微波設(shè)計原理介紹

微波設(shè)計原理介紹第一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三參考資料唐賢遠(yuǎn)、李興（2004）“數(shù)字微波通信系統(tǒng)”，電子工業(yè)出版社華為公司（2004）“TKNWP-TR-301微波通信原理”華為公司（2006）“數(shù)字微波通信原理”同步數(shù)字系列（SDH）微波接力通信系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范(YDT5088-2000)數(shù)字微波（PDH）接力通信工程設(shè)計規(guī)范(YD5004-94)ITU?TRecommandationG.821/826/827/828傳輸性能指標(biāo)ITU-RF.1491/1493無線傳輸性能指標(biāo)ITU-RP.530/531無線信號傳播計算方法無線院王強(qiáng)（2005）“數(shù)字微波原理和工程設(shè)計”2第二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三授課對象本講座面向未接觸過微波工程的設(shè)計人員。通過介紹微波工程基礎(chǔ)原理和概念，便于設(shè)計人員進(jìn)一步學(xué)習(xí)微波工程的具體設(shè)計流程和方法。3第三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三學(xué)完本課程后，您應(yīng)該能：描述數(shù)字微波通信的概念及特點描述數(shù)字微波通信的傳播原理掌握數(shù)字微波通信余隙的概念和要求了解數(shù)字微波通信的衰落種類和抗衰落技術(shù)了解數(shù)字微波通信的指標(biāo)要求授課目標(biāo)4第四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三為什么微波通信5第五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三

微波通信與光纖通信特點的比較跨越空間能力強(qiáng)，占地少，不受土地私有化限制。需要鋪設(shè)光纜，占用土地。投資少，周期短，維護(hù)方便基礎(chǔ)建設(shè)投資多，建設(shè)周期較長具有很強(qiáng)的抗自然災(zāi)害能力，易于快速恢復(fù)需要室外光纜維護(hù)，易受自然災(zāi)害影響。頻率資源有限，需要申請頻率執(zhí)照傳輸容量大。傳輸容量有限不受頻率限制，不需要申請許可。傳輸質(zhì)量穩(wěn)定可靠，不受外來因素干擾。傳輸質(zhì)量受氣候和地形的影響大微波通信光纖通信6第六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave10Km1Km100m10m1m10cm1cm1mmf30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz紅外線可見光工業(yè)和天電干擾，太陽黑子對微波通信影響較小微波信號的頻率范圍7第七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三微波通信發(fā)展的歷程注：微波傳輸中，傳輸容量在10M以下的稱為小容量，在10~100M之間的稱為中容量，大于100M的稱為大容量。155M34/140M2/4/6/8M480話路SDH同步數(shù)字微波系統(tǒng)出現(xiàn)PDH準(zhǔn)同步數(shù)字微波系統(tǒng)出現(xiàn)中、小容量的數(shù)字微波通信系統(tǒng)模擬微波通信系統(tǒng)傳輸容量（/ch）20世紀(jì)50年代20世紀(jì)70年代20世紀(jì)80年代20世紀(jì)90年代末至今8第八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三能否用月亮做中繼站，實現(xiàn)微波通信？猜想，浪漫，實際！9第九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三課件內(nèi)容1、掌握微波基礎(chǔ)理論1.1微波系統(tǒng)介紹1.2微波頻段選擇1.3自由空間傳播1.4菲涅耳區(qū)(Fresnelzone)1.5等效地球半徑

2、掌握微波斷面設(shè)計方法2.1余隙概念和計算2.2余隙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2.3斷面圖制作3、掌握微波衰落概念3.1微波衰落種類3.2抗衰落措施3.3空間分集和頻率分集

4、掌握微波指標(biāo)計算方法4.1微波指標(biāo)概念4.2微波指標(biāo)要求4.3計算范例10第十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三BroadcastingMaximumcoverageOneprogrammeperradiochannelApplications:Radio(LW,MW,SW,FM);TVetc...射頻傳輸?shù)膬煞N基本形式MicrowavelinksRadiobeamOnemultiplexperradiochannelApplications:Civiliarsandmilitarytelecommunicationnetworks廣播點－點視距微波1.1微波系統(tǒng)介紹Lineofsight“直線”傳播11第十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三微波的分類按制式和結(jié)構(gòu)分：按容量和帶寬分：1.1微波系統(tǒng)介紹12第十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字微波發(fā)信機(jī)發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo)：(1)工作頻段：微波頻段使用的范圍從4～23GHz。(2)輸出功率：一般微波輸出功率從幾十毫瓦到二瓦左右。(3)頻率穩(wěn)定度：一般微波設(shè)備的本振頻率穩(wěn)定度一般在3～10ppm左右。1.1微波系統(tǒng)介紹13第十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字微波傳輸常用頻段包括：

