微波通信技術(shù)培訓

1、Training R1A TZY1廣東和新科技有限公司整理課件Wireless Transmission無線傳輸Training R1A TZY2廣東和新科技有限公司整理課件第一章第一章 微波通信的基本介紹微波通信的基本介紹第二章第二章 微波通信的基本原理微波通信的基本原理第三章第三章 微波調(diào)制方式微波調(diào)制方式第四章第四章 微波頻率規(guī)劃微波頻率規(guī)劃第五章第五章 微波中繼站微波中繼站第六章第六章 微波設(shè)備及維護簡介微波設(shè)備及維護簡介第七章第七章 無線光通信無線光通信FSOTraining R1A TZY3廣東和新科技有限公司整理課件微波的基本概念微波Microwave: 微波是全部電磁波頻譜的一

2、個有限頻段，頻率在300MHz到300GHz之間 (波長在1m到1mm之間) ，微波一般稱為厘米波。 同一頻段內(nèi)電磁波有大致相同的傳播特性，不同頻段則差異較大。例如中長波繞射能力強，可沿地面?zhèn)鞑?，短波由電離層反射能力強，多利用電離層反射來進行遠距離通信，而微波卻只能在大氣對流層中象光波一樣作直線傳播，即所謂的視距傳播，其繞射能力弱，傳播過程中遇到不均勻介質(zhì)時，將產(chǎn)生折射與反射現(xiàn)象。 微波通信通常有地面微波接力通信、微波一點多址通信、衛(wèi)星通信和微波散射通信。 在這里主要討論的是地面微波接力通信。Training R1A TZY4廣東和新科技有限公司整理課件LFMFHFVHFUHFSHFEHFMi

3、crowave 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GHz30GHz 300GHz300GHzInfra-red rayVisible light微波信號的頻率范圍Training R1A TZY5廣東和新科技有限公司整理課件BroadcastingnMaximum coveragenOne programme per radio channelnApplications: Radio

4、(LW, MW, SW, FM); TV etc .Microwave linksnRadio beamnOne multiplex per radio channelnApplications: Civiliars and military telecommunication networks廣播點點視距微波Training R1A TZY6廣東和新科技有限公司整理課件通常把頻率300MHz300GHz的射頻無線信號稱為微波信號利用微波作為載體的通信稱為微波通信基帶傳輸信號為數(shù)字信號的微波通信是數(shù)字微波通信一般基帶信號處理在中頻完成，再通過頻率變換到微波頻段也可以在微波頻段直接調(diào)制，但調(diào)制限

5、于PSK微波通信的理論基礎(chǔ)是電磁場理論微波通信Training R1A TZY7廣東和新科技有限公司整理課件第一章第一章 微波通信的基本介紹微波通信的基本介紹第二章第二章 微波通信的基本原理微波通信的基本原理第三章第三章 微波調(diào)制方式微波調(diào)制方式第四章第四章 微波頻率規(guī)劃微波頻率規(guī)劃第五章第五章 微波中繼站微波中繼站第六章第六章 微波設(shè)備及維護簡介微波設(shè)備及維護簡介第七章第七章 無線光通信無線光通信FSOTraining R1A TZY8廣東和新科技有限公司整理課件 幾個基本概念 自由空間的電波傳播 各種衰落及抗衰落技術(shù) 微波通信對設(shè)計的要求 干擾信號Training R1A TZY9廣東和新

6、科技有限公司整理課件 電波的干涉及極化 矩形波導的場結(jié)構(gòu) 惠更斯費涅耳原理 費涅耳橢球面 費涅耳區(qū)定義 費涅耳半徑Training R1A TZY10廣東和新科技有限公司整理課件抵消增強Pd1d2 干涉強弱決定于 d1-d2=m /2AB當m為偶數(shù)時增強；當m為奇倍時減弱。入射面地面入射面地面EEZZE YEXZXYXYEYEXZ圓極化波、橢圓極化波水平線極化波垂直線極化波電波的干涉和極化Training R1A TZY11廣東和新科技有限公司整理課件矩形波導中H10模的場結(jié)構(gòu)aH10H10模是波導中傳輸?shù)碾娔Ｊ遣▽е袀鬏數(shù)碾姶挪ㄖ髂?，截至波長最長磁波主模，截至波長最長為為2a2a。向左圖那樣

7、放置波導，它向左圖那樣放置波導，它的電力線與地面垂直。的電力線與地面垂直。所以這樣的極化方式稱垂所以這樣的極化方式稱垂直極化直極化V VVerticalVerticalH=HorizontalH=HorizontalbTraining R1A TZY12廣東和新科技有限公司整理課件ABa1aa3a4a5a6a7a8a9a10a11a122b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12波源ssEEHHHS0惠更斯原理二次波源示意圖示意圖 惠更斯費涅耳原理Training R1A TZY13廣東和新科技有限公司整理課件 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

