数字微波通信基本原理培训

数字微波通信基本原理微波用服部郑晓辉内部公开▲目前在传输领域存在着如下几种不同的传输方式目前在传输领域存在着如下几种不同的传输方式MUX卫星光缆传输微波链路同轴电缆MUX内部公开▲传输网络基本概念传输网络基本概念一、光传输二、微波传输三、卫星传输内部公开▲各种传输的优缺点各种传输的优缺点一、光传输1传输稳定，适合作为干线的传输2应用范围广3缺点：造价高，受地形影响二、微波传输1传输受天气影响，适合作为接入，也可以作为干线传输2应用范围广3造价低三、卫星传输1应用于特殊情况2租用费用昂贵内部公开▲微波通信基础微波传播特性以及组网特点微波频率的基本介绍传输质量标准典型应用内容安排内容安排数字微波通信基本原理培训内容数字微波通信基本原理培训内容数字微波通信基本原理培训内容内部公开▲微波通信基础微波通信基础内部公开▲数字微波链路数字微波链路无线传输媒质内部公开▲无线电波传播途径无线电波传播途径无线电波通过多种传输方式从发射天线到接收天线，主要有：表面波传播（1）天波（2）散射波（4)外层空间波（5）等内部公开▲微波链路介绍微波链路介绍广播方式n可以达到最大的覆盖n每个信道只能传送一套节目n主要应用于FM、AM、SW、MW、电视图像等的广播无线传输两种基本应用情况微波链路n点对点无线传输n每对微波传输链路需端接复用设备n主要应用:军事通信、民用通信等传输网络内部公开▲典型的数字微波通信网络典型的数字微波通信网络23GHz(nxE1)13GHz(nxE1)15GHz(nxE1)微波站ZXMWPR10微波站ZXMWPR10微波站ZXMWPR10微波站ZXMWPR10通信中心区域中心区域中心ZXMWSR10SDH2-11GHz(1E1-STM1)2-11GHz1E1/STM1ZXMWSR10SDHZXMWPR10ZXMWSR10SDH2-11GHz(1E1-STM1)13GHz(nxE1)内部公开▲微波定义微波定义频率：300MHZ～300GHZ波长：1m～0.1mm波段：UHF:0.3-1.12GC：3.95-5.85GL:1.12-1.7GXC：5.85-8.2GLS：1.7-2.6GX：8.2-12.4GS：2.6-3.95GKU：12.4-18GK:18-26GU:40-60Gl10Km1Km100m10m1m10cm1cm1mmf30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHzLFMFHFVHFUHFSHFEHFmicrowave内部公开▲微波传输容量和速率微波传输容量和速率LineRate(Mb/s)SDHSignalPDHSignal#E1(2048kb/s)2.0481E18.1924E116.3848E134.36816E151.84Sub-STM-121155.52STM-163622.08STM-42488.32STM-16内部公开▲微波频谱在各个频段的应用微波频谱在各个频段的应用内部公开▲微波特点微波特点特点：1.波长短，可直线传播，可设计成体积小，方向性好，增益高的天馈系统2.频率高，可用的带宽大，信息容量大3.可穿透电离层4.描述需用场的概念，电场、磁场、电磁波5.具有波动性内部公开▲微波建网特点微波建网特点n具有可快速安装的能力；n具有可重复利用现有的网络基础设施的能力（数字微波利用模拟微波的基础设施）；n具有容易穿越复杂地形(跨江、湖及山头)的能力；n具有在偏僻的山利用点对多点微波传输结构的能力；n具有在自然灾害发生后快速恢复通信的能力；n具有用于混合的多传输媒质的保护的能力。n上述诸多优点不仅应用于城市市区的固定结点或临时结点和馈送路由，而且也用于很长的长途路由。内部公开▲微波通信系统配置微波通信系统配置设备基本配置nODU-室外单元nIDU－室内单元nIFCABLE-中频电缆n天线n机架（可选）n公务（可选）内部公开▲微波系统一般结构（分体式系统）微波系统一般结构（分体式系统）内部公开▲系统图系统图中继站点中继站点网管中心网管中心分支站点分支站点内部连接内部连接终端站点终端站点微波链路微波链路AABBCCDDEEFF内部公开▲无线传输模型无线传输模型调制中放上变频功放滤波调制中放上变频功放放大下变频中放滤波解调发送天线接收天线akak内部公开▲微波网络中的站型分类微波网络中的站型分类内部公开▲n终端站：处于微波线路的两端或分支线路终点。它只对一个方向收信和发信。终端站可以上下所有的支路信号，并可以作为监控系统的集中监视站或主站。n中继站：处于线路中间，只完成微波信号的放大和转发，不上下话路。设备比较简单。n枢纽站：处于干线上，完成数个方向的通信任务，可以上下全部或部分支路信号。监控系统中，枢纽站一般作为主站。内部公开▲微波站分类微波站分类终端站中继站枢纽站背靠背天线反射板有源无源再生中继中频中继射频中继内部公开▲背靠背无源中继背靠背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。近端距离要小于5KM内部公开▲反射板无源中继反射板无源中继jd1d2全程自由空间损耗为：Lddas=+-1421202012.loglog（km）（km）其中a为反射板有效面积m2面积aaA=cosj2内部公开▲微波频率划分微波频率划分微波频段：2GHz频段（1.7--1.9GHz;1.9--2.3GHz;2.4GHz;2.49--2.69GHz)4/5GHz频段（3.4--3.8GHz;3.8--4.2GHz;4.4--5.0GHz;5.8GHz)6GHz频段（5.925--6.425GHz;6.430--7.110GHz)7GHz频段（7.125--7.425GHz;7.425--7.725GHz;)8GHz频段（7.725--8.275GHz;8.275--8.5GHz;8.50--8.75GHz)11/13GHz频段（10.7--11.7GHz;12.75--13.25GHz;)15/18GHz频段（14.50--15