一.前言
在SDH数字微波电路设计与实践过程中，长站距和跨海电路一直是设计和运行的重点和难点，此类电路的指标好坏很大程度上决定了整条电路的可用性指标的好坏。本文通过对不同传播条件和衰落类型的分析，研究相应有效的抗衰落措施，指导长站距和跨海电路设计，并实际电路中应用实践。
二.微波电路设计主要考虑的衰落类型
在微波通信中衰落会产生两个主要影响，即接收电平下降和由于衰落的频率选择性而引起的传输波形失真。在微波电路设计中，主要考虑的衰落有两种类型，一种是平衰落，另外一种是由于多径衰落而产生的频率选择性衰落对传输信道的影响。
三. 抗衰落的主要技术措施
抗衰落的技术措施大体上包括利用地形、天线高差降低衰落影响和分集的抗衰落措施两大类，而且这两类抗衰落措施经常结合使用，其中的大部分措施可以同时减轻这两种衰落的影响。通常，利用地形和天线高差的抗衰落措施要比分集的抗衰落措施更加经济，但对于某些衰落比较严重的情况，分集接收技术还是非常必要和有效的抗多径衰落措施。另外，微波设备自身采用自适应均衡（包括频域自适应均衡和时域自适应均衡）、前向纠错编码等技术也是常用的抗多径衰落措施。
1. 利用地形和天线高差降低衰落影响的措施
(1)障碍物阻挡反射波
在保证正常通信所需要的路径余隙前提下，可以利用传播路径上的丘陵、高山或建筑物等障碍物来对反射波进行有效阻挡，尤其是当反射点位于海面、平原、表面平滑的丘陵或建筑物顶时。这就需要我们在路由选择和天线高度设计时进行详细计算，使等效地球半径系数K值在一定范围内变化时可以利用地形来对反射波进行阻挡，从而降低K型衰落的影响。
(2)将反射点移至粗糙反射面
另一种方法是通过调整微波链路一端或者两端的天线高度，而把反射点移至相对粗糙的表面。例如，对于沿途为水面的路径，可以通过调整天线高度把反射点移出水面，而落到覆盖有树木或植物的岛屿或陆地表面。通过镜面反射原理我们知道，反射点是靠近天线挂高相对较低，而远离天线挂高相对较高的一端。
对于光滑球面上反射点的位置按照如下公式进行计算：
式中：d1为反射点距一端的距离，d2=d-d1(km)，d为站距(km)，h1、h2和h0分别为两端天线及反射点的海拔高度(m)。
(3)利用天线高低技术使反射点靠近路径一端
传播路径余隙HC的计算公式如下：
式中：d1为反射点距一端的距离，d2=d-d1（km），d为站距（km），K为等效地球半径系数，R为地球半径，Hs为反射点海拔高度。
由HC的计算公式可见，随着等效地球半径系数K的等值变化，当反射点位于路径中点（d1=d2=d/2）时，反射点的余隙变化量△Hc最大；而当反射点靠近路径一端时，△Hc则明显减小。而余隙变化量△Hc越小，电磁波的衰落变化则越小。由图1也可以非常直观的得出上述结论。
图1 断面图
因此，在微波路由和天线挂高选择时，我们尽量选择两端天线高差大的路径，这样可使反射点尽量靠近路径的一端，可使余隙Hc在相同的K值变化范围内的变化最小，从而可减小衰落变化。
以上这几种利用地形或天线高差的抗多径传播措施对于电路级别相对较低，而且投资比较紧张的电路而言是非常经济和有效的。
2. 分集的抗衰落措施
分集接收技术是一种非常重要的抗多径衰落的措施。分集接收大体上包括频率分集、空间分集和角度分集三种，二在微波电路设计中最常用到的是频率分集和空间分集技术。
(1)频率分集
频率分集接收就是信号在具有一定频率间隔的两个频率同时传输，在接收端进行选择或合成，由于频率不同，因此它们同时发生深衰落的概率减小，从而起到分集改善效果。频率分集对频率选择性衰落引起的中断改善效果非常明显。这主要是因为频率不同的各波道间衰落深度的相关性很高，但它们之间的色散相关性却很低。
(2)空间分集
① 空间分集的定义
