微波通信原理課件

微波通信原理工程規(guī)劃設(shè)計(jì)部

第一章微波通信的基本介紹第二章微波通信的基本原理第三章微波調(diào)制方式第四章微波頻率規(guī)劃第五章微波中繼站微波通信原理MUXSatelliteFibre-opticscableRadiolinkCoaxialcableMUX現(xiàn)代通信的主要手段微波通信的基本介紹微波的定義微波Microwave:微波是一種電磁波，微波射頻為300MHz～300GHz，是全部電磁波頻譜的一個(gè)有限頻段。微波一般稱為厘米波。根據(jù)微波傳播的特點(diǎn)，可視其為平面波。平面波沿傳播方向是沒(méi)有電場(chǎng)和磁場(chǎng)縱向分量的，所以稱為橫電磁波，記為TEM波。有時(shí)我們把這種電磁波簡(jiǎn)稱為電波。微波通信的基本介紹LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave10Km1Km100m10m1m10cm1cm1mmf30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz紅外線可見(jiàn)光工業(yè)和天電干擾，太陽(yáng)黑子對(duì)微波通信影響較小微波信號(hào)的頻率范圍微波通信的基本介紹BroadcastingMaximumcoverageOneprogrammeperradiochannelApplications:Radio(LW,MW,SW,FM);TVetc...射頻傳輸?shù)膬煞N基本形式MicrowavelinksRadiobeamOnemultiplexperradiochannelApplications:Civiliarsandmilitarytelecommunicationnetworks廣播點(diǎn)－點(diǎn)視距微波微波通信的基本介紹

第一章微波通信的基本介紹第二章微波通信的基本原理第三章微波調(diào)制方式第四章微波頻率規(guī)劃第五章微波中繼站微波通信原理幾個(gè)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(duì)設(shè)計(jì)的要求干擾信號(hào)微波通信的基本原理電波的干涉及極化矩形波導(dǎo)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)惠更斯—費(fèi)涅耳原理費(fèi)涅耳橢球面費(fèi)涅耳區(qū)定義費(fèi)涅耳半徑幾個(gè)基本概念矩形波導(dǎo)中H10模的場(chǎng)結(jié)構(gòu)aH10模是波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ㄖ髂?，截至波長(zhǎng)最長(zhǎng)為2a。向左圖那樣放置波導(dǎo)，它的電力線與地面垂直。所以這樣的極化方式稱垂直極化V＝VerticalH=Horizontalb幾個(gè)基本概念

惠更斯—費(fèi)涅耳原理幾個(gè)基本概念惠更斯——費(fèi)涅耳原理光和電磁波都是一種振動(dòng)，一個(gè)點(diǎn)源的振動(dòng)傳遞給鄰近的質(zhì)點(diǎn)后，就形成了二次波源、三次波源等等。如果點(diǎn)源發(fā)出的波是球面波，那么由點(diǎn)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(shí)，可將發(fā)射天線看成是一個(gè)點(diǎn)源。幾個(gè)基本概念費(fèi)涅耳橢球面假定有一個(gè)微波中繼段發(fā)信點(diǎn)為T，收信點(diǎn)為R，站間距為d，平面上一個(gè)動(dòng)點(diǎn)P到兩個(gè)定點(diǎn)（T、R）的距離若為一個(gè)常數(shù)，則此點(diǎn)的軌跡為一個(gè)橢圓。在空間此動(dòng)點(diǎn)的軌跡是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球面。對(duì)于電波傳播，這個(gè)常數(shù)當(dāng)為d+λ/2時(shí)，得到的橢球面稱為第一費(fèi)涅耳橢球面；常數(shù)為d+2λ/2時(shí)，得到的橢球面稱為第二費(fèi)涅耳橢球面......常數(shù)為d+Nλ/2時(shí)，得到的橢球面稱為第N費(fèi)涅耳橢球面.幾個(gè)基本概念d1d2dd1+d2-d=l/2第一費(fèi)涅耳橢球面:幾個(gè)基本概念費(fèi)涅耳橢球面費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)幾個(gè)基本概念TheFirstFresnelZoneTotalreceivedsignalDirectsignal1stzoneReflectedsignal180180l/2幾個(gè)基本概念費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)1stzone+2ndzone-TheSecondFresnelZoneThe

