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1、第第六六章章 微波通信傳輸信道的特征微波通信傳輸信道的特征2內(nèi)容提要內(nèi)容提要微波中繼傳輸系統(tǒng)及其應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)及其應(yīng)用 微波微波傳播路徑傳播路徑 微波傳輸線路噪聲及參數(shù)計算微波傳輸線路噪聲及參數(shù)計算 36.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)及其應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)及其應(yīng)用 微波中繼傳輸系統(tǒng)微波中繼傳輸系統(tǒng)概述概述微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用 46.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述 微波是電磁波頻譜中無線電波的一個分支,它是頻率很高且波長很短的一個無線電波段,通常指頻率范圍在300MHz300GHz或波長在1m1mm之間的無線電
2、波。在微波波段中,還可以劃分為分米波、厘米波和毫米波,其中厘米波是目前開發(fā)最成熟和應(yīng)用最廣的波段。 地面微波接力通信 微波一點多址通信 衛(wèi)星通信 微波散射通信56.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述1.數(shù)字微波中繼傳輸系統(tǒng)組成數(shù)字微波中繼傳輸系統(tǒng)組成 通信的容量大投資費用?。s占電纜投資的五分之一)建設(shè)速度快抗災(zāi)能力強80年代至90年代發(fā)展起來的一整套高速多狀態(tài)的自適應(yīng)編碼調(diào)制解調(diào)技術(shù)與信號處理及信號檢測技術(shù)的迅速發(fā)展,更加促進(jìn)了微波及相關(guān)無線通信技術(shù)的發(fā)展66.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述數(shù)字微波中繼傳輸系統(tǒng)組成數(shù)字微波中繼傳輸系統(tǒng)組成調(diào)制調(diào)制是將基帶信號對
3、微波載波或中頻進(jìn)行調(diào)制,解調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過程。 發(fā)射機發(fā)射機將已調(diào)信號功率放大后饋送給發(fā)射天線發(fā)射出去;接收機接收機將受空間傳輸衰減后的微弱信號進(jìn)行放大、混頻、濾波等處理分路系統(tǒng)分路系統(tǒng)(或稱雙工器)實現(xiàn)發(fā)射和接收共用一副天線天饋線系統(tǒng)天饋線系統(tǒng)由天線及其饋線完成由發(fā)射機發(fā)出的微波能量定向輻射出去,或把定向接收下來的微波能量傳輸給接收機76.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波傳輸線路微波傳輸線路 終端站終端站:處于線路兩端或分支線路終點的站稱為終端站,上、下全部活路。中間站:中間站:線路中的中間轉(zhuǎn)接站,只負(fù)責(zé)對兩個方向信號的轉(zhuǎn)發(fā),而不進(jìn)行上下話路的操作。分路站:分路站:處在
