華為-微波通信原理

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,現(xiàn)代通信的主要手段,微波通信的基本介紹,統(tǒng)計(jì)資料顯示，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的微波中繼通信在長(zhǎng)途通信網(wǎng)中所占的比例高達(dá)以上。美國(guó)為，日本為，法國(guó)為4。隨著GSM，CDMA以及3G網(wǎng)絡(luò)的興建，微波設(shè)備在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的重要作用是不容忽視的。,微波通信在通信系統(tǒng)中的作用,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300MHz300GHz，是全部電磁波頻譜的一個(gè)有限頻段。微波一般稱(chēng)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(chēng)為橫電磁波，記為T(mén)EM波。有時(shí)我們把這種電磁波簡(jiǎn)稱(chēng)為電波。,微波通信的基本介紹,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,Microwave,10Km,1Km,100m,10m,1m,10cm,1cm,1mm,f,30KHz,300KHz,3MHz,30MHz,300MHz,3GHz,30GHz,300GHz,紅外線(xiàn),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,Broadcasting,MaximumcoverageOneprogrammeperradiochannelApplications:Radio(LW,MW,SW,FM);TVetc.,射頻傳輸?shù)膬煞N基本形式,Microwavelinks,RadiobeamOnemultiplexperradiochannelApplications:Civiliarsandmilitarytelecommunicationnetworks,廣播,點(diǎn)點(diǎn)視距微波,微波通信的基本介紹,通常把頻率300MHz300GHz的射頻無(wú)線(xiàn)信號(hào)稱(chēng)為微波信號(hào)利用微波作為載體的通信稱(chēng)為微波通信基帶傳輸信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的微波通信是數(shù)字微波通信一般基帶信號(hào)處理在中頻完成，再通過(guò)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)制限于PSK微波通信的理論基礎(chǔ)是電磁場(chǎng)理論,微波通信,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,電波的干涉和極化,幾個(gè)基本概念,矩形波導(dǎo)中H10模的場(chǎng)結(jié)構(gòu),a,H10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(xiàn)與地面垂直。所以這樣的極化方式稱(chēng)垂直極化VVerticalH=Horizontal,b,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(xiàn)的尺寸遠(yuǎn)小于微波中繼距離時(shí)，可將發(fā)射天線(xiàn)看成是一個(gè)點(diǎn)源。,幾個(gè)基本概念,互易定理的概念:指出，在線(xiàn)性和各向同性的媒質(zhì)中，任何無(wú)線(xiàn)電路上，當(dāng)發(fā)射天線(xiàn)互換時(shí)，不會(huì)影響電路的傳輸特性，或者發(fā)射機(jī)移到接收點(diǎn)，而接收機(jī)同時(shí)移到發(fā)射點(diǎn)時(shí)，則接收性能，不變。根據(jù)這個(gè)原理，對(duì)流層是電波的主要傳輸媒質(zhì)空間，它就是具有線(xiàn)性和各向同性的媒質(zhì)，因此在其中就可以減化工程計(jì)算。,惠更斯費(fèi)涅耳原理,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(mén)，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+/2時(shí)，得到的橢球面稱(chēng)為第一費(fèi)涅耳橢球面；常數(shù)為d+2/2時(shí)，得到的橢球面稱(chēng)為第二費(fèi)涅耳橢球面.常數(shù)為d+N/2時(shí)，得到的橢球面稱(chēng)為第N費(fèi)涅耳橢球面.,幾個(gè)基本概念,d1,d2,d,d1+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,Thesignalpowerisdistributedinthespacesurroundingthedirectlineofsight,Lineofsight,費(fèi)涅耳區(qū)TheFresnelZone:如果前述定義的一系列費(fèi)涅耳橢球面，與我們從T或R點(diǎn)出發(fā)認(rèn)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(gè)圓，稱(chēng)為第一費(fèi)涅耳區(qū)。其外的圓環(huán)（外圓減內(nèi)圓得到的圓環(huán)）稱(chēng)為第二個(gè)費(fèi)涅耳區(qū)，再往外的圓環(huán)稱(chēng)為第三費(fèi)涅耳區(qū)、第四費(fèi)涅耳區(qū).第N費(fèi)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(xiàn)的平面區(qū)域圖形。,TheFirstFresnelZone,幾個(gè)基本概念,費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition),TheFirstFresnelZone,1stzone,幾個(gè)基本概念,費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition),1stzone+,TheSecondFresnelZone,Thesignalpowerisdistributedinthespacesurroundingthedirectlineofsight,Lineofsight,幾個(gè)基本概念,費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition),2ndzone,1stzone,TheSecondFresnelZone,幾個(gè)基本概念,費(fèi)涅耳區(qū)定義(TheFresnelZoneDefinition),Thesignalpowerisdistributedinthespacesurroundingthedirectlineofsight,TheThirdFresnelZone,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(xiàn)的距離稱(chēng)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(chēng)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=（d1d2/d）1/2F2=（2d1d2/d）1/2=(2)1/2F1.Fn=（nd1d2/d）1/2=(n)1/2F1,幾個(gè)基本概念,d1,d2,d,d1xd2,fxd,rF=17.3x,rFinmeterd,d1,d2inkmfinGHz,rF,TheFirstFresnelRadius,Cxd1xd2,fxd,幾個(gè)基本概念,費(fèi)涅耳半徑(TheFresnelRadius),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(chēng)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(mǎn)均勻的、理想的介質(zhì)，它的導(dǎo)電率=0，介電常數(shù)=0=10-9/36F/m(法拉/米)，導(dǎo)磁系數(shù)=0=410-7H/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(chēng)為自由空間損耗。,自由空間的電波傳播,FreeSpaceLoss,d,f,D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),PowerLevel,Distance,GTX,GRX,G,P,G,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)?？焖ヂ洌撼掷m(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(xiàn)后，通過(guò)兩條以上的不同路徑到達(dá)接收天線(xiàn)的傳播現(xiàn)象。,各種衰落及抗衰落技術(shù),衰落的種類(lèi),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(xiàn)來(lái)計(jì)算。,AttenuationCoefficientdB/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(xiàn)來(lái)計(jì)算。,各種衰落及抗衰落技術(shù),雨霧衰減AttenuationduetoRainandFog,AttenuationduetoRain(雨霧衰減）,Radiofrequency(GHz),TropicalDownpour,HeavyRain,MediumHeavyRain,LightRain,Drizzle,0.4,1,2,4,10,20,30,50,100,150,雨霧瞬時(shí)強(qiáng)度(InstantaneousRainIntensity)(mm/h),0.01,0.1,1,10,50,雨霧吸收系數(shù)(RainAbsorptionCoefficient)(dB/km),5,10,20,50,100,各種衰落及抗衰落技術(shù),H,V,AttenuationduetoRain,各種衰落及抗衰落技術(shù),傳輸距離與降雨，天線(xiàn)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(hù)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(xiàn)彎曲。