微波设计原理介绍课件

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1、2009年年参考资料参考资料v唐贤远、李兴 （2004） “数字微波通信系统”，电子工业出版社v华为公司（2004）“TKNWP-TR-301 微波通信原理”v华为公司（2006）“数字微波通信原理”v同步数字系列（SDH）微波接力通信系统设计规范(YDT 5088-2000)v数字微波（PDH）接力通信工程设计规范(YD5004-94)vITUT Recommandation G.821/826/827/828 传输性能指标vITU-R F.1491/1493无线传输性能指标vITU-R P.530/531 无线信号传播计算方法v无线院王强（无线院王强（2005）“数字微波原理和工程设计数字

2、微波原理和工程设计”12009年年授课对象授课对象 本讲座面向未接触过微波工程的设计人员。通过介绍微波工程基础原理和概念，便于设计人员进一步学习微波工程的具体设计流程和方法。22009年年v学完本课程后，您应该能：学完本课程后，您应该能：描述数字微波通信的概念及特点描述数字微波通信的传播原理掌握数字微波通信余隙的概念和要求了解数字微波通信的衰落种类和抗衰落技术了解数字微波通信的指标要求授课目标授课目标32009年年为什么微波通信42009年年 微波通信与光纤通信特点的比较微波通信与光纤通信特点的比较跨越空间能力强，占地少，不受土地私有化 限制。需要铺设光缆，占用土地。投资少，周期短，维护方便基

3、础建设投资多，建设周期较长具有很强的抗自然灾害能力，易于快速恢复需要室外光缆维护，易受自然灾害影响。频率资源有限，需要申请频率执照传输容量大。传输容量有限不受频率限制，不需要申请许可。传输质量稳定可靠，不受外来因素干扰。传输质量受气候和地形的影响大微波通信微波通信光纤通信光纤通信52009年年LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GH

4、z30GHz 300GHz300GHz红外线可见光工业和天电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小微波信号的频率范围62009年年微波通信发展的历程微波通信发展的历程注：微波传输中，传输容量在10M以下的称为小容量，在10100M之间的称为中容量，大于100M的称为大容量。155M34/140M2/4/6/8M480话路SDH 同步数字同步数字微微波系波系统出出现PDH 准同步准同步数字微波系数字微波系统出出现 中、小容量的中、小容量的数数 字微波通信系字微波通信系统模模拟微波微波通信系通信系统传输容量（/ch）20世纪世纪50年代年代20世纪世纪70年代年代20世纪世纪80年代年代20世纪世纪90

5、年代末至今年代末至今72009年年能否用月亮做中继站，能否用月亮做中继站，实现微波通信？实现微波通信？猜想，浪漫，实际猜想，浪漫，实际！82009年年课件内容课件内容1、掌握微波基础理论、掌握微波基础理论 1.1 微波系统介绍 1.2 微波频段选择 1.3 自由空间传播 1.4 菲涅耳区(Fresnel zone) 1.5 等效地球半径 2、掌握微波断面设计方法、掌握微波断面设计方法 2.1余隙概念和计算 2.2余隙设计标准 2.3断面图制作3、掌握微波衰落概念、掌握微波衰落概念 3.1 微波衰落种类 3.2 抗衰落措施 3.3 空间分集和频率分集 4、掌握微波指标计算方法、掌握微波指标计算方

6、法 4.1 微波指标概念 4.2 微波指标要求 4.3 计算范例92009年年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 telecommunication networks广播点点视距微波1

7、.1 微波系统介绍微波系统介绍Line of sight“直线”传播102009年年微波的分类微波的分类按制式和结构分：按容量和带宽分：1.1 微波系统介绍微波系统介绍112009年年数字微波发信机数字微波发信机发信机的主要性能指标： (1)工作频段：微波频段使用的范围从423GHz。 (2)输出功率：一般微波输出功率从几十毫瓦到二瓦左右。 (3)频率稳定度：一般微波设备的本振频率稳定度一般在310ppm左右。1.1 微波系统介绍微波系统介绍122009年年v数字微波传输常用频段包括：数字微波传输常用频段包括： 7G/8G/11G/13G/15G/18G/23G/26G/32G/38G（由IT

