GB/T 14617.3-2012 陆地移动业务和固定业务传播特性 第3部分：视距微波接力通信系统传播特性

ICS33.060.60

M30

中华人民共和国国彖标准

GB/T14617.3—2012

代替GB/T14617.3—1993

陆地移动业务和固定业务传播特性

第3部分：视距微波接力通信

系统传播特性

Propagationcharacteristicsinlandmobileserviceandfixedservice——

Part3:Propagationcharacteristicsofline-of-sight

radio-relaycommunicationssystems

2012-12-31发布2013-06-01实施

GB/T14617.3—2012

目次

前言m

i范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义1

4主要传播因子和参量2

4.1电波传播的几个主要方程式2

4.2接力段的主要参数3

4.3绕射损耗的计算6

4.4气体吸收与雨衰减6

4.5折射及其分类7

4.6反射9

4.7交叉极化鉴别度（XPD）的预测9

5分集接收有关参数的计算9

5.1空间分集天线间距的计算9

5.2空间分集的改善度9

5.3频率分集的改善度10

6衰落概率和中断率的预测11

6.1模拟微波衰落概率的预测方法11

6.2数字微波中断率的预测方法11

附录A（规范性附录）中国雨强和水汽密度分布12

A.1概述12

A.2数据来源与统计方法12

A.3雨强等值线和雨气候区划分14

A.4典型站点雨强累积分布18

A.5不同积分时间的雨强转换关系19

A.6最坏月份雨强分布20

A.7雨区尺度20

A.8雨衰减率及其等值线图21

A.9雨反射率因子及其等值线图27

A.10水汽密度等值线图27

附录B（资料性附录）雨强分布和衰减率参数的确定31

B.1雨衰减率参数&和q的确定31

B.2雨强Ry的全国分布31

附录C（规范性附录）无线电气象数据基础33

C.1年平均地面折射率N.等值线图和年平均海平面折射率N。等值线图33

C.2等效地球半径系数中值的等值线图33

T

GB/T14617.3—2012

C.3近地面折射率梯度33

C.4地面波导出现概率33

附录D(规范性附录)交叉极化鉴別度(XPD)的预测41

D.1范围41

D.2由于多径衰落引起交叉极化鉴别度(XPD)的恶化41

D.3由于降雨引起交叉极化鉴别度(XPD)的恶化41

附录E(资料性附录)模拟微波衰落概率的预测43

E.1中国的两种预测方法43

E.2TTU-R的两种计算方法43

E.3世界其他国家和地区的KQ、B、C值44

附录F(资料性附录)数字微波中断率预测方法46

F.1范围46

F.2方法1：组合衰落储备法(compositefademargin)46

F.3方法2：线性幅度色散法(lineramplitudedispersion)(LAD)48

F.4方法3：特征|tt|线法(signature)49

参考文献50

n

GB/T14617.3—2012

■ir■■i

刖吕

GB/T14617《陆地移动业务和固定业务传播特性》分为3个部分：

——第1部分:陆地移动业务传播特性；

——第2部分：100MHz〜1000MHz固定业务传播特性；

——第3部分:视距微波接力通信系统传播特性。

本部分为GB/T14617的第3部分。

本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本部分代替GB/T14617.3—1993《陆地移动业务和固定业务传播特性第三部分：视距微波接力

通信系统传播特性》。本部分与GB/T14617.3—1993相比，除编辑性修改外主要技术变化如下：

——修改“1主题内容与适用范围”为“1范围”（见第1章,1993年版的第1章）；

—修改“2引用标准”为“2规范性引用文件”，并修改相应文字描述和增加本标准中需引用的标准

名称（见第2章,1993年版的第2章）；

——修改“3术语”为“3术语和定义”（见第3章,1993年版的第3章）；

——修改图1,并修改了相应的文字描述（见4.2.1,1993年版的4.1.2）；

——修改式（7）、式（8）、式（9）,并修改了相应的文字描述（见4.2.3,1993年版的4.2.3）;

——修改式（12）（见4.2.4.1,1993年版的4.2.4.1）;