8、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，當發(fā)信天線的尺寸遠小于微波中繼距離時，可將發(fā)射天線看成是一個點源。Training R1A TZY14廣東和新科技有限公司整理課件互易定理的概念:在線性和各向同性的媒質(zhì)中，任何無線電路上，當發(fā)射天線互換時，不會影響電路的傳輸特性；或者發(fā)射機移到接收點，而接收機同時移到發(fā)射點時，則接收性能不變。根據(jù)這個原理，對流層是電波的主要傳輸媒質(zhì)空間，它就是具有線性和各向同性的媒質(zhì)，因此在其中就可以簡化工程計算?；莞官M涅耳原理Training R1A TZY15廣東和新科技有

9、限公司整理課件費涅耳橢球面 假定有一個微波中繼段發(fā)信點為T，收信點為R，站間距為d，平面上一個動點P到兩個定點（T、R）的距離若為一個常數(shù)，則此點的軌跡為一個橢圓。在空間此動點的軌跡是一個旋轉(zhuǎn)橢球面。 對于電波傳播，這個常數(shù)當為d+/2時，得到的橢球面稱為第一費涅耳橢球面；常數(shù)為d+2/2時，得到的橢球面稱為第二費涅耳橢球面. 常數(shù)為d+N/2時，得到的橢球面稱為第N費涅耳橢球面.Training R1A TZY16廣東和新科技有限公司整理課件d1d2dd1 + d2 - d = /2費涅耳橢球面Training R1A TZY17廣東和新科技有限公司整理課件TR無 限 大 平 面s1s2s3

10、sns1s2s3sn無 限 大 平 面任 意費 涅 爾 區(qū) 的 劃 分 示 意 圖d1d2oF1F2F3FN費涅耳區(qū)定義(The Fresnel Zone Definition)(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY18廣東和新科技有限公司整理課件The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sightLine of sight1st zone費涅耳區(qū)費涅耳區(qū) The Fresnel Zone: 如果前述定義的一系列費涅耳橢球面，與我們從

11、T或R點出發(fā)認定的某一波前面相交割，在交割的界面上我們就可以得到一系列的圓和環(huán)，中心是一個圓，稱為第一費涅耳區(qū)。 其外的圓環(huán)（外圓減內(nèi)圓得到的圓環(huán)）稱為第二個費涅耳區(qū)，再往外的圓環(huán)稱為第三費涅耳區(qū)、第四費涅耳區(qū). 第N費涅耳區(qū)。 這些圓和環(huán)我們可以把它們近似地看成，都為在垂直于地面且垂直與T與R間射線的平面區(qū)域圖形。The First Fresnel Zone費涅耳區(qū)定義(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY19廣東和新科技有限公司整理課件The First Fresnel ZoneTotal received signalDirect si

12、gnal1st zoneReflected signal180 180 /2費涅耳區(qū)定義(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY20廣東和新科技有限公司整理課件1st zone+2nd zone-The Second Fresnel ZoneThe signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sightLine of sight費涅耳區(qū)定義(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY21廣東和新科技有

13、限公司整理課件Total received signalDirect signal2nd zone1st zoneReflected signal180180 The Second Fresnel Zone費涅耳區(qū)定義(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY22廣東和新科技有限公司整理課件Line of sight1st zone+2nd zone-3rd zone+The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sightThe Third

14、 Fresnel Zone費涅耳區(qū)定義(The Fresnel Zone Definition)Training R1A TZY23廣東和新科技有限公司整理課件 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，當費涅耳區(qū)號趨近于無限多時，就接近于自由空間場強； 由第一費涅耳區(qū)在接收點的場強,接近于全部有貢獻的費涅區(qū)在接收點的自由空間場強的2倍; 相鄰費涅耳區(qū)在收信點處產(chǎn)生的場強的相位相反； 若以第一費涅耳區(qū)為參考,則奇數(shù)區(qū)產(chǎn)生的場強是使接收點的場強增強,偶數(shù)區(qū)產(chǎn)生的場強是使接收點的場強減弱。費涅耳區(qū)的能量分布:費涅耳區(qū)定義(The Fresnel Zone Definition)Tra

15、ining R1A TZY24廣東和新科技有限公司整理課件費涅耳半徑費涅耳半徑 The Fresnel Radius:我們把費涅區(qū)上的任意一點到R-T連線的距離稱為費涅耳區(qū)半徑，用F 表示。當這一點為第一費涅耳區(qū)上的點時，此半徑稱為第一費涅耳區(qū)半徑。第二.第N 個費涅耳區(qū)半徑表達式：Fn= (n)1/2 x F1 上式中：F1為第一費涅耳半徑。Training R1A TZY25廣東和新科技有限公司整理課件費涅耳半徑(The Fresnel Radius)(The Fresnel Radius)TRF1Pd1d2第一費涅耳區(qū)半徑 圖1dF1=（d1d2/d）1/2F2=（2d1d2/d）1/2