8、U-R建议规定）85432102013040501.52.5GHz区域网长距离干线网区域和本地网，边际网 2834Mbit/s2834140155Mbit/s3.311 GHzGHz34140155Mbit/s1.2 微波频段和波道微波频段和波道132009年年v在每个频段中定义了多种子频率范围，多种收发间隔和波道间隔。在每个频段中定义了多种子频率范围，多种收发间隔和波道间隔。f0(中心频率)频率范围波道间隔f1f2fnf1f2fn波道间隔收发间隔收发间隔低频段高频段保护间隔相邻收发间隔1.2 微波频段和波道微波频段和波道142009年年f0(7575M)频率范围（74257725MHz）28

9、Mf1=7442f5f1=7596f2f5T/R 间隔： 154Mf2=74707G7G频率范率范围F0 (MHz)F0 (MHz)收收发间隔隔(MHz)(MHz) 波道波道间隔隔（MHzMHz）高低站高低站7425-7725757515428 Fn=f0-161+28n,Fnf0- 7+28n, n:15757516177110-77507275196287597196287250-755074001613.5.1.2 微波频段和波道微波频段和波道信产部信产部2000705号号 “关于调整关于调整1-30GHz数字微波接力通信系统容量系列及射频波道配置的通知数字微波接力通信系统容量系列及射频

10、波道配置的通知”152009年年1. 近场：也叫感应近场区，电场分量与磁场分量二者有相位差，电磁能在此区域交替转化，不辐射能量。2. 菲涅耳区：也叫辐射近场区，处于近场与远场之间，辐射部分非常小，交替转化的部分占绝大多数 3. 远场：也叫Fraunhofer区，电场与磁场的相位相同，形成能量辐射 。1.3 自由空间传播自由空间传播162009年年1.3 自由空间传播自由空间传播172009年年 在研究实际电波传播时，总是将自由空间传播情况作为实际传播问题的参考。所谓自由空间是指充满均匀理想介质的无限空间。在这空间里电波不受阻挡、反射、绕射、散射和吸收等因素影响。1.自由空间传播损耗：自由空间传

11、播损耗： 自由空间传播下的收信电平： 式中：Pt 为发信功率(dBm)， Gt、Gr 为收发天线增益，Lt、Lr为收发馈线的损耗、 LBr为分路系统损耗， Lf为自由空间传输损耗。d d 或或 f f 增加一倍，损耗将增加增加一倍，损耗将增加6 dB 1.3 自由空间传播自由空间传播182009年年1.4 1.4 菲涅耳区菲涅耳区惠更斯原理惠更斯原理(Huygens principle)光和电磁波都是一种振动，一个点源的振动传递给邻近的质点后，就形成了二次波源、三次波源等等。如果点源发出的波是球面波，那么由点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，当发信天线的

12、尺寸远小于微波中继距离时，可将发射天线看成是一个点源。192009年年菲涅耳区定义菲涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)(The Fresnel Zone Definition)1.4 菲涅耳区菲涅耳区202009年年 菲涅尔区是研究电波传播的一个重要概念，其定义是：图中球面上的点P到(T,R)点距离之和满足：TP+PR=TR+n/2 n=1,2,3, 则由P点构成的轨迹就是菲涅尔区。 我们把菲涅尔区上一点P到TR的连线的垂直距离PO称为菲涅尔半径。第一菲涅尔半径用F1(n=1)表示。从图中可以看出，在线路中央菲涅尔区半径最大，越靠近一端，菲涅尔区半径越小。1.

13、4 菲涅耳区菲涅耳区212009年年d1d2dd1 + d2 - d = l/2第一费涅耳椭球面第一费涅耳椭球面: :费涅耳椭球面1.4 菲涅耳区菲涅耳区222009年年1.4 1.4 菲涅耳区232009年年v经有关研究知道：在电波的传播空间中，在接收点的合成场强，当费涅耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间场强；v由第一非涅耳区在接收点的场强,接近于全部有贡献的非涅区在接收点的自由空间场强的2倍;v相邻费涅耳区在收信点处产生的场强的相位相反；v若以第一费涅耳区为参考,则奇数区产生的场强是使接收点的场强增强,偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。菲涅耳区的能量分布:1.4 1.4 菲涅耳区2

14、42009年年1st zone+2nd zone-The Second Fresnel ZoneThe signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sightLine of sight费涅耳区定义费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)(The Fresnel Zone Definition)1.4 1.4 菲涅耳区252009年年电波传播的主要能量集中在第一菲涅耳区。在点对点微波传输中，如果路径余隙达到0.6F1，则认为处于自由空间传播状态。注：菲涅耳区半径是三维

