1、微波知識培訓,億邦通信武漢研發(fā)中心 杜超,了解數(shù)字微波通信的更多相關(guān)信息請參考：,電信網(wǎng)及計算機基礎(chǔ) SDH基本原理 數(shù)據(jù)通信原理 信號與系統(tǒng) 通信原理 天線原理 電磁場理論 微波技術(shù)基礎(chǔ) 微波技術(shù)與天線,一、微波發(fā)展歷史、微波傳輸?shù)奶攸c、前景,微波通信技術(shù)問世已半個多世紀，最初的微波通信系統(tǒng)都是模擬制式的，它與當時的同軸電纜載波傳輸系統(tǒng)同為通信網(wǎng)長途傳輸干線的重要傳輸手段。我國的模擬微波通信技術(shù)的研究、開發(fā)、引進和應用始于1958 年，有很長的歷史。70年代起研制出了中小容量(如8Mb/s、34Mb/s)的數(shù)字微波通信系統(tǒng)，這是通信技術(shù)由模擬向數(shù)字發(fā)展的必然結(jié)果。80 年代后期，隨著同步數(shù)字

2、系列(SDH)在傳輸系統(tǒng)中的推廣應用，出現(xiàn)了N155Mb/s 的SDH 大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)。SDH 微波系統(tǒng)在90 年代得到了迅速發(fā)展。 現(xiàn)在數(shù)字微波通信和光纖通信、衛(wèi)星通信一起被稱為現(xiàn)代通信傳輸?shù)娜笾饕侄巍?國外發(fā)達國家的微波中繼通信在長途通信網(wǎng)中所占的比例高達50%以上。據(jù)統(tǒng)計美國為66%，法國為54%。我國自1956年從東德引進第一套微波通信設備以來，經(jīng)過仿制和自發(fā)研制過程，已經(jīng)取得了很大的成就，在1976年的唐山大地震中，在京津之間的同軸電纜全部斷裂的情況下，六個微波通道全部安然無恙。九十年代的長江中下游的特大洪災中，微波通信又一次顯示了它的巨大威力。在當今世界的通信革命中，微

3、波通信仍是最有發(fā)展前景的通信手段之一。,微波的定義,微波Microwave: 微波是一種電磁波，微波射頻為300MHz300GHz，是全部電磁波頻譜的一個有限頻段。 微波一般稱為厘米波。 根據(jù)微波傳播的特點，可視其為平面波。 平面波沿傳播方向是沒有電場和磁場縱向分量的，所以稱為橫電磁波，記為TEM波。有時我們把這種電磁波簡稱為電波。,微波頻率劃分,數(shù)字微波傳輸常用頻段包括： 7/8/11/13/15/18/23/26/32/38 GHz（ITU-R建議規(guī)定）,Broadcasting,Maximum coverage One programme per radio channel Applic

4、ations: Radio (LW, MW, SW, FM); TV etc .,射頻傳輸?shù)膬煞N基本形式,Microwave links,Radio beam One multiplex per radio channel Applications: Civiliars and military telecommunication networks,廣播,點點視距微波,微波通信特點,1)微波通信要求應具備視距傳輸條件。 2)傳輸距離長，能適應各種傳播環(huán)境。 3)通信容量適中（1E1-NxSTM-1）。 4) 通信質(zhì)量能夠滿足各種通信業(yè)務的需求。 5)組網(wǎng)靈活方便。 6)具有很強的抗自然災害能力

