微波通信技术培训幻灯片课件

1、Transmission TV etc .,射频传输的两种基本形式,Microwave links,Radio beam One multiplex per radio channel Applications: Civiliars and military telecommunication networks,广播,点点视距微波,Transmission 相邻费涅耳区在收信点处产生的场强的相位相反； 若以第一费涅耳区为参考,则奇数区产生的场强是使接收点的场强增强,偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。,费涅耳区的能量分布:,费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition

2、),Transmission 当障碍物的顶锋超过收发两端的连线时，附加损耗将很快增加 ; 当障碍物的顶锋在收发两端的连线以下时，附加损耗将在0dB上下少量变动。这时路径上传输损耗（或说收信电平）将与自由空间数值接近。,地面反射对微波传播的影响,Transmission B、在hc=0时，对刃形障碍物：VdB=-6dB;对较大尺寸障碍物：VdB -6dB；计算按C式。 C、在hc h0时，VdB= V0dB（1-hc/h0） 上式中：VdB ：考虑绕射时的衰耗因子。 h0 ：为自由空间余隙。 h0=0.577F1 hc ：为中继电路主射线余隙（m） V0dB：为自由空间余隙为hc=0时衰耗因子的

3、电平值。它的计算办法是通过反映障碍物地形的参数来计算的。,Transmission & Transport Networks,干扰源 临站干扰 越站干扰 抗干扰途径,Transmission & Transport Networks,干扰源,作用于通信系统的干扰来自多种干扰源，主要有: 电路热噪声:由导体中电子杂乱热扰动所激起。 电子器件内部噪声:主要由器件内部电荷不连续运动，造成的散弹效应所激起。 物体热辐射噪声(包括通常所称的吸收噪声):由物体热辐射激起。 宇宙干扰:来自宇宙体的一种噪声辐射。 天电干扰:由大气层中电荷放电所激起，呈脉冲状。 工业干扰:来自电气设备的电辐射；例如电火花干扰。

4、 电台干扰:来自其它电台的信号辐射(如雷达卫星其它微波站)。 接收机内部所产生的各类干扰:有交流哼声、“汽船声”、组合音、微音效应、非线性产物、振荡器相位抖动而引起的噪声以及各种杂散干扰等。,Transmission & Transport Networks,邻站干扰(Neighbouring Station Interference),Transmission & Transport Networks,Site A,Site B,Site C,Site G,Site F,Site E,Site D,越站干扰,Transmission & Transport Networks,Methods

5、to reduce interference,Transmitter attenuation High performance antenna Polarization Larger antennas Frequency separation,抗干扰的途径,Transmission & Transport Networks,Transmission & Transport Networks,调制原理 二径模型 数字微波调制技术 PSK调制 QAM调制 横包络调制 ATPC调制,Transmission & Transport Networks,微波传输系统的基本构成,Mod,Transmitt

6、er,Receiver,Dem,Down converter in IF,IF Signal Recovery,IF Carrier Modulation,Up converter RF channel,Tx,Rx,天线系统,IF,microwave,IF,BB : Base band,Base band,Base band,IF : Intermediate Frequency,RF : Radio Frequency (300MHz - 30 GHz),调制原理,Transmission & Transport Networks,微波发射过程频谱搬移,调制原理,Transmission &

7、 Transport Networks,频率变换,IF,Oscillator: F0IF,Amplifier,Converter,Amplifier,Frequency,A,IF,RF：F0,Translation,Filter,调制原理,Transmission & Transport Networks,无线传输模型,调制,中放,上变频,功放,滤波,调制,中放,上变频,功放,滤波,放大,下变频,中放,滤波,解调,发送部分,接收部分,判决,V(t),调制原理,Transmission & Transport Networks,等效基带模型,认为系统放大，变频等过程是线性的， 则传输过程可以等效

8、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， 才能使我们无失真的恢复出数字信号,调制原理,Transmission & Transport Networks,柰奎斯特准则,第一准则：抽样点无失真，或无码间干扰,n=0,0,第二准则：转换点无失真准则，或过零点无抖动,全响应信号,部分响应信号,调制原理,Transmission & Transport Networks,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：,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。,或：,调制原理,Transmissio

