微波通信基本原理演示教学

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1、微波通信原理(yunl)工程规划设计部第一页，共96页。第一章第一章 微波通信的基本介绍微波通信的基本介绍第二章第二章 微波通信的基本原理微波通信的基本原理第三章第三章 微波调制方式微波调制方式(fngsh)第四章第四章 微波频率规划微波频率规划第五章第五章 微波中继站微波中继站微波通信原理(yunl)第二页，共96页。微波(wib)的定义微波Microwave:微波是一种电磁波，微波射频为300MHz300GHz，是全部电磁波频谱的一个有限频段。微波一般称为厘米波。根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波沿传播方向是没有电场(din chng)和磁场纵向分量的，所以称为横电磁波，记为TEM

2、波（Transverse Electric and Magnetic Field）。有时我们把这种电磁波简称为电波。微波通信的基本(jbn)介绍第三页，共96页。LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz300KHz300KHz3MHz3MHz30MHz30MHz300MHz300MHz3GHz3GHz30GHz30GHz300GHz300GHz红外线可见光工业和天电干扰，太阳黑子(tiynghiz)对微波通信影响较小微波信号的频率(pnl)范围微波通

3、信的基本(jbn)介绍第四页，共96页。BroadcastingnMaximum coveragenOne programme per radio channelnApplications:Radio(LW,MW,SW,FM);TV etc.射频传输的两种基本(jbn)形式Microwave linksnRadio beamnOne multiplex per radio channelnApplications:Civiliars and military telecommunication networks广播(gungb)点点视距微波(wib)微波通信的基本介绍第五页，共96页。通常把频

4、率300MHz300GHz的射频无线信号称为微波信号利用微波作为载体的通信称为微波通信基带传输信号为数字信号的微波通信是数字微波通信一般(ybn)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微波通信的理论基础是电磁场理论微波通信微波通信的基本(jbn)介绍第六页，共96页。第一章第一章 微波通信的基本介绍微波通信的基本介绍第二章第二章 微波通信的基本原理微波通信的基本原理第三章第三章 微波调制微波调制(tiozh)方式方式第四章第四章 微波频率规划微波频率规划第五章第五章 微波中继站微波中继站微波通信原理(yunl)第七页，共96页。几个基本概念自

5、由空间的电波传播各种(zhn)衰落及抗衰落技术微波通信对设计的要求干扰信号微波通信的基本原理第八页，共96页。电波的干涉及极化矩形波导的场结构惠更斯费涅耳原理(yunl)费涅耳椭球面费涅耳区定义费涅耳半径几个(j)基本概念第九页，共96页。惠更斯费涅耳原理(yunl)光和电磁波都是一种振动，一个点源的振动传递给邻近的质点后，就形成了二次波源、三次波源等等。如果点源发出的波是球面波，那么由点源形成的二次波前面(qin mian)也是球面波、三次、四次.波前面(qin mian)也是球面波。在微波通信中，当发信天线的尺寸远小于微波中继距离时，可将发射天线看成是一个点源。几个(j)基本概念第十页，共

6、96页。互易定理的概念:指出，在线性和各向同性的媒质中，任何无线电路(dinl)上，当发射天线互换时，不会影响电路(dinl)的传输特性，或者发射机移到接收点，而接收机同时移到发射点时，则接收性能，不变。根据这个原理，对流层是电波的主要传输媒质空间，它就是具有线性和各向同性的媒质，因此在其中就可以减化工程计算。惠更斯费涅耳原理(yunl)几个(j)基本概念第十一页，共96页。d1d2dd1+d2-d=l/2第一第一(dy)(dy)费涅耳椭费涅耳椭球面球面:几个(j)基本概念费涅耳椭球面第十二页，共96页。费涅耳区定义(dngy)(The Fresnel Zone Definition)几个(j

7、)基本概念第十三页，共96页。The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sightLine of sight1st zone费涅耳区费涅耳区 The Fresnel Zone:The Fresnel Zone:如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从T T或或R R点出发认定的某一波前面相点出发认定的某一波前面相交割，在交割的界面上我们就可以得到一系列的圆和环，中心是一个圆，称交割，在交割的界面上我们就可以得到一系列的圆和环，中心是一个圆，称