signalpowerisdistributedinthespacesurroundingthedirectlineofsightLineofsight幾個(gè)基本概念費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)TotalreceivedsignalDirectsignal2ndzone1stzoneReflectedsignal180180lTheSecondFresnelZone幾個(gè)基本概念費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)經(jīng)有關(guān)研究知道：在電波的傳播空間中，在接收點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)費(fèi)涅耳區(qū)號(hào)趨近于無(wú)限多時(shí)，就接近于自由空間場(chǎng)強(qiáng)；由第一非涅耳區(qū)在接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng),接近于全部有貢獻(xiàn)的非涅區(qū)在接收點(diǎn)的自由空間場(chǎng)強(qiáng)的2倍;相鄰費(fèi)涅耳區(qū)在收信點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)是使接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng),偶數(shù)區(qū)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)是使接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)減弱。非涅耳區(qū)的能量分布:幾個(gè)基本概念費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition)費(fèi)涅耳半徑費(fèi)涅耳半徑TheFresnelRadius:我們把費(fèi)涅區(qū)上的任意一點(diǎn)到R-T連線的距離稱為費(fèi)涅耳區(qū)半徑，用F表示。當(dāng)這一點(diǎn)為第一費(fèi)涅耳區(qū)上的點(diǎn)時(shí)，此半徑稱為第一費(fèi)涅耳區(qū)半徑。第二...第N個(gè)費(fèi)涅耳區(qū)半徑表達(dá)式：Fn=(n)1/2xF1

上式中：F1為第一費(fèi)涅耳半徑。幾個(gè)基本概念費(fèi)涅耳半徑(TheFresnelRadius)F1=（λd1d2/d）1/2F2=（2λd1d2/d）1/2

=(2)1/2F1......Fn=（nλd1d2/d）1/2

=(n)1/2F1幾個(gè)基本概念幾個(gè)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(duì)設(shè)計(jì)的要求干擾信號(hào)微波通信的基本原理自由空間的定義自由空間損耗的定義自由空間損耗的計(jì)算自由空間的電波傳播自由空間的定義自由空間FreeSpace:又稱為理想介質(zhì)空間，它相當(dāng)于真空狀態(tài)的理想空間。在這個(gè)空間中充滿均勻的、理想的介質(zhì)，它的導(dǎo)電率σ=0，介電常數(shù)ε=ε0=10-9/36πF/m(法拉/米)，導(dǎo)磁系數(shù)μ=μ0=4π×10-7H/m（亨/米）。自由空間的電波傳播自由空間損耗的定義自由空間損耗Freespaceloss:在自由空間傳播的電磁波不產(chǎn)生反射、折射、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(shí)，會(huì)因能量向空間擴(kuò)散而衰耗，這如空中一只孤獨(dú)的燈泡所發(fā)出的光，均勻地向四周擴(kuò)散。顯然距離光源越遠(yuǎn)的地方，單位面積上的能量就越少。這種電波的擴(kuò)散衰耗就稱為自由空間損耗。自由空間的電波傳播FreeSpaceLoss

A=92.4+20logd+20logf

Whered=distanceinkm

f

=frequencyinGHz

(refertoisotropicantennas)0dfD

或f

增加一倍，損耗將增加6dB自由空間傳輸損耗(FreeSpaceBasicTransmissionLoss)自由空間的電波傳播自由空間傳輸損耗(FreeSpaceBasicTransmissionLoss)