16、 = (2)1/2 F1 .Fn=（nd1d2/d）1/2 = (n)1/2 F1Training R1A TZY26廣東和新科技有限公司整理課件d1d2dd1 x d2f x drF = =17.3 x rF in meter d, d1, d2 in km f in GHzrFThe First Fresnel RadiusC xd1 x d2f x d費涅耳半徑(The Fresnel Radius)(The Fresnel Radius)Training R1A TZY27廣東和新科技有限公司整理課件 幾個基本概念 自由空間的電波傳播 各種衰落及抗衰落技術(shù) 微波通信對設(shè)計的要求 干擾信

17、號Training R1A TZY28廣東和新科技有限公司整理課件 自由空間的定義 自由空間損耗的定義 自由空間損耗的計算Training R1A TZY29廣東和新科技有限公司整理課件自由空間的定義自由空間自由空間 Free Space:又稱為理想介質(zhì)空間，它相當于真空狀態(tài)的理想空間。在這個空間中充滿均勻的、理想的介質(zhì)，它的導電率=0，介電常數(shù)=0=10-9/36 F/m(法拉/米)，導磁系數(shù)=0=410-7 H/m （亨/米）。Training R1A TZY30廣東和新科技有限公司整理課件自由空間損耗的定義自由空間損耗 Free space loss:在自由空間傳播的電磁波不產(chǎn)生反射、折

18、射、吸收和散射等現(xiàn)象，即總能量未被損耗。但電波在自由空間傳播時，會因能量向空間擴散而衰耗，這如空中一只孤獨的燈泡所發(fā)出的光，均勻地向四周擴散。顯然距離光源越遠的地方，單位面積上的能量就越少。這種電波的擴散衰耗就稱為自由空間損耗。Training R1A TZY31廣東和新科技有限公司整理課件Free Space Loss A = 92.4 + 20 log + 20 log Where = distance in km = frequency in GHz (refer to isotropic antennas)0df或或 增加一倍，損耗將增加增加一倍，損耗將增加6 dB 自由空間傳輸損耗(

19、Free Space Basic Transmission Loss )Training R1A TZY32廣東和新科技有限公司整理課件 自由空間傳輸損耗(Free Space Basic Transmission Loss ) P = 發(fā)射功率發(fā)射功率(TX Power)PTXPowerLevelDistanceGTXGRX PRX G = 天線增益天線增益(Antenna Gain)A0A0 = 自由空間損耗自由空間損耗(Free Space Loss)M接收門限接收門限(Receiver Threshold)M = 衰落儲備衰落儲備(Fading Margin)GPGTraining R

20、1A TZY33廣東和新科技有限公司整理課件 幾個基本概念 自由空間的電波傳播 各種衰落及抗衰落技術(shù) 微波通信對設(shè)計的要求 干擾信號Training R1A TZY34廣東和新科技有限公司整理課件 衰落 大氣吸收衰減 雨霧衰減 對流層對微波傳播的影響 地面反射對微波傳播的影響 數(shù)字微波的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY35廣東和新科技有限公司整理課件衰落的定義衰落的定義: 微波是直射波傳播，接收點的場強是直射空間波與地面反射波的迭加。 傳播介質(zhì)是地面上的低空大氣層和路由上的地面、地物。 當時間（季節(jié)、晝夜等）和氣象（雨、霧、雪待）條件發(fā)生變化時，大氣的溫度、溫率、壓力和地面反射點的位

21、置、反射系數(shù)等也將發(fā)生變化。 這必然引起接收點場強的高低起伏變化。 這種現(xiàn)象，叫做電波傳播的衰落現(xiàn)象。 顯然，衰落現(xiàn)象具有很大的隨機性。 衰落的大小仍由衰落因子VdB來表征，衰落的原因主要歸結(jié)為大氣和地面效應(yīng)。Training R1A TZY36廣東和新科技有限公司整理課件快衰落快衰落Rapid fading和慢衰落和慢衰落Slow fading(按持續(xù)時間劃分按持續(xù)時間劃分):慢衰落：持續(xù)時間長的叫慢衰落，其持續(xù)時間一般長達數(shù)分種到幾小時。快衰落：持續(xù)時間短的叫快衰落，一般發(fā)生在幾秒到幾分鐘之間。上衰落上衰落Up fading和下衰落和下衰落Down fading(按接收點場強的高低劃分按接

