第2章2微波中繼通信系統(tǒng)

1、1. 天線天線技術(shù)技術(shù)工作原理工作原理: 基本功能: 輻射和接收輻射和接收無線電波無線電波 發(fā)射: 把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波 接收: 把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流根據(jù)電磁場理論，當導體通過高頻電流時會在周圍空間產(chǎn)生電場和磁場當導體長度足夠大（能夠與波長相比擬時），就能使電磁波有效輻射出去工作原理工作原理: 電磁波從發(fā)射天線輻射出來后，向四面?zhèn)鞑コ鋈バ纬呻姶艌?在交變電磁場中放置一導線，在電磁波的作用下，導線會產(chǎn)生感應電動勢 該導線與接收設備相連，在接收設備的輸入端就會產(chǎn)生高頻電流工作原理工作原理:天線的互易天線的互易原理：原理： 發(fā)信天線和收信天線都屬于能量變換器，具有“可逆性” 天線用作發(fā)信時的參數(shù)

2、和收信時的參數(shù)保持不變，這就是天線的互易原理天線參數(shù)天線參數(shù) 天線的性能主要關心其信號覆蓋范圍和輻射強度。 決定天線性能因素有些與天線本身無關，如天線架設高度等。 有些因素與天線的設計生產(chǎn)工藝相關，這些因素稱為天線參數(shù)。主要的天線參數(shù)主要的天線參數(shù) 方向圖效率 增益輸入阻抗 工作頻帶極化方式1、天線的方向性、天線的方向性 天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。 在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線全向天線，有一個或多個最大方向的天線稱為定向天線定向天線。天線方向圖天線方向圖 用來表示天線的輻射或接收強度隨空間方向的對應關系全向天線全向天線 全向天線由于其

3、無方向性，所以常用在一點對多點通信的中心臺。定向天線定向天線定向天線具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相對較高，適合于遠距離點對點通信。波瓣寬度波瓣寬度天線方向圖的最大輻射功率所在的波瓣稱為主瓣主瓣，其余為副瓣主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低3 dB的兩點間的夾角定義為波波瓣瓣寬度寬度 水平波瓣水平波瓣全向天線的水平波瓣寬度為360度主主瓣瓣第第一一副副瓣瓣后后瓣瓣垂直波瓣垂直波瓣 基站定向天線的垂直波瓣寬度為10度左右； 對于同一種類的天線，增益相同時，水平波瓣越寬，垂直波瓣就越窄； 較窄的垂直波瓣會在基站近端產(chǎn)生信號“死區(qū)” 。天線下傾調(diào)整天線下傾調(diào)整 限制信號在所服務的小區(qū)范圍

4、內(nèi)，減小“死區(qū)”，降低對其它小區(qū)的干擾。 機械下傾：小于10度 電調(diào)下傾：角度可調(diào)，后瓣同時下傾2、天線效率、天線效率 天線效率定義為：天線輻射功率Pr與天線輸入功率Pin之比； 天線輻射功率與所消耗的功率Ps之和為輸入功率。3、天線的增益、天線的增益 天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線效率的乘積，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高。 在同等條件下，天線增益越高，電波傳播的距離越遠，一般基地臺天線都采用高增益天線4、天線的輸入阻抗、天線的輸入阻抗 天線的輸入阻抗為輸入端電壓與輸入端電流之比。 為使天線能獲得最大的功率，應使天線輸入阻抗與饋線特性阻抗匹配。5、工作頻帶、工作頻帶 天線的各種電性能參數(shù)

5、不超過允許范圍時，所對應的工作頻率寬度即為天線工作頻帶。 對頻分雙工的收發(fā)共用天線，必須考慮天線的工作頻帶寬度。6、天線極化方式、天線極化方式 分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線； 基站多采用線極化方式，又分為垂直極化和水平極化方式； 天線增益（dBi） 在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 天線最直接的參數(shù)天線最直接的參數(shù)微波天線的主要電氣參數(shù)微波天線的主要電氣參數(shù) 前后比 前后比即天線后向(180 30 的范圍內(nèi))的

6、副瓣電平與前向最大波束電平之差.它表明了天線對后瓣抑制的能力.前后比低的天線,天線后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋,導致切換關系混亂,產(chǎn)生掉話.一般來說,前后比在1845dB之間,工程中一般應選用前后比為30dB的天線。 微波天線的主要電氣參數(shù)微波天線的主要電氣參數(shù)微波天線的主要電氣參數(shù)微波天線的主要電氣參數(shù)駐波比駐波比全稱為電壓駐波比。在無線電通信中，天線與饋線的阻抗不匹配或天線與發(fā)信機的阻抗不匹配，高頻能量就會產(chǎn)生反射折回，并與前進的部分干擾匯合發(fā)生駐波。SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 反射系數(shù)K=(R-r)/(R+r) 駐波比總是大于1的。天線的種類天線的種類 按工作頻段分：短波、超短波、