P=發(fā)射功率(TXPower)PTXPower

LevelDistanceGTXGRX

PRX

G=天線增益(AntennaGain)A0A0=自由空間損耗(FreeSpaceLoss)M接收門限(ReceiverThreshold)M=衰落儲(chǔ)備(FadingMargin)GPG自由空間的電波傳播幾個(gè)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(duì)設(shè)計(jì)的要求干擾信號(hào)微波通信的基本原理衰落大氣吸收衰減雨霧衰減對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響地面反射對(duì)微波傳播的影響數(shù)字微波的抗衰落技術(shù)各種衰落及抗衰落技術(shù)衰落衰落的定義:微波傳播必須采用直射波，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)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(dāng)時(shí)間（季節(jié)、晝夜等）和氣象（雨、霧、雪待）條件發(fā)生變化時(shí)，大氣的溫度、溫率、壓力和地面反射點(diǎn)的位置、反射系數(shù)等也將發(fā)生變化。這必然引起接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)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(jī)性。衰落的大小仍由衰落因子VdB來(lái)表征，衰落的原因主要?dú)w結(jié)為大氣和地面效應(yīng)。各種衰落及抗衰落技術(shù)衰落快衰落Rapidfading和慢衰落Slowfading(按持續(xù)時(shí)間劃分):慢衰落：持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的叫慢衰落，其持續(xù)時(shí)間一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)分種到幾小時(shí)。快衰落：持續(xù)時(shí)間短的叫快衰落，一般發(fā)生在幾秒到幾分鐘之間。上衰落Upfading和下衰落Downfading(按接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)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Multipathfading和閃爍衰落(按衰落發(fā)生的物理成因劃分):閃爍衰落：主要是因?yàn)榇髿饩植课⑿_動(dòng)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(jī)變化。結(jié)果它們?cè)诮邮拯c(diǎn)的合成振幅變化很小，對(duì)主波影響不大，因此，這種衰落對(duì)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(kāi)發(fā)射天線后，通過(guò)兩條以上的不同路徑到達(dá)接收天線的傳播現(xiàn)象。各種衰落及抗衰落技術(shù)衰落的種類衰落衰落現(xiàn)象規(guī)律:波長(zhǎng)短，距離長(zhǎng)，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(shí)，午夜容易出現(xiàn)深衰落雨過(guò)天晴及霧散容易出現(xiàn)快衰落各種衰落及抗衰落技術(shù)由于氣體分子的諧振引起對(duì)電波的吸收。這種作用對(duì)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(shí)，可用下圖的曲線來(lái)計(jì)算。RadioFrequencyGHz1050100100050010001001010,10,01H2OO2O2H2OH2O15°CH2O7,5g/m31013hPa25g/m3AttenuationCoefficientdB/km各種衰落及抗衰落技術(shù)大氣吸收衰減AttenuationduetoGases:由于雨、霧、雪能對(duì)電波能量的吸收，微小水滴產(chǎn)生導(dǎo)電電流和定向輻射能量的散射。這種作用對(duì)5CM（即6GHZ）以下的微波才有明顯作用，長(zhǎng)于此波長(zhǎng)的可不考慮。一般情況10GHz以下頻段，雨霧衰落還不太嚴(yán)重，通常在兩站間的這種衰落僅有幾個(gè)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(guò)長(zhǎng)。在微波規(guī)劃時(shí)，可用下圖的曲線來(lái)計(jì)算。各種衰落及抗衰落技術(shù)雨霧衰減AttenuationduetoRainandFogAttenuationduetoRain(雨霧衰減）Radiofrequency(GHz)TropicalDownpourHeavyRainMediumHeavyRainLightRainDrizzle0.412410203050100150雨霧瞬時(shí)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/km38GHz各種衰落及抗衰落技術(shù)Raindropsrealshape:HVAttenuationduetoRain各種衰落及抗衰落技術(shù)傳輸距離與降雨，天線口徑和極化方式的關(guān)系各種衰落及抗衰落技術(shù)雨霧衰減AttenuationduetoRainandFog在10GHZ頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴(yán)重，對(duì)一個(gè)中繼段可能會(huì)引入幾個(gè)分貝。在10GHZ以上頻段，中繼間隔主要受降雨損耗的限制，如對(duì)13GHZ以上頻段，100mm/小時(shí)的降雨會(huì)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??！高頻段可以做用戶級(jí)傳輸各種衰落及抗衰落技術(shù)雨霧衰減AttenuationduetoRainandFog全球降雨劃分為H,K,N,P四個(gè)區(qū)域。平均降雨量在32mm,42mm,95mm

和145mm每小時(shí)。中斷概率0.001%，考慮降雨微波設(shè)備的理論單跳傳輸距離各種衰落及抗衰落技術(shù)雨霧衰減AttenuationduetoRainandFog微波信號(hào)的K型衰落:對(duì)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(dǎo)致電波傳輸射線彎曲。使得到達(dá)接收天線的信號(hào)能量降低。這就是所謂的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。各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響因?yàn)榇髿庹凵涞挠绊?，波在傳播過(guò)程中，實(shí)際上是彎曲的。大氣折射的最后效果可看成電磁波在一個(gè)等效半徑為的地球上空沿直線傳播。即：=KRR為實(shí)際地球半徑。K值的實(shí)際測(cè)量平均值為4/3左右。但實(shí)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。R哇！微波是彎著走的大氣折射（refractionintheatmosphere）:各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響大氣折射（refractionintheatmosphere）依據(jù)波在大氣中折射原理,無(wú)線波束是彎曲的,通常是向下彎曲(Duetorefractionintheatmospheretheradiobeamisbent,normallyslightlydownwards)彎曲影響是通過(guò)K型因子來(lái)表示(Thebendingeffectisdescribedbythek-factor)K=4/3是標(biāo)準(zhǔn)大氣(k=4/3correspondstothe“standard”atmosphere)各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響微波傳播(MicrowavePropagation)k>1正折射k=1無(wú)折射k<1負(fù)折射各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響下圖中的：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:各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響傳播路徑受大氣分層的影響:各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響傳播路徑受大氣分層的影響各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響下圖中k(等效地球半徑系數(shù))=ae(地球等效半徑)/a(實(shí)際地球半徑)=1/(1+adn/dh)傳播路徑受大氣的影響:對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響各種衰落及抗衰落技術(shù)k=￥

