微波电路设计基础备课讲稿.doc

一、 基础
1、 数字微波应用
微波是无线电波的一种。
在我国无线电广播按波长分为：长波(LW) 波长在介于1000～2000米，中波(MW)波长在介于200-600米、短波(SW）波长在介于10～100米。
CDMA800工作波长（35.93~36.36、34.09~34.48）米。
在我国分配微波频率为：

微波通信的特点：
视距传输；电波在传播过程中遇到尺寸和工作波长相近的障碍物时，会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。
微波通信建设快、投资小、应用灵活；
传输质量可靠，抗干扰能力强。
至今与光缆通信和卫星通信并列为现代通信传输的三大支柱，在中等容量的网络中，微波传输是一种最灵活、适应性最强的通信手段。
在移动网络中的应用：
在移动接入网络中，随着网络不断扩容和无缝覆盖的需求，新建了大量移动基站，如城区的“楼宇室内覆盖”，边远地区的“边际网覆盖”，沿海地区“海岛移动覆盖”。 但由于市政建设限制（如架空线难、开挖路面铺管道难），在自然环境很恶劣的山区和海洋，光缆建设非常困难、造价太高，造成大量光纤死角，部分基站的接入必须采用无线方式解决，产生了大量无线传输需求。
如沿海城市大连，拥有诸多的岛屿，岛屿上的移动通信成为大连移动提高移动网络覆盖率的重要任务。大连采用SDH微波作为各海岛移动基站的中继链路，并通过与光传输系统的连接，组成完整的传输网络。

SDH微波链路干线全长162.28公里，支线全长66.68公里，最长站距34.80公里，最短站距6.89公里，平均站距19.08公里，且全部为跨海电路（跨海微波链路的设计，由于海面环境和气候情况复杂，通常是所有微波应用中难度最大）。
使用微波设备不仅可以缓解传输网络资源不足的压力。而且提高了整个网络工程进度，降低了整个网络投资。
在移动核心网络中， 微波设备可提供高达2.5Gbps的传输容量，用来与光纤混合组网,作为城域光环和重要链路的备份。
在3G网络中，Node-B对传输容量要求已经远远的大于2G网络中BTS对传输容量的要求，Node-B上已经不再只有E1接口, 而是可以提供STM-1接口和IP接口的基站。因此，带来移动基站传输接入网络的升级和扩容需求。当今，数字微波设备在统一平台上同时可以传输TMD和IP业务，容量可以从E1～STM-1，同时满足2G、3G以及2G/3G共站传输的需求。
在移动应急通信或临时通信中，如移动应急通信车等。

2、 自由空间的电波传播
2.1、 自由空间传播损耗
在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，也就是说，总能量并没有被损耗掉。
LT-R=20lg(4πLKm/λ)
=32.45+20lgfMHz+20lgLkm
=92.45+20lgfGHZ+20lgLkm
上式中：
LT→R------T和R间的直接视通的自由空间衰减（单位为dB）。
Lkm-------T和R间的距离。（单位为Km）
λ------传播电波的波长（单位为米）。
fMHz, fGHZ-------传播电波的频率，单位分别为MHZ、和GHZ

设发信功率Pt=1W，工作频率f=3.8GHz，两站相距45km，收发天线增益Gt＝Gr＝39dB，收发两端馈线系统损耗Lft＝Lfr＝2 dB，收发两端分路系统损耗Lbt＝Lbr＝1 dB。求：在自由空间传播条件下接收机的输入电平和输入功率。

解：
Pt=10lg1000mW＝30 dBm
在自由空间传播条件下，自由空间传播损耗：
Ls（dB）=92.45.4+20lg 45 +20lg 3.8≈137 dB
Pr（dBm）＝Pt（dBm）+（Gt+Gr）－（Lft＋Lfr）－（Lbt＋Lbr）－Ls
=30+(39+39)-(2+2)-(1+1)-137
=-35 dBm
Pr(mW)=10-35/10=0.00032 mW=0.32 μW
2.2、 费涅耳区半径
惠更斯原理：
光和电磁波都是一种振动，振动源周围的媒质是有弹性的，一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点，并依次向外扩展，而成为在媒质中传播的波。
根据惠更斯-费涅耳原理，在电波的传输过程中，波阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波源，这种波源称为二次波源。而空间任一点的辐射场都是由包围波面的任意封闭曲面上各点的二次波源发出的波在该点相互干涉，叠加的结果。显然，封闭曲面上各点的二次波源到达接收点的远近不同，这就使得接收点的信号场强的大小发生变化，分析这种变化引入费涅耳区的概念。