7G/8G/11G/13G/15G/18G/23G/26G/32G/38G（由ITU-R建議規(guī)定）85432102013040501.52.5GHz區(qū)域網(wǎng)長距離干線網(wǎng)區(qū)域和本地網(wǎng)，邊際網(wǎng)2834Mbit/s2834140155Mbit/s3.311GHzGHz34140155Mbit/s1.2微波頻段和波道14第十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三在每個頻段中定義了多種子頻率范圍，多種收發(fā)間隔和波道間隔。f0(中心頻率)頻率范圍波道間隔f1f2fnf1’f2’fn’波道間隔收發(fā)間隔收發(fā)間隔低頻段高頻段保護(hù)間隔相鄰收發(fā)間隔1.2微波頻段和波道15第十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三f0(7575M)頻率范圍（7425－7725MHz）28Mf1=7442f5f1’=7596f2’f5’T/R間隔：154Mf2=74707G頻率范圍F0(MHz)收發(fā)間隔(MHz)波道間隔（MHz）高低站7425--7725757515428Fn=f0-161+28n,Fn’＝f0-7+28n,n:1~5757516177110--77507275196287597196287250--755074001613.5…….……………………1.2微波頻段和波道信產(chǎn)部[2000]705號“關(guān)于調(diào)整1-30GHz數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)容量系列及射頻波道配置的通知”16第十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三1.近場：也叫感應(yīng)近場區(qū)，電場分量與磁場分量二者有相位差，電磁能在此區(qū)域交替轉(zhuǎn)化，不輻射能量。2.菲涅耳區(qū)：也叫輻射近場區(qū)，處于近場與遠(yuǎn)場之間，輻射部分非常小，交替轉(zhuǎn)化的部分占絕大多數(shù)3.遠(yuǎn)場：也叫Fraunhofer區(qū)，電場與磁場的相位相同，形成能量輻射。1.3自由空間傳播17第十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三1.3自由空間傳播18第十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三在研究實際電波傳播時，總是將自由空間傳播情況作為實際傳播問題的參考。所謂自由空間是指充滿均勻理想介質(zhì)的無限空間。在這空間里電波不受阻擋、反射、繞射、散射和吸收等因素影響。1.自由空間傳播損耗：

自由空間傳播下的收信電平：

式中：Pt

為發(fā)信功率(dBm)，Gt、Gr

為收發(fā)天線增益，Lt、Lr為收發(fā)饋線的損耗、LBr為分路系統(tǒng)損耗，Lf為自由空間傳輸損耗。d

或f

增加一倍，損耗將增加6dB

1.3自由空間傳播19第十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三1.4菲涅耳區(qū)惠更斯原理(Huygensprinciple)光和電磁波都是一種振動，一個點源的振動傳遞給鄰近的質(zhì)點后，就形成了二次波源、三次波源等等。如果點源發(fā)出的波是球面波，那么由點源形成的二次波前面也是球面波、三次、四次...波前面也是球面波。在微波通信中，當(dāng)發(fā)信天線的尺寸遠(yuǎn)小于微波中繼距離時，可將發(fā)射天線看成是一個點源。20第二十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三菲涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)1.4菲涅耳區(qū)21第二十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三菲涅爾區(qū)是研究電波傳播的一個重要概念，其定義是：圖中球面上的點P到(T,R)點距離之和滿足：TP+PR=TR+nλ/2n=1,2,3,…則由P點構(gòu)成的軌跡就是菲涅爾區(qū)。我們把菲涅爾區(qū)上一點P到TR的連線的垂直距離PO稱為菲涅爾半徑。第一菲涅爾半徑用F1(n=1)表示。從圖中可以看出，在線路中央菲涅爾區(qū)半徑最大，越靠近一端，菲涅爾區(qū)半徑越小。1.4菲涅耳區(qū)22第二十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三d1d2dd1+d2-d=l/2第一費(fèi)涅耳橢球面:費(fèi)涅耳橢球面1.4菲涅耳區(qū)23第二十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三1.4菲涅耳區(qū)24第二十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)有關(guān)研究知道：在電波的傳播空間中，在接收點的合成場強(qiáng)，當(dāng)費(fèi)涅耳區(qū)號趨近于無限多時，就接近于自由空間場強(qiáng)；由第一非涅耳區(qū)在接收點的場強(qiáng),接近于全部有貢獻(xiàn)的非涅區(qū)在接收點的自由空間場強(qiáng)的2倍;相鄰費(fèi)涅耳區(qū)在收信點處產(chǎn)生的場強(qiáng)的相位相反；若以第一費(fèi)涅耳區(qū)為參考,則奇數(shù)區(qū)產(chǎn)生的場強(qiáng)是使接收點的場強(qiáng)增強(qiáng),偶數(shù)區(qū)產(chǎn)生的場強(qiáng)是使接收點的場強(qiáng)減弱。菲涅耳區(qū)的能量分布:1.4菲涅耳區(qū)25第二十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三1stzone+2ndzone-TheSecondFresnelZoneThe

