微波通信技术培训ppt课件

Training R1A TZY1广东和新科技有限公司Wireless Transmission无线传输Training R1A TZY2广东和新科技有限公司第一章第一章 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第六章第六章 微波设备及维护简介微波设备及维护简介第七章第七章 无线光通信无线光通信FSOTraining R1A TZY3广东和新科技有限公司微波的基本概念微波Microwave:微波是全部电磁波频谱的一个有限频段，频率在300MHz到300GHz之间(波长在1m到1mm之间)，微波一般称为厘米波。同一频段内电磁波有大致相同的传播特性，不同频段则差异较大。例如中长波绕射能力强，可沿地面传播，短波由电离层反射能力强，多利用电离层反射来进行远距离通信，而微波却只能在大气对流层中象光波一样作直线传播，即所谓的视距传播，其绕射能力弱，传播过程中遇到不均匀介质时，将产生折射与反射现象。微波通信通常有地面微波接力通信、微波一点多址通信、卫星通信和微波散射通信。在这里主要讨论的是地面微波接力通信。Training R1A TZY4广东和新科技有限公司LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GHz30GHz 300GHz300GHzInfra-red rayVisible light微波信号的频率范围Training R1A TZY5广东和新科技有限公司BroadcastingnMaximum coveragenOne programme per radio channelnApplications:Radio(LW,MW,SW,FM);TV etc.Microwave linksnRadio beamnOne multiplex per radio channelnApplications:Civiliars and military telecommunication networks广播点点视距微波Training R1A TZY6广东和新科技有限公司通常把频率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Training R1A TZY7广东和新科技有限公司第一章第一章 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第六章第六章 微波设备及维护简介微波设备及维护简介第七章第七章 无线光通信无线光通信FSOTraining R1A TZY8广东和新科技有限公司 几个基本概念 自由空间的电波传播 各种衰落及抗衰落技术 微波通信对设计的要求 干扰信号Training R1A TZY9广东和新科技有限公司 电波的干涉及极化 矩形波导的场结构 惠更斯费涅耳原理 费涅耳椭球面 费涅耳区定义 费涅耳半径Training R1A TZY10广东和新科技有限公司抵消增强Pd1d2 干涉强弱决定于 d1-d2=m/2AB当m为偶数时增强；当m为奇倍时减弱。入射面地面入射面地面EEZZE YEXZXYXYEYEXZ圆极化波、椭圆极化波水平线极化波垂直线极化波电波的干涉和极化Training R1A TZY11广东和新科技有限公司矩形波导中H10模的场结构aH10H10模是波导中传输的电模是波导中传输的电磁波主模，截至波长最长磁波主模，截至波长最长为为2a2a。向左图那样放置波导，它向左图那样放置波导，它的电力线与地面垂直。的电力线与地面垂直。所以这样的极化方式称垂所以这样的极化方式称垂直极化直极化V VVerticalVerticalH=HorizontalH=HorizontalbTraining R1A TZY12广东和新科技有限公司ABa1aa3a4a5a6a7a8a9a10a11a122b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12波源ssEEHHHS0惠更斯原理二次波源示意图示意图 惠更斯费涅耳原理Training R1A TZY13广东和新科技有限公司 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也是球面波、三次、四次.波前面也是球面波。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。Training R1A TZY14广东和新科技有限公司互易定理的概念:在线性和各向同性的媒质中，任何无线电路上，当发射天线互换时，不会影响电路的传输特性；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，因此在其中就可以简化工程计算。惠更斯费涅耳原理Training R1A TZY15广东和新科技有限公司费涅耳椭球面 假定有一个微波中继段发信点为T，收信点为R，站间距为d，平面上一个动点P到两个定点（T、R）的距离若为一个常数，则此点的轨迹为一个椭圆。在空间此动点的轨迹是一个旋转椭球面。对于电波传播，这个常数当为d+/2时，得到的椭球面称为第一费涅耳椭球面；常数为d+2/2时，得到的椭球面称为第二费涅耳椭球面.常数为d+N/2时，得到的椭球面称为第N费涅耳椭球面.Training R1A TZY16广东和新科技有限公司d1d2dd1+d2-d=/2费涅耳椭球面Training R1A TZY17广东和新科技有限公司TR无 限 大 平 面s1s2s3sns1s2s3sn无 限 大 平 面任 意费 涅 尔 区 的 划 分 示 意 图d1d2oF1F2F3FN费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY18广东和新科技有限公司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:如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从T或R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，再往外的圆环称为第三费涅耳区、第四费涅耳区.第N费涅耳区。这些圆和环我们可以把它们近似地看成，都为在垂直于地面且垂直与T与R间射线的平面区域图形。