4、線路中間,上下部分話路。主站或樞紐站:主站或樞紐站:承擔(dān)三個以上力向的信號轉(zhuǎn)接任務(wù)的分路站8 3.微波傳輸系統(tǒng)的頻率配置微波傳輸系統(tǒng)的頻率配置 在一個中間站,一個單向波道的收信和發(fā)信必須使用不同頻率,而且有足夠大的間隔,以避免發(fā)送信號被本站的收信機接收到,使正常的接收信號受到干擾。 多波道同時工作時,相鄰波道頻率之間必須有足夠的間隔,以免互相發(fā)生干擾。 整個頻譜必須緊湊,使給定的頻段可以得到充分有效的利用。 因微波天線和天線塔建設(shè)費用很高,多波道系統(tǒng)要設(shè)法共用天線。所以選用的頻率配置方案應(yīng)有利于天線共用,達(dá)到天線建設(shè)費用低,又能滿足技術(shù)指標(biāo)的目的。 對于外差式收信機,不應(yīng)產(chǎn)生鏡像干擾,即不允許
5、某一波道的發(fā)信頻率等于其他波道收信機的鏡像頻率。6.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述9多波道二頻制的頻率配置方案多波道二頻制的頻率配置方案:當(dāng)一個站上有多個波道工作時,為了提高頻帶利用率,對一個波道而言,宜采用二頻制。即兩個方向的發(fā)信使用一個射頻頻率,兩個方向的收信使用另外一個射頻頻率。 6.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述106.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述3.微波傳輸系統(tǒng)的頻率配置微波傳輸系統(tǒng)的頻率配置在微波頻段的使用方面,必須遵照CCIR的建議和各國無線電管理委員會的規(guī)定。116.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述4.微波
6、傳輸系統(tǒng)的特點 通信容量大通信容量大:微波頻段的頻帶很寬,多路復(fù)用可以容納更多話路工作。設(shè)相對通頻帶為10,當(dāng)載頻為2MHz時,絕對通頻帶為200kHz;當(dāng)載頻為2GHz時,絕對通頻帶為200 MHz。 傳輸質(zhì)量高:傳輸質(zhì)量高:微波波段受工業(yè)、天電和宇宙等外部干擾影響很小,所以其信道參數(shù)變化也很小,而且微波波段內(nèi)波束以直線定向傳播,可以采用高增益定向天線,質(zhì)量較高,通信穩(wěn)定,并且具備較好的保密性。 126.1.1 微波中繼傳輸系統(tǒng)概述微波中繼傳輸系統(tǒng)概述 接力通信:接力通信:由于地球是圓的,使得地球上兩點(兩個微波站)間不被阻擋的距離有限,為了可靠通信,一條長的微波中繼線路就要在線路中間設(shè)若干
7、個中繼站,采用接力的方式傳輸信息,如圖6-5所示。 方便靈活,成本較低:方便靈活,成本較低:微波通信與其他波長較長的無線通信以及電纜通信相比,能較方便地克服地形帶來的不便,有放大的靈活性,并且成本較低,可以節(jié)省有色金屬,施工也較快。由于微波頻率高,故其波長短。微波通信一般使用面式天線,當(dāng)面式天線的口徑面積給定時,其增益與波長的平方成反比,故微波通信很容易制成高增益天線。136.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線從微波中繼傳輸系統(tǒng)組成,可看出它與其他的傳輸系統(tǒng)類似,所不同的是天饋線系統(tǒng)。下面重點討論微波天饋線結(jié)構(gòu)原理。 在微波雷達(dá)、微波通信設(shè)備中最通用的定向天線是拋物面天線和卡
