微波通信概述ppt课件

数字微波通信概述以及理论数字微波通信概述以及理论数字微波通信概述以及理数字微波通信概述以及理论论微波知识简介微波知识简介 提纲提纲第一部分第一部分 微波基微波基础知知识介介绍第二部分第二部分 微波网微波网络架构架构第三部分第三部分 微波微波设计的重要指的重要指标第四部分第四部分 微波微波设计常用常用软件件 提提纲纲微波知识简介微波知识简介微波基础知识微波基础知识n 微波通信的定义微波通信的定义n 微波频段的划分微波频段的划分n 微波传输容量分类微波传输容量分类n 微波设备组成部分微波设备组成部分n 微波传输特性微波传输特性 微波基微波基础础知知识识 微波通信的定微波通信的定义义微波知识简介微波知识简介 现代通信网中的传输手段现代通信网中的传输手段微微波波端端站站光纤通信光纤通信微波通信微波通信卫星通信卫星通信微微波波端端站站复用设备复用设备复用设备复用设备同轴电缆同轴电缆 现现代通信网中的代通信网中的传输传输手段微光手段微光纤纤通信微波通信通信微波通信卫卫星通信微复用星通信微复用设备设备微波知识简介微波知识简介微波的定义微波的定义 p微波是一种电磁波，从广义上讲，频率范围为微波是一种电磁波，从广义上讲，频率范围为300MHz300MHz300GHz300GHz，微波通信使用的频率范围通常是，微波通信使用的频率范围通常是3GHz3GHz30GHz30GHz。p实际微波设计中的设备是从实际微波设计中的设备是从7GHZ7GHZ38GHZ38GHZ，频率越高，传输距离，频率越高，传输距离越短。越短。p根据微波传播的特点，可视其为平面波。根据微波传播的特点，可视其为平面波。p平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，电场和磁场平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，电场和磁场分量都是与传播方向垂直的，所以称为横电磁波，记为分量都是与传播方向垂直的，所以称为横电磁波，记为TEMTEM波波微波的定微波的定义义 微波知识简介微波知识简介微波传输基本知识微波传输基本知识站站接力式的中继方式完成传输站站接力式的中继方式完成传输 由于微波频率很高，波长很短由于微波频率很高，波长很短(1(110cm),10cm),电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍物电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍物时绕射能力很弱，投射到高空电离层不能反射。因此，这一波段电波只能在视距内直线时绕射能力很弱，投射到高空电离层不能反射。因此，这一波段电波只能在视距内直线传播，所以叫视距传播。传播，所以叫视距传播。由于微波必须要求为视距传输，所以把信息从一地传到另一地，只能靠接力，一段段地由于微波必须要求为视距传输，所以把信息从一地传到另一地，只能靠接力，一段段地传下去。故又叫微波接力通信传下去。故又叫微波接力通信微波微波传输传输基本知基本知识识站站接力式的中站站接力式的中继继方式完成方式完成传输传输 由于微波由于微波微波知识简介微波知识简介微波频段划分微波频段划分2GHz2GHz频段（频段（1.7-1.9GHz;1.9-2.3GHz;2.4GHz;2.49-2.69GHz)1.7-1.9GHz;1.9-2.3GHz;2.4GHz;2.49-2.69GHz)4/5GHz4/5GHz频段（频段（3.4-3.8GHz;3.8-4.2GHz;4.4-5.0GHz;5.8GHz)3.4-3.8GHz;3.8-4.2GHz;4.4-5.0GHz;5.8GHz)6GHz6GHz频段（频段（5