微波知识培训-课件

微波知识培训了解数字微波通信的更多相关信息请参考:电信网及计算机基础电信网及计算机基础SDHSDH基本原理基本原理数据通信原理数据通信原理信号与系统信号与系统通信原理通信原理天线原理天线原理电磁场理论电磁场理论微波技术基础微波技术基础微波技术与天线微波技术与天线一、微波发展历史、微波传输的特点、前景 微波通信技术问世已半个多世纪,最初的微波通信系统都是模拟制式的,它与当时的同轴电缆载波传输系统同为通信网长途传输干线的重要传输手段。我国的模拟微波通信技术的研究、开发、引进与应用始于1958 年,有特别长的历史。70年代起研制出了中小容量(如8Mb/s、34Mb/s)的数字微波通信系统,这是通信技术由模拟向数字发展的必定结果。80 年代后期,随着同步数字系列(SDH)在传输系统中的推广应用,出现了N155Mb/s 的SDH 大容量数字微波通信系统。SDH 微波系统在90 年代得到了迅速发展。现在数字微波通信与光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传输的三大主要手段。国外发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比国外发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比例高达例高达50%50%以上。据统计美国为以上。据统计美国为66%66%,法国为法国为54%54%。我国自。我国自19561956年从东德引进第一套微波通信设备以来年从东德引进第一套微波通信设备以来,经过仿制与自经过仿制与自发研制过程发研制过程,差不多取得了特别大的成就差不多取得了特别大的成就,在在19761976年的唐山大年的唐山大地震中地震中,在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下,六个微波六个微波通道全部安然无恙。九十年代的长江中下游的特大洪灾中通道全部安然无恙。九十年代的长江中下游的特大洪灾中,微微波通信又一次显示了它的巨大威力。在当今世界的通信革命波通信又一次显示了它的巨大威力。在当今世界的通信革命中中,微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。微波的定义微波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。依照微波传播的特点,可视其为平面波。平面波沿传播方向是没有电场与磁场纵向分量的,因此称为横电磁波,记为TEM波。有时我们把这种电磁波简称为电波。微波频率划分数字微波传输常用频段包括:7/8/11/13/15/18/23/26/32/38GHz(ITU-R建议规定)微波：频率为300MHz300MHz300GHz300GHz范围内的电磁波30 KHz 300 3MHz 30 300 3GHz 30 300 3 T Hz 10Km 1 100m 10 1 100mm 10 1 100 mVLF特长波LF长波UHF特高频VHF甚高频MF中波HF短波SHF超高频EHF毫米波光波频率波长名称主要用途航行无线航行广播广播FM广播T VT VT V卫星 通信微波中继 BroadcastingnMaximum coveragenOne programme per radio channelnApplications:Radio(LW,MW,SW,FM);TV etc、射频传输的两种基本形式射频传输的两种基本形式Microwave linksnRadio beamnOne multiplex per radio channelnApplications:Civiliars and military telemunication networks广播点点视距微波微波通信特点1)1)微波通信要求应具备视距传输条件。