数字微波接力系统中的交叉极化鉴别率供参习.doc

数字微波接力系统中的交叉极化鉴别率 　　摘要：本文论述了在数字微波接力系统中交叉极化鉴别率(XPD)性能劣化的机理和传播模型，提供了在多径传播条件下XPD性能的计算机模拟计算结果和实际测得的典型天线的XPD的统计分布。　　关键词：微波接力系统　XPD　传播一、概　述　　为了增加通信容量，而不增加所使用的带宽，在数字微波接力系统中除了采用多状态调制方式外，还广泛采用交叉极化频率重复使用技术，即在同一路由中在同一频率上利用两个正交极化独立传输不同的数字信号。显然，为了使一个极化(如垂直极化)上传输的信号不致严重干扰另一个极化(如水平极化)上传输的信号，要求传输系统的XPD(俗称极化去耦)足够高。XPD是指当发射天线发射一个极化a时，在同极化上接收到的信号电平ac与在交叉极化上接收到的信号电平ax之比。在许多场合，我们还经常遇到交叉极化隔离(XPI)的概念，它是指两个信号以同一电平在正交极化a和b上发射时在给定的接收信道上的同极化信号(ac或bc)与在该信道中的交叉极化信号(bx或ax)之比。　　在实际测试中一般测量XPD时，同极化信号ac和交叉极化信号ax是独立测试的，测试时不存在正交叉极化的发射信号b。在实用上，XPD和XPI都用分贝来表示，而且常常看作同义词。　　电磁波在通过大气传播的过程中，在一个极化状态中传输的某些能量可能会转换成正交极化的能量，即XPD的劣化，造成所传输的两个极化信号之间的干扰。产生XPD劣化的原因有两类：一类是沉降物效应，如降雨、冰晶或沙暴、尘暴的影响；另一类是多径传播效应。　　降雨所造成XPD劣化是由于雨滴呈扁园形，并且底部凹陷而造成的。其它沉降物对XPD的效应都与它们的形状有关，这里不再详述，可参考ITU-R P.722-3报告(1990)。　　对采用正交极化频率复用技术的大容量数字微波系统特别是SDH微波系统而言，主要工作于10GHz以下频段。在这些频段沉降物的效应不太显著，造成XPD劣化的主要原因是多径传播。下面着重讨论净空条件下多径传播引起的XPD劣化。　　在多径衰落条件下，可把造成XPD劣化的机理分为两组，一组与天线交叉极化方向性图无关，另一组与天线交叉极化方向图有关。　　第一组的主要机理是散射或反射的传输媒质除了同极化波外，还产生交叉极化散射波。这里有三种可能性：(1) 由于沿传输路径上的湍流的不均匀性产生的同极化信号的去极化；(2) 由于从倾斜的大气层上的反射产生的同极化信号的间接分量的去极化；(3) 由于沿传输路径上地面或水表面的散射或反射引起的同极化的间接分量的去极化。第二组机理中的交叉极化不是仅仅由传播媒质所产生的，而是由天线的交叉极化方向图的附加效应一起产生的，有四种可能性：(1) 从大气层反射的信号或通过大气层折射的信号经天线的交叉极化方向性图的间接分量的耦合；(2) 除了从地面或水表面反射外，与(1)相同；(3) 除了在大气和地面之间的多次反射外，与(1)相同；(4)直接波以偏离轴向的角度向接收天线方向折射弯曲。　　所有这些机理在某种程度上都会产生，但是可以得到的证据证明，在XPD严重下降的时候，只有一种或二种机理起主要作用。在所有情况下，XPD的最严重的降低都与同极化信号的多径衰落联系在一起。根据具有不同交叉极化方向性图的两个或更多个接收天线的测量结果表明，主要的交叉极化机理似乎是两种多径机理(大气或表面)，它们与收发天线的交叉极化方向性图互相起作用。其中哪一个多径起主要作用仍不清楚，在跨越陆地和跨越水面的路径上可能是不同的。而且，在同一路径上，这些机理可能有近似相等的作用，并且表面和大气层之间的相互作用(极端情况下以地面为基础的管道效应)可能是重要的。 二、 信道模型　　如上所述，在净空条件下，XPD的劣化与大气和天线的交叉极化方向性图有关。我们用一般化的公式来表示： Eo=R.S.T.Ei=M.Ei Ei为发射天线输入口的场强，Eo为接收天线输出口的场强；T和R分别为发射天线和接收天线的传输矩阵；S为传播媒质的传输矩阵；M为总的传输矩阵；分别表示如下： 　　一般情况下：XPDVXPIV，XPDHXPIH。　　在正常接收场情况下，传播的影响如下： SVV=SHH=1，SVH=SHV=0 　　设　　　天线对准时，有gR=gT=1，则 XRN=-20log(xR)XTN=-20log(xT) 　　在多径传播条件下，频率选择性效应是最重要的因素。计算机模拟分析的结果如图 1和图 2所示。图 1和图 2分别表示天线本身的XPD为48dB和35dB时同极化衰减(CPA)与XPD的关系。　　图中粗线表示统计的中值，虚线表示90%和10%值。由图可以看出，曲线的形状与交叉极化天线方向图有相当大的关系，也与接力段情况有关。即使没有衰落或出现上衰落时，XPD都会