22、收點場強的高低劃分):上衰落：高于自由空間電平值的叫上衰落下衰落：低于自由空間的電平值的叫下衰落多徑衰落多徑衰落Multipath fading和閃爍衰落和閃爍衰落(按衰落發(fā)生的物理成因劃分按衰落發(fā)生的物理成因劃分):閃爍衰落：主要是因為大氣局部微小擾動引起電波射束散射所造成，各散射波的振幅小，相位著大氣變化而隨機變化。結(jié)果它們在接收點的合成振幅變化很小，對主波影響不大，因此，這種衰落對視距微波接力電路的穩(wěn)定性影響不大。多徑衰落：主要是由于多徑傳播造成的，它是視距傳播信道深衰落的主要原因。所謂多徑傳播，就是電波離開發(fā)射天線后，通過兩條以上的不同路徑到達接收天線的傳播現(xiàn)象。Training R1

23、A TZY37廣東和新科技有限公司整理課件 衰落衰落現(xiàn)象規(guī)律:波長短，距離長，衰落嚴重跨水面，平原，衰落嚴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Training R1A TZY38廣東和新科技有限公司整理課件 由于氣體分子的諧振引起對電波的吸收。 這種作用對15GHZ（即2CM）以上的微波才有明顯作用，低于此頻率的可不考慮。 在微波規(guī)劃時，可用下圖的曲線來計算。Radio FrequencyGHz1050100100050010001001010,10,01H2OO2O2H2OH2O15 CH2O 7,5 g/m31013 hPa 25 g/m3Attenu

24、ation Coefficient dB / km大氣吸收衰減 Attenuation due to Gases：Training R1A TZY39廣東和新科技有限公司整理課件 由于雨、霧、雪能對電波能量的吸收，微小水滴產(chǎn)生導電電流和定向輻射能量的散射。這種作用對6GHZ以上（即波長5CM以下）的微波才有明顯作用，長于此波長的可不考慮。 一般情況10GHz 以下頻段，雨霧衰落還不太嚴重，通常在兩站間的這種衰落僅有幾個dB。 但10GHZ以上頻段，中繼段間的距離將受到降雨衰耗的限制，不能過長。 在微波規(guī)劃時，可用下圖的曲線來計算。雨霧衰減 Attenuation due to Rain and

25、 FogTraining R1A TZY40廣東和新科技有限公司整理課件Attenuation due to Rain(雨霧衰減）Radio frequency (GHz)TropicalDownpourHeavyRainMediumHeavyRainLightRainDrizzle0.412410203050100150雨霧瞬時強度雨霧瞬時強度(Instantaneous Rain Intensity) (mm/h)0.010.111050雨霧吸收系數(shù)雨霧吸收系數(shù)(Rain Absorption Coefficient) (dB/km)51020501002.4 dB/km7 GHz38 G

26、Hz5.9 dB/km37 dB/km38 GHzTraining R1A TZY41廣東和新科技有限公司整理課件Rain drops real shape:HVTraining R1A TZY42廣東和新科技有限公司整理課件RAIN ATTENUATION vs. FADE MARGIN-10.00.010.020.030.040.050.060.02.04.06.08.010.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0Hop Distance (km) Rain Att/ Fade Margin (dB)Zone H UnAvai

27、l 0.001%HpolZone H UnAvail 0.001%VpolFADE MARGIN (dB)Ant=30cmFADE MARGIN (dB)Ant=60cmFADE MARGIN (dB)Ant=80cmFADE MARGIN (dB)Ant=120cmFADE MARGIN (dB)Ant=180cm13GHz STM-1 128QAM1+0傳輸距離與降雨，天線口徑和極化方式的關(guān)系雨霧衰減 Attenuation due to Rain and FogTraining R1A TZY43廣東和新科技有限公司整理課件 在10GHZ頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴重，對一個中繼段可

28、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7dB/km的損耗，所以在13GHZ，15GHZ頻段，一般最大中繼距離在10km左右，在廣東地區(qū)需要控制在3公里以內(nèi)。 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高頻段雨衰越厲害！越厲害！高頻段可以高頻段可以做用戶級傳做用戶級傳輸輸雨霧衰減 Attenuation due to Rain and FogAttenuation due to Rain and FogTraining R1A TZY44廣東和新科技有限公司整理課件全球降雨劃分為

29、 H, K, N, P 四個區(qū)域。平均降雨量在32 mm, 42 mm, 95mm 和 145 mm 每小時 。中斷概率 0.001% ， 考慮降雨微波設(shè)備的理論單跳傳輸距離雨霧衰減 Attenuation due to Rain and FogAttenuation due to Rain and FogTraining R1A TZY45廣東和新科技有限公司整理課件 微波信號的K型衰落: 對流層結(jié)構(gòu)的不均勻產(chǎn)生的折射和反射。我們知道介電常數(shù)決定電磁波的傳播速度。而空氣的介電常數(shù)取決于大氣壓力，溫度，濕度。介電常數(shù)的空間梯度變化導致電波傳輸射線彎曲。使得到達接收天線的信號能量降低。這就是所謂