The First Fresnel Zone费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY19广东和新科技有限公司The First Fresnel ZoneTotal received signalDirect signal1st zoneReflected signal180 180/2费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY20广东和新科技有限公司1st zone+2nd zone-The Second Fresnel ZoneThe signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sightLine of sight费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY21广东和新科技有限公司Total received signalDirect signal2nd zone1st zoneReflected signal180180 The Second Fresnel Zone费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY22广东和新科技有限公司Line of sight1st zone+2nd zone-3rd zone+The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sightThe Third Fresnel Zone费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY23广东和新科技有限公司 经有关研究知道：在电波的传播空间中，在接收点的合成场强，当费涅耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间场强；由第一费涅耳区在接收点的场强,接近于全部有贡献的费涅区在接收点的自由空间场强的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。费涅耳区的能量分布:费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY24广东和新科技有限公司费涅耳半径费涅耳半径 The Fresnel Radius:我们把费涅区上的任意一点到R-T连线的距离称为费涅耳区半径，用F 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耳区半径。第二.第N 个费涅耳区半径表达式：Fn=(n)1/2 x F1 上式中：F1为第一费涅耳半径。Training R1A TZY25广东和新科技有限公司费涅耳半径(The Fresnel Radius)(The Fresnel Radius)TRF1Pd1d2第一费涅耳区半径 图1dF1=（d1d2/d）1/2F2=（2d1d2/d）1/2 =(2)1/2 F1 .Fn=（nd1d2/d）1/2 =(n)1/2 F1Training R1A TZY26广东和新科技有限公司d1d2dd1 x d2f x drF=17.3 x rF in meter d,d1,d2 in km f in GHzrFThe First Fresnel RadiusC xd1 x d2f x d费涅耳半径(The Fresnel Radius)(The Fresnel Radius)Training R1A TZY27广东和新科技有限公司 几个基本概念 自由空间的电波传播 各种衰落及抗衰落技术 微波通信对设计的要求 干扰信号Training R1A TZY28广东和新科技有限公司 自由空间的定义 自由空间损耗的定义 自由空间损耗的计算Training R1A TZY29广东和新科技有限公司自由空间的定义自由空间自由空间 Free Space:又称为理想介质空间，它相当于真空状态的理想空间。在这个空间中充满均匀的、理想的介质，它的导电率=0，介电常数=0=10-9/36 F/m(法拉/米)，导磁系数=0=410-7 H/m（亨/米）。Training R1A TZY30广东和新科技有限公司自由空间损耗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、吸收和散射等现象，即总能量未被损耗。但电波在自由空间传播时，会因能量向空间扩散而衰耗，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，单位面积上的能量就越少。这种电波的扩散衰耗就称为自由空间损耗。Training R1A TZY31广东和新科技有限公司Free Space Loss A =92.4+20 log +20 log Where =distance in km =frequency in GHz(refer to isotropic antennas)0df或或 增加一倍，损耗将增加增加一倍，损耗将增加6 dB 自由空间传输损耗(Free Space Basic Transmission Loss)Training R1A TZY32广东和新科技有限公司 自由空间传输损耗(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接收门限接收门限(Receiver Threshold)M=衰落储备衰落储备(Fading Margin)GPGTraining R1A TZY33广东和新科技有限公司 几个基本概念 自由空间的电波传播 各种衰落及抗衰落技术 微波通信对设计的要求 干扰信号Training R1A TZY34广东和新科技有限公司 衰落 大气吸收衰减 雨雾衰减 对流层对微波传播的影响 地面反射对微波传播的影响 数字微波的抗衰落技术Training R1A TZY35广东和新科技有限公司衰落的定义衰落的定义:微波是直射波传播，接收点的场强是直射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。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。衰落的大小仍由衰落因子VdB来表征，衰落的原因主要归结为大气和地面效应。Training R1A TZY36广东和新科技有限公司快衰落快衰落Rapid fading和慢衰落和慢衰落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时。