由图可见r1+r2-d就是反射波和直射波的行程差Δr=nλ/2。显然当Δr是半波长的奇数倍时，反射波和直射波在R点的作用是相同的且是最强的，此时的场强得到加强；而Δr为半波长的偶数倍长时，反射波在R点的作用是相互抵消的，此时R点的场强最弱。我们就把这些n相同的点组成的面称为费涅耳区, 费涅耳区就是以收发点为焦点的一系列椭球面所包围的空间。
费涅耳区上一点P到收发点连线的垂直距离称为费涅耳区半径，用Fn表示。

2.2.1、 第一费涅耳区半径
当n=1 时，F1称为第一费涅耳区半径。

式中：
F1------第一费涅耳区半径，m；
λ------工作波长，m；
d------收发天线之间的距离为，Km;
d1、d2------分别为障碍点与收发天线之间的距离，Km；
2.2.2、 最小费涅耳区半径
理论证明，在相当于第1费涅尔区面积1/3的圆孔就能获得自由空间传播。F0代表该圆孔的半径，称为最小费涅尔区半径。

式中：
Fo------称为最小费涅尔区半径，m；
λ------工作波长，m；
f------工作频率，GHz；
d------收发天线之间的距离为，Km;
d1、d2------分别为障碍点与收发天线之间的距离，Km；

第一费涅尔半径 F1和最小费涅尔半径 F0是微波通路勘测中两个重要的物理参量, F0被称为障碍物禁区。
显然，当波长λ和距离d一定时，F0与d1、d2的位置有关，且中点（d1 = d2）处的F0最大。

3、 余隙
3.1、 余隙
传播余隙是指在微波传播路径的剖面图上，收发两点的连线与最高障碍物顶点之间的距离。如下图所示，hc即为余隙。

从图中几何关系可知，收发两点的连线在障碍点的高度h为：

h＝

考虑地球凸起he后，余隙hc等于：

式中：
a----为地球半径，单位为米。
H3—为微波中继剖面中，障碍点顶端的海拔标高；

4、 大气折射
4.1、 大气折射
从地面算起，垂直向上，可把大气分为6层，依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超离导以及逸散层。
对流层是指自地面向上大约10km范围的低空大气层。
对流层集中了整个大气质量的四分之三。
对流层的大气压力、温度及湿度都随离开地面的高度而变化、是不均匀的，会使电波产生折射。由于对流层的折射率随高度而变，因此电波在对流层中传输时会发生不断的折射，从而导致轨迹弯曲，这种现象称为大气折射。
折射率梯度
折射率梯度表示折射率随高度的变化率。折射率梯度不同，对流层中电波传播路径有如下三种类型：

1、零折射：
折射率＝0，对流层大气为均匀大气，电波射线为直线，射线的曲率半径为∞；
2、负折射：
折射率＞0，折射率随高度增加而增加，上层空间的电波射线速度小，下层空间电波射线速度大，电波传播的轨迹向上弯曲与地面的弯曲反向，称为负折射；

以上两种情况很少发生。

3、正折射：
折射率＜0，折射率随高度增加而减小，上层空间的电波射线速度大，下层空间电波射线速度小，电波传播的轨迹向下弯曲与地面的弯曲同向，称为正折射。
正折射中又可根据特殊的折射率分成三种特殊的折射：
（1）标准大气折射：在正常标准大气下的折射；
（2）临界折射：电波射线的曲率半径刚好等于地球的半径，水平发射的电波射线将与地球同步弯曲，形成一种临界状态；
（3）超折射：电波射线的曲率半径小于地球曲率的为超折射, 有逆温层（气温随高度增加）或水汽随高度急剧减小时，可以形成超折射。此时电波从上层折回，再被下层反射，似在波导内传播一样，产生这种现象的空气层称为大气波导。大气波导可在一个薄层内使电磁能向远方传播,这个薄层在对流层中可以是贴地面的,也可以是悬空的。
临界折射和超折射可使电波传播距离远远超过视距，特别是海上的大气波导，这也是有时能收到远地的超短波信号的主要原因。

