数字微波通信原理

一、数字微波通信基础二、数字微波设备简介微波？微波通信是什么？微波系统由哪几个部分组成？各自的功能作用又是什么呢？微波有哪些特点？微波的应用场景有哪些？微波的运用技术有哪些？数字微波通信基础LFMFHFVHFUHF

SHF

EHFMicrowavef10Km

1Km

100m30KHz

300KHz

3MHz10m

1m

10cm

1cm

1mm30MHz

300MHz

3GHz

30GHz

300GHz线红外可见光微波（Microwave）微波信号的频率范围数字微波通信基础微波是指频率为300MHz~~300GHz的电磁波，对应的波长为1m~~1mm，是全部电磁波频谱的一个有限频段。微波通信指利用微波频段的电磁波来传输数字信号的通信方式，从定义上看：微波是一种载波，微波可以承载任何电信号，包括话务信号，

，声音、图像等多

信号，以太网数据，以实

现信息的沟通与互传。微波的基本性质通常呈现为

、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被

吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类

东西，则会反射微波。因为微波的频率高，传输的信号绕射能力很弱，因此要求微波在传输过程

间链路是不能有

物阻挡，所以微波是一种视距传输。数字微波通信基础数字微波通信基础数字微波传输系统（digitalmicrowavetransmissionsystem）组成如下所示：包括三个子系统：IDU,ODU,天线三个部分IDU（Indoor

unit）：主要的功能是对业务信号调制解调

ODU（Outdoor

unit）：频率转换和信号功率放大天线（Antenna）：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)。数字微波的调制方式调制的数字信号叫做数字基带信号，由于基带信号不能在无线微波信道中传输，必须将基带信号变换成频带信号的形式，即用基带信号对载波进行数字调制。调制之后得到的信号是中频信号。一般情况下，上行中频信号的频率是350MHz，下行中频信号的频率是140MHz。要通过微波传输，还需通过上变频将其变为射频信号。上变频就是将中频信号与一个频率较高的本振信号进行混频的过程，然后取混频之后的上边带信号。下变频是上变频的逆过程，原理是一样的，只是取的是本振信号与微波信号的不同组合而已，取的是混频之后的下边带信号。数字微波通信基础数字微波的调制方式对数字基带信号的调制过程用数学方法可简单表示成：幅移键控(ASK)：用数字基带信号改变载波A，不变Wc和φ频移键控(FSK)：用数字基带信号改变载波Wc，不变A和φ相移键控(PSK)：用数字基带信号改变载波φ

，不变Wc和A正交振幅调制(QAM)：数字基带信号改变载波

和A

不变目前商业的最高速率调制方式是2048QAM数字微波通信基础数字微波通信基础微波通信系统模型：数字微波通信基础微波通信的特点：微波传输距离长（微波中继通信）投资少，见效快能力强，线路噪声不累计环境适应能力强通信质量能够满足各种通信业务需求（E1&N*STM-1&Ethernet)能力具有很强的抗自然设备体积小，功耗低传输速率有限（目前及光纤速率）易受到外界条件影响使用频谱需要申请最大的传输速率是单个频点2Gbps,远不：数字微波通信基础地面微波中继通信的运用场合作为光纤传输的备份与补充移动通信在农村，海岛等边远地区为用户提供基本的业务宽带无线接入城市内短线、支线连接（可以用于快速建网，迅速争夺市场）应急通信/私用通信网干线通信（国外居多）。数字微波由于广泛的运用，与

通信、光缆通信被称为现代通信传输的三大支柱数字微波通信基础地面微波中继通信的运用场合之移动通信传输网BSC22×E12×E18×E1BSC1BTS2BTS1BTS4MSCBTS32×E14×E116×E1BTS:BSC:

控制器MSC:移动交换中心地面微波中继通信的运用场合之应急通信数字微波通信基础2014年7月登陆湛江徐闻的台风“威马逊”导致徐闻

雷州全境移动通信中断，光缆被桉树压断，被风吹断，NEC

SDH微波安装用于应急通信，保证2G通话业务开展地面微波中继通信的运用场合之应急通信数字微波通信基础2015年3月15清远

活动，在清远体育馆增加一台应急通信车覆盖2&4G信号，采用

PTN微波用于业务传输，满足密集

场所的临时通信需求微波通信运用技术PTN数字微波（也叫IP微波）是针对移动通信网络IP化演进及移动承载网络由SDH向PTN

的历史背景下 移动回传的解决方案。PTN微波可以与光网络完全兼容，提供分组数据的无线传输，同时具备精确的频率同步(syncE)和时间同步（IEEE1588V2)功能。可作为高速发展的PTN光网络的有效补充或备份。PTN微波的主要特点（相比传统的微波）：IP化，与以太网完全兼容●传输速率更高●具有强大的 功能业务传输功能精度的时钟同步，实现高质量传输数字微波通信基础移动传输网络发展趋势：●分组数据❉多业务