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 fading和下衰落和下衰落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 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。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，通过两条以上的不同路径到达接收天线的传播现象。Training R1A TZY37广东和新科技有限公司 衰落衰落现象规律:波长短，距离长，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Training R1A TZY38广东和新科技有限公司 由于气体分子的谐振引起对电波的吸收。这种作用对15GHZ（即2CM）以上的微波才有明显作用，低于此频率的可不考虑。在微波规划时，可用下图的曲线来计算。Radio FrequencyGHz1050100100050010001001010,10,01H2OO2O2H2OH2O15 CH2O 7,5 g/m31013 hPa 25 g/m3Attenuation Coefficient dB/km大气吸收衰减 Attenuation due to Gases：Training R1A TZY39广东和新科技有限公司 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6GHZ以上（即波长5CM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，雨雾衰落还不太严重，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。雨雾衰减 Attenuation due to Rain and FogTraining R1A TZY40广东和新科技有限公司Attenuation due to Rain(雨雾衰减）Radio frequency(GHz)TropicalDownpourHeavyRainMediumHeavyRainLightRainDrizzle0.412410203050100150雨雾瞬时强度雨雾瞬时强度(Instantaneous Rain Intensity)(mm/h)0.010.111050雨雾吸收系数雨雾吸收系数(Rain Absorption Coefficient)(dB/km)51020501002.4 dB/km7 GHz38 GHz5.9 dB/km37 dB/km38 GHzTraining R1A TZY41广东和新科技有限公司Rain drops real shape:HVTraining R1A TZY42广东和新科技有限公司RAIN ATTENUATION vs.FADE MARGIN-10.00.010.020.030.040.050.060.02.04.06.08.010.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0Hop Distance(km)Rain Att/Fade Margin(dB)Zone H UnAvail 0.001%HpolZone H UnAvail 0.001%VpolFADE MARGIN(dB)Ant=30cmFADE MARGIN(dB)Ant=60cmFADE MARGIN(dB)Ant=80cmFADE MARGIN(dB)Ant=120cmFADE MARGIN(dB)Ant=180cm13GHz STM-1 128QAM1+0传输距离与降雨，天线口径和极化方式的关系雨雾衰减 Attenuation due to Rain and FogTraining R1A TZY43广东和新科技有限公司 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7dB/km的损耗，所以在13GHZ，15GHZ频段，一般最大中继距离在10km左右，在广东地区需要控制在3公里以内。在20GHZ以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里越高频段雨衰越高频段雨衰越厉害！越厉害！高频段可以高频段可以做用户级传做用户级传输输雨雾衰减 Attenuation due to Rain and FogAttenuation due to Rain and FogTraining R1A TZY44广东和新科技有限公司全球降雨划分为 H,K,N,P 四个区域。平均降雨量在32 mm,42 mm,95mm 和 145 mm 每小时。中断概率 0.001%，考虑降雨微波设备的理论单跳传输距离雨雾衰减 Attenuation due to Rain and FogAttenuation due to Rain and FogTraining R1A TZY45广东和新科技有限公司微波信号的K型衰落:对流层结构的不均匀产生的折射和反射。我们知道介电常数决定电磁波的传播速度。而空气的介电常数取决于大气压力，温度，湿度。介电常数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。气象条件变化通常比较是缓慢的，因此受其影响产生的衰落是慢衰落。对流层对微波传播的影响Training R1A TZY46广东和新科技有限公司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：=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。ReReReR哇！微波是哇！