9、n & Transport Networks,利用数字信号控制载波幅度频率或者相位，建立传输信码与载波参数之间明确的对应关系。,数字信号调制原理,调制原理,Transmission & Transport Networks,满足Nyquist波形无失真准则的的限带滤波器在采样点没有码间串扰。,基带成型:可以在频域综合或者时域利用数字滤波器实现,调制原理,Transmission & Transport Networks,标准的载波信号在频域只是一根线谱；急剧的0180度相位跳变意味着信号 包含高频频率分量，因而占据较宽的频带宽度。限带过程其实是对波形的平滑。,限带传输,调制原理,Transmi

10、ssion & Transport Networks,微波的多径传播模型-二径模型,Transmission & Transport Networks,二径传输模型,Rummler的二径传输模型,Transmission & Transport Networks,大容量微波: 要求调制,解调简单,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QAM调制方式 中小容量微波: 要求调制方式对器件的线性要求不高,所以常采用, 象FSK,PSK等的恒包络调制,数字微波调制技术,Transmission & Transport Networks,1、调制技术和限带传输 为了提高频谱利用率，广泛

11、采用多电平QAM调制技术。ITUR建议的411G波道间隔2840MH. 在如此有限的带宽内传输高速数据流，多电平QAM是必然的选择。但是随着调制电平数量的增加，对于信道的要求也越加苛刻。设备对各种干扰的敏感程度也会加剧。限制发射频谱的带宽也是一种有效利用现有频率资源的技术措施。通常采用升余玄滚降滤波器限制发送谱。目前微波设备使用性能稳定技术成熟的64QAM和128QAM调制技术。 2、自适应均衡技术 为对抗多经衰落，采用分集接收以外，还必须采取时域和频域自适应均衡器。频域均衡用来减少信道频率选择性衰落的影响；也就是在设备中插入频率补偿网络。时域均衡用来消除码间干扰。 3、XPIC 技术 出现衰

12、落时，天线的极化鉴别率会降低。因此需要极化干扰对消电路消除极化干扰。 4、高线性功率放大器和ATPC 对于64QAM系统而言，功放要求很好的线性。IP3要求至少为45DB。这就对放大器提出严格的要求。功率倒退和采用发信功放非线性预校正是有效降低放大器线性要求的技术手段。这些先进的手段在NEC微波设备中都得到应用。 5、低损耗DUP 邻接型天线收发公用器是NEC独有的新型DPU器件，极大的改善了大容量微波系统的系统指标。在71系统，这种公用器的插入损耗6.6dB.,数字微波调制技术,Transmission & Transport Networks,QPSK调制:,其中,g(t)为升余弦脉冲,当

13、,时,上述信号即成为16QAM调制,如果把正交通道的信号延时半个码元的时间,那上述 的调制方式又分别成为OQPSK,或SQAM,PSK调制,Transmission & Transport Networks,这里介绍的只是一个实现数字调制的典型例子。 实际上实现的方式很多：采用数字逻辑电路的选择门等。平衡调制器对元器件的挑选很严格，容易产生载波泄漏。,PSK调制的实现方式,Transmission & Transport Networks,PSK调制,Transmission & Transport Networks,利用同相和正交的载波传输数字信息，编码逻辑载波恢复时的相位含糊问题。,QAM

14、调制技术,Transmission & Transport Networks,64QAM & 128QAM,Transmission & Transport Networks,16QAM调制原理,Transmission & Transport Networks,无论是器件还是传输的原因，实际上对应传输信码的矢量端点都不会是一个理想的点。,QAM调制随着调制电平数量的增加，在限定发射功率的情况下 判断难度加大，尽管可以实现512QAM甚至1024QAM的调制方式，实际应用的限于128QAM以下。,Transmission & Transport Networks,恒包络调制,当,时,为PSK调

15、制,当,为FSK调制,此类调制通称为功率-频谱有效调制.要求相位连续性好，即频谱效率高抗误码性能好。 如MSK,GMSK,TFM等都是认为性能较好常用的调制方式。,它的主要作用不在于节省发射功放的功率消耗。 对于周边电磁环境简洁，线路RF信道数量不多干扰不严重的线路，不一定使用ATPC。, Improvement of system gain against rain attenuation. Improvement in up fading characteristics. Improvement in residual BER characteristics. Reduction of i