4.2、 等效地球半径
由上所述，由于大气的折射作用，使实际的电波传播不是按直线进行，而是按曲线传播的，但为了链路附加衰落因子计算方便，仍假设电波射线按直线传播，而认为地球半径有了变化，即由实际半径变为等效半径。
定义等效地球半径因子K为 ：
＝
式中：
ae等效地球半径；
a 实际地球半径；

由上式可见：
负折射，折射率＞0、K＜1，等效地球半径ae减小；
正折射，折射率＜0、K＞1，等效地球半径ae增大；
4.3、 等效地球凸起高度

不考虑地球折射时，地球凸起高度he=,考虑大气的折射作用后，等效地球凸起高度he：
he=
式中：
d1------记录点到起始点的距离,(Km)；
d2------记录点到终点距离，(Km)；
he等效地面突起的高度------由于大气折射而产生的等效地面突起的高度（m）。
K----为等效地球半径系数；正常传输剖面图K =4/3，最坏气象传输剖面图KMIN =2/3；
a----为地球半径；一般取a=6370 km。
4.4、 余隙计算
前面没有考虑大气折射时电波传播余隙hc等于：

考虑大气的折射作用后，等效地球凸起高度he有了变化，所以余隙hc也发生了变化：

式中：
hc—为中继剖面中，发收两点间射线中心线在障碍点上方的传播余隙；单位为米。
H1——为中继剖面中，发端天线地面的海拔高度；单位为米。
h1--- 发端天线中心对地面的挂高；单位为米。
H2——为中继剖面中，收端天线地面的海拔高度；单位为米。
h2--- 收端天线中心对地面的挂高；单位为米。
d1——为中继剖面中，发端天线至障碍点的水平距离；单位为米。
d2——为中继剖面中，收端天线R至障碍点的水平距离；单位为米。
d—收发天线之间的距离d=d1+d2.
a----为地球等效半径，单位为米。
k----为地球等效半径系数，正常传输剖面图K =4/3，最坏气象传输剖面图KMIN =2/3
H3—为微波中继剖面中，障碍点顶端的海拔标高；一般在图中无树木的地方要考虑另加3米灌木杂草高度的余量；有树时也要根据出图日期，考虑一定的生长余量；单位为米。

从上式可见：
等效地球半径系数K＞1 正折射，等效地球半径变大，等效地面突起高度he减小，等效的余隙增大；
K＜1 负折射，等效地球半径变小，等效地面突起高度he增大，等效的余隙hc减小；

5、 大气造成的衰落
5.1、 大气造成的衰落
微波在空间传输中将受到大气效应和地面效应的影响，导致接收机接收的电平随着时间的变化而不断起伏变化，我们把这种现象称为衰落。

     衰落的大小与气候条件，站距的长短有关。衰落的时间长短不一，程度不一。有的衰落持续时间很短，只有几秒钟，称之为快衰落；有的衰落持续时间很长，几分钟甚至几小时则称之为慢衰落。衰落的出现将使得信号发生畸变。
接收电平低于自由空间传播电平的称之为下衰落。而接收电平高于自由空间的传播的电平时，则称为上衰落。显然慢衰落和下衰落对微波通信有很大的影响。