5、。 7)投資省、見效快。,在大城市和市區(qū)，在建設數(shù)字節(jié)點和分配網(wǎng)絡時，數(shù)字微波常常是可以與光纜相比的唯一的可供選擇的方案。事實上，除了在大城市和小城鎮(zhèn)內(nèi)埋設地下電纜費用非常昂貴外，在鬧市區(qū)開挖管道常常是很難得到批準的。這種情況在歐美發(fā)達國家表現(xiàn)尤為突出。據(jù)稱，在歐美發(fā)達國家用于移動覆蓋的傳輸中大約8090采用數(shù)字微波系統(tǒng)。 在世界上許多國家中，微波接力鏈路可能是可以穿越數(shù)千里林區(qū)、山區(qū)、大草原、沙漠、沼澤地和其他困難地域的唯一可用的大容量傳輸媒質(zhì)。而且，由于功率消耗相當?shù)停瑧锰柲茈娫匆呀?jīng)成為在這種條件嚴酷的地區(qū)應用數(shù)字微波接力系統(tǒng)的一個重要因素。 由于微波電路不易人為破壞，不易受自然災害的

6、影響，因此微波系統(tǒng)是組成我國通信網(wǎng)的不可缺少的組成部分，是保證通信網(wǎng)安全所不可缺少的。,但微波也存在著相應的缺點：應具備視距傳輸條件，兩站之間傳輸?shù)木嚯x不是很遠；頻率必須申請；通信質(zhì)量受環(huán)境的影響較大；通信容量不能做到很大。,光纖、微波傳輸方式比較,數(shù)字微波的發(fā)展機遇,數(shù)字微波作為一種無線傳輸方式，在靈活性、抗災性和移動性方面具有光纖傳輸所無法比擬的優(yōu)點，這也是它的優(yōu)勢所在。 當前數(shù)字微波的發(fā)展機遇可以歸納如下：用于專網(wǎng)或作專網(wǎng)光纖傳輸?shù)膫浞菁把a充，我國的專網(wǎng)如：廣電、石油及天然氣管道、煤炭、水利等，這些專網(wǎng)本身所需的傳輸容量不大，一般一個STM-1 或幾個STM-1,它們要么沒建光纖通信電路

7、，要么只建了單線的光纖通信鏈路，不具備電信光纖傳輸網(wǎng)絡八縱八橫的優(yōu)勢，所以它們必須建設SDH 或PDH 微波電路用于主傳電信及數(shù)據(jù)業(yè)務或用于光纖傳輸系統(tǒng)在遇到自然災害時的備用保護，以及由于種種原因不適合使用光纖的地段和場合。我國2G 及2.5G 移動通信基站覆蓋中使用了眾多的PDH 微波通信電路。,微波傳輸系統(tǒng)的基本構(gòu)成,Mod,Transmitter,Receiver,Dem,Down converter in IF,IF Signal Recovery,IF Carrier Modulation,Up converter RF channel,Tx,Rx,天線系統(tǒng),IF,microwave

8、,IF,BB : Base band,Base band,Base band,IF : Intermediate Frequency,RF : Radio Frequency (300MHz - 30 GHz),調(diào)制原理,二、微波設備的基本原理,數(shù)字微波信號的調(diào)制過程,對數(shù)字基帶信號的調(diào)制過程用數(shù)學方法可簡單表示成：,微波原理框圖,地面微波中繼的應用場合： 微波通訊組網(wǎng)靈活，建設周期短，成本低，特別適合于不便于鋪設光纜的地區(qū)使用。 1，作為光線傳輸?shù)膫浞菖c補充。 2，在農(nóng)村，海島等邊遠地區(qū)為用戶提供基本業(yè)務的場合。 3，城市內(nèi)短距離支線連接。 4，寬帶無線接入。,終端站：處于微波線路的兩端或分

9、支線路終點。它只對一個方向收信和發(fā)信。 終端站可以上下所有的支路信號，并可以作為監(jiān)控系統(tǒng)的集中監(jiān)視站或主站。 中間站：處于線路中間，只完成微波信號的放大和轉(zhuǎn)發(fā)，不上下話路。設備比較簡單。 再生中繼站：處于線路中間，可以在本站上下部分支路。還可溝通干線上兩方向間的通信?？勺鞅O(jiān)控系統(tǒng)的主站或受控站。 再生中繼站只能采用基帶中繼方式。 樞紐站：處于干線上，完成數(shù)個方向的通信任務，可以上下全部或部分支路信號。 監(jiān)控系統(tǒng)中，樞紐站一般作為主站, 電信運營商 電信、聯(lián)通、移動及廣電等基礎(chǔ)運營商 公共事業(yè)專網(wǎng) 電力、水力、石油、煤炭、礦山、林業(yè)、大型工地等專網(wǎng) 政府專網(wǎng) 銀行、稅務、交通、運輸?shù)葘＞W(wǎng) 應急通

