数字微波原理ppt课件

1、微波通讯根底微波通讯根底微波传播特性微波传播特性微波新技术简介微波新技术简介微波组成和原理微波组成和原理微波系统技术目的微波系统技术目的典型运用典型运用微波通讯根底微波通讯根底典型微波通讯网络典型微波通讯网络23 GHz (n x E1)13 GHz (n x E1)15 GHz (n x E1)微波站微波站MicroStar微波站微波站MicroStar微波站微波站MicroStar微波站微波站MicroStar通讯中心通讯中心MicroStar区域中心区域中心区域中心区域中心MicroStar QUADRALINKII or MegaStar SDH 2 - 11 GHz (1E1 - S

2、TM1)2 - 11 GHz 1E1/STM1 QUADRALINK II or MegaStar SDHMicroStar QUADRALINKII or MegaStar SDH 2 - 11 GHz (1E1 - STM1)13 GHz (n x E1)微波定义微波定义频率：频率：300MHZ300MHZ300GHZ300GHZ波长：波长：1m1m0.1mm0.1mm波段：波段：UHF: 0.3-1.12 K: 18-26UHF: 0.3-1.12 K: 18-26 L: 1.12-1.7 U: 40-60 L: 1.12-1.7 U: 40-60 LS LS：1.7-2.61.7-2.

3、6 S S：2.6-3.952.6-3.95 C C：3.95-5.853.95-5.85 XC XC：5.85-8.25.85-8.2 X X：8.2-12.48.2-12.4 KU KU：12.4-1812.4-18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.描画需用场的概念，电场、磁场、电磁波 5.具有动摇性微波频段：微波频段：2GHz频段频段1.7-1.9GHz; 1.9-2.3GHz; 2.4GHz; 2.49-2.69GHz)4/5GHz频段频段3.4-3.8GHz;

4、 3.8-4.2GHz; 4.4-5.0GHz; 5.8GHz) 6GHz频段频段5.925-6.425GHz; 6.430-7.110GHz)7GHz频段频段7.125-7.425GHz; 7.425-7.725GHz;)8GHz频段频段7.725-8.275GHz; 8.275-8. 5GHz; 8.50-8.75GHz)11/13GHz频段频段10.7-11.7GHz; 12.75-13. 25GHz;)15/18GHz频段频段14.50-15.35GHz; 17.7-19.7GHz;)23GHz频段频段; 26GHz频段频段; 38GHz频段频段传输速率及容量：传输速率及容量：Line

5、 Rate (Mb/s) SDH Signal PDH Signal # E1 (2048 kb/s) 2.048 1E1 8.192 4E1 16.384 8E1 34.368 16E1 51.84 Sub-STM-1 21 155.52 STM-1 63 622.08 STM-4 2488.32 STM-16 设备根本配置设备根本配置ODU-ODU-室外单元室外单元IDUIDU室内单元室内单元IF CABLE-IF CABLE-中频电中频电缆缆 天线天线机架可选机架可选公务可选公务可选h1h2d3602212()hhddka3602212()hhddka其中其中a为地球半径为地球半径637

6、0KM，K为大气折射因为大气折射因子子)(log20)(log204 .92)(KMdGHZfdBLs其中其中f为任务频率，为任务频率，d为站间距为站间距.如任务频如任务频率提高一倍或传输间隔提高一倍，自在空率提高一倍或传输间隔提高一倍，自在空间传输损耗都将添加间传输损耗都将添加6dB设备入口的收信电平为设备入口的收信电平为PPGGLLLrTRkks012其中其中 为发端设备的出口发信功率，为发端设备的出口发信功率， 为发，收端天线增益，为发，收端天线增益， 为两端馈线损耗，为两端馈线损耗， 为自在空间损为自在空间损耗耗P0GGTR,LLkk12,Ls一阶费涅尔半径如一阶费涅尔半径如下：下：T

