一.前言

　　在SDH數字微波電路設計與實踐過程中，長站距和跨海電路一直是設計和運行的重點和難點，此類電路的指標好壞很大程度上決定了整條電路的可用性指標的好壞。本文通過對不同傳播條件和衰落類型的分析，研究相應有效的抗衰落措施，指導長站距和跨海電路設計，并實際電路中應用實踐。

　　二.微波電路設計主要考慮的衰落類型

　　在微波通信中衰落會產生兩個主要影響，即接收電平下降和由于衰落的頻率選擇性而引起的傳輸波形失真。在微波電路設計中，主要考慮的衰落有兩種類型，一種是平衰落，另外一種是由于多徑衰落而產生的頻率選擇性衰落對傳輸信道的影響。

　　三. 抗衰落的主要技術措施

　　抗衰落的技術措施大體上包括利用地形、天線高差降低衰落影響和分集的抗衰落措施兩大類，而且這兩類抗衰落措施經常結合使用，其中的大部分措施可以同時減輕這兩種衰落的影響。通常，利用地形和天線高差的抗衰落措施要比分集的抗衰落措施更加經濟，但對于某些衰落比較嚴重的情況，分集接收技術還是非常必要和有效的抗多徑衰落措施。另外，微波設備自身采用自適應均衡（包括頻域自適應均衡和時域自適應均衡）、前向糾錯編碼等技術也是常用的抗多徑衰落措施。

　　1. 利用地形和天線高差降低衰落影響的措施

　　(1)障礙物阻擋反射波

　　在保證正常通信所需要的路徑余隙前提下，可以利用傳播路徑上的丘陵、高山或建筑物等障礙物來對反射波進行有效阻擋，尤其是當反射點位于海面、平原、表面平滑的丘陵或建筑物頂時。這就需要我們在路由選擇和天線高度設計時進行詳細計算，使等效地球半徑系數K值在一定范圍內變化時可以利用地形來對反射波進行阻擋，從而降低K型衰落的影響。

　　(2)將反射點移至粗糙反射面

　　另一種方法是通過調整微波鏈路一端或者兩端的天線高度，而把反射點移至相對粗糙的表面。例如，對于沿途為水面的路徑，可以通過調整天線高度把反射點移出水面，而落到覆蓋有樹木或植物的島嶼或陸地表面。通過鏡面反射原理我們知道，反射點是靠近天線掛高相對較低，而遠離天線掛高相對較高的一端。

　　對于光滑球面上反射點的位置按照如下公式進行計算：

　　式中：d1為反射點距一端的距離，d2=d-d1(km)，d為站距(km)，h1、h2和h0分別為兩端天線及反射點的海拔高度(m)。

　　(3)利用天線高低技術使反射點靠近路徑一端

　　傳播路徑余隙HC的計算公式如下：

　　式中：d1為反射點距一端的距離，d2=d-d1（km），d為站距（km），K為等效地球半徑系數，R為地球半徑，Hs為反射點海拔高度。

　　由HC的計算公式可見，隨著等效地球半徑系數K的等值變化，當反射點位于路徑中點（d1=d2=d/2）時，反射點的余隙變化量△Hc最大；而當反射點靠近路徑一端時，△Hc則明顯減小。而余隙變化量△Hc越小，電磁波的衰落變化則越小。由圖1也可以非常直觀的得出上述結論。

圖1 斷面圖

　　因此，在微波路由和天線掛高選擇時，我們盡量選擇兩端天線高差大的路徑，這樣可使反射點盡量靠近路徑的一端，可使余隙Hc在相同的K值變化范圍內的變化最小，從而可減小衰落變化。 

　　以上這幾種利用地形或天線高差的抗多徑傳播措施對于電路級別相對較低，而且投資比較緊張的電路而言是非常經濟和有效的。

　　2. 分集的抗衰落措施

　　分集接收技術是一種非常重要的抗多徑衰落的措施。分集接收大體上包括頻率分集、空間分集和角度分集三種，二在微波電路設計中最常用到的是頻率分集和空間分集技術。

　　(1)頻率分集

　　頻率分集接收就是信號在具有一定頻率間隔的兩個頻率同時傳輸，在接收端進行選擇或合成，由于頻率不同，因此它們同時發生深衰落的概率減小，從而起到分集改善效果。頻率分集對頻率選擇性衰落引起的中斷改善效果非常明顯。這主要是因為頻率不同的各波道間衰落深度的相關性很高，但它們之間的色散相關性卻很低。