空间分集接收就是接收端在相隔一定的空间距离上设置两个以上天线，并同时接收一个发送天线的信号，然后选择或合成出一个更强的信号，由于电磁波到达每个接收天线的行程不同，因此它们同时发生深衰落的概率减小，从而起到分集改善效果。
对于空间分集接收，一般采用垂直空间分集接收方式，这主要是因为在相同空间间距的条件下，两个天线垂直放置要比水平或其它方向放置时的波束相关性要小，从而空间分集改善效果也就越好。
对于垂直空间分集，我们有如下空间分集改善系数的经验公式：
其中：S为分集接收天线间的垂直间距(m)，f为工作频率（GHz），d为站距（km），P0为多径衰落发生因子（%），FM为平衰落储备（dB），V为接收端两个空间分集天线的增益差（dB），K为气候因子，△h为发射和接收天线的挂高差（m），hL为发射和接收天线中海拔较低那个天线的海拔高度（m）。在实际链路计算中，对空间分集改善系数Isd的取值一般不超过200。
② 垂直空间分集距离的选取
分集间距增加到一定程度后分集改善系数几乎不再变化。这主要是因为数字微波系统的空间分集改善效果主要取决于两条路径频率选择性衰落分量（直观上看就是凹口深度）的相关性，当空间分集间距加大到一定程度后，凹口深度间的相关系数已经变为零，继续加大分集距离也无法使凹口深度间的相关性进一步降低，因此继续加大空间分集间距已经没有任何意义，并不会使电路的中断率进一步减小。对于SDH数字微波系统而言，垂直空间分集间距一般取为10-15米。
③ 空间分集接收合成技术
空间分集接收合成技术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误码率合成（MIB）等几种。其中最大功率合成和最小色散合成均是在中频完成合成，最小误码率合成则是在基带完成合成。
常用的最小误码率合成是以系统的误码率最小为准则，通过对主用和分集信号的功率和两者间的相位差同时进行调整和补偿，以最终达到使误码率最小的目的。该合成方式并不象最大功率/最小色散混合合成方式那样把信号功率和带内色散（波形失真）分别单独考虑，而是把二者结合起来综合考虑，通过补偿控制主用和分集信号的振幅及两者之间的相位差，以达到误码率最小的目的。
通常，为了提高分集改善效果，空间分集和频率分集经常相互配合使用，即发信端用两个不同的频率发送同一信号，收信端用垂直分隔的两副天线同时各自接收两个频率的信号，并进行适当的合成输出；而空间分集一般也与角度分集相互配合使用。我们一般将多种分集方式相结合的分集方式称为混合分集，其分集改善效果要明显好于单一的分集方式。
3. 自适应均衡技术
自适应均衡方面，可采用目前流行的分数抽头间隔(FSE)的自适应基带均衡器，对时延不敏感；其算法为盲均衡、最小均方根算法(MMSE)、和恒模算法(CMA)，能够实现与载波相位无关，在多径衰落波形严重失真时都能完成载波恢复。系统的色散衰落储备保证值高达50dB/6.3ns；
4.均衡技术结合分集技术抗衰落效果
把均衡技术和分集基带合成技术结合起来，对抗衰落也有很好的效果。
对抗平衰落方面，如图2所示，曲线①表示单纯采用均衡技术时的情况；曲线②表示结合了基带合成技术后的情况，可以看出，结合了基带合成技术后，在C/N 方面的改善达到了3dB。
图2
对抗选择性衰落方面，由图3可看出结合了分集基带合成技术以后的改善情况(BER=10E-6)，红色的曲线为改善后的特征曲线。
图3
四. 长站距和跨海设计实例
广东省广播电视ＳＤＨ微波电路有３跳电路站距超过１００公里，其中最长站距为１０７．８１公里；另有有１跳电路跨海面，站距为７６．９１公里。这４跳电路的设计都应用了上述的抗衰落措施和技术，实际传输情况达到了设计指标，满足电路可用度指标。[page]
1. 长站距传输设计