.35GHz;17.7--19.7GHz;)23GHz频段;26GHz频段;38GHz频段内部公开▲微波链路考虑的内容微波链路考虑的内容n无线传输链路设备的主要特性如下：l频率计划l链路传输容量l占用频谱宽度l发射功率l接收机噪声系数l接收机门限-上衰落门限：收信机入口可接受的最大输入信号电平（规定的误比特率条件下）(输入电平过载失真误码)-下衰落门限：收信机入口可接受的最大输入信号电平（规定的误比特率BER=10-3）内部公开▲频率适用范围频率适用范围85432102013040501.52.5区域网络国家网络区域网络和本地网络2834Mbit/s34140155Mbit/s2834140155Mbit/s3.311GHzGHz内部公开▲建议常用频率使用建议常用频率使用n对于长站距的PDH微波电路(一般距离在15Km以外)，建议采用8GHz频段；若站距不超过25Km也可考虑采用11GHz频段，具体视当地的气候条件和微波传输断面而定。n对于短站距的PDH微波电路(一般用于接入层，距离在10Km以内)，可考虑采用11GHz、13GHz、14GHz、15GHz和18GHz频段。n对于长站距的SDH微波电路(一般距离在15Km以外)，建议采用5GHz、6GHz、7GHz和8GHz频段；若站距不超过20Km也可考虑采用11GHz频段，具体视当地的气候条件和微波传输断面而定。n7G、8G、11G、13G、15G、18G、23G不连续，微波的频率资源国际上有定义的，雷达要用，传输用的微波是在4G以上，2G让给移动通讯，以前微波通讯用过1.5G，后来ITU－T决定让移动通讯用2G，9G给气象雷达用。内部公开▲无线链路传播特征无线链路传播特征n电磁波的辐射与传播n链路预算n射频干扰n数字信号传输质量内部公开▲无线信号的传播无线信号的传播微波链路的传播，需要满足视通条件（LOS）：收发信天线之间具备合适的余隙。传播媒质为大气层的较低层：(地球表面：几米到几百米，甚至上千米的范围内）大气中介质的不均匀性会影响无线电波的传播：1°)路径地球突起曲率2°)反射、发散、汇聚等各种无规律情形的发生内部公开▲无线电波传播无线电波传播折射部分反射吸收漫射i.1i.2n1n2n1*sini.1=n2*sini.2n1n2基本成水平状态气体和水汽频率.15GHz:不明显20GHz时：0.1dB/km雨频率10GHz漫射区域500Km内部公开▲无线电波传播无线电波传播绕射反射单刃障绕射球形（平坦型）绕射内部公开▲无线传播无线传播R假想地球曲率半径实际地球曲率半径Ro标准空气的ΔN=-39N.unitsKmK=R/Ro=4/3hh无线传播路径海平面的空气折射率：n=1,000315N=315NunitsΔN:空气折射率梯度ΔN可能达到或超过两种极端值：+250或-350,但时间概率极小通过假想地球半径--8500km，来简化无线链路的理解与计算内部公开▲h1h2dabap=-+3602212()hhddka)2(236021kaddhh--=pb其中a为地球半径6370KM，K为大气折射因子。微波传播特性微波传播特性内部公开▲自由空间传输损耗自由空间传输损耗)(log20)(log205.92)(KMdGHzfdBLs++=其中f为工作频率，d为站点间距，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。内部公开▲正常收信电平正常收信电平设备入口的收信电平为：PPGGLLLrTRkks=++---012其中为发端设备的出口发信功率，为发、收端天线增益，为两端馈线损耗，为自由空间损耗。P0GGTR,LLkk12,Ls内部公开▲阻挡和费涅尔半径阻挡和费涅尔半径一阶费涅尔半径如下：Txhnd1d22121111⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=ddhl一般情况余隙都要保证一个一阶费涅尔半径(7/8GHz)Rx内部公开▲余隙计算余隙计算地球凸起高度：h2h1d1d2dbhhshc其中K为大气折射因子路径余隙计算公式如下：余隙可大于一阶费涅尔半径Kddhb210785.0=schKddddhdhh--+=2112210785.0内部公开▲传输余隙传输余隙hc0.50dB1hhC60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。余隙RT内部公开▲对主接收天线a.微波频率低于7GHz当K＝4/3时取1.0F当K＝2/3时取0.4F(平坦地带)当K＝2/3时取0F(锲型阻挡物)当K＝2/3时取0.3F(非锲型阻挡物)b.微波频率大于7GHz当K＝4/3时取1.0F当K＝2/3时取0.577F(平坦地带)当K＝2/3时取0F(锲型阻挡物)当K＝2/3时取0.3F(非锲型阻挡物)对空间分集接收天线当K＝4/3时取0.6FF：第一费涅尔半径余隙选择标准内部公开▲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的地球上空沿直线传播。即：=KRR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。大气折射大气折射ReReReR哇！微波是弯着走的内部公开▲衰落及其原因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。多径衰落分平衰落和频率选择性衰落。合成波的电平比自由空间传输电平低称为下衰落，高称为上衰落。地面•大气不均匀•水面•光滑地面是主要原因内部公开▲衰落及其原因衰落及其原因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。还是气候原因内部公开▲衰落及其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。所以设计时就要考虑当地地形与气候内部公开▲雨雾衰耗雨雾衰