移动基站微波通信基础

调制
16QAM的信号星座点
Q
判决线
I
调制
MQAM的信号星座点
调制
恒包络调制
s(t ) cos(t p(t ) 0 )
当
p(t ) 1 n
t
a g (t kT )
k k
时,为PSK调制
当 p(t ) ak g(t kT )dt 为FSK调制
0 k
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
€ 天线增益 G= =20logf(GHZ)+20logD(m)+20.4+10log dB 其中f为频率，D为天线口径， 为天线效率，一般为50-60，
€ 天线半功率角
0.7 70
0

D
其中是波长，D是天线口径
抛物面天线
主瓣和副瓣 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。
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 种时候需要两端配合，进行粗调，把 两端天线大致对准。
AGC 电压检测点 VAGC
副瓣位置
角度
主瓣位置
天线调整
天线的调整过程中 常常会出现如右图 的两种错误情况， 即把天线对到副瓣 上，使得收信电平 达不到设计指标
错误
错误
正确
抛物面天线
LDF5P-50A (7/8”) 6.46 dB/100m
收信电平
设备入口的收信电平为
P P GT GR Lk1 Lk 2 Ls r 0
其中
G P0 为发端设备的出口发信功率， T ,GR 为发，收端
L 天线增益， k 1, Lk 2 为两端馈线损耗， Ls 为自由空间损耗
6.3ns
分集接收
天线间距 100 到

水面
200
当其中一面天线发生多径干扰时,另一面天线不会发生 多径干扰.要求天线间的相关系数小,而塔又不可能造得 很高,所以一般情况下,相关系数取0.5到0.6之间
分集接收
对分集接收到的两路或几路信号 的处理有以下几种办法：
A。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 行时序调整（DADE），然后选择好的一路输出。 B。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 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 散合成对抗频率选择性衰落性能最佳
的调制方式。
射频波道频率配置
射频波道频率配置方式
收
f1 f2 f3 f4 f5 f6
发
f1' f2' f3' f4' f5' f6'
在高段和低段分别划 出N个等间隔波道，如
低段为发，则高段为
收，反之也然。 这种排列叫集体排列 好处是1、3、5波道
发
收
ZS
可共用一副天线。
2、4、6波道共用另一 副天线。
自由空间损耗
Ls (dB) 925 20log f (GHZ) 20logd(KM) .
其中f为工作频率，d为站间距.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 6dB
大口径天线的调整
如右图的夹角就是天线的俯仰 角：
ž 而俯仰角可从设计书上查到 ž 可从地图参数计算
调制
QPSK调制:
s(t )
其中
a g(t kT)cost b g(t kT)sint
k k k
ak ,bk 1
g(t)为升余弦脉冲 时,上述信号即成为16QAM调制
当 ak ,bk 1,3
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
•大气不均匀 •水面
•光滑地面
是主要原因
地面
衰落及其原因
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
衰落及其原因
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
•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
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
波导口外形
E
水平 极化 垂直 极化
交叉极化干扰抵消器（XPIC）
1.0
hC
h1
余隙计算
地球凸起高度：
d1d 2 hb 0.0785 K
余隙可得大于一阶 费涅尔半径
其中K为大气折射因子
hc
h2
h1
路径余隙的计算公 式如下：
d1
hs hb
d
d2
h1d2 h2 d1 d1d2 hc 0.0785 hs d K
大气折射
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 半径为 R 的地球上空沿直线传播。
所以设计时就要考虑当地地 形与气候
微波站分类
终端站 无源 中继站 ž 再生中继 有源 枢纽站 • 中频中继 • 射频中继
€ 背靠背天线
• 反射板
背靠背无源
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5KM
反射板无源
d1（km）
面积A