微波通信要求应具备视距传输条件。2)2)传输距离长传输距离长,能习惯各种传播环境。能习惯各种传播环境。3)3)通信容量适中通信容量适中(1E1-NxSTM-11E1-NxSTM-1)。4)4)通信质量能够满足各种通信业务的需求。通信质量能够满足各种通信业务的需求。5)5)组网灵活方便。组网灵活方便。6)6)具有特别强的抗自然灾害能力。具有特别强的抗自然灾害能力。7)7)投资省、见效快。投资省、见效快。在大城市与市区,在建设数字节点与分配网络时,数字微波常常是能够与光缆相比的唯一的可供选择的方案。事实上,除了在大城市与小城镇内埋设地下电缆费用特别昂贵外,在闹市区开挖管道常常是特别难得到批准的。这种情况在欧美发达国家表现尤为突出。据称,在欧美发达国家用于移动覆盖的传输中大约8090采纳数字微波系统。在世界上许多国家中,微波接力链路估计是能够穿越数千里林区、山区、大草原、沙漠、沼泽地与其她困难地域的唯一可用的大容量传输媒质。而且,由于功率消耗相当低,应用太阳能电源差不多成为在这种条件严酷的地区应用数字微波接力系统的一个重要因素。由于微波电路不易人为破坏,不易受自然灾害的影响,因此微波系统是组成我国通信网的不可缺少的组成部分,是保证通信网安全所不可缺少的。但微波也存在着相应的缺点:应具备视距传输条件,两站之间传输的距离不是特别远;频率必须申请;通信质量受环境的影响较大;通信容量不能做到特别大。光纤、微波传输方式比较光光 纤纤微微 波波传输媒介传输媒介光纤光纤自由空间自由空间抗自然灾害能力抗自然灾害能力弱弱强强灵活性灵活性较低较低高高建设费用建设费用高高低低建设周期建设周期长长短短传输速率传输速率频带宽、速率高频带宽、速率高频带窄、速率低频带窄、速率低数字微波的发展机遇 数字微波作为一种无线传输方式,在灵活性、抗灾性与移动性方面具有光纤传输所无法比拟的优点,这也是它的优势所在。当前数字微波的发展机遇能够归纳如下:用于专网或作专网光纤传输的备份及补充,我国的专网如:广电、石油及天然气管道、煤炭、水利等,这些专网本身所需的传输容量不大,一般一个STM-1 或几个STM-1,它们要么没建光纤通信电路,要么只建了单线的光纤通信链路,不具备电信光纤传输网络八纵八横的优势,因此它们必须建设SDH 或PDH 微波电路用于主传电信及数据业务或用于光纤传输系统在遇到自然灾害时的备用保护,以及由于种种缘故不适合使用光纤的地段与场合。我国2G 及2、5G 移动通信基站覆盖中使用了众多的PDH 微波通信电路。微波传输系统的基本构成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)调制原理调制原理二、微波设备的基本原理 数字微波信号的调制过程对数字基带信号的调制过程用数学方法可简单表示成:微波原理框图放大下变频中频滤波解调接收天线调制中放上变频功放滤波调制中频上变频功放滤波发送天线基带基带 地面微波中继的应用场合地面微波中继的应用场合:微波通讯组网灵活,建设周期短,成本低,特别适合于不便于铺设光缆的地区使用。1 1,作为光线传输的备份与补充。作为光线传输的备份与补充。2 2,在农村在农村,海岛等边远地区为用户提供基本业务的场合。海岛等边远地区为用户提供基本业务的场合。3 3,城市内短距离支线连接。城市内短距离支线连接。4 4,宽带无线接入。宽带无线接入。终端站终端站:处于微波线路的两端或分支线路终点。它只对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与发信。一个方向收信与发信。终端站能够上下所有的支路信号终端站能够上下所有的支路信号,并能够作为监控系并能够作为监控系统的集中监视站或主站。统的集中监视站或主站。中间站中间站:处于线路中间处于线路中间,只完成微波信号的放大与转发只完成微波信号的放大与转发,不上下话路。设备比较简单。不上下话路。设备比较简单。再生中继站再生中继站:处于线路中间处于线路中间,能够在本站上下部分支路。