——修改式（21）并修改了相应的文字描述（见4.4.2,1993年版的4.4.2）；

——增加式（22）（见4.4.2）；

——增加久,％、”％定义（见4.4.2）；

——增加4.5.1.3中N°、N,、B的定义（见4.5.1.3）；

——修改式（38）、式（39）,并修改了相应的文字描述（见5.1,1993年版的5.1和5.2.1）；

——修改式（40）（见5.2.1,1993年版的5.2.1）；

——修改附录A中表A.1注（见附录A,1993年版的附录B）；

——修改附录D的全部内容（见附录D,1993年版的附录F）；

——修改附录E中E.2的全部内容（见附录E,1993年版的附录D）；

——修改式（F.12）以及F.4的全部内容”（见附录F,1993年版的附录E）；

——增加用于本部分编写时参考的5个ITU-R标准作为参考文献。

本部分由中华人民共和国丁业和信息化部提出。

本部分由中国通信标准化协会归口。

本部分起草单位:大唐电信科技产业集团。

本部分主要起草人:樊永军、刘天伦、赵宏锋、徐红梅、马晨元。

本部分于1993年首次发布，本次为首次修订。

m

GB/T14617.3—2012

陆地移动业务和固定业务传播特性

第3部分：视距微波接力通信

系统传播特性

1范围

GB/T14617的本部分规定了电路设计中常用的有关参数的计算，如余隙和费涅耳半径的计算、气

体吸收利雨衰减的计算、电波折射、分集接收、模拟微波衰落概率和数字微波电路中断率的预测、与传播

特性有关的无线电气象数据等，且同时给出了其中各参数的适用范围。

本部分适用于各种容量的视距微波接力通信系统的总体设计和各个频段的视距微波接力通信电路

设计以及与电波传播特性有关的各种电磁兼容系统设计。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T14617.2陆地移动业务和固定业务传播特性第二部分：100〜1OOOMHz固定业务传播

特性

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

自由空间传播freespacepropagation

电磁波在充满均匀的理想电介质中，并且认为它在所有方向上是无限延伸的传播。

3.2

费涅耳区fresnelzone

以收发点为焦点的一系列椭球面所包围的空间，每一个椭球面上的各点到收发点距离之和与收发

最短路径之差是半波长的整数倍，倍数”即是费涅耳区的序号。

3.3

费涅耳半径fresnelradius

F

在费涅耳区垂直于收发点连线的切面圆的半径。

3.4

折射率refractivity

用于描述折射指数时空变化的一个参量，它与折射指数％有如下关系：N=（"「一1）X10”。

1

GB/T14617.3—2012

3.5

折射指数refractiveindex

ur

无线电波在真空中的速度与在媒质中的速度之比，它很接近1。

3.6

电波衰落radiowavefading

由电波传播状况的时间变化引起的电磁场值或信号功率值的起伏。在以自由空间传播电平作为基

准值的情况下，衰落可看作是信号电平相对于基准值的变化。

3.7

多径衰落multipathfading

电波的直射线和其他途径来的一条或多条射线的信号电平相互迭加或相互干涉，引起信号电平变

化，这种现象叫做多径衰落。

3.8

平衰落flatfading

在接收机通带内，其接收电平在各个频率点上并在同一时刻按相同值上升或下降,称为平衰落。

3.9

频率选择性衰落frequencyselectivefading

对一个已调无线电波的不同频谱分量起不同作用的衰落，称为频率选择性衰落，又称“色散衰落”。

3.10

分集增益diversitygain

在信号电平累积分布曲线上，在相同的时间内，对某一个累积时间百分比，无分集和有分集的接收

信号相对电平之差。

3.11

分集改善度diversityimprovementfactor

对于模拟微波，分集改善度是指在信号电平累积分布曲线上，在相同的时间内，对某一个电平点，无

分集和有分集所对应的时间百分数之比。

对于数字微波，分集改善度是指对于某一指定的误码门限，在相同的时间内，无分集超过误码门限

的时间百分数与有分集超过该误码门限的时间百分数之比。

3.12

交叉极化鉴别度(XPD)cross-polarizationdiscrimination

对于发射一个给定极化波，在接收点所期望极化波接收功率与交叉极化波的接收功率之比。

4主要传播因子和参量

4.1电波传播的几个主要方程式

4.1.1二线模型归一化场强衰落因子的表示式

|V|=-/1+|叶—2|R|，cos(兀"2/3)(1)