signalpowerisdistributedinthespacesurroundingthedirectlineofsightLineofsight費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)1.4菲涅耳區(qū)26第二十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三電波傳播的主要能量集中在第一菲涅耳區(qū)。在點對點微波傳輸中，如果路徑余隙達(dá)到0.6F1，則認(rèn)為處于自由空間傳播狀態(tài)。注：菲涅耳區(qū)半徑是三維的，并不僅僅為路徑垂直方向，也包括路徑側(cè)面和路徑上面1.4菲涅耳區(qū)27第二十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三F1=（λd1d2/d）1/2F2=（2λd1d2/d）1/2

=(2)1/2F1......Fn=（nλd1d2/d）1/2

=(n)1/2F1菲涅耳區(qū)半徑計算1.4菲涅耳區(qū)d1d2dFnF0=(1/3)1/2F1≈0.577F128第二十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三d1d2dd1

x

d2fxdF1==17.3xF1inmeter

d,d1,d2inkm

finGHzF1TheFirstFresnelRadiusC

xd1

x

d2fxd1.4菲涅耳區(qū)29第二十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三TheFirstFresnelZoneTotalreceivedsignalDirectsignal1stzoneReflectedsignal180180l/2費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)1.4菲涅耳區(qū)30第三十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三TotalreceivedsignalDirectsignal2ndzone1stzoneReflectedsignal180180lTheSecondFresnelZone費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)1.4菲涅耳區(qū)31第三十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三微波傳播是一種“視距”通信（LineofSight）,并不是說需要肉眼看到對方站點，而是強(qiáng)調(diào)微波通信是點對點發(fā)射和接收。一般來說，如果微波跳距離為8公里以上，需要考慮以下3個因素。地球凸起.菲涅耳區(qū)余隙大氣折射.1.5等效地球半徑32第三十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三下圖中的：U--表示電波傳播的速度，n—表示折射系數(shù)，n=c(光波)/U(電波）傳播路徑受大氣的影響:對流層對微波傳播的影響1.5等效地球半徑33第三十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三傳播路徑受大氣分層的影響:對流層對微波傳播的影響1.5等效地球半徑34第三十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三傳播路徑受大氣分層的影響對流層對微波傳播的影響1.5等效地球半徑35第三十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三等效地球半徑系數(shù)：

式中可見k決定于折射率梯度，而又受溫度、濕度、壓力等條件影響，所以k是反映對流層氣象條件變化對電波傳播影響的重要參數(shù)。折射的分類：a.無折射；當(dāng)＝0時，大氣折射率不隨大氣的垂直高度而變化，k＝1。b.負(fù)折射；當(dāng)>0時，上層空間的電波射線速度比下層空間的電波射線速度小，電波傳播軌跡向上彎曲，k<1。c.正折射；當(dāng)<0時，上層空間的電波射線速度比下層空間的電波射線速度大，電波傳播軌跡向下彎曲，k>1。1.5等效地球半徑36第三十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三下圖中k(等效地球半徑系數(shù))=ae(地球等效半徑)/a(實際地球半徑)=1/(1+adn/dh)1.5等效地球半徑37第三十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三由于大氣折射的作用，使得在大氣層中傳播的無線電波將因多次連續(xù)折射而使軌跡發(fā)生彎曲。為了便于分析，我們引入地球等效半徑的概念，這樣就可以把電波射線看成直線，而把地球的半徑R0等效為Re。等效的條件是：a.設(shè)大氣折射隨高度變化是線性的，使射線彎曲形狀是園滑對稱的；b.等效前后，射線軌跡上各點與地面之間的垂直距離處處不變。1.5等效地球半徑38第三十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三k=￥

