微波通信原理全解学习教案

1、会计学1微波通信原理微波通信原理(yunl)全解全解第一页，共42页。2022/4/20室内室内(sh ni)单元（单元（IDU）四个部四个部分分(b fen)天线天线(tinxin) 产品结构产品结构互连电缆互连电缆小巧的室外单元小巧的室外单元（ODU）标准天线标准天线集成天线集成天线第2页/共42页第二页，共42页。2022/4/2015/18/23/26/38GHz天线(tinxin)全室外(sh wi)信道机单根电缆(dinln)接口用于电源和信号的接入无线遥控天线调整装置第3页/共42页第三页，共42页。2022/4/20典型典型(dinxng)(dinxng)应用应用( (移动网移

2、动网) )Intra-CityIntra-CityHigh Frequency(no congestion)High FrequencyCongested EnvironmentMobileTelephoneSwitchingOfficeCentralOfficeBTSBTSBTSBTSBTSBTSLow FrequencyMedium EfficiencyNetworkManagement 第4页/共42页第四页，共42页。2022/4/20Low FrequencyHigh CapacityBackboneHigh FrequencyLow/Medium CapacitySpurs典型典型

3、(dinxng)(dinxng)应用应用( (接入网接入网) )第5页/共42页第五页，共42页。2022/4/20第6页/共42页第六页，共42页。2022/4/20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半功率(gngl)角角第7页/共42页第七页，共42页。2022/4/20在天线俯仰或水平调整过程中，会出现如右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。一旦发现下图的电压波形。一旦发现(fxin)这种情这种情况，其电压最大点位置，即为俯仰或水平方况，其电压最大点位置，即为俯仰或水平方向的主瓣位置，该方向无需再作大范围调整，向的主瓣位置，该方向无需再作大范

4、围调整，只需把天线微调到电压最大点位置及可。只需把天线微调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的。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，有可能在一个方向上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，这种时候需要两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，把两端天线大致对准。端配合，进行粗调，把两端天线大致对准。AGC电压电压(diny)检测点检测点VAGC副瓣位置副瓣位置主瓣位置主瓣位置角度角度第8页/共42页第八页，共42页。2022/4/20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

5、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(din pn)达不到达不到设计指标设计指标正确正确(zhngqu)错误错误错误错误第9页/共42页第九页，共42页。2022/4/200 7070.D其中其中(qzhng)是波长，是波长，D是天线口径是天线口径第10页/共42页第十页，共42页。2022/4/20主瓣和副瓣主瓣和副瓣对于均匀激励的天线，主副瓣电平差为对于均匀激励的天线，主副瓣电平差为17.6dB，但是如果采用非均匀激励，其副瓣电平可以很底。但实际上天线的口径，但是如果采用非均匀激励，其副瓣电平可以很底。但实际上天线的口径(kujng)遮挡，加工精度

6、及照射器的非理想性都会提高副瓣电平的幅度，但在一般情况下，主副瓣电平差总在遮挡，加工精度及照射器的非理想性都会提高副瓣电平的幅度，但在一般情况下，主副瓣电平差总在10dB以上。以上。第11页/共42页第十一页，共42页。2022/4/20LDLDLD其中其中D是天线是天线(tinxin)口口径，径，如右图的夹角就是天线的俯仰角：如右图的夹角就是天线的俯仰角： 而俯仰角可从设计书上查到而俯仰角可从设计书上查到 可从地图参数可从地图参数(cnsh)计算计算(弧度）弧度）第12页/共42页第十二页，共42页。2022/4/20h1h2d3602212()hhddka3602212()hhddka其中

7、其中(qzhng)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第13页/共42页第十三页，共42页。2022/4/20 馈线损耗馈线损耗 对对7/8GHZ频段，椭圆频段，椭圆(tuyun)馈线损耗一般为：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第14页/共42页第十四页，共42页。2022/4/20PPGGLLLrTRkks012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

8、两端馈线为两端馈线(ku xin)损耗，损耗， 为自由空间损耗为自由空间损耗注：注：MICROSTAR，及，及GLOBESTAR设备显示的收信电平是收信机的入口电平设备显示的收信电平是收信机的入口电平P0G GTR,LLkk12,Ls第15页/共42页第十五页，共42页。2022/4/20在在10GHZ频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，对一个中继段可能会引入频段以下，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几个分贝(fnbi)。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以上频段，以上频段，100mm/小时的

9、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，一频段，一般最大中继距离在般最大中继距离在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越高频段(pn dun)雨衰越厉害！雨衰越厉害！高频段可以做用户级传输高频段可以做用户级传输第16页/共42页第十六页，共42页。2022/4/20TRhnd1d2一阶费涅尔半径一阶费涅尔半径(bnjng)如下：如下：一般情况一般情况(qngkung)余隙都要保证一个一阶费涅尔半径余隙都要保证一个一阶费涅尔半径(7/8GHZ)第