使得到達(dá)接收天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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),k1正折射,k=1無(wú)折射,k1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),等效地球半徑,在溫帶地區(qū)稱(chēng)K=4/3時(shí)折射為標(biāo)準(zhǔn)折射，此時(shí)的大氣稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,ae=4a/3稱(chēng)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,Distance50km,Geometricallineofsight,Radioopticallineofsight,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,Distance50km,k=2/3,k=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(chēng)為K型衰落。這種衰落在線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)加空間分集技術(shù)或抗反射波天線(xiàn)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,Direct,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(xiàn)發(fā)出的一部分信號(hào)能量反射到接收天線(xiàn)，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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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,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(xiàn)路中，總是將收（R）發(fā)（T）天線(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)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=x（Hc/F1）2/2當(dāng)圖中的很小時(shí)（即接近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+2+2xCOS（x（hc/F1）21/2V：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)ThelossisuniformacrossthefrequencyspectrumSelectivefading(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),Receivedpowerlevel(dBm),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,“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(xiàn)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(chēng)為下衰落，比正常傳輸高稱(chēng)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100150入,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,T,T,T,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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)間距100,到,200,當(dāng)其中一面天線(xiàn)發(fā)生多徑干擾時(shí),另一面天線(xiàn)不會(huì)發(fā)生多徑干擾.要求天線(xiàn)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(xiàn)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,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,h1,l=Wavelengthd=Pathlength,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),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),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),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(xiàn)路的分類(lèi)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(xiàn)傳播,D,直射波,天線(xiàn),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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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),Distance50km,k=4/3,1stFresnelzone,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,T,R,0.5,0,dB,1.0,-10,-6,0,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(xiàn)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=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(chēng)為自由空間余隙，用H0表示。它的表達(dá)式為：H0=0.577xF1=（d1d2/d）1/2,微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求,傳輸余隙,微波線(xiàn)路的分類(lèi),根據(jù)中繼線(xiàn)路的余隙hc將中繼線(xiàn)路分為三類(lèi)：開(kāi)路線(xiàn)路：hch0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+2+2xCOS（x（hc/F1）21/2,微波通信對(duì)設(shè)計(jì)的要求,微波線(xiàn)路的分類(lèi),半開(kāi)路線(xiàn)路：0hch0閉路線(xiàn)路：hc0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hch0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(xiàn)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)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,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(mǎn)足下標(biāo)準(zhǔn)控制天線(xiàn)高度：K=2/3時(shí)，hc0.3F1(對(duì)一般障礙物)hc0(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,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(mǎn)足下標(biāo)準(zhǔn)控制天線(xiàn)高度：K=2/3時(shí)，hc0.3F1(對(duì)一般障礙物)hc0(對(duì)刃形障礙物)k=4/3時(shí)，hcF1K=時(shí)，hc1.35F1(因?yàn)?1/2F1時(shí)就會(huì)出現(xiàn)深衰落)如上述情況不能被滿(mǎn)足時(shí),那就改變天線(xiàn)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(chēng)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(lèi)干擾:有交流哼聲、“汽般聲”、組合音、微音效應(yīng)、非線(xiàn)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),SiteA,SiteB,SiteC,SiteG,SiteF,SiteE,SiteD,越站干擾,干擾信號(hào),Methodstoreduceinterference,TransmitterattenuationHighperformanceantennaPolarizationLargerantennasFrequencyseparation,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,Mod,Transmitter,Receiver,Dem,DownconverterinIF,IFSignalRecovery,IFCarrierModulation,UpconverterRFchannel,Tx,Rx,天線(xiàn)系統(tǒng),IF,microwave,IF,BB:Baseband,Baseband,Baseband,IF:IntermediateFrequency,RF: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,IF,Oscillator:F0IF,Amplifier,Converter,Amplifier,Frequency,A,IF,RF：F0,Translation,F