全程自由空间损耗为：
Ls 1421 20logd1d2 20loga .
体积大,级数不可能做得太多
现在:
采用高速A/D器,及FPGA电路,电路体积小,可以做 很多级.
调制
• 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
n0
h(t )
全响应信号
Ts
第二准则：转换点无失真准则，或过零点无抖动
Ts
h(t )
部分响应信号
Ts T ) h(t0 s ) 2 2 T h(t0 iTs s ) 0,i 0,1 2 h(t0

3Ts
3Ts
2
2
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：
XS YS
f1 f2 f3 f4 f5 f6
f1' f2' f3' f4' f5' f6'
射频波道频率配置 微波中继系统频率配置
•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。另外在线 路设计上，要采用之字形排列。
L

D
D
L D
(弧度）
L
其中D是天线口径，
天线俯仰角


h1 h2
d
360 h1 h2 d ( ) 2 d 2ka

360 h1 h2 d ( ) 2 d 2ka
其中a为地球半径6370KM，K为大气折射因子(为4/3）
馈线
ž 馈线损耗 • 对7/8GHZ频段，椭圆馈线损耗一般为：6dB/100m • 对13GHZ频段，软波导损耗为：0.59dB/m ž 对15GHZ频段，软波导损耗为：0.99dB/m ž对2GHZ频段，馈线损耗为： LDF4P-50A（1/2”）11.3 dB/100m
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.
其中 a 为反射板有效面积 m
2
d 2（km）
a A cos
2
通讯系统
XP4+ XP4+ XP4+
XP4+
BTS
XP4+
XP4+ BTS
BTS BSC BTS
XP4+
MSC MSC
无线传输模型
发送部分
ak
调 制
中 放
上 变 频
功 放
滤 波
V(t) 接收部分
滤 波
放 大
下 变 频
中 放
解 调
即：R =KR
e e
R为实际地球半径。
K值的实际测量平均值为4/3左右。但实际地段的K值 和该地段的气象有关，可以在较大范围内变化，影响 视距传播。
哇！微波是 弯着走的
Re
R
衰落及其原因
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
判 决
ak
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为如下基带模型
ak
V(t)
h(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
柰奎斯特准则
第一准则：抽样点无失真，或无码间干扰
h(t0 nTs )
h0 ,
0,
n=0
均衡
频域均衡：
信号频谱
多径衰落
斜率均衡 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
均衡
时域均衡：
时域均衡直接抵消码间干扰
T
…..
T
…..
T
Cn
C0
Cn
均衡后
均衡前
2Ts Ts
Ts
2Ts
Ts
Ts
时域均衡
传统:
为克服延时线问题,常采用判决反馈均衡器,特点是
FEC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 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。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）。
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 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 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 采取在基带实现，凭借高速A/D器件及大规模集成电路FPGA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。
F1 复分接1 调制解调1 收发信机1 双 工 器 F3 双 工 器 收发信机1 调制解调1 复分接1
复分接1
雨雾衰耗
在 € 10GHZ频源自文库以下，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 频段，100mm/小时的降雨会引起5dB/km的损耗，所以在13GHZ， 15GHZ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
高频段可以 做用户级传 输
越高频段雨 衰越厉害！！
阻挡和费涅尔半径
一阶费涅尔半径如 下：
h1 [

1 1d d1 2
T
R
]
1
d1 hn
2
d2
一般情况余隙都要保证一个一 阶费涅尔半径(7/8GHZ)
传输余隙
dB
T
R
hc
余隙
0
-6 -10
0 0.5
当相对余隙大于0.5，阻挡损耗为0dB,障碍物的顶部恰好在 视距连线上时，阻挡损耗为6dB。
Ht ( f )
N(t)
i
Hr ( f )
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。
Ht ( f ) Hr* ( f )
或： Ht ( f ) Hr ( f )
t ( j) r ( j) 常数
二径传输模型
Rummler的二径传输模型
H ( j ) 1 be j
微波通讯基础
抛物面天线
副瓣
半功率角
侧视图
主瓣
副瓣 主瓣
俯视图
天线调整
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 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 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。
天线的俯仰及水平的调整方法是一样 的。