微波通信原理--1ppt課件

NEC2006 7 4 目錄 1微波通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2微波通信系統(tǒng)方框圖 3微波通信系統(tǒng)數(shù)字傳輸系列 1微波通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 微波站 1 1什么是微波 微波也是無(wú)線電波 但它是一個(gè)比普通無(wú)線電波段的波長(zhǎng)更短 頻率更高 的波段 故名微波 微波波段的低頻端與普通無(wú)線電波中超短波的高頻端 波長(zhǎng)為1m 頻率為300MHs 相毗鄰 而高頻端則與紅外線的低頻端 波長(zhǎng)為1mm 頻率為300GHz 相銜接 1 2微波在電磁波譜中的位置 1 2 1普通無(wú)線電波波段的劃分 1 2 2微波波段的劃分 1 2 3微波使用頻率 300MHzto300GHz波長(zhǎng) 1m 1mm頻段 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 1 3微波的特點(diǎn)和應(yīng)用1 微波在其傳播過(guò)程中 若所遇物體的幾何尺寸大于或可與波長(zhǎng)相比擬時(shí) 就會(huì)產(chǎn)生反射 波長(zhǎng)越短 傳播特性越與幾何光學(xué)相似 如近于直線傳播的持性 2 普通無(wú)線電波會(huì)被高空的電離層所吸收或被反射回來(lái) 而微波則能夠穿過(guò)電離層至外層空間 電視廣播 衛(wèi)星通信 宇宙航行 射電天文學(xué) 以及受控?zé)岷朔磻?yīng)中的等離子體的參數(shù)測(cè)量等 都是利用了微波的這一特性才得以實(shí)現(xiàn)的 3 微波的頻率很高 因此可利用的頻帶較寬 信息容量大 從而使微波通信得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展 1 利用微波作為載體的通信稱為微波通信 2 由于波長(zhǎng)短繞射能力差 必須在無(wú)阻擋的視線內(nèi)傳播才能完成正常通信 視距傳輸 3 基帶傳輸信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的微波通信是數(shù)字微波通信 4 設(shè)備體積小 安裝容易 投資小 見效快 5 一般基帶信號(hào)處理在中頻完成 再通過(guò)頻率變換到微波頻段 也可以在微波頻段直接調(diào)制 但調(diào)制限于PSK 6 微波通信的理論基礎(chǔ)是電磁場(chǎng)理論 1 4微波通信的特點(diǎn) 1 4 1不同的傳輸方法 數(shù)字微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模型 A站 端 微波站分類分類 swf 終端站中繼站樞紐站 背靠背天線反射板 有源 無(wú)源 再生中繼基帶轉(zhuǎn)接 swf中頻中繼中頻轉(zhuǎn)接 swf射頻中繼微波轉(zhuǎn)接 swf 分路站 一些鏈路中間被阻擋 且這條鏈路不是很長(zhǎng) 我們通常在靠近其中一個(gè)站點(diǎn)的地方找一個(gè)無(wú)源中轉(zhuǎn)站 利用折射進(jìn)行無(wú)源接力 無(wú)源中繼 背靠背無(wú)源 這種情況往往用大口徑天線 天線調(diào)整要借助于儀表 費(fèi)時(shí)較長(zhǎng) 近端距離要小于5KM 反射板無(wú)源 全程自由空間損耗為 km km 其中a為反射板有效面積 面積A 無(wú)源中繼站 實(shí)物照片 反射板式無(wú)源中繼站Planereflectors 雙拋物面無(wú)源中繼站Parabolicreflectors 應(yīng)用范圍宏蜂窩 微蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸專用網(wǎng)接入網(wǎng)臨時(shí)話音或數(shù)據(jù)鏈路傳輸線的備份 微波傳輸通道系統(tǒng)組網(wǎng)圖 光纖 微波傳輸方式比較 設(shè)備連接 0 6m天線 室外單元 ODU 天線抱桿 室內(nèi)單元 IDU 中頻電纜 同軸型 天線和饋線 波導(dǎo) 主電源 發(fā)電機(jī)或太陽(yáng)能 蓄電池 動(dòng)力房 微波設(shè)備 