能够在本站上下部分支路。还可沟通干线上两方向间的通信。可作监控系统的还可沟通干线上两方向间的通信。可作监控系统的主站或受控站。主站或受控站。再生中继站只能采纳基带中继方式。再生中继站只能采纳基带中继方式。枢纽站枢纽站:处于干线上处于干线上,完成数个方向的通信任务完成数个方向的通信任务,能够上能够上下全部或部分支路信号。下全部或部分支路信号。监控系统中监控系统中,枢纽站一般作为主站枢纽站一般作为主站 电信运营商电信运营商 电信、联通、移动及广电等基础运营商电信、联通、移动及广电等基础运营商 公共事业专网公共事业专网 电力、水力、石油、煤炭、矿山、林业、大型工地等专网电力、水力、石油、煤炭、矿山、林业、大型工地等专网 政府专网政府专网 银行、税务、交通、运输等专网银行、税务、交通、运输等专网 应急通信应急通信 军队专网军队专网 驻地网驻地网 应急通信应急通信 应用场合应用场合 应用举例一应用举例一光网络补网:移动基站接收无线信号后,要将信号回传到BSC 以进入核心网进行传输,移动基站的回程传输。在传输光网络与BSC 之间,由于地理位置等其她缘故,不便于铺设光缆,则需要采纳微波传输的方式。应用举例二应用举例二 全球微波厂商全球微波厂商三、微波系统设备组成三、微波系统设备组成网管系统与IDU设备(1+0,1U)0、6m天线与ODU(直截了当安装,1+0)微波设备由室内单元(IDU)、室外单元(ODU)、网管系统、同轴电缆与天线组成一跳系统之间的通信IDUIDU的作用的作用IDU主要把业务数据、辅助数据、网管及交换数据按一定数据格式复接成帧,传给调制解调模块,调制解调模块再完成基带调制解调、中频变频等功能。行业内其她厂家的IDU构架IDU610IDU620中兴华为采纳的是业务盘、系统盘、调制解调盘分立的方式系统框图系统框图系统技术框图系统技术框图其她厂家单盘介绍其她厂家单盘介绍调制解调盘中频电缆接口XPIC信号补偿输入、输出口ODU电源开关指示灯E1业务盘116路E11732路E1MDR68接口指示灯STM1业务盘LC光接口系统控制盘我司目前规划开发的产品,单盘式。其单盘框图如下图所示:开发的产品面板结构类似于上图具体介绍具体介绍发送方向信号:数据进入调制解调芯片BCM85620的GPM模块(振荡器与解调器混合模块),传给基带调制单元。基带调制解调单元对数据进行信道编码、数字调制等数字信号处理,然后进行D/A转换,成为IQ基带信号。中频单元(PVG710)对IQ基带信号做模拟调制、信号放大等处理,形成中频频率为350MHz的模拟中频发送信号,同时对IDU与ODU之间的O&M信号进行FSK调制,形成频率为10、7MHz的模拟O&M信号,中心频率为350MHz的模拟中频信号、中心频率为10、7MHz的模拟O&M信号、-48V DC的电压信号通过中频馈线送给ODU。接收方向信号:中频单元对来自ODU的信号进行分离处理,获得中心频率为140MHz的模拟中频信号与中心频率为5、5MHz的O&M信号。对接收到的中心频率为5、5MHz的O&M信号进行FSK解调,通过FPGA的GPA接口送给CPU控制单元;对接收到的中心频率为140MHz的模拟中频信号通过PVG710变频到基带信号,再经过BCM85620的解调变成数字信号给FPGA去处理。ODUODU738G ODU系统设备组成系统设备组成编号名 称讲 明1GND接地柱2RSSI收信信号强度指示(直流电压),供调整天线时参考3IF 中频接口,N(Female),用中频电缆与IDU连接4射频接口 波导接口,用于7GHz 23GHz频段,直截了当与天线连接。接口介绍讲明接口介绍讲明 N N 型连接器型连接器(阴头阴头)中频接口用于中频接口用于ODU ODU 到到IDU IDU 的连接的连接,为为IDU IDU 提供提供140MHz 140MHz 中频中频信号。从信号。