　　(2)空間分集

　　① 空間分集的定義

　　空間分集接收就是接收端在相隔一定的空間距離上設置兩個以上天線，并同時接收一個發送天線的信號，然后選擇或合成出一個更強的信號，由于電磁波到達每個接收天線的行程不同，因此它們同時發生深衰落的概率減小，從而起到分集改善效果。

　　對于空間分集接收，一般采用垂直空間分集接收方式，這主要是因為在相同空間間距的條件下，兩個天線垂直放置要比水平或其它方向放置時的波束相關性要小，從而空間分集改善效果也就越好。

　　對于垂直空間分集，我們有如下空間分集改善系數的經驗公式：

　　其中：S為分集接收天線間的垂直間距(m)，f為工作頻率（GHz），d為站距（km），P0為多徑衰落發生因子（%），FM為平衰落儲備（dB），V為接收端兩個空間分集天線的增益差（dB），K為氣候因子，△h為發射和接收天線的掛高差（m），hL為發射和接收天線中海拔較低那個天線的海拔高度（m）。在實際鏈路計算中，對空間分集改善系數Isd的取值一般不超過200。

　　② 垂直空間分集距離的選取

　　分集間距增加到一定程度后分集改善系數幾乎不再變化。這主要是因為數字微波系統的空間分集改善效果主要取決于兩條路徑頻率選擇性衰落分量（直觀上看就是凹口深度）的相關性，當空間分集間距加大到一定程度后，凹口深度間的相關系數已經變為零，繼續加大分集距離也無法使凹口深度間的相關性進一步降低，因此繼續加大空間分集間距已經沒有任何意義，并不會使電路的中斷率進一步減小。對于SDH數字微波系統而言，垂直空間分集間距一般取為10-15米。

　　③ 空間分集接收合成技術

　　空間分集接收合成技術主要包括最大功率合成(MAP)、最小色散合成(MID)、最大功率/最小色散混合合成及最小誤碼率合成（MIB）等幾種。其中最大功率合成和最小色散合成均是在中頻完成合成，最小誤碼率合成則是在基帶完成合成。

　　常用的最小誤碼率合成是以系統的誤碼率最小為準則，通過對主用和分集信號的功率和兩者間的相位差同時進行調整和補償，以最終達到使誤碼率最小的目的。該合成方式并不象最大功率/最小色散混合合成方式那樣把信號功率和帶內色散（波形失真）分別單獨考慮，而是把二者結合起來綜合考慮，通過補償控制主用和分集信號的振幅及兩者之間的相位差，以達到誤碼率最小的目的。 

　　通常，為了提高分集改善效果，空間分集和頻率分集經常相互配合使用，即發信端用兩個不同的頻率發送同一信號，收信端用垂直分隔的兩副天線同時各自接收兩個頻率的信號，并進行適當的合成輸出；而空間分集一般也與角度分集相互配合使用。我們一般將多種分集方式相結合的分集方式稱為混合分集，其分集改善效果要明顯好于單一的分集方式。

　　3. 自適應均衡技術

　　自適應均衡方面，可采用目前流行的分數抽頭間隔(FSE)的自適應基帶均衡器，對時延不敏感；其算法為盲均衡、最小均方根算法(MMSE)、和恒模算法(CMA)，能夠實現與載波相位無關，在多徑衰落波形嚴重失真時都能完成載波恢復。系統的色散衰落儲備保證值高達50dB/6.3ns； 

　　4.均衡技術結合分集技術抗衰落效果

　　把均衡技術和分集基帶合成技術結合起來，對抗衰落也有很好的效果。

　　對抗平衰落方面，如圖2所示，曲線①表示單純采用均衡技術時的情況；曲線②表示結合了基帶合成技術后的情況，可以看出，結合了基帶合成技術后，在C/N 方面的改善達到了3dB。

圖2 

　　對抗選擇性衰落方面，由圖3可看出結合了分集基帶合成技術以后的改善情況(BER=10E-6)，紅色的曲線為改善后的特征曲線。

圖3　　

　　四. 長站距和跨海設計實例

　　廣東省廣播電視ＳＤＨ微波電路有３跳電路站距超過１００公里，其中最長站距為１０７．８１公里；另有有１跳電路跨海面，站距為７６．９１公里。這４跳電路的設計都應用了上述的抗衰落措施和技術，實際傳輸情況達到了設計指標，滿足電路可用度指標。[page]