16、nterference to neighboring systems Reduction of interference to other routes,ATPC,Transmission & Transport Networks,Transmission & Transport Networks,微波信号的频率范围,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,Microwave,10Km,1Km,100m,10m,1m,10cm,1cm,1mm,f,30KHz,300KHz,3MHz,30MHz,300MHz,3GHz,30GHz,300GHz,Infra- red ray,Visib

17、le light,Transmission & Transport Networks,微波频率资源的使用,Transmission & Transport Networks,频率规划,Transmission & Transport Networks,频率规划,Transmission & Transport Networks,Cross-polarization of the same channel performed at each hop,1,1,1,1,1,1,H,V,H,链路中的交叉极化配置,频率重复利用：二频制,Transmission & Transport Networks,

18、微波设备主要工作频段,Transmission & Transport Networks,Transmission & Transport Networks,微波站,Transmission & Transport Networks,站站接力式的中继方式完成传输,Site F,Site E,Site C,Site D,Site B,Site A,Transmission & Transport Networks,微波站分类,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 中频中继 射频中继,Transmission & Transport Networks,射频直放站： 射频

19、直放站是一种有源、双向、无频移射频中继系统。由于它直接在射频上将信号放大，所以称之为射频直放站 再生中继站： 再生中继站是一种高性能的高频率转发器。它可以用来扩大微波通信系统的距离限制，或者用来偏转传输方向，以绕过视线障碍物，不会引起信号质量恶化。接收的信号经过完全的再生和放大，然后转发。,有源中继站Active repeaters,Transmission & Transport Networks,双抛物面无源中继站 Parabolic reflectors： 由两个抛物面天线背对背地用一段波导管连接而组成 反射板式无源中继站 Plane reflectors： 一块表面具有一定的平滑度、且

20、在适当的有效面积并相对于两通信点有合适的角度(通常小于120）和距离的金属板，也是一个微波无源中继站。,无源中继站Passive repeaters,Transmission & Transport Networks,双抛物面无源中继站,Passive repeater with two parabolic reflectors,L1,PT,G1,L2,G2,L3,G3,L4,PR,G4,L5,PT：发射机输出功率（简称发射功率） PR：接收机输入端的信号功率（简称接收功率） L1：发射机到天线间的馈线损耗 L2、4：无源中继站至两通信点的自由空间损耗 L3：无源中继站天线间的馈线损耗 L5：

21、接收天线至接收机间的馈线损耗 G1、G2、G3、G4：分别为四个微波天线的增益,Transmission & Transport Networks,Site2,Site1,无源站,空间损耗dB92.420logF(GHz)20logd192.4+ 20logF(GHz) +20logd2 假定:d1=16Km d2=4Km d=d1+d2=20Km,d1,d2,双抛物面无源中继站,Transmission & Transport Networks,加无源中继站的自由空间损耗:F=10G LdB92.420logF(GHz)20logd192.4+ 20logF(GHz) +20logd2 =9

22、2.4+20+23.5+92.4+20+14=262.3dB 不需要增加无源中继站的自由空间损耗:F=10G LdB92.420logF(GHz)20logd =92.4+20+26=138.4dB 无源转发的空间损耗增加了=262.3-138.4=123.9dB 要达到与相同距离单跳一致的接收电平，每面天线的增益必须增加至少62dB。然而，直径超过3米的天线运输和安装调试都有的一定难度。 在条件允许的情况下：尽量选用高的工作频率，因为相同口径的天线，频率的高低与其增益成正比；尽量使无源站到其中一端站的距离小于1Km。,双抛物面无源中继站,Transmission & Transport Ne

