调制方式• 中小容量微波中小容量微波: 要求调制方式对器件的线性要求不高要求调制方式对器件的线性要求不高,所以常采用所以常采用, 象象FSK,PSK等的恒包络调制等的恒包络调制北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024调制调制调制调制QPSK调制调制:其中其中g(t)为升余弦脉冲为升余弦脉冲当当时时,上述信号即成为上述信号即成为16QAM调制调制如果把正交通道的信号延时半个码元的时间如果把正交通道的信号延时半个码元的时间,那上述那上述的调制方式又分别成为的调制方式又分别成为OQPSK,或或SQAM北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024调制调制调制调制16QAM的信号星座点的信号星座点IQ判决线判决线北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024调制调制调制调制MQAM的信号星座点的信号星座点北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024调制调制调制调制恒包络调制恒包络调制当当时时,为为PSK调制调制当当为为FSK调制调制此类调制通称为功率此类调制通称为功率-频谱有效调制频谱有效调制.要求相位要求相位连续性好，即频谱效率高抗误码性能好。

连续性好，即频谱效率高抗误码性能好如如MSK,GMSK,TFM等都是认为性能较好常用等都是认为性能较好常用的调制方式的调制方式北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024射频波道频率配置射频波道频率配置射频波道频率配置方式射频波道频率配置方式f1f2f3f4f5f6f1' f2'f3'f4'f5'f6'收收发发收收发发f1f2f3f4f5f6f1' f2'f3'f4'f5'f6'YSXSZS在高段和低段分别划在高段和低段分别划出出N个等间隔波道，如个等间隔波道，如低段为发，则高段为低段为发，则高段为收，反之也然收，反之也然这种排列叫集体排列这种排列叫集体排列好处是好处是1、、3、、5波道波道可共用一副天线可共用一副天线2、、4、、6波道共用另一波道共用另一副天线北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024射频波道频率配置射频波道频率配置微波中继系统频率配置微波中继系统频率配置•二频制和四频制二频制和四频制在整个微波线路上的双向波道，采用四个频率，叫四频制如采用两个频率，叫二频制随着频率资源的日趋紧张，越来越顷向于采用二频制但在二频制中，要解决越站干扰问题。

要求天线的前后比好65-70dB以上另外路设计上，要采用之字形排列•高站和低站高站和低站收信频率比发信频率高的站称为高站，反之，称为低站它们在微波线路上相间排列即，如本站是高站，上游站及下游站必是低站•交叉极化交叉极化利用微波传输中的极化特性，可以实现频率再用，即在一个频率上用水平极化传一个波道，垂直极化在传一个波道E水平水平极化极化垂直垂直极化极化波导口外形波导口外形北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024交叉极化干扰抵消器（交叉极化干扰抵消器（XPIC））为了提高频谱利用效率，尤其是在为了提高频谱利用效率，尤其是在SDH系统中，经常采用同波道或插入系统中，经常采用同波道或插入波道型交叉极化频率再用方式因此，必须引入交叉极化干扰抵消器波道型交叉极化频率再用方式因此，必须引入交叉极化干扰抵消器在视距传播路由上出现多径衰落，非均匀层，地面散射，雨雾等情况下在视距传播路由上出现多径衰落，非均匀层，地面散射，雨雾等情况下交叉极化信号会对同极化信号造成严重干扰交叉极化信号会对同极化信号造成严重干扰交叉极化干扰器可以在射频实现，也可以在中频和基带实现但现在一般交叉极化干扰器可以在射频实现，也可以在中频和基带实现。

但现在一般采取在基带实现，凭借高速采取在基带实现，凭借高速A/D器件及大规模集成电路器件及大规模集成电路FPGA电路实现会电路实现会显得较为容易其电路形式与时域均衡器非常相似显得较为容易其电路形式与时域均衡器非常相似北京立康普的北京立康普的TEL-LINK155 1：：N 的的SDH微波设备中，就采用了微波设备中，就采用了XPIC技术技术北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024FEC前向纠错前向纠错随着器件集成度和速度的提高，现代微波设备大多会采用FEC前向纠错技术如北京立康普的TEL-LINK系列，AIRLINK系列，AIRPRO系列等设备都采用了FEC前向纠错技术此技术无疑是信号检测理论中，最佳的信号接收检测方法前向纠错包括两个部分，发端的卷积编码和收端的维特比译码立康普SDH采用自正交卷积编码，NORTEL的SDH设备采用相位透明的BCH码，NEC的SDH设备采用多级编码调制（MLCM）译码方式也是各厂家根据电路的复杂程度和性能之间取舍一般情况下，采用了FEC以后会取得2-3dB的编码增益采用了FEC以后，设备的残余误码（指的是设备本身背景噪声引起的误码）会大大降低，一般可降到E-12以下。

因为使用了FEC并不会对设备对抗多径衰落和降雨衰落有明显效果，也不会明显提高设备的收信门限（E-3时）北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024备份及保护备份及保护微波传输中为了提高通讯的可靠性，常采用一些备份措施从通讯的物理路由来区分可分为：•同路径的1+1，或1：N设备及路由备份，•环路备份在微波通讯中，常用10GHZ以下的微波作主干线通讯另外因为大部分专网及公网的特点常采用1+1或1：N设备及路由备份常采用的1+1方式有：•频率分集FD，以前频率资源丰富时，常采用，如电力系统 双工器收发信机1收发信机2调制解调1调制解调2复分接1复分接1 双工器收发信机1收发信机2调制解调1调制解调2复分接1复分接1F1F3•频率/空间混合分集FD/SD，长距离传输或复杂路由传输时用 双工器收发信机1收发信机2调制解调1调制解调2复分接1复分接1 双工器收发信机1收发信机2调制解调1调制解调2复分接1复分接1F1F3 双工器北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024备份及保护备份及保护•随着低频段频率资源的紧张，现在常采用同频热备用MHSB 双工器TR/MDM1TR/MDM2复分接1复分接1 双工器TR/MDM1TR/MDM2复分接1复分接1耦合器耦合器射频开关射频开关•长距离传输或复杂路由传输常会采用同频热备用/空间分集MHSB/SD 双工器TR/MDM1TR/MDM2复分接1复分接1 双工器TR/MDM1TR/MDM2复分接1复分接1射频开关射频开关从以上示意图可以看出，1+1设备的频率分集或空间分集，在设备备份的同时，空间传输的路由同时也得到了备份。

而单纯的MHSB备份仅仅是设备的备份，没有路由的备份北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司9/9/2024备份及保护备份及保护象FD，SD这种备份方式，我们又称它为平行的备份方式，即在同一物理路径上获得的一种路由备份但是在10GHZ 以上高频段，采用FD，SD已无任何意义，无法获得平行的备份如要实现路由的备份，只能采用环路保护方式站1站2站3站4但是目前在国内很少采用北京立康普通信设备有限公司北京立康普通信设备有限公司。