    从大气对电波的衰减的物理因素来看，有几种类型：
1、吸收衰落
大气中的云、雾、雨等小水滴对电波能量的热吸收以及水分子、氧分子对电波能量的谐振吸收，导致微波在传播的过程中的能量损耗而产生衰耗； 
云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收与小水滴的密度有关，例如大雨比小雨对电波的吸收要大。谐振吸收与工作波长有关，水分子的谐振吸收发生在1.35cm 与1.6mm的波长上，氧分子的谐振吸收发生在5mm与2.5mm的波长上。
对于频率较低的电磁波，站与站之间的距离是50km以下时，大气吸收产生的衰减相对于自由空间产生的衰减是微不足道的，可以忽略不计。
2、K型衰落。这是由于多径传输产生的干涉型衰落，它是由直射波和反射波在到达接收端时，由于行程差，使它们的相位不一样，在叠加时产生的电波衰落。由于这种衰落与行程差Δr有关，而Δr是随大气的折射参数K值的变化而变化的，故称为K型衰落。这种衰落在水面，湖泊，平滑的地面时显得特别严重。
     3、由于雨雾中的小水滴会使电磁波产生散射，从而造成电磁波的能量损失，产生散射衰减。此时接收点也可以接收到多径传来的这种散射波，它们的振幅和相位是随机的，这就使接收点的场强的振幅发生变化，形成快衰落。由于这种衰落是由于多径产生的，因此称之为闪烁衰落。这种衰落持续时间短，电平变化小，一般不会造成通信的中断。
4、波导型衰落。
5.2、 雨衰
当工作频率确定时，由于降雨越大衰减也越大，严重时可使电路严重误码甚至电路完全中断；在建设微波中继电路中确定工作频率时，一定要考虑当地的降雨影响，要使电路有足够的抗衰落储备,保证使传递的接收信号电平即使电路遇上雨衰落时始终在门限电平以上。根据工程中的相关经验，在了解了当地最大降雨强度和它的分布规律以后，根据站距长短必须校核计算，降雨引入的空间损耗最好不得因此将电路的传输储备降低到25dB以下。

雨衰耗-频率关系曲线
Rain---雨、降雨、Attenuation---衰减、Density---密度
Storm---暴风雨、shower---阵雨、drizzle---细雨
6、 大地造成的衰落
大地衰减有两种：
地面上山丘、树林、建筑物等阻挡一部分电磁波的射线，造成的衰减。典型的是刃型衰减；
大地反射造成衰减，如光滑/水网等强反射地面将微波信号反射到接收天线上，反射波与入射波叠加后，有可能相互抵消而产生损耗；

6.1.1、 刃型障碍物的阻挡衰减
微波在传播路径上往往会遇到一个或多个障碍物 为了估算这些障碍物的附加绕射损耗 通常是将障碍物的形状理想化 一种情况是当障碍物的厚度相对较窄时 可假定为刃形障碍 另一种情况是当障碍物的厚度相对较宽时 可假定为扁平的物体 并在顶部可定义出曲率半径 这种障碍物称为非刃形障碍。
障碍物的厚度是在障碍物顶点向下等于Fo处，作一条与TR射线平行的直线，这条直线与障碍物的截线设为ro，当：
≥3
则视障碍物为理想刃型。

视距微波通信常常根据刃型障碍物的路径余隙hc的大小将线路分为三类：
（1）hc ≥F0称为开路线路；
（2）0＜ hc ＜ F0称为半开路线路；
（3）hc ≤0称为闭路线路。

开线路附加衰落因子几乎为0，微波链路的传播损耗可以按照自由空间传播损耗计算。微波链路设计追求的就是开线路；
半开路线路和闭路线路，因为刃形障碍物没有遮挡住所有的费涅耳区，有一定数量的费涅耳区空间不被遮挡，电波能绕过刃形障碍物，使收信电平达到一定的数值。

半开路线路和闭路线路，附加损耗可由上图左半部所示的曲线查出。也可按照绕射公式计算。
---------------
---------------
---------------
从上式可见：半开路线路和闭路线路为负值，VdB随增大而增大。微波波长λ越小，Fo越小、hc/Fo越大、VdB越大。所以微波传播几乎没有绕射能力，微波中继一般都按开线路设计。

例如，前面计算两个相距45km的微波链路，在仅计算了自由空间传播损耗的条件下得到接收机的输入电平Pr（dBm） =-35 dBm
如果微波链路上有一个刃型障碍物，且余隙hc/Fo＝－1.5,查图，刃型障碍物对电波传播阻挡而产生的附加衰落因子＝-20 dB
所以，接收机实际收信电平为：
pr（dBm）= －35dBm＋（－20）＝－55 dBm

6.1.2、 大地反射衰减
大地反射造成衰减，如图所示。
假设发射天线架高为H1，接收天线高度为H2。直接波的传播路径为r1，光滑/水网等强反射地面的地面反射波的传播路径为r2、与地面之间的投射角为Δ。收、发两点间的水平距离为d。

接收点场强应为直接波与地面反射波的叠加。如果沿r1路径在接收点产生的场强振幅为E1，沿r2路径在接收点产生的场强振幅为E2，在传播路径远大于天线架高的情况下，两条路径之间的路程差为：
△r＝r2－r1≈
E1=E2时，接收点的总场强为：