.925-6.425GHz;6.430-7.110GHz)5.925-6.425GHz;6.430-7.110GHz)7GHz7GHz频段（频段（7.125-7.425GHz;7.425-7.725GHz;)7.125-7.425GHz;7.425-7.725GHz;)8GHz8GHz频段（频段（7.725-8.275GHz;8.275-8.5GHz;8.50-8.75GHz)7.725-8.275GHz;8.275-8.5GHz;8.50-8.75GHz)11/13GHz11/13GHz频段（频段（10.7-11.7GHz;12.75-13.25GHz;)10.7-11.7GHz;12.75-13.25GHz;)15/18GHz15/18GHz频段（频段（14.50-15.35GHz;17.7-19.7GHz;)14.50-15.35GHz;17.7-19.7GHz;)23GHz23GHz频段（频段（21.955523.5445GHz);21.955523.5445GHz);38GHz38GHz频段频段(37.061539.4345GHz)(37.061539.4345GHz)微波频段选择和射频波道配置微波频段选择和射频波道配置微波微波频频段划分段划分2GHz频频段（段（1.7-1.9GHz;1.9-微波知识简介微波知识简介微波频段选择和射频波道配置微波频段选择和射频波道配置l 在每个频段中定义了多种子频率范围，多种收发间隔和波道间隔。在每个频段中定义了多种子频率范围，多种收发间隔和波道间隔。f f0 0(中心频率中心频率)频率范围频率范围波道波道间隔间隔f1f2fnf1f2fn波道波道间隔间隔收发间隔收发间隔收发间隔收发间隔低频段低频段高频段高频段保护保护间隔间隔相邻收相邻收发间隔发间隔微波微波频频段段选择选择和射和射频频波道配置波道配置 在每个在每个频频段中定段中定义义了多种子了多种子频频率范率范围围微波知识简介微波知识简介微波频段选择和射频波道配置（续）微波频段选择和射频波道配置（续）f0(7575M)频率范围频率范围（74257725MHz）28Mf1=7442f5f1=7596f2f5T/R 间隔：间隔：154Mf2=7470微波微波频频段段选择选择和射和射频频波道配置（波道配置（续续）f0(7575M)频频率范率范围围（微波知识简介微波知识简介局方申请的频点信息局方申请的频点信息NEO-C设备频率子带表设备频率子带表u通过子带信息表，查找出申请的频点范围所在的子带，通过子带信息表，查找出申请的频点范围所在的子带，算出中心频率，做出频率文件。算出中心频率，做出频率文件。局方申局方申请请的的频频点信息点信息NEO-C设备频设备频率子率子带带表通表通过过子子带带信息表，信息表，查查微波知识简介微波知识简介微波传输的容量微波传输的容量微波复用方式微波复用方式PDHPDH与与SDHSDH1 1、PDHPDH：中小容量，常用于接入层，一般容量只到：中小容量，常用于接入层，一般容量只到16E116E1，有些可，有些可以到以到32E132E1或或48E148E1。2 2、SDHSDH：大容量，常用于汇聚层，以：大容量，常用于汇聚层，以STM-1STM-1为单位，一般容量只为单位，一般容量只能做到能做到1 1或或2 2个个STM-1STM-1。单独的一个。单独的一个IDUIDU最大可支持最大可支持400Mbps400Mbps。3 3、机架式、机架式SDHSDH：SDH5000SSDH5000S可支持可支持8 8个个STM-1STM-1。微波微波传输传输的容量微波复用方式的容量微波复用方式PDH与与SDH微波知识简介微波知识简介分体式微波分体式微波设备u 射射频部分（部分（ODUODU）在室外，中在室外，中频、信号、信号处理、复接等理、复接等单元元（IDUIDU）在室内，之）在室内，之间通通过中中频电缆连接。