8、塞格林(雙曲面形)天線,它們由輻射器(饋源)和金屬反射面組成。另外還有喇叭天線、微帶天線和智能天線。146.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線數(shù)字微波數(shù)字微波天饋線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)天饋線系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 天饋線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)156.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線拋物面天線拋物面天線拋物面天線結(jié)構(gòu)及坐標(biāo)關(guān)系原理圖,如圖7-5所示。由圖可知從焦點F發(fā)射的電波經(jīng)拋物反射后,反射波都平行OF軸的方向沿Z向傳播,即饋源在焦點F所發(fā)出的波在拋物面反射后成為一束平行波,且反射波到達(dá)基準(zhǔn)面AA的路徑相等(即等相面)。由于拋物面天線的這種聚焦作用,可實現(xiàn)把能量集中在一個方向發(fā)射出去。 166
9、.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線拋物面天線拋物面天線(a)結(jié)構(gòu) (b)坐標(biāo)關(guān)系原理圖 拋物面天線及原理圖176.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線卡塞格林天線卡塞格林天線卡塞格林天線結(jié)構(gòu)及坐標(biāo)關(guān)系原理圖,如圖7-6所示??ㄈ窳蛛p反射面天線是有主反射面、副反射面和輻射器(源)三個部分構(gòu)成:主反射面是一個拋物面,其焦點F;副反射面是一個雙曲面,位于主反射面的焦點與頂點之間,雙曲面有兩個焦點一個虛焦點C與F重合,輻射器放置在另一個實焦點C上;輻射器通常采用喇叭形狀。這種天線經(jīng)過副反射面和主反射面的連續(xù)反射,把輻射器輻射的球面波形變成天線口面向外輻射的平面波束
10、。186.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線卡塞格林天線示意圖卡塞格林天線示意圖(a)結(jié)構(gòu) (b)坐標(biāo)關(guān)系原理圖 196.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線由圖可知其雙曲線有兩個卡塞格林天線要用的特征: 雙曲線上任意一點P至兩焦點(C、C)距離之差等于常數(shù),即 。雙曲線上任一點P的法線PN與CP延長線的夾角等于PN與PC的夾角,即=。app212雙曲線幾何關(guān)系206.1.2 微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線微波傳輸系統(tǒng)中的天饋線數(shù)字微波中繼傳輸系統(tǒng)組成數(shù)字微波中繼傳輸系統(tǒng)組成卡塞格林天線的幾何關(guān)系是:如果把雙曲面的焦點C與拋物面的焦點F重合在一起,同時把輻射源放在C上
11、,則由輻射源發(fā)的電波將按如下幾何關(guān)系前進(jìn):從輻射源發(fā)出的射線C照在雙曲面P上,在雙曲面上反射,其反射角=,此反射線再經(jīng)拋物面的二次反射,使反射波以平行射束的方式沿Z軸行進(jìn)。雙曲線上任一點的反射波似乎都是由C點發(fā)出的 一樣,也就是相當(dāng)于從拋物面的焦點發(fā)出的一 樣。只是因為 ,相當(dāng)于全部射線多走 了2a長度的行程而已。 app212216.1.3 微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用 微波應(yīng)用主要分為兩大類:一類是以微波作為信息載體信息載體,主要應(yīng)用在雷達(dá)、導(dǎo)航、通信、遙感等領(lǐng)域;另一類是利用微波能微波能,主要用在微波加熱、微波生物醫(yī)學(xué)及電量非電量的檢測等領(lǐng)域。微波作為信息載體的微波傳輸系