15、的，并不仅仅为路径垂直方向，也包注：菲涅耳区半径是三维的，并不仅仅为路径垂直方向，也包括路径侧面和路径上面括路径侧面和路径上面1.4 菲涅耳区菲涅耳区262009年年F1=（d1d2/d）1/2F2=（2d1d2/d）1/2 = (2)1/2 F1 .Fn=（nd1d2/d）1/2 = (n)1/2 F1菲涅耳区半径计算1.4 1.4 菲涅耳区d1d2dFnF0= (1/3)1/2F10.577F1272009年年d1d2dd1 x d2f x dF1 = =17.3 x F1 in meter d, d1, d2 in km f in GHzF1The First Fresnel Radiu

16、sC xd1 x d2f x d1.4 菲涅耳区菲涅耳区282009年年The First Fresnel ZoneTotal received signalDirect signal1st zoneReflected signal180 180 l/2费涅耳区定义费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)(The Fresnel Zone Definition)1.4 1.4 菲涅耳区292009年年Total received signalDirect signal2nd zone1st zoneReflected signal180180 lThe Secon

17、d Fresnel Zone费涅耳区定义费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)(The Fresnel Zone Definition)1.4 1.4 菲涅耳区302009年年微波传播是一种“视距”通信（Line of Sight）, 并不是说需要肉眼看到对方站点，而是强调微波通信是点对点发射和接收。一般来说，如果微波跳距离为8公里以上，需要考虑以下3个因素。p地球凸起. p菲涅耳区余隙 p大气折射. 1.5 等效地球半径等效地球半径312009年年下图中的：U-表示电波传播的速度，n表示折射系数，n=c(光波)/U(电波）传播路径受大气的影响:对流层对微波传播

18、的影响对流层对微波传播的影响1.5 等效地球半径等效地球半径322009年年传播路径受大气分层的影响:对流层对微波传播的影响对流层对微波传播的影响1.5 等效地球半径等效地球半径332009年年传播路径受大气分层的影响对流层对微波传播的影响对流层对微波传播的影响1.5 等效地球半径等效地球半径342009年年 等效地球半径系数： 式中可见k 决定于折射率梯度 ，而 又受温度、湿度、压力等条件影响，所以 k是反映对流层气象条件变化对电波传播影响的重要参数。 折射的分类： a.无折射；当 0时，大气折射率不随大气的垂直高度而变化， k 1。 b.负折射；当 0时，上层空间的电波射线速度比下层空间的

19、电波射线速度小，电波传播轨迹向上弯曲， k 1 。 c.正折射；当 1 。1.5 等效地球半径等效地球半径352009年年下图中k(等效地球半径系数)=ae(地球等效半径)/a(实际地球半径)=1/(1+a dn/dh)1.5 等效地球半径等效地球半径362009年年由于大气折射的作用，使得在大气层中传播的无线电波将因多次连续折射而使轨迹发生弯曲。为了便于分析，我们引入地球等效半径的概念，这样就可以把电波射线看成直线，而把地球的半径R0 等效为Re 。等效的条件是： a.设大气折射随高度变化是线性的，使射线弯曲形状是园滑对称的； b.等效前后，射线轨迹上各点与地面之间的垂直距离处处不变。1.5

20、 等效地球半径等效地球半径372009年年k = 4/3 12/3 True earth radius (r)Ground clearance2/3 4/31k = 等效地球半径等效地球半径Equivalent earth radius (rk)Ground clearance在温带地区称K=4/3时折射为标准折射，此时的大气称为标准大气压, a e=4a/3称为标准等效地球半径1.5 等效地球半径等效地球半径382009年年k 值的选取，是天线高度设计中的一项主要工作。为了便于电路计算，在温带地区按平均情况，一般 k取4/3，并认为 k的变化为2/3到。同时应注意当气象条件变化时，使 k值较

21、小时(例如 k=2/3)，余隙将变小，可能使电波发生绕射衰落，使收信电平降低。1.5 等效地球半径等效地球半径392009年年Distance 50 km Geometrical line of sightRadio optical line of sight微波传播(Microwave Propagation)1.5 等效地球半径等效地球半径402009年年Distance 50 km k = 2/3k = 4/3等效地球半径的影响等效地球半径的影响1.5 等效地球半径等效地球半径412009年年2、掌握微波断面设计方法p 2.1余隙概念和计算p 2.2余隙设计标准p 2.3路径剖面图422