接。uODUODU可直接和天可直接和天线连接或通接或通过一根很短的一根很短的软波波导连接，避免了接，避免了馈线损耗。耗。u容量相容量相对较小，安小，安装装维护方便，便于快方便，便于快速建网，是目前速建网，是目前应用用最广泛的微波最广泛的微波设备。天天 线线(Antenna Unit)室外单元室外单元ODU(Outdoor Unit)中频电缆中频电缆(IF Cable)室内单元室内单元IDU(Indoor Unit)分体式微波分体式微波设备设备 射射频频部分（部分（ODU）在室外，中）在室外，中频频、信号、信号处处理、复理、复微波知识简介微波知识简介分体式微波分体式微波设备（续）l各组成部分的作用：各组成部分的作用：p天线：天线：聚焦聚焦ODUODU发送的射频信号，加大信号增益。发送的射频信号，加大信号增益。pODUODU：射频处理，实现中频射频之间信号转换。：射频处理，实现中频射频之间信号转换。p中频电缆：中频业务信号和中频电缆：中频业务信号和IDU/ODUIDU/ODU通讯信号的传输并向通讯信号的传输并向ODUODU供电。供电。pIDUIDU：完成业务接入、业务调度、复接和调制解调等功能。：完成业务接入、业务调度、复接和调制解调等功能。分体式微波分体式微波设备设备（续续）各）各组组成部分的作用：成部分的作用：微波知识简介微波知识简介分体式微波安装分体式微波安装标准天线（分标准天线（分离式安装）离式安装）室外单元室外单元 (ODU)(ODU)中频电缆中频电缆中频中频口口分离式安装分离式安装软波导软波导室内单元（室内单元（IDUIDU）中频口中频口 标准天线标准天线（集成式安装）（集成式安装）室外单元室外单元 (ODU)(ODU)室内单元（室内单元（IDUIDU）直扣式安装直扣式安装中频电缆中频电缆中频口中频口分体式微波安装分体式微波安装标标准天准天线线（分离式安装）室外（分离式安装）室外单单元元(ODU)中中微波知识简介微波知识简介影响电波传播的因素影响电波传播的因素费涅尔半径、余隙、费涅尔半径、余隙、K因子因子地形、大气地形、大气微波传播的各种衰落微波传播的各种衰落自由空间损耗、大气吸收衰落自由空间损耗、大气吸收衰落雨雾衰减、雨雾衰减、K形形多径、波导、闪烁多径、波导、闪烁数字微波抗衰落技术数字微波抗衰落技术频率分集频率分集空间分集空间分集微波的传播及抗衰落技术微波的传播及抗衰落技术微波的微波的传传播及抗衰落技播及抗衰落技术术微波知识简介微波知识简介微波传播的几个重要参数微波传播的几个重要参数自由空间的电波传播自由空间的电波传播菲涅菲涅尔区及其半径区及其半径定定义：在微波波段，频率很高，无线电波利用视距传播的方式工作。视距传播是指发在微波波段，频率很高，无线电波利用视距传播的方式工作。视距传播是指发射天线和接收天线在相互能看得见的距离内，电波直接从发射点传到接收点的射天线和接收天线在相互能看得见的距离内，电波直接从发射点传到接收点的一种传播方式。具体来说，就是微波波段时，发射点和接收点之间不希望有障一种传播方式。具体来说，就是微波波段时，发射点和接收点之间不希望有障碍物阻挡。碍物阻挡。图中球面上的点中球面上的点P P到到(T,R)(T,R)点距离之和点距离之和满足：足：TP+PR=TR+nTP+PR=TR+n /2/2（n n=1,2,3,)=1,2,3,)，则由由P P点构成的点构成的轨迹就是迹就是菲涅菲涅尔区区。我我们把菲涅把菲涅尔区上一点区上一点P到到TR的的连线的的垂直距离垂直距离PO称称为菲涅菲涅尔半径。第一菲半径。第一菲涅涅尔半径用半径用F1(n1)表示。表示。