12、統(tǒng)的應(yīng)用主要有PDH微波傳輸系統(tǒng)和SDH微波傳輸系統(tǒng):PDH微波傳輸系統(tǒng)小容量系統(tǒng)SDH微波傳輸系統(tǒng)大容量系統(tǒng)目前,SDH微波傳輸系統(tǒng)是微波傳輸系統(tǒng)最典型的應(yīng)用。 226.1.3 微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)在電信網(wǎng)中的應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)在電信網(wǎng)中的應(yīng)用微波中繼傳輸作為通信網(wǎng)的一種傳輸方式,可以同其他傳輸方式一起構(gòu)成整個通信傳輸網(wǎng),如圖7-8所示,微波、光纖、衛(wèi)星一體的傳輸組網(wǎng)方式。圖7-8 微波中繼傳輸系統(tǒng)在全網(wǎng)中位置23微波中繼傳輸系統(tǒng)在移動通信網(wǎng)中的應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)在移動通信網(wǎng)中的應(yīng)用在移動通信系統(tǒng)中,微波傳輸可應(yīng)用在兩個地方:一是基站收發(fā)信臺和基站
13、控制器之間,二是基站控制器和移動交換機之間。如圖7-9所示。6.1.3 微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用微波中繼傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用基站基站收發(fā)收發(fā)信機信機基站基站控制控制器器交換交換機機微波傳輸微波傳輸微波傳輸微波傳輸移動臺移動臺圖7-9 微波中繼傳輸在移動通信網(wǎng)中的應(yīng)用246.2 微波中繼的傳輸線路微波中繼的傳輸線路 地面對微波傳播的影響地面對微波傳播的影響 大氣對微波傳播的影響大氣對微波傳播的影響 微波線路設(shè)計微波線路設(shè)計 地面凸起高度與天線高度地面凸起高度與天線高度 25 地面對無線電波傳播的影響地面對無線電波傳播的影響 地面對無線電波傳播的影響,主要有直射、反射、繞射和地面散射。 地面上的障礙物,如
14、山頭、森林和高大建筑物等可阻擋無線電波射線,使無線電波繞過障礙物向非接收方向傳播,進(jìn)而使接收的無線電波信號能量大大減小。26 地面對無線電波傳播的影響地面對無線電波傳播的影響 菲涅耳區(qū)的原理及其概念菲涅耳區(qū)的原理及其概念 路徑中刃形障礙物的阻擋損耗路徑中刃形障礙物的阻擋損耗 地面反射對接收電平的影響地面反射對接收電平的影響 27菲涅耳區(qū)的原理及其概念菲涅耳區(qū)的原理及其概念惠更斯原理:一點波源的振動可傳遞給鄰近質(zhì)點,使其成為二次波源。當(dāng)點源發(fā)出球面波時,二次波源產(chǎn)生的波前也是球面,三次、四次波也是如此。28惠更斯原理-1圖中T為發(fā)射天線,視為點源,它發(fā)出球面波。把波前分解為許多面積元,點源T在接
15、收處R產(chǎn)生的場強,便是許多面積元在R處產(chǎn)生的場強之矢量和。盡管T與R之間有障礙物,但不能擋住所有面積元,在R處仍可收到一定的場強。29惠更斯原理-2由解析幾何知,球面上一動點P至兩定點T、R的距離之和為常數(shù)時,此動點軌跡為橢球體。在討論微波傳播時,若該常數(shù)為:d/2,則得到的橢球面稱為第一菲涅爾橢球面,式中d|TR| 。若該常數(shù)為: dn/2,n=1,2,3則得到第n費涅爾橢球面30惠更斯原理-331第第n菲涅爾區(qū)的半徑菲涅爾區(qū)的半徑Fn-1第n菲涅爾區(qū)邊界的某個點P到TR連線的距離為第n菲涅爾區(qū)的半徑Fn.)2(121221dFdFdTPnn2222222dFdFdPRnnFn32第第n菲涅