8、为第一费涅耳区。为第一费涅耳区。其外的圆环（外圆减内圆得到的圆环）称为第二个费涅耳区，再往外的圆环称为其外的圆环（外圆减内圆得到的圆环）称为第二个费涅耳区，再往外的圆环称为第三费涅耳区、第四费涅耳区第三费涅耳区、第四费涅耳区.第第N N费涅耳区。费涅耳区。这些圆和环我们可以把它们这些圆和环我们可以把它们(t men)(t men)近似地看成，都为在垂直于地面且垂直与近似地看成，都为在垂直于地面且垂直与T T与与R R间射线的平面区域图形。间射线的平面区域图形。The First Fresnel Zone几个(j)基本概念费涅耳区定义(dngy)(The Fresnel Zone Definit

9、ion)第十四页，共96页。经有关研究知道：在电波的传播空间(kngjin)中，在接收点的合成场强，当费涅耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间(kngjin)场强；由第一非涅耳区在接收点的场强,接近于全部有贡献的非涅区在接收点的自由空间(kngjin)场强的2倍;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。非涅耳区的能量(nngling)分布:几个(j)基本概念费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)第十五页，共96页。费涅耳半径费涅耳半径(bnjng)(bnj

10、ng)费涅耳半径费涅耳半径 The Fresnel Radius:The Fresnel Radius:我们把费涅区上的任意一点到我们把费涅区上的任意一点到R-TR-T连线的距离连线的距离(jl)(jl)称为费称为费涅耳区半径，用涅耳区半径，用F F 表示。表示。当这一点为第一费涅耳区上的点时，此半径称为第一费涅当这一点为第一费涅耳区上的点时，此半径称为第一费涅耳区半径。耳区半径。第二第二.第第N N 个费涅耳区半径表达式：个费涅耳区半径表达式：Fn=(n)1/2 x F1 Fn=(n)1/2 x F1 上式中：上式中：F1F1为第一费涅耳半径。为第一费涅耳半径。几个(j)基本概念第十六页，共

11、96页。费涅耳半径(bnjng)(The Fresnel Radius)F1=（d1d2/d）1/2F2=（2d1d2/d）1/2 =(2)1/2 F1 .Fn=（nd1d2/d）1/2 =(n)1/2 F1几个(j)基本概念第十七页，共96页。几个基本概念自由空间的电波传播各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术微波通信对设计的要求干扰信号微波通信的基本原理第十八页，共96页。自由空间的定义(dngy)自由空间损耗的定义(dngy)自由空间损耗的计算自由空间的电波(din b)传播第十九页，共96页。自由空间的定义(dngy)自由空间自由空间 Free Space:Free Sp

12、ace:又称为理想介质空间，它相当于真空状态的理想空间。又称为理想介质空间，它相当于真空状态的理想空间。在这个空间中充满在这个空间中充满(chngmn)(chngmn)均匀的、理想的介质，它的导电均匀的、理想的介质，它的导电率率=0=0，介电常数，介电常数=0=10-9/36 F/m(=0=10-9/36 F/m(法拉法拉/米米)，导磁系，导磁系数数=0=410-7 H/m=0=410-7 H/m（亨（亨/米）。米）。自由空间的电波(din b)传播第二十页，共96页。自由空间损耗(snho)的定义自由空间损耗 Free space loss:在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射

13、等现象，即总能量(nngling)未被损耗。但电波在自由空间传播时，会因能量(nngling)向空间扩散而衰耗，这如空中一只孤独的灯泡所发出的光，均匀地向四周扩散。显然距离光源越远的地方，单位面积上的能量(nngling)就越少。这种电波的扩散衰耗就称为自由空间损耗。自由空间的电波(din b)传播第二十一页，共96页。Free Space Loss A =92.4+20 log d+20 log fWhere d d=distance in km f f=frequency in GHz(refer to isotropic antennas)0dfD D 或或或或 f f 增加一倍，损耗增

14、加一倍，损耗增加一倍，损耗增加一倍，损耗(snho)(snho)将增加将增加将增加将增加6 dB 6 dB 自由空间传输(chun sh)损耗(Free Space Basic Transmission Loss)自由空间的电波(din b)传播第二十二页，共96页。自由空间传输(chun sh)损耗(Free Space Basic Transmission Loss)P=发射功率发射功率(TX Power)PTXPowerLevelDistanceGTXGRX PRX G=天线增益天线增益(Antenna Gain)A0A0=自由空间损耗自由空间损耗(Free Space Loss)M接收