承载❉分组业务的分组传输❉平滑演进，保护投资SDH传输体验❉层次化管理❉层次化服务质量❉端到端的网络管理❉●同步❉时钟同步（SyncE)❉时间同步（IEEE1588V2）数字微波通信基础各种微波实用技术简介AM

(Adaptive

Modulation）,自适应调制)是一项根据信道质量自动调整调制模式的技术。在相同的波道间隔下，调制模式不同，微波的业务带宽也不同，调制模式越高，传送的业务带宽越高，但链路的能力越低。在信道质量良好时（如晴天），设备采用高调制模式，尽力传送的用户业务，以提高系统的传输效率和频谱利用率。当信道质量时（如雷雨、大雾天气），网元采用低调制模式方式，只传送可用带宽内的高优先级业务，对低优先级的业务进行丢弃，以提高链路的能力，保证高优先级业务的链路可用性。Adaptive

ModulationCapacityTimeVoice99.99%99.995%99.998%99.999%99.95%256QAM128QAM64QAM64QAM128QAM256QAM32QAM99.9%uOutage:

525.60minQPSK16QAMPacket

radioGSMHSPA数字微波通信基础AM特点D

dDetectedSNRIncreased32QAM64QAM

MessagePrepare

toSwitch

to64QAMModulationBandwidthCapacity32QAM28MHz100M64QAM28MHz150MAM可以使用QPSK/16QAM/32QAM/64QAM/128QAM/256QAM/1024QAM调试模式。AM实际使用的最低调制模式（也称为ReferenceMode）和最高调制模式（也称为

Nominal

Mode）可以设置。切换AM调制模式时，发送频率、接收频率和波道间隔都不会改变。切换AM调制模式时，采用Step

By

Step的方式逐级进行切换。切换AM调制模式时，在丢弃低优先级业务的同时，高优先级业务不产生误码和滑码，切换速度满足100dB/s的信道快 无误码。数字微波通信基础各种微波实用技术简介ATPCATPC：Automatic

Transmit

Power

Control

自适应发信功率控制ATPC能够使发信机的 在ATPC控制范围内自动 接收端接收电平的变化。若路径条件比较差， 较大，接收端的收信电平低于接收端设置的ATPC调整下门限时，接收端通知发送端提高ODU的 ，从而避免较大误码率的出现。若路径条件好，接收端通知发送端适当降低ODU的 ，这样可以减小对其他系统的干扰，也可以降低系统功耗。数字微波通信基础各种微波实用技术简介ATPC

(Automatic

Transfer

Power

Control)系统先设定一个RSL范围，当不在范围时则TX功率进行调整CCDP

(Co-Channal

Dual

Polarization)相关概念：XPD（Cross

Polarization

Discrimination）交叉极化鉴别率

2.XPIC(Cross

Polarization

Interference

Cancellation)交叉极化抵消CCDP优点：在不增加频谱成本的情况下实现传输速率的翻倍，频率利用效率大一倍，最终减少运营商的总体投入。CCDP对天线的要求：要求整条微波链路的天线的XPD要足够高，一般要达到40DB以上，并且要求一致性非常好，以保证链路的误码性能合格。数字微波通信基础FEC(Forward

Error

Correction)前向纠错是一种差错控制方式，它是指信号在被送入传输信道之前预先按一定的算法进行编码处理，加入带有信号本身特征的冗码，在接收端按照相应算法对收到的信号进行，从而找出在传输过程中产生的错误码并将其纠正的技术。在微波技术中，前向纠错主要有RS编码，RS(Reed-Solomon)码是一类纠错能力很强的特殊的非二进制BCH码。如FCE中的RS（255

238)表示在一个传输流

有255数据，而实际用于传输业务的的比特数只有238，RS编码需要占用一定的开销字节，虽然占用了一定的带宽，但是这样可以提高链路的传输系能，二者需要做一个折衷。拓展知识：如某个微波系统射频最大带宽为56MHzFEC:RS(252,228)