7、Rhnd1d2hdd1121211普通情况余隙都要普通情况余隙都要保证一个一阶费涅保证一个一阶费涅尔半径尔半径(7/8GHZ)地球凸起高度：地球凸起高度：h2h1d1d2dhbhshc其中其中K为大气折射为大气折射因子因子途径余隙的途径余隙的计算公式如计算公式如下：下：余隙可得大余隙可得大于一阶费涅于一阶费涅尔半径尔半径Kddhb210785. 0schKddddhdhh2112210785. 0hcTR0.50dBhhC11.00当相对余隙大于当相对余隙大于0.5，阻挠损耗为，阻挠损耗为0dB,妨碍物妨碍物的顶部恰好在视距连线上时，阻挠损耗为的顶部恰好在视距连线上时，阻挠损耗为6dB。余隙6

8、 61010对主接纳天线对主接纳天线 a. 微波频率低于微波频率低于7GHz 当当K4/3时取时取1.0F 当当K2/3时取时取0.4F(平坦地带平坦地带) 当当K2/3时取时取0F(锲型阻挠物锲型阻挠物) 当当K2/3时取时取0.3F(非锲型阻挠物非锲型阻挠物) b. 微波频率大于微波频率大于7GHz 当当K4/3时取时取1.0F 当当K2/3时取时取0.577F(平坦地带平坦地带) 当当K2/3时取时取0F(锲型阻挠物锲型阻挠物) 当当K2/3时取时取0.3F(非锲型阻挠物非锲型阻挠物) 对空间分集接纳天线对空间分集接纳天线 当当K4/3时取时取0.6F F： 第一费涅尔半径第一费涅尔半径

9、余隙选择规范余隙选择规范ReReReR哇！哇！微波微波是弯是弯着走着走的的 K型衰落型衰落 由于折射系数由于折射系数K的变化，使直射波和地面反的变化，使直射波和地面反射波相关涉而产生的衰落，或直射波因折射下凹射波相关涉而产生的衰落，或直射波因折射下凹而被地面的高地或高山阻挠而发生的绕射性衰落。而被地面的高地或高山阻挠而发生的绕射性衰落。这种衰落的周期较长，约几分钟这种衰落的周期较长，约几分钟还是还是气候气候缘由缘由波导型衰落波导型衰落在无风的气候，在平原和水网地域，在无风的气候，在平原和水网地域，容易构成接近地面的波导层，使波束容易构成接近地面的波导层，使波束发生会聚或发散而导致衰减性衰落。发

10、生会聚或发散而导致衰减性衰落。这种衰落的时间较长，有时可达几非这种衰落的时间较长，有时可达几非常钟常钟所以设计时就要思索当地地所以设计时就要思索当地地形与气候形与气候 多径衰落多径衰落 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。多径衰落周期较短普通为几秒。多径衰落分平衰落和频率选择性衰落。合成波周期较短普通为几秒。多径衰落分平衰落和频率选择性衰落。合成波的电平比正常传输低称为下衰落，比正常传输高称为上衰落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缘由是主要缘由在

11、在10GHZ频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，对一个中继段能够会引入几个分贝。对一个中继段能够会引入几个分贝。在在10GHZ以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的限制，如对限制，如对13GHZ以上频段，以上频段，100mm/小时的降雨会小时的降雨会引起引起5dB/km的损耗，所以在的损耗，所以在13GHZ，15GHZ频段，频段，普通最大中继间隔在普通最大中继间隔在10km左右左右在在20GHZ以上频段，由于降雨损耗影响，中继间以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里距只能有几公里越高频段雨越高频段雨衰越厉害！衰越厉害！

12、高频段可以高频段可以做用户级传做用户级传输输采用新技术简介采用新技术简介 1.MLCM : 1.MLCM : 多电平编码调制多电平编码调制 与与TCMTCM相当的杰出的编码增益相当的杰出的编码增益 (BER=10-3(BER=10-3时时2.5 dB)2.5 dB) 降低编码冗余度降低编码冗余度, ,可提供可提供2Mbits2Mbits的旁路通道的旁路通道 2. DFE : 2. DFE : 判决反响平衡器：有效地平衡最小相判决反响平衡器：有效地平衡最小相位衰落位衰落 3. 3. 空间分集接纳技术空间分集接纳技术 4.XPIC : 4.XPIC : 交叉极化干扰消除器交叉极化干扰消除器 实现了