15、门限接收门限(Receiver Threshold)M=衰落储备衰落储备(Fading Margin)GPG自由空间的电波(din b)传播第二十三页，共96页。几个基本概念自由空间的电波传播(chunb)各种衰落及抗衰落技术微波通信对设计的要求干扰信号微波通信的基本原理第二十四页，共96页。衰落大气吸收衰减雨雾衰减对流层对微波传播的影响(yngxing)地面反射对微波传播的影响(yngxing)数字微波的抗衰落技术各种(zhn)衰落及抗衰落技术第二十五页，共96页。衰落衰落(shuilu)(shuilu)衰落的定义衰落的定义:微波传播必须采用直射微波传播必须采用直射(zh sh)波，接收点的

16、场强是直射波，接收点的场强是直射(zh sh)空间波与地面反射波的迭加。空间波与地面反射波的迭加。传播介质是地面上的低空大气层和路由上的地面、地物。传播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、雪待）条件发当时间（季节、昼夜等）和气象（雨、雾、雪待）条件发生变化时，大气的温度、温率、压力和地面反射点的位生变化时，大气的温度、温率、压力和地面反射点的位置、反射系数等也将发生变化。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。这种现象，叫做电波传播的衰落现象。显然，衰落

17、现象具有很大的随机性。显然，衰落现象具有很大的随机性。衰落的大小仍由衰落因子衰落的大小仍由衰落因子VdB来表征，衰落的原因主要归来表征，衰落的原因主要归结为大气和地面效应。结为大气和地面效应。各种(zhn)衰落及抗衰落技术第二十六页，共96页。衰落衰落(shuil(shuilu)u)快衰落快衰落Rapid fadingRapid fading和慢衰落和慢衰落Slow fading(Slow fading(按持续时间划分按持续时间划分):):慢衰落：持续时间长的叫慢衰落，其持续时间一般长达数分种到几小慢衰落：持续时间长的叫慢衰落，其持续时间一般长达数分种到几小时。时。快衰落：持续时间短的叫快衰落

18、，一般发生在几秒到几分钟之间。快衰落：持续时间短的叫快衰落，一般发生在几秒到几分钟之间。上衰落上衰落Up fadingUp fading和下衰落和下衰落Down fading(Down fading(按接收点场强的高低划分按接收点场强的高低划分):):上衰落：高于自由空间电平值的叫上衰落上衰落：高于自由空间电平值的叫上衰落下衰落：低于自由空间的电平值的叫下衰落下衰落：低于自由空间的电平值的叫下衰落多径衰落多径衰落Multipath fadingMultipath fading和闪烁衰落和闪烁衰落(按衰落发生的物理成因划分按衰落发生的物理成因划分):):闪烁衰落：主要是因为大气局部微小扰动引起电

19、波射束散射所造成，闪烁衰落：主要是因为大气局部微小扰动引起电波射束散射所造成，各散射波的振幅小，相位着大气变化而随机变化。结果它们在接收点各散射波的振幅小，相位着大气变化而随机变化。结果它们在接收点的合成振幅变化很小，对主波影响不大，因此，这种衰落对视距微波的合成振幅变化很小，对主波影响不大，因此，这种衰落对视距微波接力电路的稳定性影响不大。接力电路的稳定性影响不大。多径衰落：主要是由于多径传播造成的，它是视距传播信道深衰落的多径衰落：主要是由于多径传播造成的，它是视距传播信道深衰落的主要原因。所谓多径传播，就是电波离开发射天线后，通过两条以上主要原因。所谓多径传播，就是电波离开发射天线后，通

20、过两条以上的不同路径的不同路径(ljng)(ljng)到达接收天线的传播现象。到达接收天线的传播现象。各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术衰落的种类衰落的种类第二十七页，共96页。衰落(shuilu)衰落现象规律:波长短，距离(jl)长，衰落严重跨水面，平原，衰落严重夏秋季衰落频繁昼夜交替时，午夜容易出现深衰落雨过天晴及雾散容易出现快衰落各种(zhn)衰落及抗衰落技术第二十八页，共96页。由于雨、雾、雪能对电波能量的吸收，微小水滴产生导电电流和定向辐射能量的散射。这种作用对5CM（即6GHZ）以下的微波才有明显作用，长于此波长的可不考虑。一般情况10GHz 以下频段，雨雾衰落还