P=HJH°(2)

H()=v'1OAc/1€/2/(3€/)(3)

式中：

V——归一化场强衰落因子，无量纲；

R——地面等效反射系数，无量纲；

2

GB/T14617.3—2012

A工作波长，单位为厘米（cm）；

H（,——自由空间余隙，单位为米（m）；

路径余隙，单位为米（m）,见图1；

d——路径长度，单位为千米（km）,见图1;

dx,d2——反射点至收发两点之间的距离，单位为千米（km）,见图lo

4.1.2自由空间传输损耗

电波在自由空间传输损耗（dB）公式如下：

Lf=92.5+201gc/+201g/（4）

式中：

f——丁作频率,单位为吉赫兹（GHz）。

4.2接力段的主要参数

4.2.1接力段的断面图

接力段的断面图见图lo

说明：

HiH——分别为收、发天线的海拔高度，单位为米（m）;

h；、h；——分别为收、发天线距离反射面的高度，单位为米（m）；

Hs——反射点的海拔高度，单位为米（m）；

地球凸起髙度，单位为米（m）;

H*——路径余隙，单位为米（m）。

图1接力段地形剖面示意图

4.2.2地球凸起高度

Hb=乩〃2/（12.74K）(5)

式中：

Hb地球凸起高度，单位为米（m）,见图1；

3

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K——等效地球半径系数，无量纲。

4.2.3费涅耳半径

费涅耳半径F,,的表示式如下:

F,,—lQ/iXdydi/d（6）

当”=1时,F】称为第一费涅耳半径，式（6）变为：

T-'10入did2inod\d2/"、

F|~1T~—（7）

式中：

F,——第一费涅耳半径，单位为米（m）；

AT作波长，单位为厘米（cm）,入=30/.广；

f——工作频率,单位为吉赫兹（GHz）。

式（6）中n的表示式为：

式中：

hJx——分别为收、发天线距离反射点的相对高度，单位为米（m）；是天线海拔高度（乩或Hz）与

反射点海拔高度（乩）之差，由图1可见:b=Hi—H,,h2=H2—H,°

当考虑等效地球半径系数的影响时，式（8）变为：

/=/“一古/(12.74K)(10)

/=/“一//(12.74K)(11)

式中：

h；,h；一一分别为收、发天线距离反射面的高度，单位为米（m）,见图1。

4.2.4路径余隙

4.2.4.1余隙计算公式

d\hz+〃2/idyd>

Hc(12)

d0.002Ku12.74K

式中：

u——地球的真实半径山=6370,单位为千米（km）；

Hc——路径余隙，单位为米（m）,见图10

4.2.4.2余隙要求

每一接力段在所考虑的K值变化的时间范围内，电波直射线和下方的障碍物或地面之间应有一定

的余隙，为了保证这个余隙要求，就需要选取足够的天线高度。

对于无分集时的天线高度，为了满足路径余隙的要求，应按以下步聚计算天线高度：

a）对于热带和温带地区，若缺少能实际应用K值，一般取K=4/3（K系数的中值），按照=

1.0F,的余隙要求计算天线高度。

b）根据路径长度在图2中查出&值,&为最坏月份在99.9%的时间内被超过的有效K值（对于大

陆温带气候区），一般认为它就是K的最小值。按照表1的余隙要求计算K=Ke时的天线高度。

4

GB/T14617.3—2012

6u

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h

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5

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2034)UiMMl7l)W)901(02110

踣检WJftJIm

图2瓦与路径长度的关系

表1对路径余隙儿的要求(当K=Ke时)