4/312/3Trueearthradius(r)Groundclearance2/34/31k=￥等效地球半徑Equivalentearthradius(r·k)Groundclearance在溫帶地區(qū)稱K=4/3時折射為標(biāo)準(zhǔn)折射，此時的大氣稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,

ae=4a/3稱為標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑1.5等效地球半徑39第三十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三k值的選取，是天線高度設(shè)計中的一項主要工作。為了便于電路計算，在溫帶地區(qū)按平均情況，一般k取4/3，并認(rèn)為k的變化為2/3到∞。同時應(yīng)注意當(dāng)氣象條件變化時，使k值較小時(例如k=2/3)，余隙將變小，可能使電波發(fā)生繞射衰落，使收信電平降低。1.5等效地球半徑40第四十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三Distance50kmGeometricallineofsightRadioopticallineofsight微波傳播(MicrowavePropagation)1.5等效地球半徑41第四十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三Distance50kmk=2/3k=4/3等效地球半徑的影響1.5等效地球半徑42第四十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2、掌握微波斷面設(shè)計方法2.1余隙概念和計算2.2余隙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2.3路徑剖面圖43第四十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2.1余隙概念和計算44第四十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2.1余隙概念和計算45第四十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三保障自由空間傳播的最小余隙為第一費(fèi)涅爾區(qū)F1的60％，一般按下表取定余隙標(biāo)準(zhǔn)。K=KminK=4/3K=∞刃形≥0≥1F1-等效地面反射系數(shù)不小于0.7的光滑地面≥0.3F1≥1F1≦1.38F1其他≥0.3F1≥1F1-(1)多障礙物接力段的余隙值宜按K=Kmin時，由障礙物引入的電波繞射損耗值不大于10dB，K=4/3時，保證不衰落時的接收電平值不小于自由空間接收電平值的要求。(2)對于采用空間分集接收的接力段，主天線路徑余隙應(yīng)滿足上表的規(guī)定，分集天線路徑余隙應(yīng)滿足K=Kmin時，障礙物引入的繞射損耗值不大于15dB(對于單障礙物或多障礙物)。單障礙物接力段的余隙標(biāo)準(zhǔn)2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)46第四十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三

根據(jù)路徑余隙標(biāo)準(zhǔn)計算出來的微波天線掛高并不能保證可靠的微波傳輸，這只是微波設(shè)計的第一步，許多情況下由于微波余隙大大超出余隙標(biāo)準(zhǔn)反而會帶來傳輸問題，微波天線掛高并不是越高越好，最終的微波天線掛高將綜合以下三個條件取定。1）在最小K值下微波繞射損耗計算結(jié)果在系統(tǒng)可接受的范圍，此時得出的最低微波天線掛高。2）路徑的反射特性和天線高度增益特性。3）在正常K值情況下，路由反射不會造成信號衰落。4）當(dāng)采用空間分集時，主天線和分集天線不會同時發(fā)生衰落。設(shè)計天線高度時首先要確定天線配置，如果采用分集方式，主天線和分集天線分別采用不同的余隙標(biāo)準(zhǔn)，最終結(jié)果采用兩者結(jié)果的較大值。2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)47第四十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)路由剖面為可反射類型，在接收點上會同時收到直射波和反射波，如果K=4/3時余隙達(dá)到第二菲涅爾區(qū)半徑，直射波和反射波相位相反，會造成傳輸深衰落，這時需要使用“Pathloss4.0”中的“Diffraction”模塊進(jìn)行分析第二費(fèi)涅爾區(qū)余隙，對天線掛高進(jìn)行調(diào)整。

一般以下2種情況會需要分析第二費(fèi)涅爾區(qū)余隙。1）當(dāng)長路由情況下，如果同時滿足K=4/3和K=min兩個K值下的余隙標(biāo)準(zhǔn)，由于此時K=min下的余隙標(biāo)準(zhǔn)起主要作用，K=4/3下的余隙會達(dá)到或超過第二費(fèi)涅爾區(qū)半徑。2）余隙設(shè)計中考慮了過高的地物障礙高度，例如樹木高度等，實際上該障礙并不存在或可以不考慮。