13、两倍的传输容量实现了两倍的传输容量5. ATPC : 5. ATPC : 自动发信功率控制自动发信功率控制 降低对相邻系统的干扰降低对相邻系统的干扰 发生衰落时添加发生衰落时添加 2dB2dB的输出功率的输出功率多电平编码调制多电平编码调制MLCM映射映射128 QAMMOD码码速速变换变换80/84(84-80)/80=5%奇偶校奇偶校验码验码R=11/12) 卷卷积码积码(R=3/4)111234与与TCM网格状网格状编码调编码调制相当的高制相当的高编码编码增益增益. 编码编码冗余度低，可添加两路冗余度低，可添加两路 2 Mbit/s的旁路的旁路业务业务. 经过经过降低操作速度降低操作速度

14、实现实现了了稳稳定的解定的解码码操作操作.天线间距天线间距100到到200极大地改善多径衰落极大地改善多径衰落提高长间隔传输的带内色提高长间隔传输的带内色散性能散性能空间分集合路系统SingleReceiver102030403020100凹 陷深 度 【 D B 槽频 率 M Hz最小相位非最小相位010203040302010015105051015凹 槽频 率 M Hz最小相位非最小相位010203040302010015105051015凹 槽频 率 M Hz最小相位非最小相位SingleReceiver单一接 收 机条 件 ： 128 Q AM DFE ,

15、M A IN s i g na l : 无 凹 槽 , SD s in gal: 凹 槽 = 6. 3 ns , BER =10-3凹 陷深 度 【 D B】原有的方法（I P ）新的方法（M I D I P）空间分集系统采用电子调理的空间分集系统采用电子调理的DADE自顺应自顺应绝对时延平衡绝对时延平衡MODTXMainRXDADEDEMRXTXMOD SDRXCOMB用固定的延时器件进展用固定的延时器件进展粗调：粗调：0 0或或40nsec 40nsec 自动的自动的DADEDADE进展细调：进展细调：0 0到到75nsec 75nsec EQL交叉极化干扰消除器交叉极化干扰消除器XPIC

16、PROTPROTREG1REG1REG2REG2REG3REG3REG4REG4REG5REG5REG6REG6REG7REG7H-Pol.H-Pol.V-Pol.V-Pol. 同波道同波道 ( (双极化双极化) ) 频率方案频率方案 优点：优点：传输容量添加一倍，提高频谱利用率传输容量添加一倍，提高频谱利用率自自 动动 传传 输输 功功 率率 控控 制制 器器在传输信道情况比较好时，输出功率降低在传输信道情况比较好时，输出功率降低 减少对相邻系统的干扰减少对相邻系统的干扰 减少上行衰落问题减少上行衰落问题 改善了改善了RF AMPRF AMP的非线性的非线性 降低直流功耗，提高可靠性降低直流

17、功耗，提高可靠性在发生深衰落时，可提高输出功率在发生深衰落时，可提高输出功率2dB2dB 改善深衰落改善深衰落改善剩余误码性能改善剩余误码性能 ODUPC机48VDCn*E1信号中频电缆串口速率匹配勤务插入编码 扰码 调制解扰勤务提取解码速率匹配解调时域均衡IF放大IF均衡电源告警和维护IDU勤务入勤务出IDU单元1. PDH1. PDH接口接口 2. 2. 信号处置模块信号处置模块 调制调制/ /解调和平衡器解调和平衡器 监控维护接口监控维护接口 维护切换模块维护切换模块 勤务接口勤务接口 IDU-ODUIDU-ODU接口适配单元接口适配单元 IDUPDH接口模块PDH接口是数字微波要传输的