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

ae=4a/3稱為標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響Distance50kmGeometricallineofsightRadioopticallineofsight微波傳播(MicrowavePropagation)各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響Distance50kmk=2/3k=4/3等效地球半徑的影響各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響還是氣候原因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(zhǎng)，約幾分鐘各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響這是一種由多經(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(dá)接收點(diǎn)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(duì)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(guò)水面、湖泊、或平滑地面時(shí)更為嚴(yán)重，所以在選擇路由時(shí)要盡量避免，不可能回避時(shí)一定要采用高低天線技術(shù)使反射點(diǎn)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(lái)克服多經(jīng)反射的影響。K型衰落各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響由于各種氣象條件的影響，如早上地面被太陽(yáng)曬熱、晚上地面的冷卻，以及高氣壓地區(qū)都會(huì)在大氣層中形成不均因勻體，當(dāng)電波通過(guò)這些不均勻體時(shí)，將產(chǎn)生超折射相現(xiàn)，形成大氣波導(dǎo)。如在無(wú)風(fēng)的氣候，在平原和水網(wǎng)地區(qū)，容易形成接近地面的波導(dǎo)層，使波束發(fā)生匯聚或發(fā)散而導(dǎo)致衰減性衰落。這種衰落的時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)可達(dá)幾十分鐘這種情況發(fā)生時(shí)只有靠工程經(jīng)驗(yàn)解決。具體問(wèn)題具體分析具體措施解決。所以設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮當(dāng)?shù)氐匦闻c氣候波導(dǎo)型衰落及原因:各種衰落及抗衰落技術(shù)對(duì)流層對(duì)微波傳播的影響RefractedDirectReflected地面反射對(duì)微波傳播的影響微波的多徑傳播各種衰落及抗衰落技術(shù)Diffracted微波的多徑傳播各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響不同地形對(duì)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(hào)能量反射到接收天線，與直射波產(chǎn)生干涉，在接收點(diǎn)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(shí)大時(shí)小。對(duì)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(duì)電波的主射波影響不大，可以不考慮。各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響繞射Diffracted微波傳播模式MicrowavePropagation路徑上刃形障礙物的阻擋損耗各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響路徑上刃形障礙物的阻擋損耗刃形障礙物不可能阻擋所有的費(fèi)涅耳區(qū)，所以在收信點(diǎn)僅有一部分費(fèi)涅耳區(qū)的能量繞過(guò)，使接收點(diǎn)多少有一定電平數(shù)。而這個(gè)數(shù)值一定低于自由空間電平。這個(gè)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(dāng)障礙物的尖鋒正好落在收發(fā)兩端的連線上，即HC=0時(shí)，附加損耗為6dB;當(dāng)障礙物的頂鋒超過(guò)收發(fā)兩端的連線時(shí)，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(shí)，附加損耗將在0dB上下少量變動(dòng)。這時(shí)路徑上傳輸損耗（或說(shuō)收信電平）將與自由空間數(shù)值接近。各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響Reflections-fromatmosphericlayers-fromground-frombuildings反射損耗（reflectionLoss）各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響微波傳播模式MicrowavePropagation直接傳播Direct反射Reflected平坦地形對(duì)電波的反射:各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響平坦地形是指不考慮地球曲率，認(rèn)為兩站間的地形為平坦情況。在實(shí)際的微波通信工程線路中，總是將收（R）發(fā)（T）天線對(duì)準(zhǔn)，以便接收端收到較強(qiáng)的直射波。但是根據(jù)惠更斯原理總會(huì)有部分電波射到地面，所以在接收點(diǎn)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。平坦地形對(duì)電波的反射各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響平坦地形對(duì)電波的反射:當(dāng)段距d遠(yuǎn)大于天線高度（h1和h2）時(shí)，可以近似的把直射波和地面反射波的行程差表示為:△r=λx（Hc/F1）2/2當(dāng)圖中的θ很小時(shí)（即ψ接近180度）可以得下關(guān)系（下式表明衰落因子V與相對(duì)余隙hc/F1的定量關(guān)系）V=[1+Φ2+2ΦxCOS（πx（hc/F1）2]1/2

V：考慮地面影響時(shí)的衰落因子在考慮地面的影響后，實(shí)際的收信點(diǎn)電平為：

PR（dBm）=PR0（dBm）+VdB

各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響Flatfading(電平衰落)Thelossisuniformacrossthefrequencyspectrum

Selectivefading(頻率選擇性衰落)Thelossvariesacrossthefrequencyspectrum多徑衰落各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響Frequency(MHz)Received

powerlevel(dBm)NormalFlatSelective多徑衰落各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響1hRecordingoftypicalmultipathfadingRxlevelduringfadingfreetimeThresholdlevel(-30dBlevel)Biterrorinterruptionofcommunication(rapidfading)“UpFading”多徑衰落各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響地面大氣不均勻水面光滑地面是主要原因天線掛高決定反射點(diǎn)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:各種衰落及抗衰落技術(shù)地面反射對(duì)微波傳播的影響數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)1.頻域均衡器2.時(shí)域均衡器3.空間分集接收空間分集的距離：H大于100－150入H

空間分集各種衰落及抗衰落技術(shù)信號(hào)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(hào)的幅頻特性，不能均衡相位頻譜特性，但是電路簡(jiǎn)單頻域均衡各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)…..…..均衡前均衡后時(shí)域均衡直接抵消碼間干擾TTT時(shí)域均衡各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)傳統(tǒng):為克服延時(shí)線問(wèn)題,常采用判決反饋均衡器,特點(diǎn)是體積大,級(jí)數(shù)不可能做得太多現(xiàn)在:采用高速A/D器,及FPGA電路,電路體積小,可以做很多級(jí).如HARRIS的MEGASTAR采用11級(jí)的全數(shù)字橫向均衡器時(shí)域均衡各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)對(duì)抗頻率選擇性衰落:

只對(duì)于大容量寬帶系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，區(qū)別于平衰落。影響幅頻特性，造成碼間串?dāng)_。設(shè)備性能決定了對(duì)抗這種衰落的能力。各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)

多徑傳播——地面反射各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)方法一：利用某些地形、地物阻擋反射波各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)方法二：高低天線法各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)天線間距100到200當(dāng)其中一面天線發(fā)生多徑干擾時(shí),另一面天線不會(huì)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,相關(guān)系數(shù)取0.5到0.6之間各種衰落及抗衰落技術(shù)方法三：空間分集數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)不同天線接收到的反射信號(hào)各種衰落及抗衰落技術(shù)方法三：空間分集信號(hào)合成dBhmh1h2F1h1h2F1F1d100CombinerCombinedIFoutputReceiversPathequalizationTwooperatingmodes:1-minimumdistortionforanhighlevelreceived2-maximumpowerforaweaklevelreceived(-65dBm)NN(F1)(FI)R1R2Climaticreflectionto150各種衰落及抗衰落技術(shù)方法三：空間分集信號(hào)合成各種衰落及抗衰落技術(shù)方法三：空間分集h1Dh=ld4h1l=Wavelengthd=PathlengthTxRxl/2Dh空間分集的間距計(jì)算各種衰落及抗衰落技術(shù)空間分集和角度分集各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)TXRXf1f1Alarmf1f1熱備份和空間分集（HotStand-byandSpaceDiversity）各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)TXRXf1f2Alarm工作備份和頻率分集（WorkingStand-byandFrequencyDiversity）各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)f1or(f1+f2)熱備份或工作備份（HotStandbyorWorkingStandby）各種衰落及抗衰落技術(shù)數(shù)字微波系統(tǒng)的抗衰落技術(shù)幾個(gè)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(duì)設(shè)計(jì)的要求干擾信號(hào)微波通信的基本原理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視距傳播通信的要求微波設(shè)計(jì)目標(biāo)傳輸余隙微波線路的分類K值在微波規(guī)劃中的意義微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求直線傳播D直射波天線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視距傳播通信的要求由于波長(zhǎng)短繞射能力差,必須在無(wú)阻擋的視線內(nèi)傳播才能完成正常通信微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求很小的發(fā)射功率一只有利用具有很強(qiáng)的方向性天線實(shí)現(xiàn)通信，要想實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離通信，只有適當(dāng)加大天線或加大功率。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視距傳播通信的要求微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求工作波長(zhǎng)短、克服障礙的能力差在實(shí)際的工程勘察中，樹(shù)高、無(wú)樹(shù)山上的灌木都是不可忽略的影響通信質(zhì)量的因數(shù)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視距傳播通信的要求微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求K=4/3時(shí),第一費(fèi)涅耳區(qū)無(wú)障礙物(The1stFresnelshallbefreefromobstacleswhenk=4/3)在傳播經(jīng)過(guò)水面或沙漠地區(qū)時(shí),建議K=1時(shí),第一費(fèi)涅耳區(qū)無(wú)障礙物(Onpathsoverwatersurfacesordesertareas,itisrecommendedtohavethe1stFresnelzonefreefromobstacleswhenk=1(SeealsoITU-RRec.P.530))Distance50kmk=4/31stFresnelzone微波設(shè)計(jì)目標(biāo)(MicrowavePropagationDesignObjective)微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求傳輸余隙TR0.50dB1.0-10-60當(dāng)相對(duì)余隙大于0.5，阻擋損耗為0dB,障礙物的頂部恰好在視距連線上時(shí)，阻擋損耗為6dB。余隙微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求余隙計(jì)算d地球凸起高度：其中K為大氣折射因子路徑余隙的計(jì)算公式：余隙可得大于一階費(fèi)涅爾半徑微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求傳輸余隙自由空間余隙在下圖中：在Φ=1時(shí)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(shí)HC/F1=0.577。在Φ＜1時(shí)，第一次出現(xiàn)收信電平等于自由空間電平時(shí)HC/F1=0.577。我們把HC/F1=0.577時(shí)的余隙稱為自由空間余隙，用H0表示。它的表達(dá)式為：H0=0.577xF1=（λd1d2/d）1/2微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求傳輸余隙微波線路的分類根據(jù)中繼線路的余隙hc將中繼線路分為三類：開(kāi)路線路：

hc≥h0衰落因子V的計(jì)算方法是：如粗略估算可用下圖直接查出(對(duì)刃形障礙物也可用下圖直接查出)；如計(jì)算，可用下式算出：V=[1+Φ2+2ΦxCOS（πx（hc/F1）2]1/2