余隙標(biāo)準(zhǔn)僅是設(shè)計微波天線掛高的手段，它并不是決定天線掛高的必要條件，最終天線掛高取決于滿足路由傳播可靠性要求下的最低天線掛高。第二費(fèi)涅爾區(qū)余隙2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)48第四十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)將余隙除以第一菲涅耳區(qū)半徑，如果比例大小與偶數(shù)的平方根相接近，有可能會發(fā)生信號衰減，需要重新調(diào)整天線掛高49第四十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)50第五十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三繞射Diffracted由于刃形障礙物阻擋了部分費(fèi)涅耳區(qū)，以及同時造成的微波射線的繞射，使得實際接收點的電平一定低于自由空間電平。這個由于刃形障礙物的阻擋而增加的損耗我們稱之為附加損耗。2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)刃形損耗51第五十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)障礙物的尖鋒正好落在收發(fā)兩端的連線上，即HC=0時，附加損耗為6dB;當(dāng)障礙物的頂鋒超過收發(fā)兩端的連線時，附加損耗將很快增加;當(dāng)障礙物的頂鋒在收發(fā)兩端的連線以下時，附加損耗將在0dB上下少量變動。這時路徑上傳輸損耗和收信電平將與自由空間數(shù)值接近。-24-26-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2042-2868-2.5-2.0-1.5-1.0-0.500.51.01.52.02.5dB刃形障礙物的阻擋損耗HC/F1附加損耗2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)刃形損耗52第五十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)刃形損耗53第五十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三刃形損耗2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)54第五十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三如圖，繞射損耗基本在0dB，但是，如隨著天線的后移，樓頂邊緣將靠近并穿越菲涅耳區(qū)，繞射損耗將迅速增加，如果樓頂邊沿剛好位于路徑基線，則繞射損耗為6dB。2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)刃形損耗55第五十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三K值在微波規(guī)劃中的意義在工程中，為了使余隙經(jīng)濟(jì)、合理我們應(yīng)按下面的要求去控制天線高度：Φ≤0.5，即地面反射系數(shù)較小的電路，如山區(qū)、城市、丘陵地區(qū)。這種地形主要防止過大的繞射，應(yīng)按滿足下標(biāo)準(zhǔn)控制天線高度：K=2/3時，hc≥0.3F1(對一般障礙物)hc≥0(對刃形障礙物)這種情形產(chǎn)生的繞射衰落不大于8dB。2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)56第五十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三K值在微波規(guī)劃中的意義（續(xù)）Φ＞0.7，即地面反射系數(shù)較大的電路，如平坦、水網(wǎng)地區(qū)等。這種地形主要防止過大的反射衰落，應(yīng)按滿足下標(biāo)準(zhǔn)控制天線高度：K=2/3時，hc≥0.3F1(對一般障礙物)hc≥0(對刃形障礙物)k=4/3時，hc≈F1K=∞時，hc≤1.35F1(因為21/2F1時就會出現(xiàn)深衰落）如上述情況不能被滿足時，那就改變天線高度或更改路由。2.2余隙標(biāo)準(zhǔn)57第五十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三Pathloss剖面圖2.3剖面圖制作58第五十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2.3剖面圖制作Excel剖面圖59第五十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三2.3剖面圖制作60第六十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三3、掌握微波衰落概念3.1微波衰落種類3.2抗衰落措施3.3空間分集和頻率分集