7、微波 按用途分：基地臺、移動臺 按方向性分：全向、定向 按結(jié)構(gòu)分：線狀、面狀、天線陣列2. 分集接收技術(shù)分集接收技術(shù)分集接收分集接收技術(shù)技術(shù) 掌握分集技術(shù)的基本概念； 理解每一種不同的分集方式和合并方式； 了解其它分集方式的含義概念概念分集是指分散傳輸和集中接收。分集接收是指接收端對它收到的經(jīng)過多個相互獨立路徑傳輸?shù)男盘栠M行特定的處理來減小衰落的深度與持續(xù)時間的方法。獨立衰落信號的特點獨立衰落信號的特點t 如果一條無線傳播路徑中的信號經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對獨立的路徑中可能仍包含著較強的信號。分集接收的含義分集接收的含義 分散傳輸：分散傳輸：使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落

8、信號； 集中集中接收接收：把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并以降低衰落的影響。分集方式分類分集方式分類 宏分集：宏分集：減小大尺度衰落的分集技術(shù)； “多基站多基站”分集分集 微分集：微分集：減小小尺度衰落影響的分集技術(shù)。微分集的種類微分集的種類 空間分集 時間分集 頻率分集 極化 分集 角度分集 1、空間分集空間分集 v空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性快衰落的空間獨立性。v空間分集的接收機至少需要兩副相隔距離為d的天線，間隔距離d與工作波長、地物及天線高度有關，在移動信道中， 通常?。菏袇^(qū)市區(qū) d=0.5郊區(qū)郊區(qū) d=0.8空間分集工作示意圖空間分集工作示意圖天線天線切換切換邏輯邏輯或

9、解或解調(diào)器調(diào)器輸出輸出1G1G1G12m可變增益可變增益2、頻率分集、頻率分集 頻率分集方式是指用兩個或兩個以上的頻率來傳送相同的信息的方式。 頻率分集的工作原理是基于在信道相信道相干帶寬之外的頻率上不會出現(xiàn)同樣的干帶寬之外的頻率上不會出現(xiàn)同樣的衰落。衰落。 3、極化分集、極化分集v基本工作原理：空中的水平極化和垂直極化路徑是非相關的。v使用水平和垂直兩個正交的分集支路，也稱正交極化分集正交極化分集；v可看作是一種特殊的空間分集方式，特殊的空間分集方式，只使用兩副天線，且天線間距縮短。4、角度分集角度分集 使電波通過幾個不同路徑，并以不同角度到達接收端；而接收端利用多個方向性尖多個方向性尖銳的

10、接收天線銳的接收天線分離出不同方向來的信號分量； 這些分量具有互相獨立的衰落特性，因而可以實現(xiàn)角度分集。5、時間分集時間分集 以超過信道相干時間信道相干時間的間隔重復發(fā)送相同的信號的分集方式。 工作原理：在相干時間之外的信號不會出現(xiàn)同樣的衰落，也就是說各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的； 有利于克服移動信道中因多普勒效應引起的衰落現(xiàn)象。合并方式合并方式 對接收到的多個分集信號，進行合并處理，減小衰落對信號傳輸?shù)挠绊懀?一般都使用線性合并器，其通用合并信號表達式為： MkkkMMtratratratratr12211)()()()()(1、選擇式合并、選擇式合并 檢測所有分集支路的信號，選擇

11、其中信噪比最高信噪比最高的那一個支路的信號作為合并器的輸出。 信號表達式中的加權(quán)系數(shù)只有一項為1，其余均為0。接收機 1接收機 2二重分集選擇式合并二重分集選擇式合并 2、最大比值合并、最大比值合并 是最佳合并方式； 每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與信號包絡rk成正比而與噪聲功率Nk成反比，即為：kbkNra MkkkMkkkRNrrar121輸出信號包絡為輸出信號包絡為接收機 1接收機 1Mk 1Nkrk2a2a1最大比值合并示意圖最大比值合并示意圖3、 等等增益合并增益合并 無需對信號加權(quán)，各支路的信號等增益相加，輸出的信號包絡為：MkkErr1接收機 1接收機 1Mk=1rk不同合并方式的性能對比不同合并方式的性能對比 在相同分集重數(shù)情況下，最大比值合并最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之 在分集重數(shù)較小時，等增益合并等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并，是一種較實用的合并方式； 選擇式合并選擇式合并只利用了最強的一路信號，而其它各支路信號都沒有被利用，所得到的信噪比改善量最少。 不同合并方式的性能對比不同合并方式的性能對比分集接收抗衰落的效果分集接收抗衰落的效果 某微波通信系統(tǒng)不采用分集接收時的中斷某微波通信系統(tǒng)不采用分集接收時的中斷率是率是P1=0.01，若采用雙重空間分集，并假，若采用雙重空間分集，并假設兩