模式：256QAM

滚降系数为0.15

请计算该微波的最大传输速率?（56*228*8）/

[252*(1+.15)]=352.46Mbps数字微波通信基础一、数字微波通信基础二、数字微波设备简介数字微波设备简介微波设备分类按照不同的分类方法，微波设备可以按照下面的方式分类：数字微波设备简介数字微波设备分类PDH微波：PDH微波具有典型的2M接口（下图为NEC

PDH微波设备）数字微波设备简介数字微波设备分类SDH微波：SDH微波具有典型的STM-1光（电）接口（下图为贝尔SDH微波设备）数字微波设备简介数字微波设备分类PTN微波：PTN微波具有典型的以太网接口（下图为倍增PTN微波设备,业务端口为GE光口）数字微波设备简介全室内型(一体式)微波全室内型(一体式)微波一般是trunk，俗称大微波，射频单元（RFU）、信号处理单元（SPU）、复接器等单元全在室内，室外仅有天线，特点是传输容量大，适用于骨干线路传输。但是，一体式微波的成本高。数字微波设备简介全室内型微波(实物图）长山尾跨海贝尔Trunk微波数字微波设备简介全室内型微波(实物图）MDS超级微波数字微波设备简介全室外微波全室外型微波是所有单元都在室外，其优点是易于安装、节省机房空间，但是设备在室外，容易损坏。数字微波设备简介全室外微波（实物图）京信PTN350全室外微波数字微波设备简介分体式微波分体式微波由室外单元（ODU）和室内单元（IDU）组成，天线和ODU之间一般

用波导管连接，IDU和ODU之间通过中频电缆连接。中频电缆用于IDU和ODU之间的中频业务信号和IDU/ODU通讯控制信号的传输，并向ODU供电。容量相对较小，安装

方便，便于快速建网，是目前应用最广泛的微波设备。ODU子系统（ODUSS）：ODU主要提供中间频率模拟信号和射频信号的相互转换功能。用于实现中频、射频信号转换，射频信号处理和放大。ODU规格和射频频率相关，与传输容量无关。从外观可以看到ODU（以京信ODU为例子）接口和信息主要有：波导口RSSI（接收信号强度指示）接口中频接口接地柱子把手搭锁扣透气膜极化方向标志数字微波设备简介ODU子系统：ODU系统框图数字微波设备简介中频多工器TXRXASKDCIFM(中频模块)TX_IFRX_IFMTM(模块)DCMWM(微波模块)TX_IF1RX_IF1CtrlMon&DetectDCsupplyDCsupply中频多工器MTM(模块)中频多工器MTM(模块)中频多工器MWM(微波模块)MTM(模块)中频多工器MWM(微波模块)MTM(模块)中频多工器MWM(微波模块)MTM(模块)MWM(微波模块)MTM(模块)MWM(微波模块)中频多工器MTM(模块)MWM(微波模块)中频多工器ASKMTM(模块)MWM(微波模块)ANTIF

Cable

To

IDUODU子系统：现场运用规划数字微波设备简介ODU子系统：关于高站/低站、子段、收发间隔在点对点微波系统中，一端设备的发送频率即为对端的接收频率。如果一端设备的发送频率比接收频率高，则此端站称为高站，标记为P（TxHIGH)；如果一端设备的发送频率比接收频率低，则此端站称为低站，标记为N(TxLOW)。一套配套的微波必然是一个高站一个低站。在微波工程中， 互联一般是高站带低站，也就是高站ODU在局端，低站ODU在末端。微波ODU由于本身技术限制原因，无法做到很宽的频率跨度，所以ODU都有子段规划，如15GODU有四个子段，A,B,C&D，这四个子段分布在15GHz（14.500~15.350GHz）里面，而各子段频率分布如下表。15GODU收发间隔是420M，即在高站设置的某一个频点，如14921M，则本端的接收是14921-420=14501M，14501M也是对端的发射频率。数字微波设备简介IDU子系统（IDU

SS）：主要提供业务信号和中间频率模拟信号的相互转换功能,IDU实际上是一个调制解调器。IDU实物图如下（

OptiX

PTN950）：数字微波设备简介数字微波设备简介IDU原理框图：数字微波传输系统信号框图：发送350M/310M中频信号接收140M/70M中频信号ODUIDU中频馈线：一般是同轴电缆，两端用馈线头相连，一般连接ODU侧的是N头，连接IDU侧的也是N头，也有TNC头，各厂家有不同的大小，随之设备的体积越来越小，IDU侧选用TNC接头将会是主流。TNC-N