从I DUI DU接收接收-48VDC-48VDC 与与350MHz 350MHz 发信中频与发信中频与OOKOOK信号信号(发送发送5 5、5M5M,接收接收1010、7M7M)。调整天线的测试端口调整天线的测试端口(BNC(BNC 接口接口)利用利用RSSI RSSI 端口端口,对接收信号的功率进行监测对接收信号的功率进行监测,依照输出的依照输出的直流电压于接收信号功率的对应关系进行天线对准。直流电压于接收信号功率的对应关系进行天线对准。射频接口射频接口在在ODU ODU 的射频出口处安装了圆形的法兰适配器的射频出口处安装了圆形的法兰适配器,便于便于ODU ODU 与天线的连接。与天线的连接。接地柱接地柱使用接地螺丝进行接地保护。使用接地螺丝进行接地保护。ODUODU组成组成ODU主要包括功放模块(微波模块)、双工器、ODU中频盘与电源模块盘。中频放大为上变频提供足够大的混频激励信号用以补偿变频损失;上变频则将已调中频信号变为射频信号并为射频功率放大器提供激励。射频功率放大器最后将功率提高到所需水平。时分数字微波信号可容忍非线性失真,因而能够充分利用放大器件的(饱与)功率。下变频器用于将射频信号变为频率固定的中频信号,对模拟信号,变频过程不应引入失真。中频放大器决定收信机的主要放大量,及通频带带宽,其前置级也应采纳低噪声器件,并具有自动增益控制。解调器为调制器的逆过程,用于将已调中频信号还原为具有标称基带电平的基带信号。微波收信机用于中继系统时,视中继方式的不同,其输出可分别送至基带接口、中频接口与射频接口,为中继系统的发信部分提供转接信号。电源模块电源模块 以后自以后自IDU IDU 的的-48V-48V 变换成其她模块需要的变换成其她模块需要的5V5V,+12V+12V,+3+3、3V 3V 等等,具备具备-48V-48V供电输入的过压、欠压保护功能。供电输入的过压、欠压保护功能。中频盘模块中频盘模块包罗四部分功能包罗四部分功能,微控制器单元、信号调制解调器、中频模微控制器单元、信号调制解调器、中频模块与本振模块块与本振模块 。微控制器单元微控制器单元:作为作为ODU ODU 的控制核心的控制核心,接收接收IDU IDU 的指令的指令,完完成对成对ODU ODU 的频率、功率等项目的控制的频率、功率等项目的控制,收集收集ODU ODU 各模块的各模块的工作状况参数工作状况参数,作为告警信息向作为告警信息向IDU IDU 报告。报告。控制信道控制信道:采纳采纳OOK OOK 调制调制,数据速率为数据速率为1919、2kbps2kbps,上行载波上行载波频率为频率为5 5、5MHz5MHz,下行频率为下行频率为1010、7MHz7MHz。中频模块完成一次中频到二次中频的变频中频模块完成一次中频到二次中频的变频,包罗二次中频的双包罗二次中频的双工滤波器、接收方向的下变频及工滤波器、接收方向的下变频及AGC AGC 电路电路,发送中频的电缆补发送中频的电缆补偿偿ALC ALC 电路电路,上变频器上变频器,本振电路等单元。本振电路等单元。本振模块采纳分频锁相技术本振模块采纳分频锁相技术,由由MCU MCU 单元通过串行数据线设置单元通过串行数据线设置频踪的参数进而控制本振频率。频踪的参数进而控制本振频率。功放微波模块功放微波模块 由天馈系统接收到的微波信号由天馈系统接收到的微波信号,经双工器的滤波后进入收信模经双工器的滤波后进入收信模块块,经低噪声放大器经低噪声放大器(LNA)(LNA)、镜像抑制滤波器、混频器、中频、镜像抑制滤波器、混频器、中频放大器等电路输出到中频单元。此外放大器等电路输出到中频单元。此外,还包括一个中频检波电还包括一个中频检波电路路,用于接收信号功率检测用于接收信号功率检测,并提供给并提供给MCU MCU 单元。单元。来自于中频模块的发信中频信号经可变增益放大器、上变频来自于中频模块的发信中频信号经可变增益放大器、上变频器、功率放大器等电路器、功率放大器等电路,输出到双工器。输出的功率信号一部输出到双工器。