30、的K型衰落。 氣象條件變化通常比較是緩慢的，因此受其影響產(chǎn)生的衰落是慢衰落。對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY46廣東和新科技有限公司整理課件因為大氣折射的影響，波在傳播過程中，實際上是彎曲的。大氣折射的最后效果可看成電磁波在一個等效半徑為 的地球上空沿直線傳播。即： =KR R為實際地球半徑。K值的實際測量平均值為4/3左右。但實際地段的K值和該地段的氣象有關(guān)，可以在較大范圍內(nèi)變化，影響視距傳播。ReReReR哇！微波是哇！微波是彎著走的彎著走的大氣折射（ refraction in the atmosphere ）:對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY

31、47廣東和新科技有限公司整理課件大氣折射（ refraction in the atmosphere ） 依據(jù)波在大氣中折射原理依據(jù)波在大氣中折射原理,無線波束是彎曲的無線波束是彎曲的,通常是向通常是向下彎曲下彎曲(Due to refraction in the atmosphere the radio beam is bent, normally slightly downwards) 彎曲影響是通過彎曲影響是通過K型因子來表示型因子來表示(The bending effect is described by the k-factor) K=4/3是標準大氣是標準大氣(k = 4/3 co

32、rresponds to the “standard” atmosphere)對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY48廣東和新科技有限公司整理課件微波傳播(Microwave Propagation)k 1正折射正折射k = 1無折射無折射k 1負折射負折射對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY49廣東和新科技有限公司整理課件下圖中的：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）電波實際方向電波發(fā)射方向電波實際方向電波發(fā)射方向波前波前波前波前 小大小大（ n圖10 受大氣折射影響的電波軌跡變化（n大）（n小）?。╪大）傳播路徑受大氣的影

33、響:對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY50廣東和新科技有限公司整理課件傳播路徑受大氣分層的影響:對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY51廣東和新科技有限公司整理課件傳播路徑受大氣分層的影響對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY52廣東和新科技有限公司整理課件下圖中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+a dn/dh)負 折 射 d N /d h 0 k 10 折 射 d N /d h = 0 k = 1正 折 射 d N /d h 0 k = 4 /3臨 界 折 射 k =超折射圖 折 射 的 分 類

34、示 意 圖地球面?zhèn)鞑ヂ窂绞艽髿獾挠绊?對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY53廣東和新科技有限公司整理課件k = 4/3 12/3 True earth radius (r)Ground clearance2/3 4/31k = 等效地球半徑等效地球半徑Equivalent earth radius (rk)Ground clearance在溫帶地區(qū)稱K=4/3時折射為標準折射，此時的大氣稱為標準大氣壓, a e=4a/3稱為標準等效地球半徑Training R1A TZY54廣東和新科技有限公司整理課件Distance 50 km Geometrical line of s

35、ightRadio optical line of sight微波傳播(Microwave Propagation)對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY55廣東和新科技有限公司整理課件Distance 50 km k = 2/3k = 4/3對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY56廣東和新科技有限公司整理課件還是還是氣候氣候原因原因K型衰落及原因由于折射系數(shù)（K）的變化，使直射波和地面反射波相干涉而產(chǎn)生的衰落，或直射波因折射下凹而被地面的高地或高山阻擋而發(fā)生的繞射性衰落。這種衰落的周期較長，約幾分鐘對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY57廣

36、東和新科技有限公司整理課件這是一種由多經(jīng)傳輸引起的干涉型衰落，它是由于直射波與地面反射波（或在一定條件下的繞射波）到達接收點由于相位不同相互干涉造成的衰落。其干涉的程度與行程差有關(guān)，而在對流層中行程差是隨K值的變化的所以稱為K型衰落。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。K型衰落對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY58廣東和新科技有限公司整理課件 由于各種氣象條件的影響，如早上地面被太陽曬熱、晚上地面的

37、冷卻，以及高氣壓地區(qū)都會在大氣層中形成不均勻體，當電波通過這些不均勻體時，將產(chǎn)生超折射相現(xiàn)，形成大氣波導。如在無風的氣候，在平原和水網(wǎng)地區(qū)，容易形成接近地面的波導層，使波束發(fā)生匯聚或發(fā)散而導致衰減性衰落。這種衰落的時間較長，有時可達幾十分鐘。 這種情況發(fā)生時只有靠工程經(jīng)驗解決。具體問題具體分析，具體措施解決。所以設(shè)計時就要考慮當?shù)氐厮栽O(shè)計時就要考慮當?shù)氐匦闻c氣候形與氣候波導型衰落及原因:對流層對微波傳播的影響Training R1A TZY59廣東和新科技有限公司整理課件RefractedDirectReflected地面反射對微波傳播的影響微波的多徑傳播Training R1A TZY60