21、不太严重(ynzhng)，通常在两站间的这种衰落仅有几个dB。但10GHZ以上频段，中继段间的距离将受到降雨衰耗的限制，不能过长。在微波规划时，可用下图的曲线来计算。各种(zhn)衰落及抗衰落技术雨雾(y w)衰减 Attenuation due to Rain and Fog第二十九页，共96页。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(xinzh)，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，15GHZ频段，一般最大中继距离在10km左右在20GHZ以上频

22、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)雨衰越厉雨衰越厉害！害！高频段可以高频段可以(ky)做用做用户级传输户级传输各种衰落及抗衰落技术雨雾衰减 Attenuation due to Rain and Fog第三十页，共96页。微波信号的K型衰落:对流层结构的不均匀产生的折射和反射。我们知道介电常数(ji din chn sh)决定电磁波的传播速度。而空气的介电常数(ji din chn sh)取决于大气压力，温度，湿度。介电常数(ji din chn sh)的空间梯度变化导致电波传输射线弯曲。使得到达接收天线的信号能量降低。这就是所谓的K型衰落。气象条件变化

23、通常比较是缓慢的，因此受其影响产生的衰落是慢衰落。各种(zhn)衰落及抗衰落技术对流层对微波(wib)传播的影响第三十一页，共96页。因为大气折射的影响，波在传播过程(guchng)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 的地球上空沿直线传播。即：=KR 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。R哇！微波哇！微波(wib)是是弯着走的弯着走的大气(dq)折射（refraction in the atmosphere）:各种衰落及抗衰落技术对流层对微波传播的影响第三十二页，共96页。微

24、波(wib)传播(Microwave Propagation)k 1正折射正折射(zhsh)k=1无折射无折射(zhsh)k 1负折射负折射各种衰落及抗衰落技术对流层对微波传播的影响第三十三页，共96页。k=4/3 12/3 True earth radius(r)Ground clearance2/3 4/31k=等效地球半径等效地球半径Equivalent earth radius(rk)Ground clearance等效地球等效地球(dqi)(dqi)半径半径在温带地区称K=4/3时折射为标准折射，此时的大气称为标准大气压,a e=4a/3称为标准等效(dn xio)地球半径各种(zh

25、n)衰落及抗衰落技术对流层对微波传播的影响第三十四页，共96页。这是一种由多经传输引起的干涉型衰落，它是由于直射波与地面反射波（或在一定条件下的绕射波）到达接收点由于相位(xingwi)不同相互干涉造成的衰落。其干涉的程度与行程差有关，而在对流层中行程差是随K值的变化的所以称为K型衰落。这种衰落在线路经过水面、湖泊、或平滑地面时更为严重，所以在选择路由时要尽量避免，不可能回避时一定要采用高低天线技术使反射点靠近一端减少反射波的影响，或采用高低天线加空间分集技术或抗反射波天线等来克服多经反射的影响。K型衰落(shuilu)各种(zhn)衰落及抗衰落技术对流层对微波传播的影响第三十五页，共96页。

26、由于各种气象条件的影响，如早上地面被太阳晒热、晚上地面的冷却，以及高气压地区都会在大气层中形成不均因匀体，当电波通过这些不均匀体时，将产生超折射相现，形成大气波导。如在无风的气候，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(dozh)衰减性衰落。这种衰落的时间较长，有时可达几十分钟这种情况发生时只有靠工程经验解决。具体问题具体分析具体措施解决。所以设计时就要考虑当地地形所以设计时就要考虑当地地形(dxng)与气候与气候波导型衰落(shuilu)及原因:各种衰落及抗衰落技术对流层对微波传播的影响第三十六页，共96页。RefractedDirectReflected地面

27、反射对微波(wib)传播的影响微波(wib)的多径传播各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术第三十七页，共96页。Diffracted微波(wib)的多径传播各种(zhn)衰落及抗衰落技术地面反射对微波(wib)传播的影响第三十八页，共96页。不同地形对电波的影响,一般分为：反射 Reflect地面把天线发出的一部分信号能量反射到接收天线，与直射(zh sh)波产生干涉，在接收点它们的矢量相加，结果收信电平与自由空间接收电平比较时大时小。对于水面或光滑地面，反射的影响作用更为明显。绕射 Diffract刃形障碍物。散射 Dispersion由于地面散射对电波的主射波影响不大，可以