输出的功率信号一部分耦合到检波器、经过比较放大器分耦合到检波器、经过比较放大器,控制可变增益放大器的增控制可变增益放大器的增益益,以保持输出功率稳定以保持输出功率稳定,MCU MCU 输出功率控制电压作为比较放输出功率控制电压作为比较放大器的参考电压大器的参考电压,设置输出功率。设置输出功率。双工器 双工器是3 端口(收信、发信、公共端口)无源器件,由2 个带通滤波器组成,1个收信滤波器,1 个发信滤波器;收信带通滤波器端口与收信模块连接,发信带通滤波器端口与发信模块连接,公共端口与天线连接。ODU的工程安装调整装置俯仰调节杆 水平调节杆中频电缆ODU天线四、微波新技术 为提高数字微波的传输容量,微波研发人员采纳了一系列高新技术:高状态调制解调,64QAM/128QAM/256QAM/512QAM/1024QAM 交叉极化干扰抵消(XPIC)技术 自习惯频域与时域均衡技术 高线性功率放大器与自动发射功率控制 大规模专用集成电路(ASIC)设计技术 更高调制模式,更高链路带宽 交叉极化干扰抵消(XPIC)技术pp为了进一步增加数字微波系统的容量为了进一步增加数字微波系统的容量,提高频谱利用率提高频谱利用率,在数字微波系统中还采在数字微波系统中还采纳双极化频率复用技术纳双极化频率复用技术,使单波道数据传输速率成倍增长。使单波道数据传输速率成倍增长。pp但在出现多径衰落时但在出现多径衰落时,交叉极化鉴别率交叉极化鉴别率(XPD)(XPD)会降低会降低,从而产生交叉极化干扰。从而产生交叉极化干扰。为此为此,需要交叉极化抵消器需要交叉极化抵消器,用以减小来自正交极化信号的干扰。用以减小来自正交极化信号的干扰。pp自习惯交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干扰信道自习惯交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干扰信道中取出部分信号中取出部分信号,经过适当处理后与有用信号相加经过适当处理后与有用信号相加,用以抵消叠加在有用信号上用以抵消叠加在有用信号上的来自正交极化信号的干扰。原则上干扰抵消过程能够在射频、中频或基带的来自正交极化信号的干扰。原则上干扰抵消过程能够在射频、中频或基带上进行。上进行。pp采纳采纳XPICXPIC技术后技术后,对干扰的抑制能力一般可达对干扰的抑制能力一般可达15 dB15 dB左右。左右。XPIC特性XPICXPIC(Cross-polarization interference Cross-polarization interference cancellationcancellation)是配合是配合CCDPCCDP(co-channel dual-co-channel dual-polarizationpolarization)使用的一种技术使用的一种技术,两项技术相配合两项技术相配合,能能够在同等信道条件下将传输容量提高一倍。够在同等信道条件下将传输容量提高一倍。XPICXPIC作为一种有效提高系统传输容量、提升频谱作为一种有效提高系统传输容量、提升频谱利用率的手段利用率的手段,在在TRUCKTRUCK微波上有及其广泛的应用微波上有及其广泛的应用,随着分体式微波的发展以及频率资源的日趋紧张随着分体式微波的发展以及频率资源的日趋紧张,该技术也应用于分体式微波当中该技术也应用于分体式微波当中 。XPIC双极化技术,空口容量提升1倍 自习惯频域与时域均衡技术pp当系统采纳多状态当系统采纳多状态QAMQAM调制方式时调制方式时,要达到要达到ITU-RITU-R所规定的性能指标所规定的性能指标,对多径衰落必对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到须采取相应的对抗措施。考虑到ITU-RITU-R的新建议将不再给数字微波系统提供额外的的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额差错性能配额,因此因此,必须采取强有力的抗衰落措施。