61第六十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三大氣中有對流、平流、湍流以及雨霧等現(xiàn)象，再加上地面反射對電波傳播的影響，就使發(fā)端到收端的電波被散射、折射、吸收，或被地面反射。在同一瞬間，可能只有一種現(xiàn)象發(fā)生(影響較明顯)，也可能幾個現(xiàn)象同時發(fā)生，其發(fā)生的頻次及影響程度度帶有隨機(jī)性。綜合這些影響就使收信電平隨時間而變化，并產(chǎn)生隨機(jī)衰落現(xiàn)象。3.1衰落種類衰落機(jī)理吸收衰落雨霧衰落閃爍衰落k型衰落波導(dǎo)型衰落衰落時間接收電平高低衰落對信號的影響快衰落慢衰落上衰落下衰落平衰落頻率選擇性衰落自由空間傳播衰落62第六十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三大氣吸收衰耗任何物質(zhì)的分子都是由帶電粒子組成，這些粒子都有其固定的電磁諧振頻率，當(dāng)通過這些物質(zhì)的微波頻率接近它們的諧振頻率時，這些物質(zhì)對微波就產(chǎn)生共振吸收。大氣中的氧分子(O2)具有磁耦極子，水蒸氣(H2O)具有電耦極子，它們都能從電磁波中吸收能量，產(chǎn)生吸收衰耗。下圖為大氣對電磁波的吸收衰耗圖水蒸汽的最大吸收峰在(氧的最大吸收峰在RadioFrequencyGHz1050100100050010001001010,10,01H2OO2O2H2OH2O15°CH2O7,5g/m31013hPa25g/m33.1衰落種類統(tǒng)計表明大氣吸收對微波頻率在12GHz以下時，吸收小于0.1dB/Km，和自由空間衰耗相比，可以忽略。63第六十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三雨霧引起的散射損耗Radiofrequency(GHz)TropicalDownpourHeavyRainMediumHeavyRainLightRainDrizzle0.412410203050100150雨霧瞬時強(qiáng)度(InstantaneousRainIntensity)(mm/h)0.010.111050雨霧吸收系數(shù)(RainAbsorptionCoefficient)(dB/km)5102050100?2.4dB/km7GHz38GHz?5.9dB/km?37dB/km38GHz3.1衰落種類64第六十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三在10GHZ頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴(yán)重，對一個中繼段可能會引入幾個分貝。在10GHZ以上頻段，中繼間隔主要受降雨損耗的限制，如對13GHZ以上頻段，100mm/小時的降雨會引起5dB/km的損耗，所以在13GHZ，15GHZ頻段，一般最大中繼距離在10km左右在20GHZ以上頻段，由于降雨損耗影響，中繼間距只能有幾公里越高頻段雨衰越厲害?。「哳l段可以做用戶級傳輸3.1衰落種類雨霧引起的散射損耗65第六十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三雨霧引起的散射損耗3.1衰落種類66第六十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三閃爍衰落由于大氣中局部的不均勻體的存在，對電磁波的照射產(chǎn)生散射作用，在接收端因相位干涉而形成快衰落。這種衰落持續(xù)時間短，電平變化小，一般不足以造成通信的中斷。3.1衰落種類67第六十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三k型衰落這是由于直射波與地面反射波（或在一定條件下的繞射波）的相位干涉結(jié)果所產(chǎn)生的衰落。這種相位干涉與行程差有關(guān)，而在大氣層中，行程差又隨大氣折射率的k因子而變化，因此稱為K型衰落。這種衰落當(dāng)微波線路經(jīng)過水面或平滑地面時顯得特別嚴(yán)重，甚至?xí)斐赏ㄐ胖袛?。k型衰落也叫多徑衰落。

這種衰落在線路經(jīng)過水面、湖泊、或平滑地面時更為嚴(yán)重，所以在選擇路由時要盡量避免，不可能回避時一定要采用高低天線技術(shù)使反射點靠近一端減少反射波的影響，或采用高低天線加空間分集技術(shù)或抗反射波天線等來克服多經(jīng)反射的影響。3.1衰落種類68第六十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三不同地形對電波的影響,一般分為：反射Reflect地面把天線發(fā)出的一部分信號能量反射到接收天線，與直射波產(chǎn)生干涉，在接收點它們的矢量相加，結(jié)果收信電平與自由空間接收電平比較時大時小。對于水面或光滑地面，反射的影響作用更為明顯。繞射Diffract刃形障礙物。散射Dispersion由于地面散射對電波的主射波影響不大，可以不考慮。3.1衰落種類69第六十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三因為微波波長比可見光的波長要長得多，因此要準(zhǔn)確定義光滑地形比較困難。例如可見光照射到柏油馬路、田地、廣告牌、或者建筑物側(cè)面上不會發(fā)射，但微波在這些反射面上確會發(fā)生墻發(fā)射，甚至起伏不平的地形對微波來說都是光滑地形。3.1衰落種類70第七十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三3.1衰落種類71第七十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三3.1衰落種類72第七十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三3.1衰落種類73第七十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三3.1衰落種類74第七十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三由于氣象條件的影響（例夜間地面冷卻，早晨地面被太陽曬熱，以及平靜的海面和高氣壓）會在某個大氣層中形成不均勻結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為大氣波導(dǎo)。如果微波射線通過大氣波導(dǎo)，而接收點在波導(dǎo)層外，則接收點的場強(qiáng)除了直射波和地面反射波外，還有波導(dǎo)層邊界的反射波，形成嚴(yán)重的干涉型衰落，并往往造成通信中斷。波導(dǎo)型衰落示意圖波導(dǎo)型衰落3.1衰落種類75第七十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三