28、不考虑。各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术地面反射(fnsh)对微波传播的影响第三十九页，共96页。绕射绕射 Diffracted微波(wib)传播模式 Microwave Propagation路径(ljng)上刃形障碍物的阻挡损耗各种(zhn)衰落及抗衰落技术地面反射对微波传播的影响第四十页，共96页。路径上刃形障碍物的阻挡路径上刃形障碍物的阻挡(zdng)(zdng)损耗损耗刃形障碍物不可能阻挡所有的费涅耳区，所以在收信点仅有一部分费涅耳区的能量绕过，使接收点多少有一定电平数。而这个数值一定低于自由空间电平。这个由于刃形障碍物的阻挡而增加的损耗我们称之为附加(fji)损

29、耗。当障碍物的尖锋正好落在收发两端的连线上，即H C=0时，附加(fji)损耗为6dB;当障碍物的顶锋超过收发两端的连线时，附加(fji)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(fji)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。各种(zhn)衰落及抗衰落技术地面反射对微波传播的影响第四十一页，共96页。Reflections-from atmospheric layers-from ground-from buildings反射(fnsh)损耗（reflection Loss）各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术地面

30、反射对微波传播(chunb)的影响第四十二页，共96页。微波(wib)传播模式 Microwave Propagation直接直接(zhji)传播传播 Direct反射反射 Reflected平坦地形平坦地形(dxng)(dxng)对电波的反射对电波的反射:各种衰落及抗衰落技术地面反射对微波传播的影响第四十三页，共96页。平坦地形是指不考虑地球曲率，认为两站间的地形为平坦情况。在实际的微波通信工程线路中，总是将收（R）发（T）天线对准，以便接收端收到较强的直射波。但是根据惠更斯原理总会有部分电波射到地面(dmin)，所以在接收点除直射波外还有经地面(dmin)反射并满足反射条件（入射角等于反射

31、角）的反射波。平坦地形对电波(din b)的反射各种(zhn)衰落及抗衰落技术地面反射对微波传播的影响第四十四页，共96页。Flat fading(电平(din pn)衰落)The loss is uniform across the frequency spectrumSelective fading(频率选择性衰落)The loss varies across the frequency spectrum多径衰落(shuilu)各种(zhn)衰落及抗衰落技术地面反射对微波传播的影响第四十五页，共96页。Frequency(MHz)Received power level(dBm)Norma

32、lFlatSelective多径衰落(shuilu)各种(zhn)衰落及抗衰落技术地面反射对微波传播(chunb)的影响第四十六页，共96页。1 hRecording of typical multipath fadingRx level during fading free timeThreshold level(-30dB level)Bit error interruption of communication(rapid fading)“Up Fading”多径衰落(shuilu)各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术地面(dmin)反射对微波传播的影响第四十七页，共96

33、页。地面地面(dmin)大气大气(dq)不不均匀均匀水面水面光滑地面光滑地面是主要原因是主要原因天线(tinxin)挂高决定反射点位置由于折射波，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多径衰落及原因:各种衰落及抗衰落技术地面反射对微波传播的影响第四十八页，共96页。数字微波系统(xtng)的抗衰落技术1.频域均衡器2.时域均衡器3.空间(kngjin)分集接收空间(kngjin)分集的距离：H大于100150入H 空间分集各种衰落及抗衰落技术第四十九页，共96页。信号信号(xnho

34、)频谱频谱多径衰落多径衰落(shuilu)斜率斜率(xil)均衡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各种衰落及抗衰落技术数字微波系统的抗衰落技术第五十页，共96页。.均衡均衡(jnhng)前前均衡均衡(jnhng)后后时域均衡直接(zhji)抵消码间干扰TTT时域均衡各种衰落及抗衰落技术数字微波系统的抗衰落技术第五十一页，共96页。对抗频率(pnl)选择性衰落:只对于大容量宽带系统产生严重影响，区别于平衰落。影响幅频特性，造成码间串扰。设备性能(xngnng)决定了对抗这种衰落的能力。各种(zhn)衰落及抗衰落技术数字微波系统的抗衰

35、落技术第五十二页，共96页。多径传播(chunb)地面反射各种(zhn)衰落及抗衰落技术数字微波系统(xtng)的抗衰落技术第五十三页，共96页。方法(fngf)一：利用某些地形、地物阻挡反射波各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术数字微波系统的抗衰落(shuilu)技术第五十四页，共96页。方法(fngf)二：高低天线法各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术数字微波系统的抗衰落(shuilu)技术第五十五页，共96页。h1Dh=ld4h1l=Wave lengthd=Path lengthTxRxl/2Dh空间(kngjin)分集的间距计算各种(zhn)衰落及抗衰