16、爾區(qū)的半徑菲涅爾區(qū)的半徑Fn-2因第n菲涅爾區(qū)定義: TP+PR=d+n/2,所以:dddnFn21當(dāng)n=1,第1菲涅爾區(qū)的半徑dddF21133顯然,P點位置不同時,F(xiàn)n亦不相同。當(dāng)P在線路中點時(d1=d2=d/2時),F(xiàn)n最大,用Fnm表示。 第第n菲涅爾區(qū)的半徑菲涅爾區(qū)的半徑Fn-3121FndddnFn所以12nmFn d34費涅爾區(qū)對電波傳播的影響圖中T點發(fā)射的球面波向R方向傳播。由菲涅爾區(qū)定義可知,經(jīng)過各菲涅爾區(qū)端點 P1、P2、P3的電波射線TP1R、TP2R、TP3R依次相差/2。35費涅爾區(qū)對電波傳播的影響-2各相鄰費涅爾區(qū)在R處產(chǎn)生的電波場強相位相差180,即第二費涅爾區(qū)
17、在R處產(chǎn)生的電波場強與第一費涅爾區(qū)的反相,第一費涅爾區(qū)的電波場強與第三費涅爾區(qū)的同相。 各費涅爾區(qū)面積相等,但是由于到R點距離不同,故在R處產(chǎn)生的場強不等,近似為等差數(shù)列,其中第一費涅爾區(qū)產(chǎn)生的場強最大為E136費涅爾區(qū)對電波傳播的影響-31234522111223344551222(222222222222EEEEEEEEEEEEEEEEEEEE133445511EEEEEEE =-+-+22222221111 =+)- ()+ ()11 - ()+11111 =+E-E+E-E1 =E37費涅爾區(qū)對電波傳播的影響-4在自由空間,并不是所有費涅爾區(qū)的能量都使R處的場強增大,而是相互干涉,偶數(shù)
18、區(qū)的抵消奇數(shù)區(qū)的,最后結(jié)果是R處從所有費涅爾區(qū)的得到的場強大致等于第一費涅爾區(qū)在R處產(chǎn)生場強之半。 38路徑中刃形障礙物的阻擋損耗路徑中刃形障礙物的阻擋損耗-1-1障礙物頂部至TR線的垂直距離hc稱為余隙。障礙物在TR線之下時, hc為正值, 稱為正余隙障礙物的頂部在TR線以上時, hc為負(fù)值, 稱為負(fù)余隙39用費涅爾區(qū)解釋阻擋物的影響用費涅爾區(qū)解釋阻擋物的影響-2-2如果余隙hc=h0=0.577F1時,阻擋引起損耗正好是0dB,即路徑損耗正好是自由空間損耗,所以h0稱為自由空間余隙 40用費涅爾區(qū)解釋阻擋物的影響用費涅爾區(qū)解釋阻擋物的影響-3-3若余隙hc大于h0,路徑損耗隨hc的增加略有
19、波動,最終穩(wěn)定在自由空間損耗上若余隙hc小于h0 ,那么隨著hc的減小,路徑損耗急劇增加微波鏈路設(shè)計時,首先要保證自由空間余隙內(nèi)沒有任何障礙物。在實際中往往要求在第一菲涅爾區(qū)內(nèi)不存在任何障礙物。 41例例題題已知在自由空間傳輸條件下接收機的收信功率P=-35dBm,在傳輸途中有如圖5-7所示的刃形障礙物,且hc=0,求此時接收功率電平。解:解: hc=0時,查圖得:L=6dB 此時接收功率:P=-35-6=-41dBm42地面反射對接收電平的影響地面反射對接收電平的影響實際應(yīng)用中,總是將收發(fā)天線對準(zhǔn),以便收方接收到較強的直射波,但由惠更斯原理,總會有一部電波折射到地面;若發(fā)射天線方向性不尖銳,
20、也會有電波折射到地面。這時,接收點除收到直射波外,還收到地面反射的波(反射角等于入射角)。43地面反射對接收電平的影響地面反射對接收電平的影響衰落因子:且:實際微波接收機的接收功率可由下式求出:式中PR0是未考慮地面影響時自由空間收信功率電平即 微波反射是不規(guī)則地形將微波反射到各個方向,相當(dāng)于亂反射。顯然,散射會損耗微波能量。 )2cos(21/20rEELkkkLdBLlg20)()()()(0dBLdBmPdBmPkRRRTTRGGdfcPP204446.2.2 大氣對無線電波傳播的影響大氣對無線電波傳播的影響 大氣對無線電波的折射大氣對無線電波的折射 大氣對無線電波的衰減大氣對無線電波的