微波是弯着走的弯着走的大气折射（refraction in the atmosphere）:对流层对微波传播的影响Training R1A TZY47广东和新科技有限公司大气折射（refraction in the atmosphere）依据波在大气中折射原理依据波在大气中折射原理,无线波束是弯曲的无线波束是弯曲的,通常是向通常是向下弯曲下弯曲(Due to refraction in the atmosphere the radio beam is bent,normally slightly downwards)弯曲影响是通过弯曲影响是通过K型因子来表示型因子来表示(The bending effect is described by the k-factor)K=4/3是标准大气是标准大气(k=4/3 corresponds to the“standard”atmosphere)对流层对微波传播的影响Training R1A TZY48广东和新科技有限公司微波传播(Microwave Propagation)k 1正折射正折射k=1无折射无折射k 1负折射负折射对流层对微波传播的影响Training R1A TZY49广东和新科技有限公司下图中的：U-表示电波传播的速度，n表示折射系数，n=c(光波)/U(电波）电波实际方向电波发射方向电波实际方向电波发射方向波前波前波前波前 小大小大（n图10 受大气折射影响的电波轨迹变化（n大）（n小）小）（n大）传播路径受大气的影响:对流层对微波传播的影响Training R1A TZY50广东和新科技有限公司传播路径受大气分层的影响:对流层对微波传播的影响Training R1A TZY51广东和新科技有限公司传播路径受大气分层的影响对流层对微波传播的影响Training R1A TZY52广东和新科技有限公司下图中k(等效地球半径系数)=ae(地球等效半径)/a(实际地球半径)=1/(1+a dn/dh)负 折 射 d N/d h 0 k 10 折 射 d N/d h=0 k=1正 折 射 d N/d h 0 k=4/3临 界 折 射 k=超折射图 折 射 的 分 类 示 意 图地球面传播路径受大气的影响:对流层对微波传播的影响Training R1A TZY53广东和新科技有限公司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称为标准等效地球半径Training R1A TZY54广东和新科技有限公司Distance 50 km Geometrical line of sightRadio optical line of sight微波传播(Microwave Propagation)对流层对微波传播的影响Training R1A TZY55广东和新科技有限公司Distance 50 km k=2/3k=4/3对流层对微波传播的影响Training R1A TZY56广东和新科技有限公司还是还是气候气候原因原因K型衰落及原因由于折射系数（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，约几分钟对流层对微波传播的影响Training R1A TZY57广东和新科技有限公司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型衰落对流层对微波传播的影响Training R1A TZY58广东和新科技有限公司 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所以设计时就要考虑当地地形与气候形与气候波导型衰落及原因:对流层对微波传播的影响Training R1A TZY59广东和新科技有限公司RefractedDirectReflected地面反射对微波传播的影响微波的多径传播Training R1A TZY60广东和新科技有限公司Diffracted微波的多径传播地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY61广东和新科技有限公司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，可以不考虑。地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY62广东和新科技有限公司绕射绕射 Diffracted微波传播模式 Microwave Propagation路径上刃形障碍物的阻挡损耗地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY63广东和新科技有限公司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损耗。当障碍物的尖锋正好落在收发两端的连线上，即H C=0时，附加损耗为6dB;当障碍物的顶锋超过收发两端的连线时，附加损耗将很快增加;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。-24-26-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2042-2868-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5011.0 1.5 2.0 2.5附加损耗dB图 3 刃形障碍物的阻挡损耗HC/F1地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY64广东和新科技有限公司Reflections-from atmospheric layers-from ground-from buildings反射损耗（reflection Lossreflection Loss）地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY65广东和新科技有限公司微波传播模式 Microwave Propagation直接传播直接传播 Direct反射反射 Reflected地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY66广东和新科技有限公司 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，所以在接收点除直射波外还有经地面反射并满足反射条件（入射角等于反射角）的反射波。