针对微波传输的抗衰落措施

广东省广播电视技术中心微波总站　蒋海鹰

　　微波在传输过程中，难以避免会受到大气、海面、地面、高大建筑物、山峰的折射和绕射等影响，导致信号衰落和失真，甚至中断。研究微波传输的特点，掌握微波传输过程中的所受到的影响进而减少信号衰落和失真，是微波通信工程师所面临的一个重要课题。

一、影响微波通信传输的主要因素

　　1．反射波对微波传输的影响

　　微波通信所使用的频率大部分在2GHz～20GHz的范围内，所以不同的地形条件，其反射系数及电平损耗是不同的。需要指出的是：当微波传输路径上有刀刃形的障碍物（或山峰）阻挡时，如果障碍物的尖峰恰好落在两个相邻的微波站的收信天线与发信天线的连线上，微波传输会增加6dB的电平衰耗；当障碍物的尖峰超出连线时，则电平衰耗将增加得更快，在实际应用中应避免这种情况出现，若有这种现象则可以通过改变微波传输线路或增高天线来改变传输特性。

　　2．大气层对微波传输的影响

　　微波接力通信是采用空间波传输的，而且是在距地面5km以下的对流层实现传输的，因此，收信电平受到对流层的影响非常大。波长小于2cm的微波波段，气体分子谐振易引起气体对电磁波能量的吸收；波长小于5cm的微波波段，由于雨、雾、雪等恶劣天气的影响，电磁波产生散射易造成能量的损耗。另外，由于大气层中不均匀气体的位置、形状随机变化，造成折射波、散射波与直射波之间在行程差上存在随机变化，进而使接收点上会呈现电磁波振幅和相位的大幅度起伏变化，造成微波传输的多径衰落。

　　（１）在平原地带，白天时微波的收信电平比较稳定，而早、晚时由于气象条件变化，可能会出现衰落现象，雨过天晴或雪过天晴之时，也容易出现深衰落现象；

　　（２）在山区，地形情况使微波反射系数很小，因而干涉性衰落也较小，但由于山区气象条件变化很大，雨天过后有时会出现超折射现象（电磁波的射线折射向地表面后，又从地表面产生反射，然后再重新折射），从而形成快衰落；另外，当两个微波站的站距较长时，不均匀大气层的反射也比较容易出现，易形成快速的深衰落。

　　3．多径衰落对微波传输的影响

　　大容量微波通信由于所占用的频带较宽，经多径传输后，各频率分量在空间的衰减程度上有很大差异，造成合成信号幅度和相位的大幅度失真，从而产生频率选择性衰落。随着大容量数字微波通信在通信领域的使用，数字微波通信经多径传输后，衰落情况非常严重。

二、常用的几种抗衰落措施

　　为了克服微波传输过程中的一系列不利影响，避免传输信号中断，降低微波信号的衰落和失真，维护人员采取了很多措施，常用的抗衰落措施主要有以下几种：

　　接收分集；

　　组成环路自愈网；

　　自适应均衡技术。

　　下面就几种常用的抗衰落措施作简要说明。

　　1．接收分集

　　接收分集就是将相关性较小（即不同时发生质量恶化）的两路以上的收信机输出信号进行选择或合成，减轻由于衰落所造成的影响。目前使用较多的接收分集的类型有空间分集、混合分集（空间分集＋频率分集）。接收空间分集就是在空间中不同的垂直高度上设置几副天线，同时接收一个发射天线发射的微波信号，然后进行合成或选择其中一个较强信号作为收信端的使用信号，有几副接收天线就称为几重分集。频率分集就是采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和接收同一信号，然后进行合成和选择，以减轻衰落对信号的影响。混合分集就是发端站用两个频率发送同一信号，收端站用垂直分隔的两副天线各自接收发端送过来的信号，再进行合成或选择。例如，广东省东莞～深圳的数字微波线路就采用了接收混合分集抗衰落措施，东莞的发端站用两个不同的频率在同一副天线上发送同一个信号给深圳，而深圳的收端站用上下相差10m、垂直分隔的两副天线接收东莞发过来的信号，同步送至收信机，通过分路滤波器后，采用快速同相中频合成方式合成出一路质量较好的信号。在接收端安装两副高度不同的天线，利用电磁波使信号通过不同行程到达不同天线来减少衰减，这种方法通常应用在大通路的微波干线上。在实际使用中，用两个不同的频率同时传送一个信号，在接收端对不同频率的信号进行合成，利用电磁波对不同频率、不同行程的信号减少或消除衰减，这种方法抗衰落效果较好，将这种方法与混合分集抗衰落措施一起使用效果更好。但同时需要注意的是，混合分集抗衰落措施对绕射衰落、雨雾吸收衰落的抵抗作用不明显，这时只有依靠适当增大天线增益或增大发信功率来实现抗衰落；另外，混合分集抗衰落措施使用两个不同的频率同时传送一个信号，这在频率十分紧张的无线频段，容易造成频率使用效率低的情况。