21、衰減 456.2.2 對流層對微波天線高度設(shè)計影響的工程計算對流層對微波天線高度設(shè)計影響的工程計算對流層對微波的衰減主要來自三方面:一是云、霧、雨等小水滴對微波能量的熱吸收及氧分子對微波的諧振吸收諧振吸收,諧振吸收與工作波長有關(guān),對波長2cm的微波,吸收才較顯著,當(dāng) 2cm時可不考慮;二是云、雨、霧、雪等水滴對微波的散射散射,散射率減與水滴半徑和工作波長有關(guān),5cm時要考慮這種衰減, 5cm時可不考慮;三是對流層溫度隨高度的增加而下降(平均每公里下降6C),壓力隨高度的增加而減小,水汽含量隨高水汽含量隨高度的增加而迅速下降度的增加而迅速下降。46在真空中電波傳播速度為:在大氣中,介電常數(shù) ,磁
22、導(dǎo)率 。電波傳播速度為: 80013 10/vcm s 0 r 0 001rrcv 476.2.2 大氣對無線電波傳播的影響大氣對無線電波傳播的影響大氣對無線電波的折射大氣對無線電波的折射電波依次通過每個界面,都將產(chǎn)生一次折射,每折射一次,射線都將向下偏折一次,于是,在大氣層中的電波射線就不再是一條直線而是一條不斷偏折的折線。如果將大氣層的分層取得無限薄,則射線就是一條向下彎曲的弧線486.2.2 大氣對無線電波傳播的影響大氣對無線電波傳播的影響大氣對無線電波的折射大氣對無線電波的折射利用折射定律,可以推出上述弧線的曲率半徑為:式(5-8)說明在低空大氣層內(nèi)傳播的電波,其射線的曲率半徑不是由折
23、射率的大小來確定而是由折射率梯度 確定的:)(1dhdn(5-8) dndh496.2.2 大氣對無線電波傳播的影響大氣對無線電波傳播的影響大氣對無線電波的折射大氣對無線電波的折射當(dāng) 0(類似于開口向下拋物線);當(dāng) 0時,電波射線的曲率0(類似于開口向上的拋物線);當(dāng) =0時,電波射線的曲率=(為直線)。 dndhd nd hd nd h50等效地球半徑 -1可以認(rèn)為大氣的n是連續(xù)變化的,是由無限簿層構(gòu)成的,在其中傳播的微波將是連續(xù)折射彎曲的曲線 51等效地球半徑 -2用電波直射線分析的結(jié)果都不成立,而用彎曲射線分析又相當(dāng)困難。為了解決這一困難,在工程上,引入“等效地球半徑Re”概念。引入Re
24、后,便可把電波仍視為直射線,而真正地球半徑R(6370km)變成了Re等效條件:等效前后電波射線軌跡上各點與地面之間垂直距離處處不變。由幾何學(xué)知,若兩曲線的曲率差相等,則它們之間距離處處相等,這樣,等效條件是電波路徑與地面之曲率差應(yīng)相等。52等效地球半徑-3 53等效地球半徑-4111RRedhdnRRRRRe11引入等效地球引入等效地球半徑系數(shù)半徑系數(shù)K: dhdnRRRKe11等效前,電波射線的曲率半徑為真實地球的曲率半徑為 因此:)(1dhdnR54折射示意55正負(fù)折射及標(biāo)準(zhǔn)折射正負(fù)折射及標(biāo)準(zhǔn)折射 無折射 K1,ReR,無折射。負(fù)折射 ReR,,電波射線折射向上彎曲,與地球彎曲方向相反,