地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY67广东和新科技有限公司平坦地形对电波的反射:d1d2dh1h1h ch2直射波反射波r1r2 h2 h1图 4平坦地形对电波的反射TR当站距d 远大于天线高度（h1和h2）时，可以近似的把直射波和地面反射波的行程差表示为:r=x（Hc/F1）2/2 当图中的很小时（即接近180度）可以得下关系（下式表明衰落因子V与相对余隙 hc/F1的定量关系）V=1+2+2 x COS（x（hc/F1）21/2 V：考虑地面影响时的衰落因子在考虑地面的影响后，实际的收信点电平为：PR（dBm）=PR0（dBm）+V dB 地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY68广东和新科技有限公司Flat fading(电平衰落)The loss is uniform across the frequency spectrumSelective fading(频率选择性衰落)The loss varies across the frequency spectrum多径衰落地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY69广东和新科技有限公司Frequency(MHz)Received power level(dBm)NormalFlatSelective多径衰落地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY70广东和新科技有限公司1 hRecording of typical multipath fadingRx level during fading free timeThreshold level(-30dB level)Bit error interruption of communication(rapid fading)“Up Fading”多径衰落地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY71广东和新科技有限公司地面地面大气不均匀大气不均匀水面水面光滑地面光滑地面是主要原因是主要原因反射系数：水面0.91；稻田0.60.8；田野0.30.5；城市、山地、森林0.10.2。工作频率不同时，反射系数的数值略有差异。天线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:地面反射对微波传播的影响Training R1A TZY72广东和新科技有限公司数字微波系统的抗衰落技术1.频域均衡器2.时域均衡器3.空间分集接收空间分集的距离H：天线的高度差在100150之间，在工程中需要根据接收效果进行调整。H 空间分集Training R1A TZY73广东和新科技有限公司信号频谱信号频谱多径衰落多径衰落斜率均衡斜率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数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY74广东和新科技有限公司.CnC0CnTs2TsTs2TsTsTs均衡前均衡前均衡后均衡后时域均衡直接抵消码间干扰TTT时域均衡数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY75广东和新科技有限公司传统传统:为克服延时线问题为克服延时线问题,常采用判决反馈均衡器常采用判决反馈均衡器,特点是特点是体积大体积大,级数不可能做得太多级数不可能做得太多现在现在:采用高速采用高速A/D器器,及及FPGA电路电路,电路体积小电路体积小,可以做可以做很多级很多级.如如HARRIS的的MEGASTAR采用采用11级的全数字级的全数字横向均衡器横向均衡器时域均衡数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY76广东和新科技有限公司Di storti on sensi ti bi ty-outage si gnature 0102030405060-18-17-15-10-50510151618Notch offset-frequency(M Hz)Noth depth(dB)m i ni m umBER=10-6Del ay=6,3ns对抗频率选择性衰落: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。设备性能决定了对抗这种衰落的能力。数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY77广东和新科技有限公司 多径传播地面反射数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY78广东和新科技有限公司方法一：利用某些地形、地物阻挡反射波数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY79广东和新科技有限公司方法二：高低天线法数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY80广东和新科技有限公司天线间距天线间距150到到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之间方法三：空间分集数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY81广东和新科技有限公司不同天线接收到的反射信号方法三：空间分集Training R1A TZY82广东和新科技有限公司信号合成dBhmh1h2F1h1h2F1F1d 100CombinerCombined IF outputReceiversPathequalizationTwo operating modes:1-minimum distortion for an high level received2-maximum power for a weak level received(-65 dBm)NN(F1)(FI)R1R2Climatic reflectionto 150 方法三：空间分集Training R1A TZY83广东和新科技有限公司信号合成方法三：空间分集Training R1A TZY84广东和新科技有限公司h1Dh=d4h1=Wave lengthd=Path lengthTxRx/2Dh空间分集的间距计算Training R1A TZY85广东和新科技有限公司空间分集和角度分集数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY86广东和新科技有限公司TXRXf1f1Alarmf1f1热备份和空间分集（Hot