22、009年年2.1 2.1 余隙概念和计算432009年年2.1 2.1 余隙概念和计算442009年年保障自由空间传播的最小余隙为第一费涅尔区F1的60，一般按下表取定余隙标准。K=KminK=4/3K=刃形01F1-等效地面反射系数不小于0.7的光滑地面0.3F11F11.38F1其他0.3F11F1-(1)多障碍物接力段的余隙值宜按K=Kmin时，由障碍物引入的电波绕射损耗值不大于10dB，K=4/3时，保证不衰落时的接收电平值不小于自由空间接收电平值的要求。(2)对于采用空间分集接收的接力段，主天线路径余隙应满足上表的规定，分集天线路径余隙应满足K=Kmin时，障碍物引入的绕射损耗值不大

23、于15dB(对于单障碍物或多障碍物)。单障碍物接力段的余隙标准2.2 2.2 余隙标准452009年年 根据路径余隙标准计算出来的微波天线挂高并不能保证可靠的微波传输，这只是微波设计的第一步，许多情况下由于微波余隙大大超出余隙标准反而会带来传输问题，微波天线挂高并不是越高越好，最终的微波天线挂高将综合以下三个条件取定。1）在最小K值下微波绕射损耗计算结果在系统可接受的范围，此时得出的最低微波天线挂高。2）路径的反射特性和天线高度增益特性。3）在正常K值情况下，路由反射不会造成信号衰落。4）当采用空间分集时，主天线和分集天线不会同时发生衰落。设计天线高度时首先要确定天线配置，如果采用分集方式，主

24、天线和分集天线分别采用不同的余隙标准，最终结果采用两者结果的较大值。 2.2 2.2 余隙标准462009年年 当路由剖面为可反射类型，在接收点上会同时收到直射波和反射波，如果K=4/3时余隙达到第二菲涅尔区半径，直射波和反射波相位相反，会造成传输深衰落，这时需要使用“Pathloss4.0”中的“Diffraction”模块进行分析第二费涅尔区余隙，对天线挂高进行调整。 一般以下2种情况会需要分析第二费涅尔区余隙。1）当长路由情况下，如果同时满足K=4/3和K=min两个K值下的余隙标准，由于此时K=min下的余隙标准起主要作用，K=4/3下的余隙会达到或超过第二费涅尔区半径。2）余隙设计中

25、考虑了过高的地物障碍高度，例如树木高度等，实际上该障碍并不存在或可以不考虑。 余隙标准仅是设计微波天线挂高的手段，它并不是决定天线挂高的必要条件，最终天线挂高取决于满足路由传播可靠性要求下的最低天线挂高。第二费涅尔区余隙第二费涅尔区余隙2.2 2.2 余隙标准472009年年2.2 2.2 余隙标准将余隙除以第一菲涅耳区半将余隙除以第一菲涅耳区半径，如果比例大小与偶数的径，如果比例大小与偶数的平方根相接近，有可能会发平方根相接近，有可能会发生信号衰减，需要重新调整生信号衰减，需要重新调整天线挂高天线挂高482009年年2.2 2.2 余隙标准492009年年绕射 Diffractedl由于刃形

26、障碍物阻挡了部分费涅耳区，以及同时造成的微波射线的绕射，使得实际接收点的电平一定低于自由空间电平。这个由于刃形障碍物的阻挡而增加的损耗我们称之为附加损耗。2.2 2.2 余隙标准刃形损耗502009年年l 当障碍物的尖锋正好落在收发两端的连线上，即HC=0时，附加损耗为6dB ;l当障碍物的顶锋超过收发两端的连线时，附加损耗将很快增加 ;l当障碍物的顶锋在收发两端的连线以下时，附加损耗将在0dB上下少量变动。这时路径上传输损耗和收信电平将与自由空间数值接近。-24-26-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2042-2868-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5 00.51

27、.0 1.5 2.0 2.5dB刃形障碍物的阻挡损耗HC/F1附加损耗2.2 2.2 余隙标准刃形损耗512009年年2.2 2.2 余隙标准刃形损耗522009年年刃形损耗2.2 2.2 余隙标准532009年年如图，绕射损耗基本在0dB，但是，如随着天线的后移，楼顶边缘将靠近并穿越菲涅耳区，绕射损耗将迅速增加，如果楼顶边沿刚好位于路径基线，则绕射损耗为6dB。2.2 2.2 余隙标准刃形损耗542009年年K值在微波规划中的意义值在微波规划中的意义v在工程中，为了使余隙经济、合理我们应按下面的要求去控制天线高度：0.5，即地面反射系数较小的电路，如山区、城市、丘陵地区。这种地形主要防止过大