25、故稱負(fù)折射。正折射 K,電波射線折射向下彎曲,與地球彎曲方向相同,故稱正折射。在正折射中,K= 稱為臨界折射。K=4/3,=4R稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣折射;K0,DE,EF2R,故可得:考慮電波折射,地面有效凸起高度為he,R換為Re(且Re =KR),故可得: Rddh221KRddRddhee222121(6.1) (6.2) 616.2.4 地面凸起高度與天線高度地面凸起高度與天線高度例7-2:設(shè)微波中繼通信采用f8GHz,站距為50km,路徑為光滑球形地面,求收發(fā)天線最小高度hmin,如圖7-12所示。求(1)不計大氣折射K=1,保證自由空間余隙h0時,等高收發(fā)天線的最小高度;(2)在k4/3時
26、,收發(fā)天線最小高度。 圖7-12 收發(fā)天線的最小高度 626.2.4 地面凸起高度與天線高度地面凸起高度與天線高度解:(1)地形為光滑球面,地球半徑6370 km ,線路中點之地面凸起高度h最大,可設(shè)中點為反射點(一般以地形最高點為反射點),d1=d2=25km,而 ,于是自由空間余隙為: 當(dāng)K=1時,地面凸起高度: 893 100.03758 10cmf1201630.5770.5770.0375 25 25 10 0.57712.450 10d dhFdm612325 25 104922 6370 10ed dhmRK636.2.4 地面凸起高度與天線高度地面凸起高度與天線高度確定收發(fā)天線
27、高度時,應(yīng)使地面凸起高度最大處還留有的傳播空間,故:(2)K4/3時,地面凸起高度 本題若 f 改為6GHz,則 增大,由 知,h0將增大,于是Hmin亦增加。可見工作頻率提高,天線高度可以降低。min012.44961.4eHhhm612325 25 1036.7522 6370 4/3 10ed dhmRKmin12.436.849.2Hm1200.577d dhd646.3 微波傳輸線路噪聲及參數(shù)計算微波傳輸線路噪聲及參數(shù)計算 微波線路噪聲微波線路噪聲 熱噪聲熱噪聲 各種干擾噪聲各種干擾噪聲 微波傳輸線路的載噪比微波傳輸線路的載噪比 微波傳輸線路參數(shù)計算微波傳輸線路參數(shù)計算 一定誤碼率指
28、標(biāo)下的實際門限載噪比一定誤碼率指標(biāo)下的實際門限載噪比 衰落儲備衰落儲備衰落概率指標(biāo)分配及估算衰落概率指標(biāo)分配及估算 656.3.1 微波線路噪聲微波線路噪聲數(shù)字微波通信線路信道的噪聲可分為4類:u 熱噪聲(包括本振噪聲)u 各種干擾噪聲u 波形失真噪聲u 其他噪聲。這里著重介紹前兩種噪聲。 666.3.1 微波線路噪聲微波線路噪聲熱噪聲熱噪聲本節(jié)中討論的熱噪聲是指收信機的固有熱噪聲和收發(fā)本振熱噪聲。收信機的固有熱噪聲是天線饋線系統(tǒng)送給收信機輸入端的固有熱噪聲功率N固,表達(dá)式為:N固NFKT0B K為波爾茲曼常數(shù),K=1.3810-23 (W/Hz.K), T0收信機的環(huán)境溫度(用絕對溫度表示)
29、,B為收信機的等效帶寬(單位為Hz) ,NF為接收機噪聲系數(shù)。收發(fā)本振源的熱噪聲主要由寄生調(diào)相噪聲和寄生調(diào)幅噪聲組成。 676.3.1 微波線路噪聲微波線路噪聲各種干擾噪聲各種干擾噪聲 從干擾噪聲的性質(zhì)來看,基本上可分為兩大類:一類是設(shè)備及饋線系統(tǒng)造成的,例如回波干擾、交叉極化干擾等就屬于這一類;另一類屬于其他干擾,可認(rèn)為是外來干擾。如收發(fā)干擾,鄰道干擾,天線系統(tǒng)的同頻干擾。下面簡述幾種常見的干擾噪聲。 686.3.1 微波線路噪聲微波線路噪聲各種干擾噪聲各種干擾噪聲回波干擾:回波干擾:在饋線及分路系統(tǒng)中,有很多導(dǎo)波元件,當(dāng)導(dǎo)波元件之間的連接處的連接不理想時,會形成對電波反射。因回波與主波信號