　　2．组成环路自愈网

　　组成环路自愈网就是由多个微波站组成一个环路，其中任一微波站，它使用的信号来自两个不同的方向，当某一个方向的信号由于衰落而中断时，该微波站自动使用另一个方向的信号，从而避免信号的完全中断。例如，广东省的广州、东莞、深圳、珠海、中山、新会就组成了一个微波环路，保证了沿线各站信号的安全传输。这种方法主要是利用电磁波在不同的通路中传输时，不可能同时中断的特点来实现抗衰落的。环路自愈网一般是在断面非常差的微波站或特别重要的微波站中使用。需强调的是，这种方式下同一个微波站向两个方向传输的都是同一个信号，大大浪费了系统资源。

　　3．自适应均衡技术

　　在模拟微波通信系统中，为了改善电路的群时延和微波增益特性，使用了均衡器，但它仅仅对静态特性进行了补偿。数字微波通信系统占用了更宽的频带，当发生信号衰落时，其通带内的振幅特性是时刻变化着的，为了使其能自动平坦化，就必须使用能自适应时间特性变化的自适应均衡器。对抗衰落的自适应均衡器可分为两类：频域自适应均衡器，它用可变谐振器对幅频特性的一次和二次特性进行补偿；时域自适应均衡器，当引起电路衰落的两个波的时延非常大，以致于在所需频带内产生两个凹点时，只有一个谐振电路的均衡器不能补偿这样的频率特性，可采用时域自适应均衡器来进行补偿。在实际电路中，往往同时采用频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，最大限度地提高电路的抗衰落能力。广东省广州～东莞～深圳的数字微波线路就采用了频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，在FRX的解调器中采用了时域自适应均衡器（21抽头的横向均衡器及判决反馈器）来克服选择性衰落和平衰落；采用频域自适应均衡器来减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变，从而提高电路的抗衰落能力，大大提高了电路运行的稳定性。

三、应用抗衰落措施的一些建议

　　在实际工作中，我们通过长期观察发现，在微波通信中，不能仅仅使用一种抗衰落措施，而应同时结合使用多种抗衰落措施。例如，在微波干线上使用空间分集，但是在站距小于30km时，可以不用空间分集，因为此时站距短，空间损耗小，有足够的衰落储备，空间衰落不易发生。另外，尽量不要使用频率分集和环路自愈网作为主要的抗衰落措施，因为这样会浪费网络资源，特别是频率分集，用两个频率传送同一个信号，造成频率利用率低。

　　在其它抗衰落措施的效果都不明显时，在某些断面非常差的微波站和某些特别重要的微波站应使用环路自愈网。

　　在各个微波站的设备上都安装频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，将各种抗衰落措施结合起来使用，可以大大减少微波传输中的不利影响，提高电路传输的稳定性。

　　随着数字微波通信的发展，抗衰落技术将更加完善，自动发信功率电平控制、数字时钟再生、多电平前向纠错编码、同频异级化干扰抵消器、使用数字余弦滚降滤波器的高质射频、高速度带早期预警的无损伤倒换保护、奇偶校验前１误码倒换开关、每跳的无损伤倒换开关等抗衰落措施的使用，将大大减少微波传输中的不利影响，使微波更好地为通信网络服务。


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