10、17页/共42页第十七页，共42页。2022/4/20hcTR0.50dBhhC11.0-10-60当相对余隙大于当相对余隙大于0.5，阻挡损耗为，阻挡损耗为0dB,障碍物的顶部恰好障碍物的顶部恰好(qiho)在视距连在视距连线上时，阻挡损耗为线上时，阻挡损耗为6dB。余隙第18页/共42页第十八页，共42页。2022/4/20h2h1d1d2dhbhshcKddhb210785. 0地球凸起地球凸起(t q)高度：高度：其中其中K为大气折射为大气折射(zhsh)因子因子路径余隙的计算公式路径余隙的计算公式如下：如下：hh dh ddd dKhcs12211200785.余隙可得大于一阶费余隙

11、可得大于一阶费涅尔半径涅尔半径第19页/共42页第十九页，共42页。2022/4/20ReReReR哇！微波哇！微波(wib)是弯是弯着走的着走的第20页/共42页第二十页，共42页。2022/4/20 多径衰落多径衰落 由于由于(yuy)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地面(dmin)大气不均匀大气不均匀

12、水面水面光滑地面光滑地面是主要原因是主要原因第21页/共42页第二十一页，共42页。2022/4/20 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）的变化，使直射波和地面反射波相干涉(gnsh)而产生的衰而产生的衰落，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，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，约几分钟落的周期较长，约几分钟还是还是(hi shi)气候气候原因原因第22页/共42页第二十二页，共42页。2022/4/20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

13、接近地面在无风的气候，在平原和水网地区，容易形成接近地面(dmin)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所以设计时就要考虑当地(dngd)地形与气候地形与气候第23页/共42页第二十三页，共42页。2022/4/20终端终端(zhn dun)站站中继站中继站枢纽站枢纽站 背靠背天线背靠背天线(tinxin) 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 射频中继射频中继第24页/共42页第二十四页，共42页。2022/4/

14、20这种情况这种情况(qngkung)往往往往用大口径天线，天用大口径天线，天线调整要借助于仪线调整要借助于仪表。表。费时较长费时较长近端距离近端距离(jl)要小于要小于5KM第25页/共42页第二十五页，共42页。2022/4/20d1d2全程全程(qunchng)自由空间损耗自由空间损耗为：为：Ld das1421202012.loglog（km）（km）其中其中 a 为反射板有效为反射板有效(yuxio)面积面积m2面积面积AaAcos2第26页/共42页第二十六页，共42页。2022/4/2023 GHz (n x E1)38 GHz (n x E1)13 GHz (n x E1)15

15、 GHz (n x E1)BTSMicroStarBTSMicroStarBTSMicroStar PlusBTSMicroStarBSCMicroStarMSCMSCMicroStarGlobeStar, QUADRALINK or MegaStar SDH 2 - 11 GHz (1E1 - STM1)2 - 11 GHz 1E1/STM1GlobeStar, QUADRALINK or MegaStar SDHMicroStar PlusGlobeStar, QUADRALINK or MegaStar SDH 2 - 11 GHz (1E1 - STM1)第27页/共42页第二十七页，

16、共42页。2022/4/20调制调制(tiozh)中放中放上变频上变频功放功放滤波滤波(lb)调制调制中放中放上变频上变频功放功放滤波滤波放大放大下变频下变频中放中放滤波滤波解调解调发送部分发送部分接收部分接收部分判决判决akakV(t)第28页/共42页第二十八页，共42页。2022/4/20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则传输过程可以等效为如下(rxi)基带模型基带模型h(t)akV(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才能使我们无失真的(zh

17、n de)恢复出数字信号恢复出数字信号第29页/共42页第二十九页，共42页。2022/4/20第一准则(zhnz)：抽样点无失真，或无码间干扰h tnTs()0h0,n=00,n 0h t ( )TsTs第二准则：转换第二准则：转换(zhunhun)点无失真准则，或过零点无抖动点无失真准则，或过零点无抖动h tTh tTss()()0022h tiTTiss(),02001h t ( )32Ts32Ts全响应信号全响应信号部分响应信号部分响应信号第30页/共42页第三十页，共42页。2022/4/20一般信道都为高斯白噪声信道，上述基带传输模型一般信道都为高斯白噪声信道，上述基带传输模型(m

18、xng)又可表达为：又可表达为：Hft( )Hfr( )N(t)为保证抽样点信噪比最大，要求为保证抽样点信噪比最大，要求(yoqi)收发滤波器匹配。即互为共轭。收发滤波器匹配。即互为共轭。HfHftr( )( )*或：或：HfHftr( )( )itrjj()() 常数第31页/共42页第三十一页，共42页。2022/4/20Rummler的二径传输的二径传输(chun sh)模型模型H jbej()1 63 . ns第32页/共42页第三十二页，共42页。2022/4/20天线天线(tinxin)间距间距100到到200当其中一面当其中一面(y min)天线发生多径干扰时天线发生多径干扰时,

19、另一面另一面(y min)天线不会发生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之间之间第33页/共42页第三十三页，共42页。2022/4/20频域均衡频域均衡(jnhng)：信号信号(xnho)频谱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，但是电路简单第34页/共42页第三十四页，共42页。2022/4/20时域均衡时

20、域均衡(jnhng)：.CnC0CnTs2TsTs2TsTsTs均衡均衡(jnhng)前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第35页/共42页第三十五页，共42页。2022/4/20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,特点特点(tdin)是是体积大体积大,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.如如HARRIS的的MEGASTAR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第36页/共42页第三十六页，共42页。2022/4/20 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 布合理布合理(hl)以保证传输质量所以常采用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