10、信 軍隊專網(wǎng) 駐地網(wǎng) 應急通信,應用場合,應用舉例一,光網(wǎng)絡補網(wǎng)：移動基站接收無線信號后，要將信號回傳到BSC 以 進入核心網(wǎng)進行傳輸，移動基站的回程傳輸。在傳輸光網(wǎng)絡和BSC 之間，由于地理位置等其他原因，不便于鋪設光纜，則需要采用 微波傳輸?shù)姆绞健?應用舉例二,全球微波廠商,三、微波系統(tǒng)設備組成,網(wǎng)管系統(tǒng)和IDU設備(1+0, 1U),0.6m天線和ODU(直接安裝, 1+0),微波設備由室內(nèi)單元 (IDU)、室外單元 (ODU)、 網(wǎng)管系統(tǒng)、同軸電纜和天線組成,一跳系統(tǒng)之間的通信,IDU的作用,IDU主要把業(yè)務數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)、網(wǎng)管及交換數(shù)據(jù)按一 定數(shù)據(jù)格式復接成幀，傳給調(diào)制解調(diào)模塊，調(diào)制

11、解調(diào)模 塊再完成基帶調(diào)制解調(diào)、中頻變頻等功能。,行業(yè)內(nèi)其他廠家的IDU構(gòu)架,中興,華為,采用的是業(yè)務盤、系統(tǒng)盤、調(diào)制解調(diào)盤分立的方式,系統(tǒng)框圖,系統(tǒng)技術(shù)框圖,其他廠家單盤介紹,調(diào)制解調(diào)盤,E1業(yè)務盤,STM1業(yè)務盤,系統(tǒng)控制盤,我司目前規(guī)劃開發(fā)的產(chǎn)品，單盤式。 其單盤框圖如下圖所示：,開發(fā)的產(chǎn)品面板結(jié)構(gòu)類似于上圖,具體介紹,發(fā)送方向信號： 數(shù)據(jù)進入調(diào)制解調(diào)芯片BCM85620的GPM模塊（振蕩器和解調(diào)器混合模塊），傳給基帶調(diào)制單元?；鶐д{(diào)制解調(diào)單元對數(shù)據(jù)進行信道編碼、數(shù)字調(diào)制等數(shù)字信號處理，然后進行D/A轉(zhuǎn)換，成為IQ基帶信號。中頻單元（PVG710）對IQ基帶信號做模擬調(diào)制、信號放大等處理，

12、形成中頻頻率為350MHz的模擬中頻發(fā)送信號，同時對IDU與ODU之間的O&M信號進行FSK調(diào)制，形成頻率為10.7MHz的模擬O&M信號，中心頻率為350MHz的模擬中頻信號、中心頻率為10.7MHz的模擬O&M信號、-48V DC的電壓信號通過中頻饋線送給ODU。,接收方向信號： 中頻單元對來自ODU的信號進行分離處理，獲得中心頻率為140MHz的模擬中頻信號和中心頻率為5.5MHz的O&M信號。對接收到的中心頻率為5.5MHz的O&M信號進行FSK解調(diào)，通過FPGA的GPA接口送給CPU控制單元；對接收到的中心頻率為140MHz的模擬中頻信號通過PVG710變頻到基帶信號，再經(jīng)過BCM8