23、tworks,例2:d1=19Km,d2=1Km,d=d1+d2=20Km 加无源中继站的自由空间损耗:F=10G LdB92.420logF(GHz)20logd192.4+ 20logF(GHz) +20logd2 =92.4+20+25.6+92.4+20+0=250.4dB 不需要增加无源中继站的自由空间损耗:F=10G LdB92.420logF(GHz)20logd =92.4+20+26=138.4dB 无源转发的空间损耗增加了=250.4-138.4=112dB 尽量选用高的工作频率，因为相同口径的天线，频率的高低与其增益成正比。在条件允许的情况下，尽量使无源站的一端站距小于1

24、Km的原因。,双抛物面无源中继站,Transmission & Transport Networks,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4KM,双面天线无源中继站,Transmission & Transport Networks,Passive repeater with plane reflector,反射板式无源中继站,Transmission & Transport Networks,无源中继站,反射板式无源中继站 Plane reflectors,双面天线无源中继站 Parabolic reflectors,Transmission & Tran

25、sport Networks,全程自由空间损耗为：,（km）,（km）,其中a为反射板有效面积(m2),面积A,反射板式无源中继站,利用微波信号的反射特性克服特殊的路由障碍,G=n4 / 2Acos 入射角80 满足以上条件，效率90%,无源反射板,Transmission & Transport Networks,Transmission & Transport Networks,微波设备的分类 按照线路中继距离可分为长距离接入和短距离接入2大类，目前移动运营商作为基站接入用途的微波设备基本都是短距离的微波设备。 按照设备的所采用的同步模式可分为PDH和SDH2大类； 微波设备的传输容量 P

26、DH微波设备的传输容量一般为8M、16M、34M SDH微波设备的传输容量一般为155M或2x155M 微波设备的业务接口 早期的PDH微波设备一般只能提供E1接口，4E（8M）、8E1（16M）、16E1(34M) 现在一些新型的PDH设备出了可提供E1接口以外，还可以提供10/100Base-T以太网接口 目前主流的短距离SDH微波设备提供的业务接口一般是155M光接口，根据需要可增加相应的接口单元板提供E1接口或以太网接口。,Transmission & Transport Networks,广东移动在网使用的几个主要微波设备品牌： PDH微波：NEC、加州、P-COM、爱立信 SDH微

27、波：NEC、爱立信、京信、阿尔卡特、地杰 目前各微波厂家的短距离微波硬件组合方式大致相同，主要包括以下几大部分： 室外部分：微波天线、微波收发信机（ODU）。 室内部分：调制解调单元、业务接口单元，这两部分通常集成在一个机盒里，通常将其叫做IDU。 中频同轴电缆：维护人员通常称之为馈线，起到连接ODU、IDU的作用，通过IDU向ODU供电。 各个厂家设备中频接口允许微波馈线插入的衰耗有所差异，如果需要更换馈线，尽可能使用相同型号的馈线。 相同尺寸、不同频段的天线其增益是不一样的，如果需要更换天线，一定要换用同频段的天线。,Transmission & Transport Networks,微波

28、设备日常安装维护的特别注意事项： 微波室外部分的施工维护需要进行高空作业，特别需要注意采取安全防护措施，必须佩带安全带、安全帽，使用前必须检查确认安全带、安全帽完好。 雷雨天气严禁进行登高作业。 室内施工维护作业必须注意用电安全，不能佩带手表、手链等金属品进行取电作业。,Transmission & Transport Networks,Transmission & Transport Networks,无线光通信FSO （Free Space Optical Communication）,FSO是光通信和无线通信结合的产物，FSO将自由空间作为传送媒体，主要用半导体振荡器做光源，是用小功率红

29、外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。 FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。 850 纳米的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。 1550纳米的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高2个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。,Transmission & Transport Networks,FSO能支持155Mbps10Gbps的传输速率，目前商用设备的传输速率为155Mbps； FSO传输距离可达24公里，但通常在一公里有稳定的传输效果。 由于激光具有直线性和窄波束的特点，FSO主要用于点对点视距传输。使用时，要求通信两点间必须无阻碍，任何对光束的遮挡都将对通信造成影响。同时，要求两端设备对准且固定牢稳，以保证对光信号的直接有效接收。 由于采用激光通信，信号方向性强，能量集中，不向空中其它方向产生辐射，因此，FSO系统不会同频干扰，即使链路交叉也不影响通信，因此，同一地点可以装多套FSO设备。 FSO是