也叫起伏衰落。這種衰落是由于大氣局部因壓力、溫度和濕度不同所形成的粒子團(tuán)引起的介電常數(shù)與周圍不同，而使電波產(chǎn)生散射。各散射波的振幅和相位隨大氣的變化而隨機(jī)變化，其結(jié)果在接收點的合成場強(qiáng)隨機(jī)變化。這是一種快衰落，持續(xù)時間很短，電平變化小，對主波影響小，不會造成通信中斷。閃爍衰落示意圖閃爍衰落3.1衰落種類76第七十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三衰落現(xiàn)象規(guī)律:波長短，距離長，衰落嚴(yán)重跨水面，平原，衰落嚴(yán)重夏秋季衰落頻繁晝夜交替時，午夜容易出現(xiàn)深衰落雨過天晴及霧散容易出現(xiàn)快衰落3.1衰落種類77第七十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三衰落對視距傳播的影響衰落對視距傳播的影響主要有兩個方面：一、是接收電平下降，即衰落發(fā)生時，在信號傳輸帶寬內(nèi)具有相同的電平衰落深度。這種衰落，稱為平衰落。它主要由氣象條件的慢變化引起的，如雨霧衰減，大氣中不均勻體的散射等等。此外多徑傳播也會引入平衰落。二、是由于衰落的頻率選擇性而引起傳輸波形的失真，其衰落深度隨頻率變化而變化，這種因多徑傳播而造成的衰落被稱為頻率選擇性衰落。它主要由反射波、散射波和折射波引起的。3.2抗衰落措施78第七十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三分類對抗效應(yīng)與設(shè)備有關(guān)的對抗措施自適應(yīng)均衡波形失真自動發(fā)信功率控制(ATPC)功率降低前向糾錯（FEC）功率降低與系統(tǒng)有關(guān)的對抗措施分集接收技術(shù)功率降低和波形失真3.2抗衰落措施79第七十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三信號頻譜多徑衰落斜率均衡均衡后頻譜頻域均衡只能均衡信號的幅頻特性，不能均衡相位頻譜特性，但是電路簡單。

頻域均衡3.2抗衰落措施80第八十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三時域均衡時域均衡直接抵消碼間干擾。均衡前……TTT均衡后C-nC0CnTs-Ts-2TsTs-Ts-2Ts3.2抗衰落措施81第八十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三

自動發(fā)信功率控制-ATPC：在正常的傳播條件下，發(fā)信機(jī)輸出功率固定在某個比較低的電平上，例如比正常電平低10～15dB左右。當(dāng)發(fā)生傳播衰落時，接收機(jī)檢測到傳播衰落小于ATPC所規(guī)定的最低接收電平時，立即通過微波輔助開銷RFCOH字節(jié)控制對端發(fā)信機(jī)提高發(fā)信功率。自動發(fā)信功率控制的工作原理框圖如下所示：調(diào)制器發(fā)信機(jī)收信機(jī)解調(diào)器ATPC收信機(jī)ATPC發(fā)信機(jī)調(diào)制器解調(diào)器3.2抗衰落措施82第八十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三自動發(fā)信功率控制：發(fā)信機(jī)的輸出功率在ATPC的控制范圍內(nèi)自動跟蹤收信機(jī)收信電平的變化而變化。一般來說嚴(yán)重的傳播衰落發(fā)生的時間率是很短的，不足1%，采用了ATPC裝置后，發(fā)信機(jī)99%以上的時間均比額定功率低10～15dB的狀態(tài)下工作。因此可以較少對鄰近頻段的干擾，降低電源消耗。采用自動發(fā)信功率控制后的效果主要有：減少對相鄰系統(tǒng)的干擾及越站干擾降低直流功率消耗減少上衰問題改善殘余誤碼特性3.2抗衰落措施83第八十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三ATPC調(diào)整過程（漸變式）

ATPC動態(tài)范圍-72-55-45-35-251028575453121接收電

平(dBm)鏈路損耗(dB)發(fā)信輸出電平(dBm)高電平低電平3.2抗衰落措施84第八十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三

交叉極化干擾抵消(XPIC)在微波傳輸中，為了提高頻譜利用率，在同一頻率上利用正交極化傳送兩個不同的信號，這樣可使頻譜利用率提高一倍。為了避免兩個不同極化的信號之間產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，必須引入交叉極化波間的干擾補(bǔ)償技術(shù)。波導(dǎo)口外形30MHz

80MHz60MHz340MHz12345678680MHz

V(H)H(V)1’2’3’4’5’6’7’8’30MHz

80MHz60MHz340MHz680MHz12345678V(H)H(V)1X2X3X4X5X6X7X8X1’2’3’4’5’6’7’8’