可见接收点的总场强与直射波和反射波在到达接收端的行程差Δr有关，前面讲了Δr是随大气的折射参数K值的变化而变化的，所以接收端信号电平也随着变化。这种由于多径传输产生的干涉型衰落称为多径衰落。
这种衰落在水面，湖泊，平滑的地面时显得特别严重。下图是垂直极化波在海平面上的干涉效应。

6.1.3、 光滑地面判断准则――瑞利准则
假设地面的起伏高度为Δh，投射角为Δ，为了能近似地将反射波仍然视为平面波，即仍有足够强的定向反射，要求

上式即为判别地面光滑与否的依据，也叫瑞利准则。当满足这个判别条件时，地面可被视为光滑；当不满足这个判别条件时，地面被视为粗糙，反射具有漫散射特性，反射能量呈扩散性。
6.1.4、 地面反射点
对准备建设的微波电路，首先要按设计程序选好路由，避免使线路穿越水网、湖面或海面等强反射区域，防止地面反射造成的干涉型衰落。
也可以利用地形地物来阻挡反射波，使反射波不能直接到达接收机，从而达到减少衰落的目的。
对光滑水网、沙漠等强反射地区可以通过改变通信两端的天线高度而使信号的反射点避开这些强反射源从而降低信号的多径衰落；
利用公式和“求反射点参数的图表”计算计算反射点：
C=（hT-hR）/（hT+hR） (假定hT＞hR) M=d2/（4ak）（hT+hR）
式中：
C和m为中间参数
hT,hR为收发天线的海拔高度（单位为米）
C和m,查“求反射点参数的图表”得b
利用下式得d1或d2
d1=d（1＋b）／2
d2=d－d1

其他，就必须考虑采用空间分集来克服由于地面的反射给中继电路带来的不稳定性。

在具体的电路中站距仅有仅有几公里时，根据经验可以不作此计算，可以仅仅考虑有足够的余隙即可满足设计要求。

6.1.5、 余隙标准

对刃型障碍物余隙满足上述要求即可；
7、 抗衰落技术
7.1.1、 空间分集技术
目前在微波通信和卫星通信系统中，抗衰落的主要手段是采用分集技术。分集就是指通过两条或两条以上途径（例如空间途径）传输同一信息，以减轻衰落影响的一种技术措施。
微波通信常用的空间分集方式分为，空间分集发送和空间分集接收。
空间分集接收是指在空间不同的垂直高度上设置几副天线，同时接收一个微波信号，然后合成或选择其中一个强信号。
实践表明，分集接收对多径衰落是非常有效的，常常应用在大通路的微波干线上。

7.1.2、 其他分集技术
频率分集。用两个以上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，利用电磁波在不同频率下的不同行程来减少或消除影响。这种方法效率较好，且只需一副天线，但在频率十分紧张的无线频段，频率的使用效率就显得不太高了。
极化分集。通过发射端的天线发射两个极化垂直的信号，接收端分集接收，这样可以在一定程度上减少多径的影响。不过，极化会产生3db的衰减。因为发射端必须将能量分到两个不同的极化天线。
隐分集就是利用信号处理技术实现分集，如交织编码技术、FRC前向纠错技术，跳频技术等。隐分集一般用在数字通信系统中。
另外还有一种就是信道均衡技术。
7.1.3、 扩频通信
目前通信理论界和工程界都普遍认为，扩频通信是在信道技术上解决多径衰落的非常有效的手段。伪随机码尖锐的自相关特性使各个多径信号完全独立。理论上可以证明：当多径时延超过一个码元码元宽度Tc时，多径信号与直接接收信号的相关系数为零，则完全可以作为噪声处理，对通信不造成影响。另外，当码元Tc相当窄，且伪码码元很长时，系统的频谱很宽，反射回来的多径频率分量不可能同相到达接收点，所形成的多径干扰信号在相关检测中被减弱。因此在一般常规通信中认为极难对付的多径干扰，在扩展频谱通信中得到了解决。
8、 微波频率和极化选择
系统工作频率的选择受传输路径对电波的传输损耗及电波的衰落特性的制约。大气中的电子、离子、氧分子、水蒸气、盐雾等对通信的影响较大，随着通信频率的增高以上各种因素对通信的影响会有所增加，同时多径衰落也相应增加。因此系统的通信频率不宜太高。
    另一方面，系统工作频率的提高，不仅使得通信设备及天线的尺寸可以小一些，电波的菲涅尔半径也要小一些，有利于实现微波开线路传输。
    实际系统的工作频率需要综合系统的通信距离及系统的链路电平余量等要求作出选择，并结合已建通信线路的现状和当地条件综合考虑。
ITU-RS和我国有关的频段分配、频道配置的建议和规定如下。