38、廣東和新科技有限公司整理課件Diffracted微波的多徑傳播地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY61廣東和新科技有限公司整理課件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。地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY62廣東和新科技有限公司整理課件繞射繞射 Diffract

39、ed微波傳播模式 Microwave Propagation路徑上刃形障礙物的阻擋損耗地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY63廣東和新科技有限公司整理課件刃形障礙物不可能阻擋所有的費涅耳區(qū)，所以在收信點僅有一部分費涅耳區(qū)的能量繞過，使接收點多少有一定電平數(shù)。而這個數(shù)值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。當障礙物的尖鋒正好落在收發(fā)兩端的連線上，即H C=0時，附加損耗為6dB ;當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（或說收信電

40、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 -1.0-0.5011.0 1.5 2.0 2.5附加損耗dB圖 3 刃形障礙物的阻擋損耗HC/F1地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY64廣東和新科技有限公司整理課件Reflections - from atmospheric layers- from ground- from buildings反射損耗（ reflection Lossreflection Loss）地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY65廣東和

41、新科技有限公司整理課件微波傳播模式 Microwave Propagation直接傳播直接傳播 Direct反射反射 Reflected地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY66廣東和新科技有限公司整理課件 平坦地形是指不考慮地球曲率，認為兩站間的地形為平坦情況。 在實際的微波通信工程線路中，總是將收（R）發(fā)（T）天線對準，以便接收端收到較強的直射波。 但是根據(jù)惠更斯原理總會有部分電波射到地面，所以在接收點除直射波外還有經(jīng)地面反射并滿足反射條件（入射角等于反射角）的反射波 。地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY67廣東和新科技有限公司整理課件平坦地形對電波

42、的反射:d1d2dh1h1h ch2直射波反射波r1r2 h2 h1圖 4平坦地形對電波的反射TR當站距d 遠大于天線高度（h1和h2）時，可以近似的把直射波和地面反射波的行程差表示為: r= x（Hc/F1）2/2 當圖中的很小時（即接近180度）可以得下關(guān)系（下式表明衰落因子V與相對余隙 hc/F1的定量關(guān)系）V=1+2+2 x COS（ x（hc/F1）21/2 V：考慮地面影響時的衰落因子在考慮地面的影響后，實際的收信點電平為： PR （dBm）=PR0 （dBm）+V dB 地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY68廣東和新科技有限公司整理課件Flat fading

43、(電平衰落) The loss is uniform across the frequency spectrumSelective fading(頻率選擇性衰落) The loss varies across the frequency spectrum多徑衰落地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY69廣東和新科技有限公司整理課件Frequency (MHz)Received power level (dBm)NormalFlatSelective多徑衰落地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY70廣東和新科技有限公司整理課件1 hRecording of t

44、ypical multipath fadingRx level during fading free timeThreshold level(-30dB level)Bit error interruption of communication (rapid fading)“Up Fading”多徑衰落地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY71廣東和新科技有限公司整理課件地面地面大氣不均勻大氣不均勻水面水面光滑地面光滑地面是主要原因是主要原因反射系數(shù)：水面0.91；稻田0.60.8；田野0.30.5；城市、山地、森林0.10.2。工作頻率不同時，反射系數(shù)的數(shù)值略有差異。天線掛

45、高決定反射點位置由于折射波，反射波，散射波等多途徑傳播引起的衰落。多徑衰落周期較短一般為幾秒。多徑衰落又叫頻率選擇性衰落。合成波的電平比正常傳輸?shù)头Q為下衰落，比正常傳輸高稱為上衰落多徑衰落及原因:地面反射對微波傳播的影響Training R1A TZY72廣東和新科技有限公司整理課件數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)1.頻域均衡器2.時域均衡器3.空間分集接收空間分集的距離H：天線的高度差在100150之間，在工程中需要根據(jù)接收效果進行調(diào)整。H 空間分集Training R1A TZY73廣東和新科技有限公司整理課件信號頻譜信號頻譜多徑衰落多徑衰落斜率均衡斜率均衡均衡后頻譜均衡后頻譜頻域均衡只能均衡信號

46、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數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY74廣東和新科技有限公司整理課件.CnC0CnTs2TsTs2TsTsTs均衡前均衡前均衡后均衡后時域均衡直接抵消碼間干擾TTT時域均衡數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY75廣東和新科技有限公司整理課件傳統(tǒng)傳統(tǒng):為克服延時線問題為克服延時線問題,常采用判決反饋均衡器常采用判決反饋均衡器,特點是特點是體積大體積大,級數(shù)不可能做得太多級數(shù)不可能做得太多現(xiàn)在現(xiàn)在:采用高速采用高速A/D器器,及及FPGA電路電路,電路體積小電路體積小,可以做可以做很多級很多級.如如HAR