本文以最长站距为例，该条电路站距１０７．８１公里，Ａ型断面。一个站址海拔高度为1065米，天线采用3.7米直径，分集天线也是3.7米直径，分集间距取10米；另一个站址海拔高度为1690米，采用天线和分集间距与对端站相同，设备发信功率为３３ｄＢｍ，采用基带最小误码合成技术和自适应技术。该跳断面如图４所示。图中红色线为多径衰落分析。
图4
该跳电路虽然站距长，但其断面为Ａ型，适合传输，二侧相对高差有625米，传播及传输条件较好，形成波导型衰落现象的概率较低。根据多径反射分析，Ｋ=4/3和Kmax时存在反射现象，反射点位置落在43公里处，根据分析这种反射不会形成深度干涉现象。Kmin时反射波将被阻挡。由于电路较长，平衰落和频率选择型衰落特性都是本跳要解决的重点。该段最大理论衰落深度预测为44.29dB，综合考虑断面和技术措施，保守的估计衰落深度将不超过35dB，在结合设备指标，衰落深度将被控制在25dB 左右。而本段平衰落储备高达36.5dB，净衰落储备高达36dB，综合分集改善度达28dB。传输电平接收水平比较正常，衰落储备足够。电路运行应较为稳定。实际传输效果也应验了设计指标。
2. 跨海电路设计
跨海电路站距为76.91公里，D型断面，属长站距跨海路由，是电路传输条件最困难的传输段。一个站址海拔高度为520米，主天线采用3.7米直径，分集天线也是3.7米直径，分集间距取10米；另一个站址海拔高度为650米，采用的天线与对端站相同。该条断面图如５所示，图中红色线为多径衰落分析。
图5
该跳跨越海面，反射点位置落在35公里处。该段海湾水面比较平静，因此属镜面强反射断面，另外考虑海水潮汐影响和大气候折射（K值）叠加的复杂关系，在传播及传输设计中充分考虑了这种跨海电路的反射和多径衰落特性，模拟海水潮汐每天二潮的特性和夏季台风季节的海潮特性，从-5米至+10米的海潮涨幅，准确设计分集天线的接收特性，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关系，天线的主瓣和旁瓣特性，反射波散射特性等多项复杂因数。将反射波干涉强度降低至最小。该段最大理论衰落深度预测为63.58dB，保守的估计衰落深度将在40dB 左右，结合设备指标，衰落深度能控制在30dB 左右。而本段平衰落储备高达37.8dB，净衰落储备高达37.2dB，综合分集改善度达34dB。该段频率选择性衰落及色散衰落也很严重。除了空间分集间距设计考虑了降低频率选择性衰落及色散衰落发生的概率，同时结合设备的分集接收基带最小误码合成技术，基带数字时域盲均衡/最小均方根算法（MMSE）/恒模算法（CAM）等均衡技术和自动时延补偿等技术的综合运用能力，特征曲线的面积大大缩小，使该段电路能够安全稳定及可靠地运行。
五．总结
（1）利用地形和天线高差的抗衰落措施是一种既经济又有效的抵抗多径干扰的有效手段，它们与分集的抗衰落措施相结合会产生很好的抗衰落效果；
（2）对于大容量SDH数字微波系统而言，分集改善效果并不是随着垂直空间分集距离的增加而一直增加，需要寻求一个经济性与有效性的完美结合点；
（3）最小误码率合成由于综合考虑了信号功率和带内色散（波形失真）两方面的因素，因此是一种非常有效的空间分集合成方式，具有较好的抗平衰落和选择性衰落的效果；B&P
参考文献
1.ITU-R P.530-10，“Propagation data and prediction methods required for the design of terrestrial line-of-sight system”，2001
2.陈如明，“大容量数字微波传输系统工程”，人民邮电出版社，1998
3.傅海阳，“SDH数字微波传输系统”，人民邮电出版社，1998