30、的振幅以及時延都不相同,并且回波是疊加在主波信號之上的,因而成為主波信號的干擾信號,故稱為回波干擾。 交叉極化干擾交叉極化干擾:為了提高高頻信道的頻譜利用率,在數(shù)字微波通信中用同一個射頻的兩種正交極化波(即利用水平極化波和垂直極化波的相互正交性)來攜帶不同波道的信息,這就是同頻再用方案。盡管采用該方案可以提高系統(tǒng)的通信容量,但也給系統(tǒng)引進(jìn)了新的問題,這就是交叉極化干擾。 696.3.1 微波線路噪聲微波線路噪聲各種干擾噪聲各種干擾噪聲收發(fā)干擾收發(fā)干擾:在同一個微波站中,對某個通信方向的收信和發(fā)信通常是共用一副天線的。這樣發(fā)支路的電波就可以通過饋線系統(tǒng)的收發(fā)公用器件(也可能通過天線端的反射)而進(jìn)
31、入收信機,從而形成收發(fā)支路間的干擾。鄰近波道干擾鄰近波道干擾:當(dāng)多波道工作時,發(fā)端或收端各波道的射頻頻率之間應(yīng)有一定的間隔,否則就會造成對鄰近波道的干擾。天線系統(tǒng)的同頻干擾天線系統(tǒng)的同頻干擾:天線間的耦合會使二頻制系統(tǒng)通過多種途徑產(chǎn)生同頻干擾。 706.3.1 微波線路噪聲微波線路噪聲微波傳輸線路的載噪比微波傳輸線路的載噪比載噪比是指載波功率與噪聲功率之比。通常用符號C/ N表示。載噪比越低,誤碼率越高,信道的傳輸質(zhì)量也就越差。若假設(shè)各種噪聲是彼此獨立的,則總噪聲功率是各種噪聲功率之和,即:N總N1N2+ N3總噪聲“載噪比”與各項噪聲“載噪比”的關(guān)系式為: 3213211111NCNCNCN
32、NNCNC總716.3.2 微波傳輸線路參數(shù)計算微波傳輸線路參數(shù)計算一定誤碼率指標(biāo)下的實際門限載噪比一定誤碼率指標(biāo)下的實際門限載噪比 理論載噪比理論載噪比表示的是一定誤碼率指標(biāo)下信號與高斯白噪聲的比值,這些噪聲包括熱噪聲和各種干擾噪聲,但沒有考慮設(shè)備性能不完善的影響。實際門限載噪比應(yīng)等于理論載噪比與惡化儲備(即固有惡化成分值)之差,則實際門限載噪為: 惡化量理論門限NCNCNC726.3.2 微波傳輸線路參數(shù)計算微波傳輸線路參數(shù)計算一定誤碼率指標(biāo)下的實際門限載噪比一定誤碼率指標(biāo)下的實際門限載噪比例7-3:已知某數(shù)字微波通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下:理論載噪比25.1dB,固定惡化=2 dB,在室溫下
33、(290K),接收機的噪聲系數(shù)1. 62,接收機的等效帶寬=25. 833MHz,試計算出該系統(tǒng)的門限載波信號功率電平值。解:噪聲功率:23361001.62 1.38 1010 290 25.833 101.67 10 ()FN N KTBmw)( 1 .2321 .25dBNCNCNC惡化量理論門限10 23.1()()74.67CdBdBmdBm門限+10lg1.67 10736.3.2 微波傳輸線路參數(shù)計算微波傳輸線路參數(shù)計算衰落儲備衰落儲備衰落儲備包括平衰落儲備平衰落儲備和多徑衰落儲備多徑衰落儲備。平衰落是指頻帶內(nèi)的各種頻率分量所受到的衰減近似相等的衰落。平衰落儲備則是數(shù)字微波系統(tǒng)為保證傳輸質(zhì)量而預(yù)留的儲備。平衰落儲備在數(shù)值上等于自由空間收信電平與實際門限接收電平之差,可見這是一個很理想的定義。746.3.2 微波傳輸線路參數(shù)計算微波傳輸線路參數(shù)計算 衰落儲備衰落儲備當(dāng)發(fā)射端機所發(fā)射的功率信號經(jīng)過自由空間后,如果收、發(fā)單端的天線增益相同為GA,那么根據(jù)平衰落儲備的定義,平衰落儲備Mf為:式中PT為發(fā)射機的發(fā)射功率(W);Lf為單端饋線損耗;Lc為包括環(huán)行器和連接
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