28、的绕射，应按满足下标准控制天线高度： K=2/3时，hc 0.3F1 (对一般障碍物) hc 0 (对刃形障碍物) 这种情形产生的绕射衰落不大于8dB 。2.2 2.2 余隙标准552009年年K值在微波规划中的意义（续）p 0.7，即地面反射系数较大的电路，如平坦、水网地区等。 这种地形主要防止过大的反射衰落，应按满足下标准控制天线 高度： K=2/3时， hc 0.3F1 (对一般障碍物) hc 0 (对刃形障碍物) k=4/3时， hc F1 K=时， hc 1.35 F1 (因为21/2 F1时就会出现深衰落）p 如上述情况不能被满足时，那就改变天线高度或更改路由。2.2 2.2 余隙

29、标准562009年年Pathloss 剖面图剖面图2.3 2.3 剖面图制作572009年年2.3 2.3 剖面图制作Excel 剖面图剖面图582009年年2.3 2.3 剖面图制作592009年年3、掌握微波衰落概念p 3.1 微波衰落种类p 3.2 抗衰落措施p 3.3 空间分集和频率分集 602009年年 大气中有对流、平流、湍流以及雨雾等现象，再加上地面反射对电波传播的影响，就使发端到收端的电波被散射、折射、吸收，或被地面反射。在同一瞬间，可能只有一种现象发生(影响较明显)，也可能几个现象同时发生，其发生的频次及影响程度度带有随机性。综合这些影响就使收信电平随时间而变化，并产生随机衰

30、落现象。 3.1 3.1 衰落种类衰落机理吸收衰落雨雾衰落闪烁衰落k型衰落波导型衰落衰落时间接收电平高低衰落对信号的影响快衰落慢衰落上衰落下衰落平衰落频率选择性衰落自由空间传播衰落612009年年大气吸收衰耗大气吸收衰耗 任何物质的分子都是由带电粒子组成，这些粒子都有其固定的电磁谐振频率，当通过这些物质的微波频率接近它们的谐振频率时，这些物质对微波就产生共振吸收。大气中的氧分子(O2)具有磁耦极子，水蒸气(H2O)具有电耦极子，它们都能从电磁波中吸收能量，产生吸收衰耗。下图为大气对电磁波的吸收衰耗图水蒸汽的最大吸收峰在(氧的最大吸收峰在Radio Frequency GHz1050100100

31、050010001001010,10,01H2OO2O2H2OH2O15 CH2O 7,5 g/m31013 hPa 25 g/m33.1 3.1 衰落种类统计表明大气吸收对微波频率在统计表明大气吸收对微波频率在12GHz以下时，吸收小于以下时，吸收小于0.1dB/Km，和自由空，和自由空间衰耗相比，可以忽略。间衰耗相比，可以忽略。622009年年雨雾引起的散射损耗雨雾引起的散射损耗Radio frequency (GHz)TropicalDownpourHeavyRainMediumHeavyRainLightRainDrizzle0.412410203050100150雨雾瞬时强度雨雾瞬时

32、强度(Instantaneous Rain Intensity) (mm/h)0.010.111050雨雾吸收系数雨雾吸收系数(Rain Absorption Coefficient) (dB/km)51020501002.4 dB/km7 GHz38 GHz5.9 dB/km37 dB/km38 GHz3.1 3.1 衰落种类632009年年在10GHZ频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，对一个中继段可能会引入几个分贝。在10GHZ以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的限制，如对13GHZ以上频段，100mm/小时的降雨会引起5dB/km的损耗，所以在13GHZ，15GHZ频段，一般最大中继距离

33、在10km左右在20GHZ以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里越高频段雨衰越高频段雨衰越厉害！越厉害！高频段可以高频段可以做用户级传做用户级传输输3.1 3.1 衰落种类雨雾引起的散射损耗雨雾引起的散射损耗642009年年雨雾引起的散射损耗雨雾引起的散射损耗3.1 3.1 衰落种类652009年年闪烁衰落闪烁衰落 由于大气中局部的不均匀体的存在，对电磁波的照射产生散射作用，在接收端因相位干涉而形成快衰落。这种衰落持续时间短，电平变化小，一般不足以造成通信的中断。3.1 3.1 衰落种类662009年年k型衰落型衰落 这是由于直射波与地面反射波（或在一定条件下的绕射波）的相位干涉结果