　　1. 長站距傳輸設計

　　本文以最長站距為例，該條電路站距１０７．８１公里，Ａ型斷面。一個站址海拔高度為1065米，天線采用3.7米直徑，分集天線也是3.7米直徑，分集間距取10米；另一個站址海拔高度為1690米，采用天線和分集間距與對端站相同，設備發信功率為３３ｄＢｍ，采用基帶最小誤碼合成技術和自適應技術。該跳斷面如圖４所示。圖中紅色線為多徑衰落分析。

圖4

　　該跳電路雖然站距長，但其斷面為Ａ型，適合傳輸，二側相對高差有625米，傳播及傳輸條件較好，形成波導型衰落現象的概率較低。根據多徑反射分析，Ｋ=4/3和Kmax時存在反射現象，反射點位置落在43公里處，根據分析這種反射不會形成深度干涉現象。Kmin時反射波將被阻擋。由于電路較長，平衰落和頻率選擇型衰落特性都是本跳要解決的重點。該段最大理論衰落深度預測為44.29dB，綜合考慮斷面和技術措施，保守的估計衰落深度將不超過35dB，在結合設備指標，衰落深度將被控制在25dB 左右。而本段平衰落儲備高達36.5dB，凈衰落儲備高達36dB，綜合分集改善度達28dB。傳輸電平接收水平比較正常，衰落儲備足夠。電路運行應較為穩定。實際傳輸效果也應驗了設計指標。

　　2. 跨海電路設計

　　跨海電路站距為76.91公里，D型斷面，屬長站距跨海路由，是電路傳輸條件最困難的傳輸段。一個站址海拔高度為520米，主天線采用3.7米直徑，分集天線也是3.7米直徑，分集間距取10米；另一個站址海拔高度為650米，采用的天線與對端站相同。該條斷面圖如５所示，圖中紅色線為多徑衰落分析。

圖5

　　該跳跨越海面，反射點位置落在35公里處。該段海灣水面比較平靜，因此屬鏡面強反射斷面，另外考慮海水潮汐影響和大氣候折射（K值）疊加的復雜關系，在傳播及傳輸設計中充分考慮了這種跨海電路的反射和多徑衰落特性，模擬海水潮汐每天二潮的特性和夏季臺風季節的海潮特性，從-5米至+10米的海潮漲幅，準確設計分集天線的接收特性，利用反射波入射角和反射角特性，直射波和反射的行程差特性關系，天線的主瓣和旁瓣特性，反射波散射特性等多項復雜因數。將反射波干涉強度降低至最小。該段最大理論衰落深度預測為63.58dB，保守的估計衰落深度將在40dB 左右，結合設備指標，衰落深度能控制在30dB 左右。而本段平衰落儲備高達37.8dB，凈衰落儲備高達37.2dB，綜合分集改善度達34dB。該段頻率選擇性衰落及色散衰落也很嚴重。除了空間分集間距設計考慮了降低頻率選擇性衰落及色散衰落發生的概率，同時結合設備的分集接收基帶最小誤碼合成技術，基帶數字時域盲均衡/最小均方根算法（MMSE）/恒模算法（CAM）等均衡技術和自動時延補償等技術的綜合運用能力，特征曲線的面積大大縮小，使該段電路能夠安全穩定及可靠地運行。

　　五．總結

　　（1）利用地形和天線高差的抗衰落措施是一種既經濟又有效的抵抗多徑干擾的有效手段，它們與分集的抗衰落措施相結合會產生很好的抗衰落效果；

　　（2）對于大容量SDH數字微波系統而言，分集改善效果并不是隨著垂直空間分集距離的增加而一直增加，需要尋求一個經濟性與有效性的完美結合點； 

　　（3）最小誤碼率合成由于綜合考慮了信號功率和帶內色散（波形失真）兩方面的因素，因此是一種非常有效的空間分集合成方式，具有較好的抗平衰落和選擇性衰落的效果；B&P

參考文獻

　　1.ITU-R P.530-10，“Propagation data and prediction methods required for the design of terrestrial line-of-sight system”，2001

　　2.陳如明，“大容量數字微波傳輸系統工程”，人民郵電出版社，1998

　　3.傅海陽，“SDH數字微波傳輸系統”，人民郵電出版社，1998