13、5620的解調(diào)變成數(shù)字信號給FPGA去處理。,ODU,738G ODU,系統(tǒng)設備組成,接口介紹說明,N 型連接器（陰頭） 中頻接口用于ODU 到IDU 的連接，為IDU 提供140MHz 中頻 信號。從I DU接收-48VDC 和350MHz 發(fā)信中頻和OOK信號 （發(fā)送5.5M，接收10.7M）。 調(diào)整天線的測試端口(BNC 接口) 利用RSSI 端口，對接收信號的功率進行監(jiān)測，按照輸出的 直流電壓于接收信號功率的對應關(guān)系進行天線對準。 射頻接口 在ODU 的射頻出口處安裝了圓形的法蘭適配器，便于ODU 與天線的連接。 接地柱 使用接地螺絲進行接地保護。,ODU組成,ODU主要包括功放模塊（

14、微波模塊）、雙工 器、ODU中頻盤和電源模塊盤。,中頻放大為上變頻提供足夠大的混頻激勵信號用以補償變頻損失； 上變頻則將已調(diào)中頻信號變?yōu)樯漕l信號并為射頻功率放大器提供激勵。 射頻功率放大器最后將功率提高到所需水平。 時分數(shù)字微波信號可容忍非線性失真，因而可以充分利用放大器件的（飽和）功率。,下變頻器用于將射頻信號變?yōu)轭l率固定的中頻信號，對模擬信號，變頻過程不應引入失真。 中頻放大器決定收信機的主要放大量，及通頻帶帶寬，其前置級也應采用低噪聲器件，并具有自動增益控制。 解調(diào)器為調(diào)制器的逆過程，用于將已調(diào)中頻信號還原為具有標稱基帶電平的基帶信號。 微波收信機用于中繼系統(tǒng)時，視中繼方式的不同，其輸出

15、可分別送至基帶接口、中頻接口和射頻接口，為中繼系統(tǒng)的發(fā)信部分提供轉(zhuǎn)接信號。,電源模塊 將來自IDU 的-48V 變換成其他模塊需要的5V，+12V， +3.3V 等，具備-48V供電輸入的過壓、欠壓保護功能。,中頻盤模塊 包含四部分功能，微控制器單元、信號調(diào)制解調(diào)器、中頻模 塊和本振模塊 。 微控制器單元：作為ODU 的控制核心，接收IDU 的指令，完 成對ODU 的頻率、功率等項目的控制，收集ODU 各模塊的 工作狀況參數(shù)，作為告警信息向IDU 報告。 控制信道：采用OOK 調(diào)制，數(shù)據(jù)速率為19.2kbps，上行載波 頻率為5.5MHz，下行頻率為10.7MHz。 中頻模塊完成一次中頻到二次

16、中頻的變頻，包含二次中頻的雙 工濾波器、接收方向的下變頻及AGC 電路，發(fā)送中頻的電纜補 償ALC 電路，上變頻器，本振電路等單元。 本振模塊采用分頻鎖相技術(shù)，由MCU 單元通過串行數(shù)據(jù)線設置 頻蹤的參數(shù)進而控制本振頻率。,功放微波模塊 由天饋系統(tǒng)接收到的微波信號，經(jīng)雙工器的濾波后進入收信模塊，經(jīng)低噪聲放大器(LNA)、鏡像抑制濾波器、混頻器、中頻放大器等電路輸出到中頻單元。此外，還包括一個中頻檢波電路，用于接收信號功率檢測，并提供給MCU 單元。 來自于中頻模塊的發(fā)信中頻信號經(jīng)可變增益放大器、上變頻器、功率放大器等電路，輸出到雙工器。輸出的功率信號一部分耦合到檢波器、經(jīng)過比較放大器，控制可變

17、增益放大器的增益，以保持輸出功率穩(wěn)定，MCU 輸出功率控制電壓作為比較放大器的參考電壓，設置輸出功率。,雙工器 雙工器是3 端口（收信、發(fā)信、公共端口）無源器件，由2 個帶通濾波器組成，1個收信濾波器，1 個發(fā)信濾波器；收信帶通濾波器端口與收信模塊連接，發(fā)信帶通濾波器端口與發(fā)信模塊連接，公共端口與天線連接。,ODU的工程安裝,四、微波新技術(shù),為提高數(shù)字微波的傳輸容量，微波研發(fā)人員采用了一系列高新技術(shù)： 高狀態(tài)調(diào)制解調(diào)，64QAM/128QAM/256QAM/512QAM /1024QAM 交叉極化干擾抵消(XPIC)技術(shù) 自適應頻域和時域均衡技術(shù) 高線性功率放大器和自動發(fā)射功率控制 大規(guī)模專用