工作频率GHZ

占用频段MHZ
容量（Mbit/s）
频带中心频率f0（MHZ）
工作波道数
第n波道中心频率fn 和 f’n MHZ
波道序号
n
1.5
1427～1530
2.048
2×2.048
8.448
1478.5
24
12
6
fn=f0-51.5+n
f’n=f0+3.5+n
n=1,3,5…47
n=2,6,10…46
n=4,12,20…44
2
1700～1900

8.448

2×8.448
1808
6
fn=f0-108.5+14n
f’n=f0+10.5+14n

2490～2690

2586

1900～2300
2101
12
fn=f0-208+14.5n
f’n=f0+5+14n

1900～2300
34.368
2×34.368
2101
6
fn=f0-208+29n
f’n=f0+5+29n

2300～2500
2.048
2×2.048
2394
40
20
fn=f0-87+n
f’n=f0+7+n
n=1,3,5…79 n=1,5,9…77
4
3400～3800
2×34.368
139.264
3592.0
6
fn=f0-208+29n
f’n=f0+5+29n

3800～4200
4003.5
6
5925～6425
2×34.368
139.264
6175
8
fn=f0-259.45+29.65n
f’n=f0-7.41+29.65n

6430～7110
139.264
6770
8
fn=f0-350+40n
f’n=f0-5+40n

7
7125～7425
8.448
2×8.448
34.368
7275
20
10
5
fn=f0-154+7n
f’n=f0+7+7n
n=1,2,3…20
n=1,3,5…19 n=1,5,9…17
7425～7725
7575
8
7725～8275
34.368
2×34.368
8000
8
fn=f0-281.95+29.65n
f’n=f0+29.37+29.65n

8200～8500
2.048
8.448
2×8.448
34.368
2×34.368
8350
12

6
fn=f0-151.614+11.662n
f’n=f0+11.662n
n=1,2,3…12

n=1,3,5…11
8500～8750
8.448
2×8.448
8629.5
6
fn=f0-127.5+15n
f’n=f0+22.5+15n

11
10700～11700
8.448
34.368
2×34.368
139.264
11200
12
fn=f0-525+40n
f’n=f0+5+40n

13
12750～13250
2.048
8.448
2×8.448

2×8.448
34.368
2×34.368
12996

16

8
fm=f0-276.5+28n+7m
f’m=f0-10.5+28n+7m fn=f0-245+14n
f’n=f0+21+14n

fn=f0-259+28n
f’n=f0+5+28n
n=1或2
m=1,2,3,4

n=1,2,3…16

n=1,2,3…8
15
14500～15350
10以下

2×8.448

34.368
11701(fr)
30
15
fm=fr-2768.5+28n+7m
f’m= fr -3608.5+28(N-n)+7m fn=fr-2800+14n
f’n=fr+3640-14(N-n) fn=fr-2786+28n
f’n=fr+3626-28(N-n)
n=1或15n=15
N=15
m=1,2,3,4
n=1,2,3…N
N≤30
n=1,2,3…N
N≤15
18
17700～19700
139.264
2×8.448
34.368
8.448
2×.048
2.048
18700
8

35
fn=f0-1000+110n
f’n=f0+10-110n

fn=f0-1000+27.5n
f’n=f0+10+27.5n
n=1,2,3…8

n=1,2,3…35

9、 微波电路的质量计算
9.1、 微波电路的质量指标
不同等级电路对的损伤的要求不同，见ITU-TSG.821建议。对中小容量微波电路，根据大量的工程经验，在规定的电路误码率条件下，在考虑到系统内部的衰落、干扰和其它恶化因数后，电路中断率达到规定分配要求即可。