Stand-by and Space DiversityHot Stand-by and Space Diversity）数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY87广东和新科技有限公司TXRXf1f2Alarm 工作备份和频率分集（Working Stand-by and Frequency Working Stand-by and Frequency DiversityDiversity）数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY88广东和新科技有限公司 热备份或工作备份（Hot Standby or Working Hot Standby or Working StandbyStandby）数字微波系统的抗衰落技术Training R1A TZY89广东和新科技有限公司 几个基本概念 自由空间的电波传播 各种衰落及抗衰落技术 微波通信对设计的要求 干扰信号Training R1A TZY90广东和新科技有限公司 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值在微波规划中的意义Training R1A TZY91广东和新科技有限公司直线传播D直射波直射波天线天线等于：正常接收电平-门限电平。一般说，平衰落储备应当在35FFM55（dB)之间点对点视距传播通信的要求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Training R1A TZY92广东和新科技有限公司工作波长短、克服障碍的能力差工作波长短、克服障碍的能力差在实际的工程勘察中，树林、灌木丛都是不可忽略的影响通信质量的因素。点对点视距传播通信的要求微波天线发射的信号树叶会对微波信号造成遮挡Training R1A TZY93广东和新科技有限公司需要有方向性比较强的天线点对点视距传播通信的要求在数字微波接力通信中，天馈线系统的作用是发射和接收微波信号，并完成微波信号在天线与收发信机之间的传送。它包括天线反射面、馈源。微波通信主要采用抛物面天线。抛物面天线将球面波转变为平面波射向空间。因而具有强方向性、高增益和低损耗等特性。1、结构：1）旋转抛物面；2）馈源。反射面馈源ZXP0Training R1A TZY94广东和新科技有限公司天线的基本参数：1）天线增益G；2）主瓣宽度；3）极化去耦；4）防卫度；5）电压驻波比。天线增益是一个重要参量，它表示抛物面天线把能量集中辐射的程度。经推导：（D/）2G=E2/E02=（D/）2GdB=10lg天线增益与天线的口径成正比，天线直径每增加一倍，天线增益增加6dB。天线在制作中比理论值存在误差，所以有一个利用系数。如果不加以特别说明，天线指标中给出的增益值都是指最大辐射方向（称为主瓣）上的增益。主瓣宽度是指在最大辐射方向两侧功率密度等于最大直一半的两个方向之间的夹角，也可以叫作3dB 波瓣宽度。主瓣宽度越小，天线辐射的能量越集中。天线直径一定时，工作频率越高，波长越短，天线的主瓣宽度就越小，能量集中程度越高。主瓣主瓣副瓣副瓣副瓣副瓣天线方向图天线方向图Training R1A TZY95广东和新科技有限公司极化去耦：由于在同一个站点上有可能多个微波波道在工作，为了隔离其他信号，有时需要两个微波信号采用不同的极化方式，如水平极化和垂直极化。两种极化方式接收功率之比，成为极化去耦。xdB=10lg(Po/Px)防卫度：天线的防卫度是指天线对某个方向的接收能力相对于主瓣最大辐射方向的接收能力的衰减程度。一般常用的是90度（相对于主瓣方向）的防卫度和180度方向的防卫度。对180度方向的防卫度也叫前后比。电压驻波比：天线与馈线的连接（或波导）要匹配好，输入驻波比一定要小。如果驻波比大说明天线向馈线反射大，这样在传输的信号中要产生杂音，会引起误码。驻波比应不大于1.2。Training R1A TZY96广东和新科技有限公司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)在传播经过水面或沙漠地区时在传播经过水面或沙漠地区时,建议建议K=1时时,第一费涅耳区无障碍物第一费涅耳区无障碍物 (On paths over water surfaces or desert areas,it is recommended to have the 1st Fresnel zone free from obstacles when k=1(See also ITU-R Rec.P.530)Distance 50 km k=4/31st Fresnel zone 微波设计目标(Microwave Propagation Design Objective)Training R1A TZY97广东和新科技有限公司传播余隙hcTR0.50dBhhC11.0-10-60当相对余隙大于当相对余隙大于0.5，阻挡损耗为，阻挡损耗为0dB,障碍物的顶部恰好在视距障碍物的顶部恰好在视距连线上时，阻挡损耗为连线上时，阻挡损耗为6dB。余隙Training R1A TZY98广东和新科技有限公司余隙计算h2h1d1d2dhbhshcKddhb210785.0=地球凸起高度：其中K为大气折射因子路径余隙的计算公式：hh dh ddd dKhcs=12211200785.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传输余隙Training R1A TZY99广东和新科技有限公司在下图中：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 234156v06dB810-20-30-40-1.0-0.500.50.5771.4141.522.5HC/F1=N1/2图5 VdB与HC/F1D 关系曲线费涅耳区序号 传播余隙Training R1A TZY100广东和新科技有限公司根据中继线路的余隙hc将中继线路分为三类：开路线路：开路线路：hch0衰落因子V 的计算方法是：如粗略估算可用下图直接查出(对刃形障碍物也可用下图直接查出)；如计算，可用下式算出：V=1+2+2 x COS（x（hc/F1）21/2 234156v06dB810-20-30-40-1.0-0.500.50.5771.4141.522.5HC/F1=N1/2图5 VdB与HC/F1D 关系曲线费涅耳区序号 Training R1A TZY101广东和新科技有限公司微波线路的分类半开路线路：半开路线路：0hch0 闭路线路：hc0 衰落因子V 的计算方法是：如粗略估算可用上页的图直接查出,也可用绕射计算：A、在hc=h0=（1/3）1/2x F1 时，此时V=1,或VdB=0;B、在hc=0时，对刃形障碍物：VdB=-6dB;对较大尺寸障碍物：VdB-6dB；计算按C式。