18、主信号接口。在功能上完成E1链路的信号极性变换，HDB3编解码、分接/复接功能。 双/单极性变换HDB3解码复接单/双极性变换HDB3编码分接本地时钟DSPPDH接口IDU信号处置单元主要完成勤务信号与主数据信号的复合/分解，FEC编解码，以及扰码/解扰等功能 MUXFEC编码扰码解扰FEC解码DEMUX调制/解调DSC/OWDSC/OWn*E1多电平编码调制多电平编码调制MLCM 低的编码冗余低的编码冗余调制相位图调制相位图+前向纠错前向纠错里德里德-索罗门索罗门R-S块纠错块纠错卷积码和交错码卷积码和交错码 1.00E-081.00E-071.00E-061.00E-051.00E-041

19、.00E-0320.021.022.023.024.0C/NdBBERMLCMMLCM+R-SIDU调制/解调和平衡器 实现QPSK/16QAM 调制/解调,平衡器的功能 LPF IF LPF A/D A/D I Q QPSK 16QAM AGC DSP D/A D/A I Q QPSK 16QAM PLL REF_CLK Loopback AGC 中 频均 衡器 时域均衡 解调 调制 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，频率利用率高，信号星座点分布合理，以保证传输质量。信号星座点分布合理，以保证传输质量。所以常采用所以常采用 64/128/256QAM调

20、制。调制。 小容量微波小容量微波: 要求调制方式对器件的线性要求不高要求调制方式对器件的线性要求不高,所以常采用所以常采用FSK,QPSK,16QAM调制。调制。数字式自顺应频域平衡器：数字式自顺应频域平衡器： 用于校正射频通道的幅频特性。用于校正射频通道的幅频特性。数字式自顺应时域平衡器：数字式自顺应时域平衡器： 确保在动态环境下的高质量传输，校正由快速确保在动态环境下的高质量传输，校正由快速多径衰落引起的码间干扰特性用色散衰落贮藏多径衰落引起的码间干扰特性用色散衰落贮藏DFM，dB值表示。值表示。信号频谱信号频谱多径衰落多径衰落斜率平衡斜率平衡平衡后频谱平衡后频谱频域平衡只能平衡信号的幅频

21、特性，不能平衡相位频谱特性，但是电频域平衡只能平衡信号的幅频特性，不能平衡相位频谱特性，但是电路简单路简单时域平衡时域平衡判决反响平衡器判决反响平衡器DFE)DFE)TTTTTTUN-1UN-1+ +- -+ +- -UN-2UN-2U0U0CN-1CN-1CN-2CN-2C0C0n nn-Mn-Mn-2n-2n-1n-1dMdMd2d2d1d1FE (FE (前馈平衡器前馈平衡器) )6 6 抽头抽头 LE (LE (线性平衡器线性平衡器) )不受最小相位衰落影响不受最小相位衰落影响BE (BE (后馈平衡器后馈平衡器) )11 11 抽头抽头 DFE (DFE (判决反响平衡器判决反响平衡

22、器) )优点：优点：平衡时域内的波形失真和符平衡时域内的波形失真和符号间的干扰号间的干扰完全平衡最小相位失真完全平衡最小相位失真直射信号直射信号 Direct Signal反射信号 非最小相位衰减：非最小相位衰减： 反射信号大于直射信反射信号大于直射信号号反射信号是主要的反射信号是主要的直射信号被以为是干直射信号被以为是干扰，提早到达扰，提早到达最小相位衰减最小相位衰减 : :直射信号大于反射信号直射信号大于反射信号 反射信号被以为是干扰，反射信号被以为是干扰，遭到延迟遭到延迟 反射信号202025253030353540404545505045454040353530302525202015

23、15-20-20-10-100 010102020凹口凹口(dB)(dB)凹口偏置频率凹口偏置频率 (MHz)(MHz)非最小相位非最小相位判决反响判决反响EQLEQL线性线性EQLEQL最小相位最小相位冄冄=6.3ns=6.3nsBER=10-3BER=10-3判决反响平衡器(DFE)特性IDU监控维护接口监控维护接口对IDU,ODU的监控经过RS232串行异步通讯来实现 Add_Bus ASK_RX/TX Modem DSP ASK Data_Bus RS232 CPU Ctl_Bus PDH 接口 IDU维护切换程序实现11维护和切换功能 在正常情况下，主用波道传送主业务数据，备用波道备

