NEC 微波通信原理

I
4QAM H π/2 Q
Q
I
星座图
尼奎斯特带宽 =
Bite Rate N
4 QAM
16 QAM
64 QAM
128 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4PSK ／4DPSK为主，也可选择2PSK／2DPSK或2FSK；
波段名称
超低频（ULF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF） 甚高频（VHF）
1.2.2 微波波段的划分
波段名称
分米波 厘米波 毫米波
波长范围
1 m～ 10 cm 10 cm～ 1 cm 1 cm～ 1 mm
频率范围
0.3G～3G Hz 3G～30G Hz 30G～300G Hz
波段名称
特高频（UHF） 超高频（SHF） 极高频（EHF）
1.4.1 不同的传输方法
同轴电缆
微波
MUX
MUX
卫星
光缆
微波设备 电话/数据图像等信息 A站
微波设备 电话/数据/图像等信息 B站
数字微波点对点传输模型
微波 设备
电话 / 数据
图像等信息
微波 设备
微波 设备
微波 设备
电话 / 数据
图像等信息
A站（端）
B站（中继）
C站（端）
中继传输
终端站 无源 分路站
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 反射器
+
边围 + 屏蔽器
高性能天线
(减小背面辐射 和副辨辐射 > 15 dB)
天线屏蔽 器
R 站点和通信 方位角
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/小时的降雨会引起5dB/km的损耗，所以在13GHZ， 1 €5GHZ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。
低噪放
分路 系统
UHF/SHF
收信：收信设备组成.swf
BB BB : 基带信号 IF : 中频 UHF : 特高频 (300 - 3000 MHz) SHF : 超高频 (3000 – 30,000 MHz)
微波电路方框图
M U X
环 形 器
M U X
终端站
中继站
终端站
数字微波常用调制技术
移相键控（ＰＳＫ） （Phase Shift Keying ） 正交调幅（ＱＡＭ） （Quadature Amplitude Modulat
环型调制器
d1
载波信号
d3 d4 d2
已调信号
基带信号 Q
载波信号
已调信号 基带信号
星座图
I
4 PSK 调制器方框图
I OSC S/P H π/2 Q
4PSK
Q
I 星座图
4 QAM – 调制器方框图
提高频谱利用率－多状态调制（4 n QAM）
AM OSC S/P AM
0.6m 天线
室外单元(ODU) 中频电缆(同轴型)
室内单元(IDU)
天线和馈线（波导）
防雷器 禁航灯 无源反射板
抛物面天线 D 100 m 机房
主电源: ~
波导
发电机或 太阳能
A U X E X P T T x x R R x x
充气机
蓄电池
动力房
微波设备
铁塔
椭圆波导
使用范围: 室外安装 (波导密封)
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
光 传输媒介 抗自然灾害能力 灵活性 建设费用 建设周期 传输速率 光纤 弱 较低 高 长 频带宽、速率高 纤 微 强 高 低 短 频带窄、速率低 波
自由空间
设备连接
天线抱杆
极化r. H 极化. V
Gain = 10 log 0.55
(
2R
)
2
3 dB 58 /R (均匀反射) 极化去耦 H/V, XPD 30 dB
天线
顶视图
防护罩
加固杆
固定杆
可调节杆
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。
塑料封装
半刚性铜带椭圆波导
长度: 120 m
损耗:通用标准波导
A.dB/米r F Ghz 100
波导密封单元
压缩 输入 过滤
阀 到波导
干燥济 0-250mbar 压力表 马达
告警 (T.S)
密封切换
压力启动 最大密封压力 告警压力
: 50 mbars : 75 mbars : 40 mbars
分体式微波设备系统结构
避雷器
ODU
ODU的接地线应接到铁塔的角钢上， 其接地电阻小于10欧姆 接地装置
地线的接地电阻应小于10欧姆
铁塔的接地电阻应小于10欧姆 接地电阻小 于10欧姆 同轴电缆
IDU
地气
IDU的接地
拉线塔
抛物面天线
增益：
Ga=20lgDa+20lgf+20.4+10lgηA Ga为天线增益(dB)； Da为天线口径(m)； f为工作频率(GHz)； ηA为天线效率，可取50%～70%。 实例: D＝0.6M F=13GHz G=35dBi (VHP2-130,35.5dBi)
近端距离要小于5KM
背靠背无源
d1（km）
面积A

全程自由空间损耗为：
Ls 1421 20logd1d2 20loga .
其中 a 为反射板有效面积
d 2（km）
a A cos 2
m2
反射板无源
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
高频段可以做 用户级传输
越高频段雨衰 越厉害！！
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 频率 用途
7Ｇ
８Ｇ 13G １５Ｇ １８Ｇ ２３Ｇ ２６Ｇ ２８Ｇ
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。
1.2.3 微波使用频率：300M Hz to 300G Hz
波长 ：1m~1mm 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
地面
•
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。
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。
•大气不均匀 •水面 •光滑地面 是主要原因
1.2.1 普通无线电波波段的划分
波段名称
超长波 长波 中波 短波 超短波
波长范围
105～ 104 m 104～ 103 m 103～ 102 m 102～ 10 m 10 ～ 1 m
频率范围
3k～30k Hz 30k～300k Hz 300k～3M Hz 3M～30M Hz 30M～300M Hz
长距离干线
长距离干线 中，短距离 中，短距离 中，短距离 中，短距离 短距离，城区 短距离，城区
３８Ｇ
短距离，城区
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
H
• FD频率分极.swf
• SD空间分极.swf
10.2/F1/2 < H < 37/F1/2
€ 背靠背天线
• 反射板
中继站 有源 枢纽站
ž 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
微波站分类
分类.swf
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。
d1 T
d2
R
无源中继
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
第一部分 微波通信基本原理
NEC
2006－7－4
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。
1.2 微波在电磁波谱中的位置
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。

天线参数
频段 天线口径 典型性能
增益
1.5 衰落
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。 传输媒质,大气,链路,时间, 高度,气候等。
对于中容量系统（传输速率大于10Mb/s且小于 100Mb/s ），以选择4PSK／4DPSK为主，也可选择 8PSK或2PSK／2DPSK； 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。
1.4 微波通信的特点
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；
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF 微波频段
EHF
波长 频率
10Km 30KHz
1Km 300KHz
100m 3MHz
10m 30MHz
1m 300MHz
10cm 3GHz
1cm 30GHz
1mm 300GHz
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)。
对抗衰落措施
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
2.微波通信系统方框图
微波通信系统方框图
TX
(调制 ) 信源 编码 TX BB MOD 上变频 功放 分路 系统 天线
R x
发信：发信设备组成.swf
同步 本振
RX
解码
RX BB
DEM (解调 ) IF
下变频

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。