微波微波传传播的几个重要参数自由空播的几个重要参数自由空间间的的电电波波传传播菲涅播菲涅尔尔区及其半径定区及其半径定义义微波知识简介微波知识简介自由空间的电波传播自由空间的电波传播l第一菲涅第一菲涅尔区半径区半径计算公式：算公式：l第一菲涅第一菲涅尔区是微波区是微波传输能量最集中的区域，能量最集中的区域，在此区域在此区域内内应尽量减少阻尽量减少阻挡。随着菲涅。随着菲涅尔区序号数的增大，接收点区序号数的增大，接收点的的场强以等差以等差级数关系数关系递减。减。自由空自由空间间的的电电波波传传播第一菲涅播第一菲涅尔尔区半径区半径计计算公式：算公式：第一菲涅第一菲涅尔尔微波知识简介微波知识简介余隙余隙p在在实际微波微波传播路径中，有播路径中，有时会受到建筑物、会受到建筑物、树木、山峰等的阻木、山峰等的阻挡，如果障碍物的高度如果障碍物的高度进入第一菲涅入第一菲涅尔区域区域时，则可能会引起附加可能会引起附加损耗，使接收耗，使接收电平下降，影响平下降，影响传输质量。量。为了避免了避免这种情况的种情况的发生，因此引入了余隙的概生，因此引入了余隙的概念念。p 障碍点到障碍点到ABAB线段的垂直距离叫做路径上障碍点的余隙，段的垂直距离叫做路径上障碍点的余隙，为方便方便总是是用障碍点的垂直于地面的用障碍点的垂直于地面的线段段hchc近似表示余隙近似表示余隙,若若该点的第一菲涅点的第一菲涅尔半径半径为F F1 1，则称称hc/Fhc/F1 1为该点的相点的相对余隙。余隙。余隙一般要求余隙一般要求大于大于一阶费涅尔半径一阶费涅尔半径余隙在余隙在实际实际微波微波传传播路径中，有播路径中，有时时会受到建筑物、会受到建筑物、树树木、山峰等的木、山峰等的微波知识简介微波知识简介保障余隙的高度是微波视通的必要条件保障余隙的高度是微波视通的必要条件保障余隙的高度是微波保障余隙的高度是微波视视通的必要条件通的必要条件微波知识简介微波知识简介K K因子概念因子概念K因子概念因子概念微波知识简介微波知识简介无线电波设计目标无线电波设计目标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 Distance 50 km k=4/31st Fresnel zone无无线电线电波波设计设计目目标标K=4/3时时,第一第一费费涅耳区无障碍物涅耳区无障碍物Dista微波知识简介微波知识简介路径余隙标准路径余隙标准路径余隙路径余隙标标准准微波知识简介微波知识简介微波通信概述微波通信概述ppt课课件件微波知识简介微波知识简介影响电波传播的因素地形影响电波传播的因素地形主要表主要表现为地面的反射波地面的反射波对接收接收电平的影响平的影响:光滑地面或水面会把天光滑地面或水面会把天线发出的一部分信号能量反射到接收天出的一部分信号能量反射到接收天线并并对主波主波(直射波直射波)信号信号产生干生干扰。反射波与主波。反射波与主波进行矢量相加，其行矢量相加，其结果使果使合成波加大或减小，使合成波加大或减小，使传输处于不于不稳定状定状态。所以在。所以在链路路设计时，要尽，要尽量减少反射波，如果有反射情况，量减少反射波，如果有反射情况，则应利用地形的起伏阻利用地形的起伏阻挡住反射波。住反射波。直直线反射反射直直线反射反射影响影响电电波波传传播的因素地形主要表播的因素地形主要表现为现为地面的反射波地面的反射波对对接收接收电电平的平的微波知识简介微波知识简介l由于不同地形的反射条件不同，所以由于不同地形的反射条件不同，所以对电波波传播的影响也不同。播的影响也不同。我我们把地形分把地形分为四四类，分，分别是：是：pA A类：山地（或建筑物密集的城市）：山地（或建筑物密集的城市）pB B类：丘陵（地面起伏：丘陵（地面起伏较平平缓）pC C类：平原：平原pD D类：大面：大面积的水面的水面l其中山地的反射系数最小，是最适合微波其中山地的反射系数最小，是最适合微波传输的地形，丘陵地的地形，丘陵地区次之；区次之；电路路设计时应尽量避开水面等光滑的平面。