47、RIS的的MEGASTAR采用采用11級的全數(shù)字級的全數(shù)字橫向均衡器橫向均衡器時域均衡數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY76廣東和新科技有限公司整理課件Di storti on sensi ti bi ty-outage si gnature 0102030405060-18-17-15-10-50510151618Notch offset-frequency(M Hz)Noth depth(dB)m i ni m umBER=10-6Del ay=6, 3ns對抗頻率選擇性衰落: 只對于大容量寬帶系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響，區(qū)別于平衰落。影響幅頻特性，造成碼間串擾。設(shè)備性能決定了

48、對抗這種衰落的能力。 數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY77廣東和新科技有限公司整理課件 多徑傳播地面反射數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY78廣東和新科技有限公司整理課件方法一：利用某些地形、地物阻擋反射波數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY79廣東和新科技有限公司整理課件方法二：高低天線法數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY80廣東和新科技有限公司整理課件天線間距天線間距150到到200當其中一面天線發(fā)生多徑干擾時,另一面天線不會發(fā)生多徑干擾.要求天線間的相關(guān)系數(shù)小,而塔又不可能造得很高,所以一般情況下,相

49、關(guān)系數(shù)取0.5到0.6之間方法三：空間分集數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY81廣東和新科技有限公司整理課件不同天線接收到的反射信號方法三：空間分集Training R1A TZY82廣東和新科技有限公司整理課件信號合成dBhmh1h2F1h1h2F1F1d 100CombinerCombined IF outputReceiversPathequalizationTwo operating modes:1 - minimum distortion for an high level received2 - maximum power for a weak level r

50、eceived ( - 65 dBm)NN(F1)(FI)R1R2Climatic reflectionto 150 方法三：空間分集Training R1A TZY83廣東和新科技有限公司整理課件信號合成方法三：空間分集Training R1A TZY84廣東和新科技有限公司整理課件h1Dh =d4h1 = Wave lengthd = Path lengthTxRx/2Dh空間分集的間距計算Training R1A TZY85廣東和新科技有限公司整理課件空間分集和角度分集數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY86廣東和新科技有限公司整理課件TXRXf1f1Alarmf1f

51、1熱備份和空間分集（Hot Stand-by and Space DiversityHot Stand-by and Space Diversity）數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY87廣東和新科技有限公司整理課件TXRXf1f2Alarm 工作備份和頻率分集（Working Stand-by and Frequency DiversityWorking Stand-by and Frequency Diversity）數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY88廣東和新科技有限公司整理課件 熱備份或工作備份（Hot Standby or Working

52、 StandbyHot Standby or Working Standby）數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)Training R1A TZY89廣東和新科技有限公司整理課件 幾個基本概念 自由空間的電波傳播 各種衰落及抗衰落技術(shù) 微波通信對設(shè)計的要求 干擾信號Training R1A TZY90廣東和新科技有限公司整理課件 點對點視距傳播通信的要求 微波設(shè)計目標 傳輸余隙 微波線路的分類 K值在微波規(guī)劃中的意義Training R1A TZY91廣東和新科技有限公司整理課件直線傳播D直射波直射波天線天線等于：正常接收電平-門限電平。一般說，平衰落儲備應(yīng)當在35FFM55（dB)之間點對點視距傳播通信

53、的要求由于波長短繞射能力差,必須在無阻擋的視線內(nèi)傳播才能完成正常通信Training R1A TZY92廣東和新科技有限公司整理課件工作波長短、克服障礙的能力差工作波長短、克服障礙的能力差在實際的工程勘察中，樹林、灌木叢都是不可忽略的影響通信質(zhì)量的因素。點對點視距傳播通信的要求微波天線發(fā)射的信號樹葉會對微波信號造成遮擋Training R1A TZY93廣東和新科技有限公司整理課件需要有方向性比較強的天線點對點視距傳播通信的要求在數(shù)字微波接力通信中，天饋線系統(tǒng)的作用是發(fā)射和接收微波信號，并完成微波信號在天線與收發(fā)信機之間的傳送。它包括天線反射面、饋源。微波通信主要采用拋物面天線。拋物面天線將球

54、面波轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌ㄉ湎蚩臻g。因而具有強方向性、高增益和低損耗等特性。 1、結(jié)構(gòu)：1）旋轉(zhuǎn)拋物面；2）饋源。反射面饋源ZXP0Training R1A TZY94廣東和新科技有限公司整理課件天線的基本參數(shù)： 1）天線增益G； 2）主瓣寬度； 3）極化去耦； 4）防衛(wèi)度； 5）電壓駐波比 。天線增益是一個重要參量，它表示拋物面天線把能量集中輻射的程度。經(jīng)推導：（D/ ）2G=E2/E02=（D/ ）2GdB=10lg天線增益與天線的口徑成正比，天線直徑每增加一倍，天線增益增加6dB。天線在制作中比理論值存在誤差，所以有一個利用系數(shù) 。如果不加以特別說明，天線指標中給出的增益值都是指最大輻射方向（稱為