24、用。 在收信端由误码检测电路检测电路质量常采用判决电平偏移伪误码检测。一旦发现超标，发出告警信号，同时向发信端发出并发指令，经通道传输至发端。 发信端收到并发指令后，选择倒换门，完成并发任务，同时向收信端发回发信端并联任务已完成，恳求收信端倒换指令。 该指令由收信端接纳后，对备用信道进展延迟调整，使码流与主信道同相；然后选择倒换门进展切换。从而完成维护切换功能。IDU维护切换模块11 TX2 RX1 PDH 接口主用 延 迟调整 PDH 接口备用 延 迟调整 倒换门 主 IF Modem 备IF Modem 倒换门 收 信 控制逻辑 发 信 控制逻辑 误 码 检测逻辑 TX1 RX2 IDUI

25、DU-ODU接口适配单元 IDU和ODU之间的信号有： IF收、IF发、双向ASK监控信号、-48V直流电源。在物理上只经过一根阻抗为50的同轴电缆衔接。各信号频分复用。 ASK/FSK 24V/-48V IF_up IF_down 0 5.5M/11.092M 70M 140M Hz ODU单元 IF 发信号 ODU 监控信号 -48VDC 上变频 IF 收信号 功放 双工器 下变频 CPU LNA ASK 天线 带通滤波器 带通滤波器 MPX IDU D/A A/D 主要完成发送混频，功率放大，以及接纳低噪声放大和下变频功能；以及对ODU监控功能。馈线微波馈线分两类：普通根据不同频段的而选

26、用 软波导(13GHz用) 椭圆型软波导 射频电缆8GHz用 馈线损耗馈线损耗 对对7/8GHZ频段，射频电缆损耗普通为：频段，射频电缆损耗普通为： 6dB/100m 对对13GHZ频段，软波导损耗为：频段，软波导损耗为：0.59dB/m 对对15GHZ频段，软波导损耗为：频段，软波导损耗为：0.99dB/m天线 天线常分普通和高性能两种；又根据消费厂家分国产和国外两种。频段：4G/5G/6G/7G/8G/13G/15G/18G/23GHz口径：0.6m，1.2m，1.6m，2.0m，3.0m ,3.7m等 1.2m的天线直接与ODU相连； 1.2m的天线经过馈线与ODU相连。侧视图侧视图俯视

27、图俯视图主瓣主瓣副瓣副瓣副瓣副瓣主瓣主瓣半功率角半功率角q 天线增益天线增益qG=20logf(GHZ)+20logD(m)+20.4+10log dBq 其中其中f为频率，为频率，D为天线口径，为天线口径， 为天线效率，为天线效率，普通为普通为50-60，q 天线半功率角天线半功率角0 7070.D其中其中是波长，是波长，D是天线口径是天线口径q前后比，驻波前后比，驻波 在天线俯仰或程度调整过程中，会出现如在天线俯仰或程度调整过程中，会出现如右以下图的电压波形。一旦发现这种情况，其右以下图的电压波形。一旦发现这种情况，其电压最大点位置，即为俯仰或程度方向的主瓣电压最大点位置，即为俯仰或程度方

28、向的主瓣位置，该方向无需再作大范围调整，只需把天位置，该方向无需再作大范围调整，只需把天线微调到电压最大点位置及可。线微调到电压最大点位置及可。 天线的俯仰及程度的调整方法是一样的。天线的俯仰及程度的调整方法是一样的。 当天线对得不太准时，有能够在一个方向当天线对得不太准时，有能够在一个方向上只能测到一个很小的电压，这种时候需求两上只能测到一个很小的电压，这种时候需求两端配合，进展粗调，把两端天线大致对准。端配合，进展粗调，把两端天线大致对准。AGC电压检测点电压检测点VAGC副瓣位置副瓣位置主瓣位置主瓣位置角度角度 天线的调整过程中天线的调整过程中经常会出现如右图的两经常会出现如右图的两种错