5D-FB电缆N-N

1/2电缆数字微波设备简介目前主流微波厂家配套的同轴电缆馈线主要有：1）8D-FB

(NEC,贝尔，倍增...)最长一般2）1/2馈线（京信，中兴，

...)最长一般过300米过300米3)5D-FB馈线（ ，爱立信)最长一般不超过180米4）10D-FB（NEC）最长一般不超过350米5）5D-FB（NEC）最长一般不超过150米6）7D-FB（地杰）最长一般 过300米一般电缆直径越大，损耗越小，长度可以更长数字微波设备简介国内微波设备工程运用的长度一般不超过100米，故厂家配套的电缆均可直接使用天线，天线种类多，天线（Antenna）：常用微波天线有抛物面天线和每种直径的天线对于不同的频段有不同的规格。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；进口微波天线直径一般分为：0.3、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0m等。数字微波设备简介数字微波设备简介天线极化天线极化：天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向，微波天线采用垂直和水平极化。还可以将两个不同极化天线做在一起，形成双极化天线，传输两个独立的波。微波传输工程实际运用中，天线默认使用垂直极化（ 能力较强），可以通过改变波导口方向实现极化方向的改变。垂直极化水平极化可见当天线口径一定时，工作频率越高，半功率角越小，能量集中程度越高；当工作频率一定时，天线口径越大，半功率角越小。D0.5

(650

~

700

)

天线指标在微波接力系统中，对天线的基本要求是天线效率高，旁瓣电平低，交叉极化鉴别率高，电压驻波比低，工作频带宽。它的主要参数如下：天线增益在天线尺寸一定的情况下，天线增益大小直接反映了天线效率的高低。定义为面式天线与无方向性天线在某点产生相场的条件下，无方向性天线的输入功率Pio与面式天线的输入功率Pi之比。G(dB)=Pio/Pi=17.4+20log

F(GHz)+

20logD(m)半功率角(3dB波束宽度)从主瓣方向向两边偏离，当偏离至功率下降一半的点，该点称为半功两个半功率点之间的夹角为半功率角。数字微波设备简介天线指标交叉极化鉴别率（XPD）交叉极化鉴别率（XPD）的定义是指当发射天线只发射一个极化的信号时，在接收天线所接收到的同极化信号电平和正交极化信号电平之比。要求XPD高是为了抑制从正交极化信号来的干扰，特别是由于大容量微波接力系统（如SDH&PTN微波系统）广泛应用同频正交极化频率复用技术(CCDP)来提高通信容量和节省宝贵的频谱资源，对XPD的要求很严格（如要求XPD大于40dB）。天线防卫度天线防卫度是指天线对某方向的接收能力相对于主瓣方向的接收能力的衰减程度。对180°方向的防卫度也叫前/背比，在微波通信中是一个很主要的指标。天线防卫度反映了主射方向的辐射场强对偏离其90°和180°方向上的串扰影响大小，防卫度越高其扰越小。电压驻波比天线与馈线连接阻抗要匹配，输入端驻波比一定要小。一般天线的驻波比在1.05～1.2之间。数字微波设备简介NECSDH微波：1）最大容量155M,支持光&电STM-1接口2）调制模式：QPSK

16QAM

128QAM

最大带宽28MHz. 3)支持1+1、APTC各微波厂家设备介绍1)NEC-SDH(NEO)NEC-MDP-400MB

PTN微波：1）最大容量400M（容量大小由所高调制模式512QAM

最大带宽56MHz.的Licence决定）,具有典型的GE接口2）调制模式：最3)支持1+1，XPIC

、APTC

AM

Qos功能各微波厂家设备介绍1)NEC-PTN(iPasolink)贝尔-SDH9500

MXC微波：1）最大容量155M，STM-1光接口2）调制模式：128QAM-28M

&

64QAM-40M.

16QAM-56M

3)支持1+1，APTC

。各微波厂家设备介绍2)贝尔-SDH爱立信HC-SDH微波：1）最大容量155M,支持光&电STM-1接口2）调制模式：128QAM

最大带宽28MHz.1+1、APTC3)支持各微波厂家设备介绍3）爱立信HC-SDH爱立信TN-SDH微波：1）最大容量155M,支持光&电STM-1接口2）调制模式：128QAM

最大带宽28MHz.1+1、APTC3)支持各微波厂家设备介绍3）爱立信TN-SDH爱立信CN510-PTN微波：1）最大容量400M,具有典型的GE接口2）