拋物面天線 波導(dǎo) 鐵塔 D 100m 無(wú)源反射板 禁航燈 防雷器 機(jī)房 A U X E P X Tx Rx Tx Rx 充氣機(jī) 橢圓波導(dǎo) 使用范圍 室外安裝 波導(dǎo)密封 波導(dǎo)密封單元 分體式微波設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 避雷器 接地裝置 地氣 ODU IDU 同軸電纜 接地電阻小于10歐姆 ODU的接地線應(yīng)接到鐵塔的角鋼上 其接地電阻小于10歐姆 地線的接地電阻應(yīng)小于10歐姆 鐵塔的接地電阻應(yīng)小于10歐姆 IDU的接地 拉線塔 Ga 20lgDa 20lgf 20 4 10lg AGa為天線增益 dB Da為天線口徑 m f為工作頻率 GHz A為天線效率 可取50 70 增益 實(shí)例 D 0 6MF 13GHzG 35dBi VHP2 130 35 5dBi 拋物面天線 高性能天線 減小背面輻射和副辨輻射 15dB 風(fēng)力改善 0 6M 230km 64m s 1 8M 190km 53m s 拋物面天線 拋物面天線 加固桿 天線 可調(diào)節(jié)桿 固定桿 頂視圖 防護(hù)罩 天線輻射圖 方向性圖 天線方向性圖 天線的極化 線極化 水平極化和垂直極化 以電場(chǎng)方向?yàn)閰⒖?天線參數(shù) 頻段 天線口徑 增益 典型性能 傳輸媒質(zhì) 大氣 鏈路 時(shí)間 高度 氣候等 微波傳播必須采用直射波 接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是直射空間波與地面反射波的疊加 傳播媒介質(zhì)是地面上的低空大氣層和路由上的地面 地物 當(dāng)時(shí)間 季節(jié) 晝夜等 和氣象 雨 霧 雪等 條件發(fā)生變化時(shí) 大氣的溫度 濕度 壓力和地面反射點(diǎn)的位置 反射系數(shù)等也將發(fā)生變化 這必然引起接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的高低起伏變化 這種現(xiàn)象 叫做電波傳播的衰落現(xiàn)象 顯然衰落現(xiàn)象具有很大的隨機(jī)性 1 5衰落 衰落類型1 多徑衰落2 K型衰落3 波導(dǎo)型衰落4 雨衰 多徑衰落由于折射波 反射波 散射波等多途徑傳播引起的衰落 多徑衰落周期較短一般為幾秒 多徑衰落又叫頻率選擇性衰落 合成波的電平比正常傳輸?shù)头Q為下衰落 比正常傳輸高稱為上衰落 地面 大氣不均勻水面光滑地面是主要原因 K型衰落由于折射系數(shù) K 的變化 使直射波和地面反射波相干涉而產(chǎn)生的衰落 或直射波因折射下凹而被地面的高地或高山阻擋而發(fā)生的繞射性衰落 這種衰落的周期較長(zhǎng) 約幾分鐘 還是氣候原因 波導(dǎo)型衰落在無(wú)風(fēng)的氣候 在平原和水網(wǎng)地區(qū) 容易形成接近地面的波導(dǎo)層 使波束發(fā)生匯聚或發(fā)散而導(dǎo)致衰減性衰落 這種衰落的時(shí)間較長(zhǎng) 有時(shí)可達(dá)幾十分鐘 所以設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮當(dāng)?shù)氐匦闻c氣候 雨衰在10GHZ頻段以下 雨霧損耗并不顯得特別嚴(yán)重 對(duì)一個(gè)中繼段可能會(huì)引入幾個(gè)分貝 在10GHZ以上頻段 中繼間隔主要受降雨損耗的限制 如對(duì)13GHZ以上頻段 100mm 小時(shí)的降雨會(huì)引起5dB km的損耗 所以在13GHZ 15GHZ頻段 一般最大中繼距離在10km左右 在20GHZ以上頻段 由于降雨損耗影響 中繼間距只能有幾公里 越高頻段雨衰越厲害 高頻段可以做用戶級(jí)傳輸 衰落的一般特性1 波長(zhǎng)越短 距離越長(zhǎng) 衰落越嚴(yán)重2 夜間比白天嚴(yán)重 夏季比冬季嚴(yán)重3 晴天 寧?kù)o天氣比陰天 風(fēng)雨天氣時(shí)嚴(yán)重4 水上電路比陸上電路嚴(yán)重5 平地電路比山區(qū)電路嚴(yán)重 工作頻段用途 對(duì)抗衰落措施 A 不帶分集減小地面反射波電平增大地面反射傾角多種均衡措施 時(shí)域均衡和頻域均衡 B 分集技術(shù)FD頻率分極 