C、在hc h0时，VdB=V0dB（1-hc/h0）上式中：VdB：考虑绕射时的衰耗因子。h0 ：为自由空间余隙。h0=0.577F1 hc ：为中继电路主射线余隙（m）V0dB：为自由空间余隙为hc=0时衰耗因子的电平值。它的计算办法是通过反映障碍物地形的参数来计算的。Training R1A TZY102广东和新科技有限公司 干扰源 临站干扰 越站干扰 抗干扰途径Training R1A TZY103广东和新科技有限公司作用于通信系统的干扰来自多种干扰源，主要有:电路热噪声: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、“汽船声”、组合音、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。Training R1A TZY104广东和新科技有限公司邻站干扰(Neighbouring Station Interference)Training R1A TZY105广东和新科技有限公司Site ASite BSite CSite GSite FSite ESite DInterfering signal pathTraining R1A TZY106广东和新科技有限公司Methods to reduce interferenceTransmitter attenuationHigh performance antennaPolarizationLarger antennasFrequency separationTraining R1A TZY107广东和新科技有限公司第一章第一章 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第六章第六章 微波设备及维护简介微波设备及维护简介第七章第七章 无线光通信无线光通信FSOTraining R1A TZY108广东和新科技有限公司 调制原理 二径模型 数字微波调制技术 PSK调制 QAM调制 横包络调制 ATPC调制Training R1A TZY109广东和新科技有限公司微波传输系统的基本构成ModTransmitterReceiverDemDown converterin IFIF SignalRecoveryIFCarrierModulationUp converterRF channelTxRx天线系统IFmicrowaveIFBB:Base bandBase bandBase bandIF:Intermediate FrequencyRF:Radio Frequency(300MHz-30 GHz)调制原理Training R1A TZY110广东和新科技有限公司微波发射过程频谱搬移调制原理Training R1A TZY111广东和新科技有限公司频率变换IFOscillator:F0IFAmplifierConverterAmplifierFrequencyAIFRF：F0TranslationFilter调制原理Training R1A TZY112广东和新科技有限公司无线传输模型调制调制中放中放上变频上变频功放功放滤波滤波调制调制中放中放上变频上变频功放功放滤波滤波放大放大下变频下变频中放中放滤波滤波解调解调发送部分发送部分接收部分接收部分判决判决akakV(t)调制原理Training R1A TZY113广东和新科技有限公司等效基带模型认为系统放大，变频等过程是线性的，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则传输过程可以等效为如下基带模型h(t)akV(t)h(t)即为系统的等效传递函数，到底什么样的传递函数，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才能使我们无失真的恢复出数字信号调制原理Training R1A TZY114广东和新科技有限公司柰奎斯特准则第一准则：抽样点无失真，或无码间干扰h tnTs()0=h0,n=00,n 0h t()TsTs第二准则：转换点无失真准则，或过零点无抖动第二准则：转换点无失真准则，或过零点无抖动h tTh tTss()()0022=h tiTTiss(),02001=h t()32Ts32Ts全响应信号全响应信号部分响应信号部分响应信号调制原理Training R1A TZY115广东和新科技有限公司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：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：Hft()Hfr()N(t)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。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。HfHftr()()*=或：或：HfHftr()()=itrjj()()=常数调制原理Training R1A TZY116广东和新科技有限公司利用数字信号控制载波幅度频率或者相位，建立传输信码与载波参数之间明确的对应关系。数字信号调制原理调制原理Training R1A TZY117广东和新科技有限公司Square root NyquistH(f)TT20f12T1TUseful band(Nyquist)=0=0.5=110T-T-2T-3T2T3T12Transient response=0=0.5=1twith noiseIdeal满足Nyquist波形无失真准则的的限带滤波器在采样点没有码间串扰。基带成型:可以在频域综合或者时域利用数字滤波器实现调制原理Training R1A TZY118广东和新科技有限公司标准的载波信号在频域只是一根线谱；急剧的0180度相位