36、落技术第五十六页，共96页。TXTXRXRXf1f1f1f1Alarmf1f1f1f1热备份(bi fn)和空间分集（Hot Stand-by and Space Diversity）各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术数字微波系统的抗衰落(shuilu)技术第五十七页，共96页。TXTXRXRXf1f1f2f2Alarm工作(gngzu)备份和频率分集（Working Stand-by and Frequency Diversity）各种衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)技术数字微波(wib)系统的抗衰落技术第五十八页，共96页。f1f1 or(or(f1f1+f2

37、f2)热备份(bi fn)或工作备份(bi fn)（Hot Standby or Working Standby）各种(zhn)衰落及抗衰落技术数字微波系统的抗衰落(shuilu)技术第五十九页，共96页。几个基本概念自由空间的电波传播各种(zhn)衰落及抗衰落技术微波通信对设计的要求干扰信号微波通信的基本原理第六十页，共96页。点对点视距传播通信的要求微波设计目标传输余隙微波线路的分类K值在微波规划(guhu)中的意义微波通信对设计(shj)的要求第六十一页，共96页。很小的发射功率一只有利用具有很强的方向性天线实现通信(tng xn)，要想实现较长距离通信(tng xn)，只有适当加大天线

38、或加大功率。点对点视距传播通信(tng xn)的要求微波通信对设计(shj)的要求第六十二页，共96页。K=4/3时时,第一费涅耳区无障碍物第一费涅耳区无障碍物(The 1st Fresnel shall be free from obstacles when k=4/3)在传播经过在传播经过(jnggu)水面或沙漠地区时水面或沙漠地区时,建议建议K=1时时,第一费涅耳区无障第一费涅耳区无障碍物碍物 (On paths over water surfaces or desert areas,it is recommended to have the 1st Fresnel zone free

39、from obstacles when k=1(See also ITU-R Rec.P.530)Distance 50 km k=4/31st Fresnel zone微波设计(shj)目标(Microwave Propagation Design Objective)微波通信对设计(shj)的要求第六十三页，共96页。传输(chun sh)余隙TR0.50dB1.0-10-60当当相相对对余余隙隙大大于于0.5，阻阻挡挡损损耗耗为为0dB,障障碍碍物物的的顶顶部部恰恰好好在在视视距距连连线线(lin xin)上时，阻挡损耗为上时，阻挡损耗为6dB。余隙微波通信对设计(shj)的要求第六十四

40、页，共96页。余隙计算(j sun)d地球凸起高度：其中K为大气折射(zhsh)因子路径(ljng)余隙的计算公式：余隙可得大于一阶余隙可得大于一阶费涅尔半径费涅尔半径微波通信对设计的要求传输余隙第六十五页，共96页。自由空间余隙自由空间余隙在下图中：在=1时考虑地面的影响，第一次出现收信电平等于自由空间电平时(pngsh)HC/F1=0.577。在1时，第一次出现收信电平等于自由空间电平时(pngsh)HC/F1=0.577。我们把HC/F1=0.577时的余隙称为自由空间余隙，用H0表示。它的表达式为：H0=0.577 xF1=（d1d2/d）1/2 微波通信对设计(shj)的要求传输(c

41、hun sh)余隙第六十六页，共96页。0.7(即地面反射(fnsh)系数较大 的电路，如平坦、水网地区)这种地形主要防止过大的反射(fnsh)衰落，应按满足下标准控制天线高度：K=2/3时，hc 0.3F1 (对一般障碍物)hc 0 (对刃形障碍物)k=4/3时，hc F1 K=时，hc 1.35 F1 (因为21/2 F1时就会出现深衰落)如上述情况不能被满足时,那就改变天线高度或更改路由。K值在微波(wib)规划中的意义微波通信对设计(shj)的要求第六十七页，共96页。几个基本概念自由空间的电波传播(chunb)各种衰落及抗衰落技术微波通信对设计的要求干扰信号微波通信的基本原理第六十八

42、页，共96页。干扰(gnro)源临站干扰(gnro)越站干扰(gnro)抗干扰(gnro)途径干扰信号第六十九页，共96页。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(dinl)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。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、“汽般声”、组