当中继电路确定以后，每个数字段（对GSM系统而言每个中继段都是一个数字段）的中断概率指标计算如下：

（1）、误比特率大于1×10-3的恶化分的要求,即BER10-6≤1.5L/1250
（2）、误比特率大于1×10-6的恶化分的要求,即BER10-6≤0.04L/1250

式中L为中继段距离d（Km）
误码恶化分：在一分钟的统计时间内，误码率超过1×10-6分钟数与相应的恶化分占总通信时间的百分数。主要由设备性能不完善及干扰因素造成。
9.2、 微波电路质量计算
9.2.1、 微波电路的抗衰落储备
(1)中继电路的正常接收电平
Pr =pT-LTR-LTK+GT-LT-R+GR-LRK –LRR
上式中：
Pr----电路无衰落时的正常接收电平（dBm）
pT----微波中继段发送端的发送电平（dBm）
LTR、LRR---中继段收发两端的分并路系统损耗（dB）。分别等于发信机出口到合路器输入口间的插入损耗、收信机入口到合路器输出口间的插入损耗，插入损耗一般为1dB；
LTK、LRK---中继段收发两端的馈线系统总损耗（dB）。＝馈线附件损耗（如密封节、椭矩变换节，一般为2dB）+单条馈线损耗（＝馈线衰减常数dB/m*馈线长度）；
GT、GR-----中继段收发两端的收发天线增益（dBi）
LT-R--中继段的自由空间传播损耗（dB）

（3）中继电路的抗衰落储备

△M= Pr-P TH
P TH接收机门限电平（dBm），此值由设备商提供。如爱立信的某接收机的门限接收电平。
BER=10-3 ：
4×E1/每信道时为-88 dBm
2×E1/每信道时为-91 dBm
BER=10-6 ：
4×E1/每信道时为-85 dBm
2×E1/每信道时为-88 dBm
△MBER=10-6= Pr-P TH(BER=10-6)
△MBER=10-3= Pr-P TH(BER=10-3)

上式中：
△ MBER=10-6表示BER=10-6的衰落储备；
△MBER=10-3表示BER=10-3的衰落储备；
p中继段正常接收电平（dBm）
9.2.2、 中继电路的中断概率
根据CCIR建议，可以用中断概率（P）的经验公式来估算数字微波传输的可靠性： 
ΡBER==KQfBdc=Ρ0
ΡBER==KQfBdc=Ρ0

数字微波传输可靠性R：
R=1－P 
上式中：
ΡBER=------BER=10-6时中继电路的中断概率；
ΡBER=------BER=10-3时中继电路的中断概率；
K-------地形和气候条件因子；
Q ------除f和d之外，考虑路径其它变量影响的因子；
f--------中继电路的工作频率(GHZ)；
B ---频率因子；
C---路径长度因子；
d--------微波中继电路的站距(km)。

我国计算电路中断概率相关参数表

原邮电部设计院的标准取值，在一般的条件下，地形为山区的情况下，KQ=1.5×10-4，B=1，C=1.2。
世界其他国家和地区计算电路中断概率相关参数表
注：S1---地面粗糙度,6m≤S1≤42m；S2---地面斜率均方根值,1＜S2＜80rms。

9.2.3、 电路考虑雨衰等其他因素的影响时电路中断概率
Ρ’BER==Ρ0…………….(1-26)
Ρ’BER=10-3=Ρ0…………….(1-27)

上式中：
N表示雨衰等其他因素的影响带来的衰减（dB）；
Ρ’考虑雨衰等其他因素的影响时电路中断概率。

9.2.4、 结论
将Ρ’值与误码恶化分指标比较:
当Ρ’≤ 0.04L/1250时 ,中继电路质量指标满足要求。

二、 微波电路设计
1、 制作中继电路传输剖面图
（1）、在设置微波站址区域的1/5万（或更大比例）地形图上，先确定设置微波天线的准确的平面座标位置，将需要建立微波中继站的两点作出标记，记录中继站点的：图名、图号、所属管区地名、坐标（平面的和经纬度的都读），在图的边缘说明中找到真子午线、磁子午线、及坐标纵子午线间的相对关系，并注明它的偏移方向；

（2）、将需要建立微波中继站的两点用直线连接。从起始点开始向终点沿标记直线，依顺序选择记录点（坡度变化率较快时相邻记录点间的距离取0.2km，坡度变化率较快取至3KM或更长。坡度上升下降的改变点必须选择），依次记录每一点的地面海拔高度（m）(包括建筑物或树的高度)、和起始点的距离（km），直到终点。
2、 计算站距
设：中继段的两端点的分别为T站和R站；T～R站间的站距为L(km)。