必须采取强有力的抗衰落措施。pp在各种抗衰落技术中在各种抗衰落技术中,除了分集接收技术外除了分集接收技术外,最常用的技术是自习惯均衡技术最常用的技术是自习惯均衡技术,包括自包括自习惯频域均衡技术与自习惯时域均衡技术。习惯频域均衡技术与自习惯时域均衡技术。pp频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响,即利用中频通道插入的补偿网络的即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变;pp时域自习惯均衡用于消除各种形式的码间干扰时域自习惯均衡用于消除各种形式的码间干扰,可用于最小相位与非最小相位衰落可用于最小相位与非最小相位衰落,为消除正交干扰为消除正交干扰,可引进二维时域均衡器。可引进二维时域均衡器。高线性功率放大器与自动发射功率控制pp多状态调制技术对传输信道多状态调制技术对传输信道,特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。例如例如,对采纳对采纳64QAM64QAM的系统而言的系统而言,要求传输信道的三阶交调失真要比主信号至少要求传输信道的三阶交调失真要比主信号至少低低45 dB45 dB。若采纳。若采纳128QAM128QAM或或256QAM256QAM调制技术调制技术,则要求更严。则要求更严。pp为满足系统总传输性能的要求为满足系统总传输性能的要求,除了对微波高功放采取输出回退措施外除了对微波高功放采取输出回退措施外,还要采还要采取一些非线性的补偿技术取一些非线性的补偿技术,如加中频或射频失真器或采纳前馈技术等来改善放如加中频或射频失真器或采纳前馈技术等来改善放大器的线性。大器的线性。pp高线性功率放大器与自动发射功率控制高线性功率放大器与自动发射功率控制(ATPC)(ATPC)技术的关键是微波发信机的输技术的关键是微波发信机的输出功率在出功率在ATPCATPC的控制范围内自动地随接收端接收电平的变化而变化。的控制范围内自动地随接收端接收电平的变化而变化。pp采纳采纳ATPCATPC技术的优点是技术的优点是,降低了同一路由相邻系统的干扰降低了同一路由相邻系统的干扰,减小了衰落对系统的减小了衰落对系统的影响影响,降低了电源消耗降低了电源消耗,减小非线性失真。减小非线性失真。微波天线天线的作用是把发信机(ODU)发出的微波能量定向辐射出去,把接收下来的微波能量传输给收信机(ODU)。常用微波天线有抛物面天线与卡塞格仑天线。国产微波天线直径一般分为:0、3、0、6、1、2、1、6、2、0、2、5、3、2m 等;进口微波天线的直径一般分为:0、3、0、6、1、2、1、8、2、4、3、0m 等。天线种类多,每种直径的天线关于不同的频段有不同的规格,Ericsson Mini-link 有46 种天线。抛物面天线卡塞格仑天线同一频段内的n 个波道可共用一面天线。天线主要的参数是频段、直径与天线增益。单极化天线双极化天线分路系统(合路器)一般情况下,微波通信总是几个波道共用一套天馈线系统,则就需要分路系统把它们分开。分合路系统由环形器、分路滤波器、终端负载及连接用波导段组成。分路滤波器装在机架内。分路滤波器是由带通滤波器构成,它只允许设计的某个频带通过,通频带以外的频率都不能通过。终端负载均用于发射波的吸收。环形器使信号按一定的方向前进。当2个ODU共用1面天线时,两个ODU需要先连接到一个射频信号合路/分路器(以下简称合路器,英文名hybrid coupler),合路器再连接到天线。738G合路器6G合路器 网管系统 与PC 机连接,通过浏览器即可登录Web-CIT 本地维护终端,对网元设备进行设备信息查询,故障信息查询,系统配置,参数设置,链路性能监测,软件升级等维护操作。网管系统感谢您的聆听！