34、所产生的衰落。这种相位干涉与行程差有关，而在大气层中，行程差又随大气折射率的k因子而变化，因此称为K型衰落。这种衰落当微波线路经过水面或平滑地面时显得特别严重，甚至会造成通信中断。k型衰落也叫多径衰落。 这种衰落在线路经过水面、湖泊、或平滑地面时更为严重，所以在选择路由时要尽量避免，不可能回避时一定要采用高低天线技术使反射点靠近一端减少反射波的影响，或采用高低天线加空间分集技术或抗反射波天线等来克服多经反射的影响。3.1 3.1 衰落种类672009年年不同地形对电波的影响,一般分为：反射 Reflect地面把天线发出的一部分信号能量反射到接收天线，与直射波产生干涉，在接收点它们的矢量相加，结

35、果收信电平与自由空间接收电平比较时大时小。对于水面或光滑地面，反射的影响作用更为明显。绕射 Diffract刃形障碍物。散射 Dispersion由于地面散射对电波的主射波影响不大，可以不考虑。3.1 3.1 衰落种类682009年年因为微波波长比可见光的波长要长得多，因此要准确定义光滑地形比较困难。例如可见光照射到柏油马路、田地、广告牌、或者建筑物侧面上不会发射，但微波在这些反射面上确会发生墙发射，甚至起伏不平的地形对微波来说都是光滑地形。3.1 3.1 衰落种类692009年年3.1 3.1 衰落种类702009年年3.1 3.1 衰落种类712009年年3.1 3.1 衰落种类72200

36、9年年3.1 3.1 衰落种类732009年年l 由于气象条件的影响（例夜间地面冷却，早晨地面被太阳晒热，以及平静的海面和高气压）会在某个大气层中形成不均匀结构，这种现象称为大气波导。如果微波射线通过大气波导，而接收点在波导层外，则接收点的场强除了直射波和地面反射波外，还有波导层边界的反射波，形成严重的干涉型衰落，并往往造成通信中断。波导型衰落示意图波导型衰落波导型衰落3.1 3.1 衰落种类742009年年l 也叫起伏衰落。这种衰落是由于大气局部因压力、温度和湿度不同所形成的粒子团引起的介电常数与周围不同，而使电波产生散射。各散射波的振幅和相位随大气的变化而随机变化，其结果在接收点的合成场强

37、随机变化。这是一种快衰落，持续时间很短，电平变化小，对主波影响小，不会造成通信中断。闪烁衰落示意图闪烁闪烁衰落衰落3.1 3.1 衰落种类752009年年衰落现象规律:波长短，距离长，衰落严重跨水面，平原，衰落严重夏秋季衰落频繁昼夜交替时，午夜容易出现深衰落雨过天晴及雾散容易出现快衰落3.1 3.1 衰落种类762009年年衰落对视距传播的影响衰落对视距传播的影响 衰落对视距传播的影响主要有两个方面： 一、是接收电平下降，即衰落发生时，在信号传输带宽内具有相同的电平衰落深度。这种衰落，称为平衰落。它主要由气象条件的慢变化引起的，如雨雾衰减，大气中不均匀体的散射等等。此外多径传播也会引入平衰落。

38、 二、是由于衰落的频率选择性而引起传输波形的失真，其衰落深度随频率变化而变化，这种因多径传播而造成的衰落被称为频率选择性衰落。它主要由反射波、散射波和折射波引起的。3.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施772009年年分 类对抗效应与设备有关的对抗措施自适应均衡波形失真自动发信功率控制 (ATPC)功率降低前向纠错（FEC）功率降低与系统有关的对抗措施分集接收技术功率降低和波形失真3.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施782009年年信号频谱多径衰落斜率均衡均衡后频谱l频域均衡只能均衡信号的幅频特性，不能均衡相位频谱特性，但是电路简单。l频域均衡3.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施792009年年

39、l时域均衡p时域均衡直接抵消码间干扰。均衡前TTT均衡后C-nC0CnTs-Ts-2TsTs-Ts-2Ts3.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施802009年年v 自动发信功率控制-ATPC：v 在正常的传播条件下，发信机输出功率固定在某个比较低的电平上，例如比正常电平低1015dB左右。当发生传播衰落时，接收机检测到传播衰落小于ATPC所规定的最低接收电平时，立即通过微波辅助开销RFCOH字节控制对端发信机提高发信功率。v 自动发信功率控制的工作原理框图如下所示：调制器调制器发信机发信机收信机收信机解调器解调器ATPCATPC收信机收信机ATPCATPC发信机发信机调制器调制器解调器解调器3.