尽量避开水面等光滑的平面。影响电波传播的因素地形（续）影响电波传播的因素地形（续）由于不同地形的反射条件不同，所以由于不同地形的反射条件不同，所以对电对电波波传传播的影响也不同。我播的影响也不同。我微波知识简介微波知识简介影响电波传播的因素大气影响电波传播的因素大气l对流流层是指自地面是指自地面10km10km以内的低空大气以内的低空大气层，由于微波天，由于微波天线高度高度远不会超不会超过这个高度，因此研究个高度，因此研究电波在大气中的波在大气中的传播只要研究播只要研究电波波在在对流流层中的中的传播即可。播即可。对流流层对电波波传播的影响主要表播的影响主要表现在：在：p 由气体分子由气体分子谐振引起振引起对电磁波能量的吸收，磁波能量的吸收，这种吸收种吸收对频率率12GHz12GHz以上的微波有一定的影响。以上的微波有一定的影响。p 由雨、由雨、雾、雪引起的、雪引起的对电磁波能量的吸收和散射，磁波能量的吸收和散射，这种情况种情况一般一般对频率率10GHz10GHz以上的微波以上的微波传输影响影响较大。大。p 由于大气的不均匀性，由于大气的不均匀性，对流流层中中电波波传输会会产生折射、吸收、生折射、吸收、反射、散射等反射、散射等现象。其中象。其中对微波微波传输影响最大的是大气折射影响最大的是大气折射。影响影响电电波波传传播的因素大气播的因素大气对对流流层层是指自地面是指自地面10km以内的低空以内的低空微波知识简介微波知识简介电波传播的衰落特性电波传播的衰落特性衰落机理衰落机理吸收衰落吸收衰落雨雾衰落雨雾衰落闪烁衰落闪烁衰落k k型衰落型衰落波导型衰落波导型衰落衰落时间衰落时间接收电接收电平高低平高低衰落对信衰落对信号的影响号的影响快衰落快衰落慢衰落慢衰落上衰落上衰落下衰落下衰落平衰落平衰落频率选择性衰落频率选择性衰落自由空间传播衰落自由空间传播衰落l衰衰 落落(FADING)(FADING)：指接收电平随机起伏变化。即不规：指接收电平随机起伏变化。即不规则的变化，忽大忽小，其原因是多种多样的。则的变化，忽大忽小，其原因是多种多样的。电电波波传传播的衰落特性衰落机理吸收衰落雨播的衰落特性衰落机理吸收衰落雨雾雾衰落衰落闪烁闪烁衰落衰落k型衰落波型衰落波微波知识简介微波知识简介自由空间传播损耗自由空间传播损耗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)自由空自由空间传间传播播损损耗耗P=发发射功率射功率(TX Power)PTXP微波知识简介微波知识简介Free Space Loss A =92.4+20 log d d+20 log f f d d=distance in km f f=frequency in GHz(refer to isotropic antennas)0dfD D 或或 f f 增加增加一倍，损耗将增加一倍，损耗将增加6 dB 自由空间传播损耗自由空间传播损耗自由空间传播条件下的收信电平自由空间传播条件下的收信电平Prx(dBm)=Ptx+Gtx+Grx-A0-Ltx-Lrx-LbPtx：发射功率：发射功率 GtxGtx、GrxGrx为收发天线增益，为收发天线增益，A0A0为自由空间传输损耗，为自由空间传输损耗，LtxLtx、LrxLrx为收发馈线损耗、为收发馈线损耗、LbLb为分路系统损耗为分路系统损耗Free Space Loss A =92.4+20微波知识简介微波知识简介大气吸收衰落大气吸收衰落l任何物任何物质的分子都是由的分子都是由带电粒子粒子组成的，成的，这些粒子都有其固有的些粒子都有其固有的电磁磁谐振振频率，当通率，当通过这些物些物质的微波的微波频率接近它率接近它们的的谐振振频率率时，这些物些物质对微波微波产生共生共振吸收。