气候区条件

>0.OFt如果路径上存在一个孤立障碍

温带

>0.3F1如果路径障碍沿路径延伸为路径的一部分

热带>0.6F,路径长度大于30km

注：对于某些气候类型不确定的地区，其路径余隙的要求可取为本表中热带和温带余隙的平均值。

C)比较上述两个步骤所算出的天线高度，选取其中较大者。

4.2.5反射点

光滑球面反射点的基本方程式如下：

<71—3dd\,/2+[t/2/2—Ka("1+/“)]<71+Kahi<7=0(13)

式中各参数的定义同上。

反射点的求法有多种:一是根据方程(13)用计算机求解/(km)；二是将上述方程变换，用图解法

求解;三是按照如下方程组求解；

di=<7/2十2、‘■'</cos(0/3+240)(14)

0—cosi(y/q'•/<j/)(15)

/=(//12)+&5K(/h+/“)/4(16)

/=6.37Kd(h,-/；1)/4(17)

5

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4.3绕射损耗的计算

见GB/T14617.2。

4.4气体吸收与雨衰减

4.4.1气体吸收

气体吸收引起的衰减按下式计算:

Ag=（/„+人,）〃(18)

式中：

■仏一一气体吸收引起的衰减，单位为分贝（dB）；

人，人——氧气和水汽吸收引起的衰减率，单位为分贝每千米（dB/km）。

6.094,81

y„=7.19X1O_SfX10-3当/<57GHz

f+o.227(于一57)'+1.50

(19)

Zw=_°"05+°-002S+(J-22.2)2+8.5+(f-183.3)-+9.0+(J-325.4)-+26.3.几X10"

当f<350GHz(20)

式中：

p——水汽密度，单位为克每立方米(g/m3),见附录A中图A.11和图A.12。

4.4.2雨衰减

雨衰减与出现概率相联系。全年”％时间超过的雨衰减Ap按下式计算。

当南纬或北纬$30°时：

入=0.12九.°"-心如“3（21）

当南纬或北纬＜30°时：

Ap=0.（22）

A（）.（）i—Vrdr（23）

*=賦；5（24）

r=1/（1+d/dLi）（25）

da—35exp（—0.015i?（）.（Ji）（26）

式中：

Ap——超过全年的"％时间的雨衰减，单位为分贝（dB）；

Vr——全年0.01%时间超过的雨衰减率，单位为分贝每千米（dB/km）；

d——路径长度，单位为千米（km）；

r——路径长度缩减因子，无量纲；

R“——全年0.01%的时间超过的1min雨强，单位为毫米每小时（mm/h）o

参数怡和q的确定和的全国分布图参见附录B。中国雨强和水汽密度图见附录A。

最坏月份"w%的时间超过的雨衰减也按式（21）、式（22）计算，只是其中的参数"需按下式确定：

p=0.22/V」"（27）

式中：

p、、,％——最坏月份的时间百分数，无量纲；

0%——全年的时间百分数，无量纲。

6

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4.5折射及其分类

4.5.1折射

4.5.1.1折射率N

N可用如下公式表示：

_77,5XIO2(pf,4810小.

t(

式中：

N——折射率,N单位；

t——绝对温度，单位为开(K)；

P'——大气总压强，单位为帕(Pa)；

e——水汽压强，单位为帕(Pa),可用如下公式计算：

e=6.11X107-45/<i/(235+/<i)(29)

e=6.11X107'45//(235+/)(30)

式中：

fd——空气露点温度，单位为摄氏度(°0；

t——摄氏温度，单位为摄氏度(°C)。

4.5.1.2年平均地面折射率N；

各地的N,与站点的海拔高度爪有很好的指数关系。

N、=Aexp(—Bhs)(31)

式中：

N,——地面折射率,N单位；

H——站点的海拔高度，单位为千米(km)；

A统计常数，见表2。

表2A、B与相关系数

统计时间A/NB/km-'R。/%

一月321.20.1350-0.998

四月32&80.1503—0.940

七月36&50.1607-0.939

十月335.50.1432-0.944

年平均33&50.1472-0.961

M年平均值在全国的等值线分布图，见附录C中图C.2。

4.5.1.3海平面折射率

为了消除地面折射率对站高的依赖关系，突出气象的影响，反映折射率水平分布特性，地面折射率

N,,可归算为海平面折射率N。。

Nq—Nsexp(Bhs)(32)