40、2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施812009年年v自动发信功率控制：发信机的输出功率在ATPC的控制范围内自动跟踪收信机收信电平的变化而变化。v一般来说严重的传播衰落发生的时间率是很短的，不足1%，采用了ATPC装置后，发信机99%以上的时间均比额定功率低1015dB的状态下工作。因此可以较少对邻近频段的干扰，降低电源消耗。v采用自动发信功率控制后的效果主要有：p减少对相邻系统的干扰及越站干扰 p降低直流功率消耗 p减少上衰问题p改善残余误码特性3.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施822009年年vATPC调整调整过程（渐变式）过程（渐变式） ATPC动态范围-72-55-45-35-2510

41、28575453121 接 收 电 平(dBm)链 路 损 耗 (dB) 发 信 输 出 电 平(dBm)高电平低电平3.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施832009年年l 交叉极化干扰抵消(XPIC)l 在微波传输中，为了提高频谱利用率，在同一频率上利用正交极化传送两个不同的信号，这样可使频谱利用率提高一倍。为了避免两个不同极化的信号之间产生严重的干扰，必须引入交叉极化波间的干扰补偿技术。波导口外形波导口外形 30MHz 80MHz 60MHz340 MHz1 2 3 4 5 6 7 8 680MHz V (H)H (V) 1 2 3 4 5 6 7 8 30MHz 80MHz 60MHz3

42、40MHz 680 MHz 1 2 3 4 5 6 7 8V (H)H (V)1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X1 2 3 4 5 6 7 8 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8XU6GHz频带频率配置（ITU-R F.384-5）电场方向水平极化垂直极化3.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施842009年年v 分集技术:p 分集就是利用两条或多条传输途径传输相同信息，并对接收信机输出信号进行选择或合成，来减轻衰落影响的一种措施。可分为：空间分集、频率分集、极化分集和角度分集。p 在实际应用中空间分集和频率分集应用较多。空间分集较为经济，效果也好；频率分集由于占用频带较宽，

43、因此多应用于多波道系统中，采用一个备用波道的系统兼作频率分集的情况较多。频率分集（FD）空间分集（SD）Hf1f1f2f23.2 3.2 抗衰落措施抗衰落措施852009年年l频率分集p 利用在空间传输中，不同频率信号的衰落特性不一样的特性，采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和接收同一信息，然后进行合成或选择，以减轻衰落的影响，这种工作方式叫频率分集。p 优点是效果明显，只需要一副天馈线。缺点是频段利用率不高。f1f23.3 3.3 空间分集和频率分集空间分集和频率分集862009年年l 空间分集p 利用信号在不同路径的多径效应不同，从而衰落也不同的特性，采用高低不同的两副或

44、两副以上的天线接收同一频率的信号，然后进行合成或选择，这种工作方式叫空间分集。有几副天线就叫几重分集。p 优点是节省频率资源。缺点是设备复杂，需要两套或两套以上天馈线。p 天线距离：根据经验，在常用频段，一般为100200倍波长。f1f13.3 3.3 空间分集和频率分集空间分集和频率分集872009年年Dh =(nll/2)d2h1其中，l ：波长， d ：路径长度， h1：发端天线挂高h1TxRxnll/2Dhdl 空间分集的间距计算l 根据近似地推算，可以得到如下地公式：3.3 3.3 空间分集和频率分集空间分集和频率分集882009年年根据北欧瑞典的一份测试报告，夏天是一年四季中衰落最

45、严重的季节，冬天是一年四季中衰落最少的季节（除了冬天的下午较晚的时候有时候会发生更大的电平偏移），在夏天的早晨6点到7点之间，上部的天线电平偏移峰值为2.7dB，在下午的1点到8点电平偏移1小时在1dB以内），研究还发现上面的天线衰落深度比下面的天线略大。空间分集情况下，上下两面天线每年0.1%的时间衰落深度同时超过8dB，在最坏月情况下，两面天线同时最大衰落深度大概15dB，上部天线衰落深度比下部天线略大，一般空间分集系统衰落深度不会超过24-26dB。3.3 3.3 空间分集和频率分集空间分集和频率分集892009年年4、掌握微波指标计算方法p 4.1 微波指标概念p 4.2 微波指标要求