43、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。干扰信号第七十页，共96页。邻站干扰(gnro)(Neighbouring Station Interference)干扰信号第七十一页，共96页。Site ASite BSite CSite GSite FSite ESite DInterfering signal path越站干扰(gnro)干扰信号第七十二页，共96页。Methods to reduce interferenceTransmitter attenuationHigh performance antennaPolarizationLarger ant

44、ennasFrequency separation抗干扰的途径(tjng)干扰信号第七十三页，共96页。第一章第一章 微波通信的基本介绍微波通信的基本介绍第二章第二章 微波通信的基本原理微波通信的基本原理第三章第三章 微波信号的调制方式微波信号的调制方式(fngsh)第四章第四章 微波频率规划微波频率规划第五章第五章 微波中继站微波中继站微波通信原理(yunl)第七十四页，共96页。调制原理二径模型数字(shz)微波调制技术PSK调制QAM调制横包络调制ATPC调制干扰信号第七十五页，共96页。微波(wib)传输系统的基本构成ModTransmitterReceiverDemDown conv

45、erterin IFIF SignalRecoveryIFCarrierModulationUp converterRF channelTxRx天线(tinxin)系统IFmicrowaveIFBB:Base bandBase bandBase bandIF:Intermediate FrequencyRF:Radio Frequency(300MHz-30 GHz)微波信号的调制(tiozh)方式调制原理第七十六页，共96页。微波发射过程(guchng)频谱搬移微波信号的调制(tiozh)方式调制(tiozh)原理第七十七页，共96页。无线传输(chun sh)模型调调制制(tiozh)中中

46、放放上上变变频频功功放放滤滤波波(lb)调调制制中中放放上上变变频频功功放放滤滤波波放放大大下下变变频频中中放放滤滤波波解解调调发送部分发送部分接收部分接收部分判判决决V(t)微波信号的调制方式调制原理第七十八页，共96页。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分布合理以保证传输质量所以常采用QAM调制方式调制方式(fngsh)中小容量微波中小容量微波:要求调制方式要求调制方式(fngsh)对器件的线性要求不高对器件的线性要求不高,所以常采用所以常采用,象象FSK,PSK等的恒包络调制等的恒包络

47、调制数字微波(wib)调制技术微波信号(xnho)的调制方式第七十九页，共96页。1、调制技术和限带传输(chun sh)为了提高频谱利用率，广泛采用多电平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(chun sh)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

48、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

49、插入损耗6.6dB.数字微波(wib)调制技术微波信号(xnho)的调制方式第八十页，共96页。利用同相和正交的载波(zib)传输数字信息，编码逻辑载波(zib)恢复时的相位含糊问题。QAM调制(tiozh)技术微波信号(xnho)的调制方式第八十一页，共96页。64QAM&128QAM微波信号(xnho)的调制方式第八十二页，共96页。第一章第一章 微波通信的基本介绍微波通信的基本介绍第二章第二章 微波通信的基本原理微波通信的基本原理第三章第三章 微波信号的调制微波信号的调制(tiozh)方式方式第四章第四章 微波频率规划微波频率规划第五章第五章 微波中继站微波中继站微波通信原理(yunl)

50、第八十三页，共96页。85432102013040501.52.5区域网长距离干线网区域和本地网，边际网 2834Mbit/s34140155Mbit/s2834140155Mbit/s3.311 GHzGHz微波频率(pnl)资源的使用微波频率(pnl)规划第八十四页，共96页。Channel numberFrequencyF3F1F2Fo12n1nLower half bandUpper half bandCenter frequencyFo:Center frequency2频率(pnl)规划微波(wib)频率规划第八十五页，共96页。One frequency pair per cha

51、nnelOne frequency pair per channelTxRxTxRxChannelChannel11nn11nn频率(pnl)规划微波频率(pnl)规划第八十六页，共96页。第一章第一章 微波通信的基本介绍微波通信的基本介绍(jisho)第二章第二章 微波通信的基本原理微波通信的基本原理第三章第三章 微波信号的调制方式微波信号的调制方式第四章第四章 微波频率规划微波频率规划第五章第五章 微波中继站微波中继站微波通信原理(yunl)第八十七页，共96页。微波(wib)站分类终端终端(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