振吸收。l统计表明大气吸收表明大气吸收对微波微波频率在率在12GHz12GHz以下以下时，吸收小于，吸收小于0.1dB/Km0.1dB/Km，和自由空，和自由空间衰耗相比，可以忽略。衰耗相比，可以忽略。大气对微波吸收曲线图大气对微波吸收曲线图(dB/Km)1GHz7.5GHz12GHz23GHz60GHz0.01dB10dB1dB0.1dB大气吸收衰落任何物大气吸收衰落任何物质质的分子都是由的分子都是由带电带电粒子粒子组组成的，成的，这这些粒子都些粒子都微波知识简介微波知识简介l 在在10GHz10GHz频段以下，雨段以下，雨雾损耗并不耗并不显得特得特别严重，重，10G10G频段以上，段以上，需要注意加入雨衰因子，关注可用度指需要注意加入雨衰因子，关注可用度指标达达标。如果指。如果指标不达不达标所能所能改善的解决改善的解决办法法为增大天增大天线口径（增益）和改善口径（增益）和改善调制方式或者改制方式或者改变路路由由l 在在10GHz10GHz以上以上频段，中段，中继间隔主要受降雨隔主要受降雨损耗的限制。如耗的限制。如对13GHz13GHz以上以上频段，段，100mm/100mm/小小时的降雨会引起的降雨会引起5dB/km5dB/km的的损耗，所以在耗，所以在13GHz13GHz，15GHz15GHz频段，一般最大中段，一般最大中继距离在距离在10km10km左右。在左右。在20GHz20GHz以上以上频段，由于段，由于降雨降雨损耗影响，中耗影响，中继间距只能有几公里。距只能有几公里。l 高高频段可以做用段可以做用户级传输，频段越高雨衰越段越高雨衰越厉害。害。雨雾衰减雨雾衰减 在在10GHz频频段以下，雨段以下，雨雾损雾损耗并不耗并不显显得特得特别严别严重，重，10G频频微波知识简介微波知识简介l大气折射大气折射:p 因为大气折射的影响，微波在传播过程中，路径实际上是弯曲的因为大气折射的影响，微波在传播过程中，路径实际上是弯曲的。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 的地球上空沿的地球上空沿直线传播。即直线传播。即 =KR=KR（R R为实际地球半径）。为实际地球半径）。p 弯曲影响是通过弯曲影响是通过K K型因子来表示型因子来表示p K K值的实际测量平均值为值的实际测量平均值为4/34/3左右。但实际地段的左右。但实际地段的K K值和该地段的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。气象有关，可以在较大范围内变化，影响视距传播。K K型衰落型衰落R大气折射大气折射:K型衰落型衰落R微波知识简介微波知识简介l 微波传播微波传播K K型衰落（续）型衰落（续）k 1k=1k 1k=1k=99.999%PDHSDH=99.999%PDH的的=99.997%=99.997%微波微波设计设计最重要的三个参数指最重要的三个参数指标热标热衰落衰落储备值储备值接收接收电电平平值值可用度指可用度指标标 提纲提纲第一部分第一部分 微波基微波基础知知识介介绍第二部分第二部分 微波网微波网络架构架构第三部分第三部分 微波微波设计的重要指的重要指标第四部分第四部分 微波微波设计常用常用软件件 提提纲纲微波知识简介微波知识简介微波设计常用软件微波设计常用软件PathlossPathloss与与Google earthGoogle earth结合使用结合使用微波微波设计设计常用常用软软件件Pathloss与与Google earth结结微波知识简介微波知识简介THANK YOU!王泽昊王泽昊THANK YOU!王王泽泽昊昊