华为微波通信基本原理(笔记)

费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)
费涅耳区 The Fresnel Zone:
➢ 如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从T或R点出发认定的某一波前面相交 割，在交割的界面上我们就可以得到一系列的圆和环，中心是一个圆，称为第一费 涅耳区。
➢ 其外的圆环（外圆减内圆得到的圆环）称为第二个费涅耳区，再往外的圆环称为第 三费涅耳区、第四费涅耳区...... 第N费涅耳区。
Radio beam One multiplex per radio channel Applications: Civiliars and military telecommunication networks
微波通信的基本介绍
微波通信
✓通常把频率300MHz－300GHz的射频无线信号称为微波信号 ✓利用微波作为载体的通信称为微波通信 ✓基带传输信号为数字信号的微波通信是数字微波通信 ✓一般基带信号处理在中频完成，再通过频率变换到微波频段 ✓也可以在微波频段直接调制，但调制限于PSK ✓微波通信的理论基础是电磁场理论
微波通信的基本介绍 射频传输的两种基本形式
广播
点－点视距微波
Broadcasting
Maximum coverage One programme per radio channel Applications: Radio (LW, MW, SW, FM); TV etc ...
Microwave links
微波通信原理
第一章 微波通信的基式 第四章 微波频率规划 第五章 微波中继站
微波通信的基本原理
• 几个基本概念 • 自由空间的电波传播 • 各种衰落及抗衰落技术 • 微波通信对设计的要求 • 干扰信号
几个基本概念
• 电波的干涉及极化 • 矩形波导的场结构 • 惠更斯—费涅耳原理 • 费涅耳椭球面 • 费涅耳区定义 • 费涅耳半径
几个基本概念 费涅耳椭球面
第一费涅耳椭球面: d
d1
d2
d1 + d2 - d = /2
几个基本概念
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)
T
d1
FN
s1
s2 s3
sn
无限大平面
d2 o
F1
sn s2 s3
R s1
F2 F3
任意无限大平面
费涅尔区的划分示意图
几个基本概念
微波通信原理
工程规划设计部
微波通信原理
第一章 微波通信的基本介绍 第二章 微波通信的基本原理 第三章 微波调制方式 第四章 微波频率规划 第五章 微波中继站
微波通信的基本介绍
微波的定义
微波Microwave:
微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz，是全部电磁波频谱的一个 有限频段。 微波一般称为厘米波。 根据微波传播的特点，可视其为平面波。 平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，所以称为横电磁波，记为 TEM波（Transverse Electric and Magnetic Field）。有时我们把这种电磁波简 称为电波。
几个基本概念
惠更斯—费涅耳原理
互易定理的概念:
指出，在线性和各向同性的媒质中，任何无线电路上，当发射天 线互换时，不会影响电路的传输特性，或者发射机移到接收点， 而接收机同时移到发射点时，则接收性能，不变。 根据这个原理，对流层是电波的主要传输媒质空间，它就是具有 线性和各向同性的媒质，因此在其中就可以减化工程计算。
几个基本概念 费涅耳半径(The Fresnel Radius)
T
F1
R
d1
P
d
图1
d2 第一费涅耳区半径
F1=（λd1d2/d）1/2 F2=（2λd1d2/d）1/2
= (2)1/2 F1
...... Fn=（nλd1d2/d）1/2
= (n)1/2 F1
微波通信的基本原理
• 几个基本概念 • 自由空间的电波传播 • 各种衰落及抗衰落技术 • 微波通信对设计的要求 • 干扰信号
D 或 f 增加一倍，损耗将增加6 dB
自由空间的电波传播
自由空间传输损耗(Free Space Basic Transmission Loss )
GTX
Power Level
G P PTX
A0
接收门限(Receiver Threshold)
GRX
P = 发射功率(TX Power)
G = 天线增益(Antenna Gain)
➢ 但10GHZ以上频段，中继段间的距离将受到降雨衰耗的限制，不能 过长。
➢ 在微波规划时，可用下图的曲线来计算。
各种衰落及抗衰落技术
雨雾衰减 Attenuation due to Rain and Fog