46、p 4.3 计算范例902009年年PDH微波微波指标要求指标要求高级和中级数字微波通道的误码性能指标：PDH 微波电路分三类：高级电路，其参考长度为2500公里； 中级电路，其参考长度为1250公里； 用户级电路，其参考长度为50公里。4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求912009年年PDH微波微波指标要求指标要求假设参考数字段误码性能指标注：一类假设参考数字段适用于组成2500km高级假设参考数字通道；二类介于高级和中级电路之间；三类、四类介于中级和用户级电路之间。4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求922009年年PDH微波接力通信系统的不可用性指标微波接力通信系统的不可用性指

47、标 (1)高级假设参考数字微波通道(双向)的不可用性指标，在任何一年里应不大于0.3%，其中由传播引起的占1/3。 (2)中级假设参考数字微波通道(双向)的不可用性指标，在任何一年里应不大于0.20.5%，其中由传播引起的占1/3。 (3)用户级假设参考数字微波通道(双向)的不可用性指标，在任何一年里应不大于0.08%，其中由传播引起的占1/3。 (4)实际电路的不可用性指标的细分原则,宜按电路长度作线性分配。 (5)假设参考数字段(双向)的不可用性指标应满足下表中的规定值。4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求932009年年SDH微波接力通信系统的差错性能指标微波接力通信系统的差错性能指

48、标 (1)在考虑到系统内部的衰落、干扰及其他各种恶化因素的影响下，省际干线通道的差错性能指标，在每一个传输方向任何月份应不大于下表的规定值。 省际干线通道的差错性能指标省际干线通道的差错性能指标 表中：A=6%L/5000 L：电路实际长度SDH 微波电路分四类：省际干线，其参考长度为5000公里； 省内干线； 本地网； 接入网。4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求942009年年SDH微波接力通信系统的差错性能指标微波接力通信系统的差错性能指标(2)省内干线通道的差错性能指标省内干线通道的差错性能指标 表中：B=2.5%+1%L/500 L：电路实际长度 (2)在考虑到系统内部的衰落、干

49、扰及其他各种恶化因素的影响下，省内干线通道的差错性能指标，在每一个传输方向任何月份应不大于下表的规定值。 4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求952009年年SDH微波接力通信系统的差错性能指标微波接力通信系统的差错性能指标(3)本地网通道的差错性能指标本地网通道的差错性能指标 表中：C=5% (3)在考虑到系统内部的衰落、干扰及其他各种恶化因素的影响下，本地网通道的差错性能指标，在每一个传输方向任何月份应不大于下表的规定值。 4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求962009年年SDH微波接力通信系统的差错性能指标微波接力通信系统的差错性能指标(4)接入网通道的差错性能指标接入网通道的

50、差错性能指标 表中：D=8% (4)在考虑到系统内部的衰落、干扰及其他各种恶化因素的影响下，接入网通道的差错性能指标，在每一个传输方向任何月份应不大于下表的规定值。 4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求972009年年SDH微波接力通信系统的的不可用性指标微波接力通信系统的的不可用性指标 (1)长途假设参考数字通道的不可用性指标，在任何一年里每500公里应不大于0.06%，其中由传播引起的占1/3。 (2)实际电路的不可用性指标按电路长度作线性分配。4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求982009年年数字微波线路的性能估算主要有两种方法。 一是从系统的不可用度出发，估算由传播衰落、设备

51、、电源故障等引起的传输系统的不可用度，将估算结果和指标给定值比较，判定系统设计是否满足要求。由于设备、电源故障等因素引起的不可用度估计难度较大，工程设计中一般不使用。 二是从严重误比特秒(SES)或严重差错秒比(SESR)指标判定系统的中断率是否满足指标要求。系统的中断率只需考虑电波传播衰落的影响。下面介绍后一种估算方法。电路性能估算电路性能估算4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求992009年年估算方法 (1)根据发信功率、传播损耗、天线增益等估算收信电平。由收信电平和收信门限电平求出衰落储备量。 (2)由平衰落储备、频率分集、空间分集的改善度和频率选择性衰落储备等估算传输系统中断率，并判定其是否符合分配的SES/SESR指标要求。电路性能估算电路性能估算(2)计算值与目标值的比较计算值与目标值的比较： 由于实际工程设计中，一般不考虑气体吸收引起的衰减(即氧气和水汽吸收)，并近似认为平衰落、频率选择性衰落和干扰引起的中断率是相互独立的(即不考虑协同效应系数 )，同时考虑到实际接收电平与理论计算接收电平的差异，对于SDH微波，一般要求预测的电路中断率比目标值要小710dB，即510倍，具体视断面而定。4.2 4.2 微波指标要求微波指标要求1002009年年THANKS!