18、集成電路(ASIC)設計技術(shù),更高調(diào)制模式，更高鏈路帶寬,交叉極化干擾抵消(XPIC)技術(shù),為了進一步增加數(shù)字微波系統(tǒng)的容量，提高頻譜利用率，在數(shù)字微波系統(tǒng)中還采用雙極化頻率復用技術(shù)，使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長。 但在出現(xiàn)多徑衰落時，交叉極化鑒別率(XPD)會降低，從而產(chǎn)生交叉極化干擾。為此，需要交叉極化抵消器，用以減小來自正交極化信號的干擾。 自適應交叉極化干擾抵消技術(shù)的基本原理是從所傳輸信號相正交的干擾信道中取出部分信號，經(jīng)過適當處理后與有用信號相加，用以抵消疊加在有用信號上的來自正交極化信號的干擾。原則上干擾抵消過程可以在射頻、中頻或基帶上進行。 采用XPIC技術(shù)后，對干擾的抑制能力一

19、般可達15 dB左右。,XPIC特性,XPIC（Cross-polarization interference cancellation）是配合CCDP（co-channel dual-polarization）使用的一種技術(shù)，兩項技術(shù)相配合，可以在同等信道條件下將傳輸容量提高一倍。 XPIC作為一種有效提高系統(tǒng)傳輸容量、提升頻譜利用率的手段，在TRUCK微波上有及其廣泛的應用，隨著分體式微波的發(fā)展以及頻率資源的日趨緊張，該技術(shù)也應用于分體式微波當中 。,XPIC雙極化技術(shù)，空口容量提升1倍,自適應頻域和時域均衡技術(shù),當系統(tǒng)采用多狀態(tài)QAM調(diào)制方式時，要達到ITU-R所規(guī)定的性能指標，對多徑衰

20、落必須采取相應的對抗措施?？紤]到ITU-R的新建議將不再給數(shù)字微波系統(tǒng)提供額外的差錯性能配額，因此，必須采取強有力的抗衰落措施。 在各種抗衰落技術(shù)中，除了分集接收技術(shù)外，最常用的技術(shù)是自適應均衡技術(shù)，包括自適應頻域均衡技術(shù)和自適應時域均衡技術(shù)。 頻域均衡主要用于減少頻率選擇性衰落的影響，即利用中頻通道插入的補償網(wǎng)絡的頻率特性去補償實際信道頻率特性的畸變； 時域自適應均衡用于消除各種形式的碼間干擾，可用于最小相位和非最小相位衰落，為消除正交干擾，可引進二維時域均衡器。,高線性功率放大器和自動發(fā)射功率控制,多狀態(tài)調(diào)制技術(shù)對傳輸信道，特別是高功率放大器的線性提出了嚴格的要求。例如，對采用64QAM的系統(tǒng)而言，要求傳輸信道的三階交調(diào)失真要比主信號至少低45 dB。若采用128QAM或256QAM調(diào)制技術(shù)，則要求更嚴。 為滿足系統(tǒng)總傳輸性能的要求，除了對微波高功放采取輸出回退措施外，還要采取一些非線性的補償技術(shù)，如加中頻或射頻失真器或采用前饋技術(shù)等來改善放大器的線性。 高線性功率放大器和自動發(fā)射功率控制(ATPC)技術(shù)的關(guān)鍵是微波發(fā)信機的輸出功率在ATPC的控制范圍內(nèi)自動地隨接收端接收電平的變化而變化。 采用ATPC技術(shù)的優(yōu)點是，