微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求微波線路的分類半開(kāi)路線路：

0＜hc＜h0

閉路線路：hc≤0衰落因子V的計(jì)算方法是：如粗略估算可用上頁(yè)的圖直接查出,也可用繞射計(jì)算：A、在hc=h0=（1/3）1/2xF1時(shí)，此時(shí)V=1,或VdB=0;B、在hc=0時(shí)，對(duì)刃形障礙物：VdB=-6dB;對(duì)較大尺寸障礙物：VdB＜-6dB；計(jì)算按C式。C、在hc＜h0時(shí)，VdB=V0dB（1-hc/h0）上式中：VdB：考慮繞射時(shí)的衰耗因子。h0：為自由空間余隙。h0=0.577F1hc：為中繼電路主射線余隙（m）V0dB：為自由空間余隙為hc=0時(shí)衰耗因子的電平值。它的計(jì)算辦法是通過(guò)反映障礙物地形的參數(shù)μ來(lái)計(jì)算的。微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求K值在微波規(guī)劃中的意義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(guò)大的繞射，應(yīng)按滿足下標(biāo)準(zhǔn)控制天線高度：

K=2/3時(shí)，hc≥0.3F1(對(duì)一般障礙物)

hc≥0(對(duì)刃形障礙物)這種情形產(chǎn)生的繞射衰落不大于8dB。微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求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))這種地形主要防止過(guò)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(shí)，hc≥0.3F1(對(duì)一般障礙物)

hc≥0(對(duì)刃形障礙物)k=4/3時(shí)，hc≈F1K=∞時(shí)，hc≤1.35F1(因?yàn)?1/2F1時(shí)就會(huì)出現(xiàn)深衰落)如上述情況不能被滿足時(shí),那就改變天線高度或更改路由。K值在微波規(guī)劃中的意義微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求幾個(gè)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(duì)設(shè)計(jì)的要求干擾信號(hào)微波通信的基本原理干擾源臨站干擾越站干擾抗干擾途徑干擾信號(hào)干擾源作用于通信系統(tǒng)的干擾來(lái)自多種干擾源，主要有:電路熱噪聲:由導(dǎo)體中電子雜亂熱擾動(dòng)所激起。電子器件內(nèi)部噪聲:主要由器件內(nèi)部電荷不連續(xù)運(yùn)動(dòng)，造成的散彈效應(yīng)所激起。 物體熱輻射噪聲(包括通常所稱的吸收噪聲):由物體熱輻射激起。宇宙干擾:來(lái)自宇宙體的一種噪聲輻射。天電干擾:由大氣層中電荷放電所激起，呈脈沖狀。工業(yè)干擾:來(lái)自電氣設(shè)備的電輻射；例如電火花干擾。電臺(tái)干擾:來(lái)自其它電臺(tái)的信號(hào)輻射(如雷達(dá)\衛(wèi)星\其它微波站)。接收機(jī)內(nèi)部所產(chǎn)生的各類干擾:有交流哼聲、“汽般聲”、組合音、微音效應(yīng)、非線性產(chǎn)物、振蕩器相位抖動(dòng)而引起的噪聲以及各種雜散干擾等。干擾信號(hào)鄰站干擾(NeighbouringStationInterference)干擾信號(hào)SiteASiteBSiteCSiteGSiteFSiteESiteDInterferingsignalpath越站干擾干擾信號(hào)MethodstoreduceinterferenceTransmitterattenuationHighperformanceantennaPolarizationLargerantennasFrequencyseparation抗干擾的途徑干擾信號(hào)