29、误情况，即把天线种错误情况，即把天线对到副瓣上，使得收信对到副瓣上，使得收信电平达不到设计目的电平达不到设计目的正确正确错误错误错误错误微波微波 IDU技术目的技术目的(PDH)容量4MB8MB17MB34MBIDU 类型1RU IDU1RU IDU2RU IDU3RU IDU调制方式QPSK频谱成形均方根滚降 (0.5)传输容量2 x 2.048 Mbps4 x 2.048 Mbps或1 x 8.448 Mbps8 x 2.048 Mbps16 x 2.048 Mbps或1 x 34.368 Mbps符号率2.386 Mbaud4.646 Mbaud9.500 Mbaud19.332 Mba

30、ud数字接口- 码型- 阻抗- 接头HDB-3 (ITU-T G.703)75 欧姆, 不平衡 / 120 欧姆, 平衡BNC 或 IEC (可选)勤务信道- 工程公务话- 数字勤务信道- 模拟勤务信道1 信道1 信道 (4800 bps, RS-232C)2 信道 (0.3到 4 kHz)C/N- BER 10-3- BER 10-613.1 dB16.6 dBIF 频率TX: 850 MHz / RX: 70 MHz尺寸(H) x (D) x (W) in mm44 x 250 x 48244 x x250 x x48288 x 300 x 482132 x 240 x 482重量约. 6

31、 kg约. 6 kg约. 8 kg约. 9 kg微波微波 ODU技术目的技术目的(PDH)频率7 / 8 GHz13 GHz15 GHz18 GHz频率范围7.125 到 8.500 GHz12.75 到13.25 GHz14.5 到15.35 GHz17.7 到 19.7 GHz频率计划ITU-R 385ITU-R 386ITU-R 497-4ITU-R 636-2ITU-R 595-3RF 信道间隔3.5 MHz (4MB) / 7 MHz (8MB) / 14 MHz (17MB) / 28 MHz (34MB)TX 发信功率+27 dBm+25 dBm+23 dBm+23 dBmTX

32、输出功率控制0 到 10 dB, 1-dB/步 可调, 0/10/20 dB 固定设置精度: +/-1.0 dB频率配置灵活63 MHz56 MHz56 MHz252 MHz频率稳定度+/-5 ppmRX 噪音系数4.0 dB4.0 dB4.0 dB5.0 dBBER 10-3时的门限电平- 4MB 系统- 8MB 系统- 17MB 系统- 34MB 系统-93.5 dBm-90.5 dBm-87.5 dBm-84.5 dBm-93.5 dBm-90.5 dBm-87.5 dBm-84.5 dBm-93.5 dBm-90.5 dBm-87.5 dBm-84.5 dBm-92.5 dBm-89.

33、5 dBm-86.5 dBm-83.5 dBmBER 10-6时的门限电平- 4MB 系统- 8MB 系统- 17MB 系统- 34MB 系统-90.0 dBm-87.0 dBm-84.0 dBm-81.0 dBm-90.0 dBm-87.0 dBm-84.0 dBm-81.0 dBm-90.0 dBm-87.0 dBm-84.0 dBm-81.0 dBm-89.0 dBm-86.0 dBm-83.0 dBm-80.0 dBm最大 RX 输入电平-15 dBm-15 dBm-15 dBm-20 dBm尺寸264 (w) x 96 (D) x 317 (H) mmWeightApprox. 6 kg微波系统性能微波系统性能(PDH)RF I/O 口: 发兰PBR140PBR220PBR220PBR260PBR320 : 阻抗50 欧姆50 欧姆50 欧姆50 欧姆50 欧姆功耗 约. 50 W (ODU + IDU)温度范围 ODU= -30 到 +50 IDU = 0 到 +50ODU MTBF*400,000小时400,000 小时400,000 小时400,000 小时340,000 小时尺寸 (