在10GHZ频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，对一个中继段可能 会引入几个分贝。 在10GHZ以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的限制，如对13GHZ以上 频段，100mm/小时的降雨会引起5dB/km的损耗，所以在13GHZ，15GHZ 频段，一般最大中继距离在10km左右 在20GHZ以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里
• 相邻费涅耳区在收信点处产生的场强的相位相反； • 若以第一费涅耳区为参考,则奇数区产生的场强是使接收点
的场强增强,偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。
几个基本概念
费涅耳半径
费涅耳半径 The Fresnel Radius:
我们把费涅区上的任意一点到R-T连线的距离称为费涅耳区半径， 用F 表示。 当这一点为第一费涅耳区上的点时，此半径称为第一费涅耳区半 径。 第二...第N 个费涅耳区半径表达式：Fn= (n)1/2 x F1 上式中：F1为第一费涅耳半径。
➢上衰落：高于自由空间电平值的叫上衰落
➢下衰落：低于自由空间的电平值的叫下衰落
多径衰落Multipath fading和闪烁衰落(按衰落发生的物理成因划分):
➢闪烁衰落：主要是因为大气局部微小扰动引起电波射束散射所造成，各散射
波的振幅小，相位着大气变化而随机变化。结果它们在接收点的合成振幅变
化很小，对主波影响不大，因此，这种衰落对视距微波接力电路的稳定性影
线传播。
即：Re =KR
R为实际地球半径。
K值的实际测量平均值为4/3左右。但实际地段的K值和该地段的气象 有关，可以在较大范围内变化，影响视距传播。
各种衰落及抗衰落技术
衰落的种类
衰落
快衰落Rapid fading和慢衰落Slow fading(按持续时间划分):
➢慢衰落：持续时间长的叫慢衰落，其持续时间一般长达数分种到几小时。
➢快衰落：持续时间短的叫快衰落，一般发生在几秒到几分钟之间。
上衰落Up fading和下衰落Down fading(按接收点场强的高低划分):
响不大。
➢多径衰落：主要是由于多径传播造成的，它是视距传播信道深衰落的主要原
因。所谓多径传播，就是电波离开发射天线后，通过两条以上的不同路径到
达接收天线的传播现象。
衰落
各种衰落及抗衰落技术
衰落现象规律:
➢波长短，距离长，衰落严重 ➢跨水面，平原，衰落严重 ➢夏秋季衰落频繁 ➢昼夜交替时，午夜容易出现深衰落 ➢雨过天晴及雾散容易出现快衰落
微波通信的基本介绍
微波信号的频率范围
LF MF HF VHF UHF SHF EHF 红外 可见 线光
Microwave
10Km 1Km 100m 10m 1m 10cm 1cm 1mm f 30KHz 300KHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz
工业和天电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小
A0 = 自由空间损耗(Free Space Loss) M = 衰落储备(Fading Margin)
PRX G
M
Distance
微波通信的基本原理
• 几个基本概念 • 自由空间的电波传播 • 各种衰落及抗衰落技术 • 微波通信对设计的要求 • 干扰信号
各种衰落及抗衰落技术
• 衰落 • 大气吸收衰减 • 雨雾衰减 • 对流层对微波传播的影响 • 地面反射对微波传播的影响 • 数字微波的抗衰落技术
• 气象条件变化通常比较是缓慢的，因此受其影响产生的衰 落是慢衰落。
各种衰落及抗衰落技术
对流层对微波传播的影响
大气折射（ refraction in the atmosphere ）:
因为大气折射的影响，波在传播过程中，实际上是弯曲的。大气折
射的最后效果可看成电磁波在一个等效半径为 Re 的地球上空沿直
自由空间的电波传播
• 自由空间的定义 • 自由空间损耗的定义 • 自由空间损耗的计算
自由空间的电波传播
自由空间的定义
自由空间 Free Space:
又称为理想介质空间，它相当于真空状态的理想空间。 在这个空间中充满均匀的、理想的介质，它的导电率σ=0，介电常数ε=ε0=109/36π F/m(法拉/米)，导磁系数μ=μ0=4π×10-7 H/m （亨/米）。
➢ 这些圆和环我们可以把它们近似地看成，都为在垂直于地面且垂直与T与R间射线的 平面区域图形。
Line of sight
1st zone
The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sight
The First Fresnel Zone
几个基本概念
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition) 非涅耳区的能量分布:
• 经有关研究知道：在电波的传播空间中，在接收点的合成 场强，当费涅耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间 场强；