swfSD空間分極 swf 10 2 F1 2 H 37 F1 2 波導(dǎo)型SDFDK型天線增益天線高度衰減型 阻擋 雨衰 降低頻率縮短站距 對(duì)抗衰落措施 2 微波通信系統(tǒng)方框圖 微波通信系統(tǒng)方框圖 信源 編碼 TXBB MOD 上變頻 功放 分路系統(tǒng) 同步 RX 解碼 RXBB DEM 下變頻 低噪放 分路系統(tǒng) 調(diào)制 解調(diào) TX Rx 天線 IF UHF SHF BB 基帶信號(hào) BB IF 中頻 UHF 特高頻 300 3000MHz SHF 超高頻 3000 30 000MHz 本振 發(fā)信 發(fā)信設(shè)備組成 swf 收信 收信設(shè)備組成 swf 微波電路方框圖 MUX 環(huán)形器 終端站 終端站 中繼站 MUX 數(shù)字微波常用調(diào)制技術(shù) 移相鍵控 PhaseShiftKeying 正交調(diào)幅 QuadatureAmplitudeModulation 2PSK數(shù)字解調(diào) BPSK 基帶信號(hào) 載波信號(hào) 已調(diào)信號(hào) 已調(diào)信號(hào) 基帶信號(hào) 載波信號(hào) d1 d2 d3 d4 環(huán)型調(diào)制器 4PSK調(diào)制器方框圖 4QAM 調(diào)制器方框圖 提高頻譜利用率 多狀態(tài)調(diào)制 4nQAM 4QAM 128QAM 64QAM 16QAM QAM星座圖 在選擇數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的調(diào)制方式時(shí) 考慮的主要因素有頻譜利用率 抗干擾能力 對(duì)傳輸失真的適應(yīng)能力 抗衰落能力 勤務(wù)信號(hào)的傳輸方式 設(shè)備的復(fù)雜程度 對(duì)于小容量系統(tǒng) 傳輸速率小于10Mb s 以選擇4PSK 4DPSK為主 也可選擇2PSK 2DPSK或2FSK 對(duì)于中容量系統(tǒng) 傳輸速率大于10Mb s且小于100Mb s 以選擇4PSK 4DPSK為主 也可選擇8PSK或2PSK 2DPSK 對(duì)于大容量系統(tǒng) 傳輸速率大于100Mb s 可以選擇16QAM為主 也可選擇8PSK 3 微波通信系統(tǒng)數(shù)字傳輸系列 準(zhǔn)同步數(shù)字體系 PDH PlesiochronousDigitalHierarchy 數(shù)字傳輸技術(shù)的應(yīng)用是從市話中繼傳輸開始的 為適應(yīng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸 PDH技術(shù)出現(xiàn)了 隨著高速光纖通信系統(tǒng)在電信網(wǎng)中的應(yīng)用 更多的電路被集中到少數(shù)的傳輸系統(tǒng)上 暴露出PDH技術(shù)的不足 逐級(jí)復(fù)用造成上下電路復(fù)雜而不靈活 預(yù)留開銷很小 不利于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行 管理和維護(hù) 北美制式和歐洲制式兩大系列難以兼容互通 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸基礎(chǔ)上的復(fù)用結(jié)構(gòu)缺乏靈活性 使傳輸設(shè)備利用率低 也不利于向同步網(wǎng)過(guò)渡等 同步數(shù)字體系 SDH SynchronousDigitalHierarchy SDH采用同步時(shí)分交換技術(shù) 具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行 管理和維護(hù)功能 是高速大容量傳輸系統(tǒng) 與傳統(tǒng)的PDH相比 其優(yōu)點(diǎn)有 1 充分利用了光纖帶寬寬的特性 將傳輸速率大大提高 目前已有10Gb s速率的產(chǎn)品 可使傳輸容量明顯提高 2 統(tǒng)一了北美制式和歐洲制式 3 使用標(biāo)準(zhǔn)的光接口 使得不同廠家的產(chǎn)品可以在光接口上實(shí)現(xiàn)互聯(lián) 實(shí)現(xiàn)橫向兼容 4 采用同步復(fù)用特性 只