52、有源无源无源 再生中继再生中继 中频中继中频中继 射频中继射频中继中继站第八十八页，共96页。射射频直放站：直放站：射射频直放站是一种有源、双向、无直放站是一种有源、双向、无频移射移射频中中继系系统。由于它直接在。由于它直接在射射频上将信号放大，所以称之上将信号放大，所以称之为射射频直放站直放站再生中再生中继站：站：再生中再生中继站是一种高性能的高站是一种高性能的高频率率转发器。它可以用来器。它可以用来扩大微波通信大微波通信系系统的距离限制，或者用来偏的距离限制，或者用来偏转(pinzhun)传输方向，以方向，以绕过视线障碍物，不会引起信号障碍物，不会引起信号质量量恶化。接收的信号化。接收的信

53、号经过完全的再生和放大，完全的再生和放大，然后然后转发。Active Repeaters中继站有源中继站Active repeaters第八十九页，共96页。双抛物面无源中继站双抛物面无源中继站 Parabolic reflectors Parabolic reflectors：由两个由两个(lin)(lin)抛物面天线背对背地用一段波导管连接而组成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反射板式无源中继站 Plane reflectors Plane reflectors：一块表面具有一定的平滑度、且在适当的有效面积并相对于两通信点一块表面具有一定的平滑度、且在适当的有效面

54、积并相对于两通信点有合适的角度和距离的金属板，也是一个微波无源中继站。有合适的角度和距离的金属板，也是一个微波无源中继站。中继站无源(w yun)中继站Passive repeaters第九十页，共96页。双抛物面无源(w yun)中继站Passive repeater with two parabolic reflectorsL1PTG1L2G2L3G3L4PRG4L5PT：发射机输出功率（简称发射功率）PR：接收机输入(shr)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：接收天线至接收机间的

55、馈线损耗G1、G2、G3、G4：分别为四个微波天线的增益中继站第九十一页，共96页。加无源中继站的自由空间损耗加无源中继站的自由空间损耗:F=10G:F=10GLdBLdB92.492.420logF(GHz)20logF(GHz)20logd120logd192.4+20logF(GHz)+20logd292.4+20logF(GHz)+20logd2 =92.4+20+23.5+92.4+20+14=262.3dB =92.4+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不需要增加无源中继站的自由空间损耗:F=10G:F=10GLdBLdB92.4

56、92.420logF(GHz)20logF(GHz)20logd20logd =92.4+20+26=138.4dB =92.4+20+26=138.4dB无源转发的空间损耗增加了无源转发的空间损耗增加了=262.3-138.4=123.9dB=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62dB62dB。然而，。然而，直径超过直径超过3 3米的天线运输和安装调试都有的一定难度。米的天线运输和安装调试都有的一定难度。实际上尽量选用高的工作频率，因为相同口径的天线，频率的高低实

57、际上尽量选用高的工作频率，因为相同口径的天线，频率的高低(god)(god)与其增益与其增益成正比。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1Km1Km的原因。的原因。中继站双抛物面无源(w yun)中继站第九十二页，共96页。例例2:d1=19Km,d2=1Km,d=d1+d2=20Km2:d1=19Km,d2=1Km,d=d1+d2=20Km加无源加无源(w yun)(w yun)中继站的自由空间损耗中继站的自由空间损耗:F=10G:F=10GLdBLdB92.492.420logF(GHz)20logF(GHz)20logd12

58、0logd192.4+20logF(GHz)+20logd292.4+20logF(GHz)+20logd2 =92.4+20+25.6+92.4+20+0=250.4dB =92.4+20+25.6+92.4+20+0=250.4dB不需要增加无源不需要增加无源(w yun)(w yun)中继站的自由空间损耗中继站的自由空间损耗:F=10G:F=10GLdBLdB92.492.420logF(GHz)20logF(GHz)20logd20logd =92.4+20+26=138.4dB =92.4+20+26=138.4dB无源无源(w yun)(w yun)转发的空间损耗增加了转发的空间损

59、耗增加了=250.4-138.4=112dB=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。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，尽量使无源在条件允许的情况下，尽量使无源(w yun)(w yun)站的一端站距小于站的一端站距小于1Km1Km的原因。的原因。中继站双抛物面无源(w yun)中继站第九十三页，共96页。这种情况往往(wngwng)用大口径天线，天线调整要借助于仪表。费时较长近端距离近端距离(jl)要小要小于于5KM中继站双抛物面无源(w yun)中继站第九十四页，共96页。Passive repeater with plane reflector中继站反射(fnsh)板式无源中继站第九十五页，共96页。全程(qunchng)自由空间损耗为：（km）（km）其中(qzhng)a为反射板有效面积(m2)面积面积(min j)A中继站反射板式无源中继站第九十六页，共96页。