1X’2X’3X'4X’5X’6X’7X’8X’U6GHz頻帶頻率配置（ITU-RF.384-5）電場方向水平極化垂直極化3.2抗衰落措施85第八十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三分集技術(shù):分集就是利用兩條或多條傳輸途徑傳輸相同信息，并對接收信機(jī)輸出信號進(jìn)行選擇或合成，來減輕衰落影響的一種措施?？煞譃椋嚎臻g分集、頻率分集、極化分集和角度分集。在實際應(yīng)用中空間分集和頻率分集應(yīng)用較多。空間分集較為經(jīng)濟(jì)，效果也好；頻率分集由于占用頻帶較寬，因此多應(yīng)用于多波道系統(tǒng)中，采用一個備用波道的系統(tǒng)兼作頻率分集的情況較多。頻率分集（FD）空間分集（SD）Hf1f23.2抗衰落措施86第八十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三頻率分集利用在空間傳輸中，不同頻率信號的衰落特性不一樣的特性，采用兩個或兩個以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時發(fā)送和接收同一信息，然后進(jìn)行合成或選擇，以減輕衰落的影響，這種工作方式叫頻率分集。優(yōu)點是效果明顯，只需要一副天饋線。缺點是頻段利用率不高。f1f23.3空間分集和頻率分集87第八十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三空間分集利用信號在不同路徑的多徑效應(yīng)不同，從而衰落也不同的特性，采用高低不同的兩副或兩副以上的天線接收同一頻率的信號，然后進(jìn)行合成或選擇，這種工作方式叫空間分集。有幾副天線就叫幾重分集。優(yōu)點是節(jié)省頻率資源。缺點是設(shè)備復(fù)雜，需要兩套或兩套以上天饋線。天線距離：根據(jù)經(jīng)驗，在常用頻段，一般為100～200倍波長。f1f13.3空間分集和頻率分集88第八十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三Dh=(nl＋l/2)d2h1其中，l：波長，d：路徑長度，h1：發(fā)端天線掛高h(yuǎn)1TxRxnl＋l/2Dhd空間分集的間距計算根據(jù)近似地推算，可以得到如下地公式：3.3空間分集和頻率分集89第八十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三根據(jù)北歐瑞典的一份測試報告，夏天是一年四季中衰落最嚴(yán)重的季節(jié)，冬天是一年四季中衰落最少的季節(jié)（除了冬天的下午較晚的時候有時候會發(fā)生更大的電平偏移），在夏天的早晨6點到7點之間，上部的天線電平偏移峰值為2.7dB，，在下午的1點到8點電平偏移1小時在1dB以內(nèi)），研究還發(fā)現(xiàn)上面的天線衰落深度比下面的天線略大?？臻g分集情況下，上下兩面天線每年0.1%的時間衰落深度同時超過8dB，在最壞月情況下，兩面天線同時最大衰落深度大概15dB，上部天線衰落深度比下部天線略大，一般空間分集系統(tǒng)衰落深度不會超過24-26dB。3.3空間分集和頻率分集90第九十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三4、掌握微波指標(biāo)計算方法4.1微波指標(biāo)概念4.2微波指標(biāo)要求4.3計算范例91第九十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三PDH微波指標(biāo)要求高級和中級數(shù)字微波通道的誤碼性能指標(biāo)：PDH微波電路分三類：高級電路，其參考長度為2500公里；中級電路，其參考長度為1250公里；用戶級電路，其參考長度為50公里。4.2微波指標(biāo)要求92第九十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三PDH微波指標(biāo)要求假設(shè)參考數(shù)字段誤碼性能指標(biāo)注：一類假設(shè)參考數(shù)字段適用于組成2500km高級假設(shè)參考數(shù)字通道；二類介于高級和中級電路之間；三類、四類介于中級和用戶級電路之間。4.2微波指標(biāo)要求93第九十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期三PDH微波接力通信系統(tǒng)的不可用性指標(biāo)(1)高級假設(shè)參考數(shù)字微波通道(雙向)的不可用性指標(biāo)，在任何一年里應(yīng)不大于0.3%，其中由傳播引起的占1/3。(2)中級假設(shè)參考數(shù)字微波通道(雙向)的不可用性指標(biāo)，在任何一年里應(yīng)不大于0.2～0.5%，其中由傳播引起的占1/3。(3)用戶級假設(shè)參考數(shù)字微波通