情况一：
当各点的平面直角坐标分别为：[YT、XT、]、 [YR、XR、]，（坐标单位为Km）

L (km)=[ (YR-YT)2+( XR- XT)2]1/2 ………..(1-1)

情况二：
当各点的经纬度坐标分别为： [Y’T、X’T、]；[Y’R、X’R、]，坐标单位为度）
L (km)=[ COS-1[COS(Y’R-Y’T)]×COS( X’R- X’T)] ×6370×π/180

式中：YT、XT、---表示T点在平面直角坐标系中的横坐标和纵座标。
Y、‘T、X’T、---表示T点在平面直角坐标系中的经度坐标和纬度座标。
3、 天线方位角计算
3.1、 三种方位角
真北方位角：T-R射线以真子午线为计算起点，沿顺时针方向旋转至指定的瞄准方向，此时射线所扫过的角度即为此射线的真北方位角。
磁北方位角：T-R射线以指南针指示的北极为计算起点，沿顺时针方向旋转至指定的瞄准方向，此时射线所扫过的角度即为此射线的磁北方位角；
坐标北方位角：T-R射线以高斯平面直角坐标系纵轴线方向为计算起点，沿顺时针方向旋转至指定的瞄准方向，此时射线所扫过的角度即为此射线的坐标北方位角。
由于真子午线的方位的朝向相对而言比较固定，因此多以真北方位角来表达天线的通信方位角。
但是真子午线的方位要通过天文测量或用陀螺经纬仪测定，所以在通信工程中为了施工使用方便常以磁北方位角表达。
在的五万分之一的地形图上，图的边缘说明中可以找到真子午线、磁子午线、及坐标纵子午线间的相对关系。

3.2、 计算磁北方位角
首先计算各站的坐标北方位角θ’：利用五万分之一的地图，我们可以得到各站在平面直角坐标图中的关系示意图。

利用此图先计算中继电路段两端天线在平面直角中的坐标北方位角θ’：
设:T站和R站在1/5万地形图上的平面直角坐标分别为：T站[YT、XT、]；R站[YR、XR、]：

θ’T→R=tg-1[│（XT-XR）│/│（YT-YR）│]

按上式计算结果θ’T→R是一个锐角,还需要按射线在平面直角坐标中的象限位置修正。
再计算中继电路段两端天线的磁北方位角θ：
查各微波站所在的五万分之一的地形图，在图的边缘说明中找到真子午线、磁子午线、及坐标纵子午线间的相对关系。
根据图中提供的相对位置，计算各站天线磁北方位角。
4、 天线俯仰角计算
天线的俯仰角是以本点处的水平线为参考线,水平线以上的方向线与水平线间的夹角为仰角.,计算符号计为”+”,反之为俯角计为”-”

β1＝arctg
β2＝arctg
上两式中:
β1—表示从站点T天线中心看向对方天线R中心本站天线俯仰角; 单位为度。（1弧度＝57.3o）
β2---表示.从站点R天线中心看向对方天线T中心本站天线俯仰角; 单位为度。

4.1、 椭圆馈线系统的组成
由于10GHZ以上微波设备多为天线、高频、复用及其他设备做在一起的一体化设备，所以不再考虑单独的馈线。而频率较低的设备，由于波长较长，所以天线、高频设备尺寸较大，天线和高频设备都是分开放在不同的地方，因此必须采用较长的馈线。
椭圆馈线系统的连接组成：
天线的出入口（带馈线连接法兰，可选用矩形馈线弯头或固定-扭转波导*）——馈线上密封节——椭矩变换节——整条椭圆馈线——椭矩变换节——馈线下密封节——收发信机入口端的收或发的分路系统接口——收发信机。
各部件还必须配置有相应的加固、密封、接地材料等，可向厂家提出。

4.2、 馈线系统各部件的选用
馈线一般有矩形波导和椭圆波纹波导，由于矩形系统组成较复杂、施工时灵活性差，工程中多用椭圆波纹波导。
椭圆波纹波导系统各组成部件的选用办法：
它的型号由选用