第一章微波通信的基本介紹第二章微波通信的基本原理第三章微波信號(hào)的調(diào)制方式第四章微波頻率規(guī)劃第五章微波中繼站微波通信原理調(diào)制原理二徑模型數(shù)字微波調(diào)制技術(shù)PSK調(diào)制QAM調(diào)制橫包絡(luò)調(diào)制ATPC調(diào)制干擾信號(hào)微波傳輸系統(tǒng)的基本構(gòu)成ModTransmitterReceiverDemDownconverterinIFIFSignalRecoveryIFCarrierModulationUpconverterRFchannelTxRx天線系統(tǒng)IFmicrowaveIFBB:BasebandBasebandBasebandIF:IntermediateFrequencyRF:RadioFrequency(300MHz-30GHz)微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理微波發(fā)射過(guò)程－頻譜搬移微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理頻率變換IFOscillator:F0±IFAmplifierConverterAmplifierFrequencyAIFRF：F0TranslationFilter微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理無(wú)線傳輸模型調(diào)制中放上變頻功放濾波調(diào)制中放上變頻功放濾波放大下變頻中放濾波解調(diào)發(fā)送部分接收部分判決V(t)微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理等效基帶模型認(rèn)為系統(tǒng)放大，變頻等過(guò)程是線性的，則傳輸過(guò)程可以等效為如下基帶模型h(t)V(t)h(t)即為系統(tǒng)的等效傳遞函數(shù)，到底什么樣的傳遞函數(shù)，才能使我們無(wú)失真的恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理柰奎斯特準(zhǔn)則第一準(zhǔn)則：抽樣點(diǎn)無(wú)失真，或無(wú)碼間干擾n=00,第二準(zhǔn)則：轉(zhuǎn)換點(diǎn)無(wú)失真準(zhǔn)則，或過(guò)零點(diǎn)無(wú)抖動(dòng)全響應(yīng)信號(hào)部分響應(yīng)信號(hào)微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理基帶信號(hào)的最佳檢測(cè)一般信道都為高斯白噪聲信道，上述基帶傳輸模型又可表達(dá)為：N(t)為保證抽樣點(diǎn)信噪比最大，要求收發(fā)濾波器匹配。即互為共軛?；颍何⒉ㄐ盘?hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理利用數(shù)字信號(hào)控制載波幅度頻率或者相位，建立傳輸信碼與載波參數(shù)之間明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。數(shù)字信號(hào)調(diào)制原理微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理SquarerootNyquistH(f)TT20f12T1TUsefulband(Nyquist)=0=0.5=110T-T-2T-3T2T3T12Transientresponse=0=0.5=1twithnoiseIdeal滿足Nyquist波形無(wú)失真準(zhǔn)則的的限帶濾波器在采樣點(diǎn)沒(méi)有碼間串?dāng)_?；鶐С尚?可以在頻域綜合或者時(shí)域利用數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理標(biāo)準(zhǔn)的載波信號(hào)在頻域只是一根線譜；急劇的0－180度相位跳變意味著信號(hào)包含高頻頻率分量，因而占據(jù)較寬的頻帶寬度。限帶過(guò)程其實(shí)是對(duì)波形的平滑。限帶傳輸微波信號(hào)的調(diào)制方式調(diào)制原理微波的多徑傳播模型－二徑模型RefractionReceiverTransmitterAmaxAminFrequencyRadiochannel

>1non-minimalphasefadingAF0FAAAForA1=A2AmaxdB=+6AmindB=-AF=11112-A+A228=T=AA221-T1ReflectionA,T22A,T11<1minimal-phasefading微波信號(hào)的調(diào)制方式二徑傳輸模型Rummler的二徑傳輸模型微波信號(hào)的調(diào)制方式大容量微波:

要求調(diào)制,解調(diào)簡(jiǎn)單,頻率利用率高，信號(hào)星座點(diǎn)分布合理以保證傳輸質(zhì)量所以常采用QAM調(diào)制方式中小容量微波:

要求調(diào)制方式對(duì)器件的線性要求不高,所以常采用,

象FSK,PSK等的恒包絡(luò)調(diào)制數(shù)字微波調(diào)制技術(shù)微波信號(hào)的調(diào)制方式1、調(diào)制技術(shù)和限帶傳輸為了提高頻譜利用率，廣泛采用多電平QAM調(diào)制技術(shù)。ITU－R建議的4－11G波道間隔28－40MH.在如此有限的帶寬內(nèi)傳輸高速數(shù)據(jù)流，多電平QAM是必然的選擇。但是隨著調(diào)制電平數(shù)量的增加，對(duì)于信道的要求也越加苛刻。設(shè)備對(duì)各種干擾的敏感程度也會(huì)加劇。限制發(fā)射頻譜的帶寬也是一種有效利用現(xiàn)有頻率資源的技術(shù)措施。通常采用升余玄滾降濾波器限制發(fā)送譜。目前微波設(shè)備使用性能穩(wěn)定技術(shù)成熟的64QAM和128QAM調(diào)制技術(shù)。2、自適應(yīng)均衡技術(shù)為對(duì)抗多經(jīng)衰落，采用分集接收以外，還必須采取時(shí)域和頻域自適應(yīng)均衡器。頻域均衡用來(lái)減少信道頻率選擇性衰落的影響；也就是在設(shè)備中插入頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。時(shí)域均衡用來(lái)消除碼間干擾。3、XPIC技術(shù)出現(xiàn)衰落時(shí)，天線的極化鑒別率會(huì)降低。因此需要極化干擾對(duì)消電路消除極化干擾。4、高線性功率放大器和ATPC對(duì)于64QAM系統(tǒng)而言，功放要求很好的線性。IP3要求至少為45DB。這就對(duì)放大器提出嚴(yán)格的要求。功率倒退和采用發(fā)信功放非線性預(yù)校正是有效降低放大器線性要求的技術(shù)手段。這些先進(jìn)的手段在NEC微波設(shè)備中都得到應(yīng)用。5、低損耗DUP鄰接型天線收發(fā)公用器是NEC獨(dú)有的新型DPU器件，極大的改善了大容量微波系統(tǒng)的系統(tǒng)指標(biāo)。在7＋1系統(tǒng)，這種公用器的插入損耗<6.6dB.數(shù)字微波調(diào)制技術(shù)微波信號(hào)的調(diào)制方式QPSK調(diào)制:其中g(shù)(t)為升余弦脈沖當(dāng)時(shí),上述信號(hào)即成為16QAM調(diào)制如果把正交通道的信號(hào)延時(shí)半個(gè)碼元的時(shí)間,那上述的調(diào)制方式又分別成為OQPSK,或SQAMPSK調(diào)制微波信號(hào)的調(diào)制方式這里介紹的只是一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制的典型例子。實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的方式很多：采用數(shù)字邏輯電路的選擇門等。平衡調(diào)制器對(duì)元器件的挑選很嚴(yán)格，容易產(chǎn)生載波泄漏。PSK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式微波信號(hào)的調(diào)制方式PSK調(diào)制微波信號(hào)的調(diào)制方式利用同相和正交的載波傳輸數(shù)字信息，編碼邏輯載波恢復(fù)時(shí)的相位含糊問(wèn)題。QAM調(diào)制技術(shù)微波信號(hào)的調(diào)制方式64QAM&128QAM微波信號(hào)的調(diào)制方式16QAM調(diào)制原理微波信號(hào)的調(diào)制方式無(wú)論是器件還是傳輸?shù)脑?，?shí)際上對(duì)應(yīng)傳輸信碼的矢量端點(diǎn)都不會(huì)是一個(gè)理想的點(diǎn)。QAM調(diào)制隨著調(diào)制電平數(shù)量的增加，在限定發(fā)射功率的情況下判斷難度加大，盡管可以實(shí)現(xiàn)512QAM甚至1024QAM的調(diào)制方式，實(shí)際應(yīng)用的限于128QAM以下。微波信號(hào)的調(diào)制方式恒包絡(luò)調(diào)制當(dāng)時(shí),為PSK調(diào)制當(dāng)為FSK調(diào)制此類調(diào)制通稱為功率-頻譜有效調(diào)制.要求相位連續(xù)性好，即頻譜效率高抗誤碼性能好。如MSK,GMSK,TFM等都是認(rèn)為性能較好常用的調(diào)制方式。微波信號(hào)的調(diào)制方式它的主要作用不在于節(jié)省發(fā)射功放的功率消耗。對(duì)于周邊電磁環(huán)境簡(jiǎn)潔，線路RF信道數(shù)量不多干擾不嚴(yán)重的線路，不一定使用ATPC?！?/p>

Improvementofsystemgainagainstrainattenuation.§

Improvementinupfadingcharacteristics.§

ImprovementinresidualBERcharacteristics.§

Reductionofinterferencetoneighboringsystems§

ReductionofinterferencetootherroutesATPC微波信號(hào)的調(diào)制方式

第一章微波通信的基本介紹第二章微波通信的基本原理第三章微波信號(hào)的調(diào)制方式第四章微波頻率規(guī)劃第五章微波中繼站微波通信原理微波頻率規(guī)劃LFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave10Km1Km100m10m1m10cm1cm1mmf30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz紅外線可見(jiàn)光工業(yè)和天電干擾，太陽(yáng)黑子對(duì)微波通信影響較小微波信號(hào)的頻率范圍85432102013040501.52.5區(qū)域網(wǎng)長(zhǎng)距離干線網(wǎng)區(qū)域和本地網(wǎng)，邊際網(wǎng)2834Mbit/s34140155Mbit/s2834140155Mbit/s3.311GHzGHz微波頻率資源的使用微波頻率規(guī)劃ChannelnumberFrequencyF3F1F2Fo12n1'n'LowerhalfbandUpperhalfbandCenterfrequencyFo:Centerfrequency2'頻率規(guī)劃微波頻率規(guī)劃

OnefrequencypairperchannelTxRxTxRxChannelChannel11'nn'11'nn'頻率規(guī)劃微波頻率規(guī)劃Cross-polarizationofthesamechannelperformedateachhop11'11'11'HVH鏈路中的交叉極化配置頻率重復(fù)利用：二頻制微波頻率規(guī)劃頻率收發(fā)頻差(MHz)用途設(shè)備4-7Ｇ161,154,245長(zhǎng)距離干線SDH，PDH８Ｇ126,161，154，199,266,311，長(zhǎng)距離干線SDH，PDH11-13266中，短距離SDHPASO１５Ｇ308,420,490,315，720，728中，短距離PASO１８Ｇ340，1092.51008,1010,1560中，短距離PASO２３Ｇ600,1050,1232,1008,1200,中，短距離PASO２６Ｇ855,1008短距，離城區(qū)PASO２８Ｇ1008短距，離城區(qū)PASO３２Ｇ812短距，離城區(qū)

PASO３８Ｇ700,1260短距，離城區(qū)PASO微波設(shè)備主要工作頻段微波頻率規(guī)劃可供使用的頻點(diǎn)眾多微波頻率規(guī)劃

第一章微波通信的基本介紹第二章微波通信的基本原理