55、主瓣）上的增益。主瓣寬度是指在最大輻射方向兩側(cè)功率密度等于最大直一半的兩個方向之間的夾角，也可以叫作3dB 波瓣寬度。主瓣寬度越小，天線輻射的能量越集中。天線直徑一定時，工作頻率越高，波長越短，天線的主瓣寬度就越小，能量集中程度越高。主瓣主瓣副瓣副瓣副瓣副瓣天線方向圖天線方向圖Training R1A TZY95廣東和新科技有限公司整理課件極化去耦：由于在同一個站點上有可能多個微波波道在工作，為了隔離其他信號，有時需要兩個微波信號采用不同的極化方式，如水平極化和垂直極化。 兩種極化方式接收功率之比，成為極化去耦。 xdB= 10lg(Po/Px)防衛(wèi)度：天線的防衛(wèi)度是指天線對某個方向的接收能力

56、相對于主瓣最大輻射方向的接收能力的衰減程度。一般常用的是90度（相對于主瓣方向）的防衛(wèi)度和180度方向的防衛(wèi)度。對180度方向的防衛(wèi)度也叫前后比。電壓駐波比：天線與饋線的連接（或波導）要匹配好，輸入駐波比一定要小。如果駐波比大說明天線向饋線反射大，這樣在傳輸?shù)男盘栔幸a(chǎn)生雜音，會引起誤碼。駐波比應(yīng)不大于1.2。 Training R1A TZY96廣東和新科技有限公司整理課件K=4/3時時,第一費涅耳區(qū)無障礙物第一費涅耳區(qū)無障礙物(The 1st Fresnel shall be free from obstacles when k = 4/3)在傳播經(jīng)過水面或沙漠地區(qū)時在傳播經(jīng)過水面或沙漠地

57、區(qū)時,建議建議K=1時時,第一費涅耳區(qū)無障礙物第一費涅耳區(qū)無障礙物 (On paths over water surfaces or desert areas, it is recommended to have the 1st Fresnel zone free from obstacles when k = 1 (See also ITU-R Rec.P.530) )Distance 50 km k = 4/31st Fresnel zone 微波設(shè)計目標(Microwave Propagation Design Objective)Training R1A TZY97廣東和新科技有限公司

58、整理課件傳播余隙hcTR0.50dBhhC11.0-10-60當相對余隙大于當相對余隙大于0.5，阻擋損耗為，阻擋損耗為0dB,障礙物的頂部恰好在視距障礙物的頂部恰好在視距連線上時，阻擋損耗為連線上時，阻擋損耗為6dB。余隙Training R1A TZY98廣東和新科技有限公司整理課件余隙計算h2h1d1d2dhbhshcKddhb210785. 0=地球凸起高度：其中K為大氣折射因子路徑余隙的計算公式：hh dh ddd dKhcs=12211200785.余隙可得大于一階余隙可得大于一階費涅爾半徑費涅爾半徑傳輸余隙Training R1A TZY99廣東和新科技有限公司整理課件在下圖中：

59、在=1時考慮地面的影響，第一次出現(xiàn)收信電平等于自由空間電平時HC/F1=0.577。在1時，第一次出現(xiàn)收信電平等于自由空間電平時HC/F1=0.577。我們把HC/F1=0.577時的余隙稱為自由空間余隙，用H0表示。它的表達式為：H0=0.577 xF1=（d1d2/d）1/2 234156v06dB810-20-30-40-1.0-0.500.50.5771.4141.522.5HC/F1=N1/2圖5 VdB與HC/F1D 關(guān)系曲線費涅耳區(qū)序號 傳播余隙Training R1A TZY100廣東和新科技有限公司整理課件根據(jù)中繼線路的余隙hc將中繼線路分為三類：開路線路：開路線路： hch

60、0衰落因子V 的計算方法是：如粗略估算可用下圖直接查出(對刃形障礙物也可用下圖直接查出)；如計算，可用下式算出：V=1+2+2 x COS（ x（hc/F1）21/2 234156v06dB810-20-30-40-1.0-0.500.50.5771.4141.522.5HC/F1=N1/2圖5 VdB與HC/F1D 關(guān)系曲線費涅耳區(qū)序號 Training R1A TZY101廣東和新科技有限公司整理課件微波線路的分類半開路線路：半開路線路： 0hch0 閉路線路：hc0 衰落因子V 的計算方法是：如粗略估算可用上頁的圖直接查出,也可用繞射計算：A、在hc=h0=（1/3）1/2x F1 時，