式中：

Nq——海平面折射率,N单位；

7

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N,和B的定义见式（31）0

N。年平均值在全国的等值线分布图，见附录C中图C.1。

4.5.1.4近地面1km的折射率梯度

△Ni=N,-Ni=8.773exp（O.004956NQ（33）

式中：

△M——近地面1km的折射率梯度,N单位每千米（N单位/km）；

N】——离地面1l<rn高度的折射率,N单位。

N,的定义见式（31）。

表3示出了各地的的变化曲线。

表3各地的M和AN】变化范围表

地区1AN,|

海南岛350〜36030〜50

华东、华南330〜36050〜70

四川盆地320〜34050〜70

华北310〜33060〜70

东北280〜32040〜60

云南、贵州260〜32030~55

内蒙古、新疆260〜30010〜40

青海、西藏170〜22010〜30

4.5.1.5等效地球半径系数

1+6.37X10"XAN,

从气候区来看，平均K值的变化如下：

寒带:K=6/5〜4/3

温带：K=4/3

热带:K=4/3〜2/3

实际T程最需要的是小时间百分数（如1%）的等效地球半径系数K&,一般认为它就是K的最小

值。图2给出了心与路径长度的关系曲线。

4.5.2折射的分类

若以K系数和的数值来划分，折射的分类见表4。

表4折射的分类

正折射

折射类别负折射无折射

次折射标准折射过折射临界折射超折射

K（无量纲）<111〜4/34/34/3〜xOO<0

AN]/（N单位/km）>000〜一39-39—39〜一157-157<-157

8

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4.6反射

地面等效反射系数由下式确定：

R粘汕+；（35）

式中：

△E——接收场强的最大值和最小值之差（AE=Emax-Emin）,#.位为分贝（dB）；

R——地面等效反射系数，无量纲。

如果无实测的、E,R也可进行理论计算，但相当繁杂，在一般情况下就不进行计算了。

4.7交叉极化鉴别度（XPD）的预测

详见附录D。

5分集接收有关参数的计算

5.1空间分集天线间距的计算

对于丘陵地带或地面反射不很强烈的路径，空间分集主要考虑空中多径衰落时，可用如下公式：

pe=exp[—0.0021/SJO.4〃]（36)

式中：

pe——两天线信号的相关系数,一般在0.4〜0.6之间取值，无量纲；

S——上下接收天线中心间的垂直间距，简称“分集天线间距”，单位为米（m）。

在T程上，对于S值一种最简便的计算方法是按下式选取一个适当的值：

S（100〜200）入<37)

对于平原地区、水面电路,一般是按“半瓣距”原理进行计算，其计算公式如下：

「lOAtZ

八矶(38)

clOAt/

02(39)

4//|

式中：

S】，S2——分别为收、发站的分集天线间距，单位为米（in）；

h\,h；——分别为收、发天线距离反射面的高度，单位为米（m）,它们用式（10）和式（11）计算。

按上述公式计算时，要注意如下两个问题：

a）当路径余隙很小，路径长度比较长，频率比较低，两端天线高度相差比较大时，按上述公式计算

的S值将会很大，此时按式（37）选取适当的值。

b）当路径余隙很大，路径长度比较短,频率比较高时，按上述公式计算的值将会很小，此时选取的

S值也要按式（37）作为参考，但最好是“半瓣距”的整数倍。

5.2空间分集的改善度

5.2.1在无强反射的情况下，垂直空间分集改善度的计算

5.2.1.1参数d和S适用于大范围的情况

I=[1—exp(-0.04X7广0.12泸“p-1.。％10叫““，(40)

V=|G,-G2|(41)

9

GB/T14617.3—2012

式中：

I——空间分集的改善度，无量纲；

G,（；2—一分别为分集接收上、下两天线的增益，单位为分贝（dB）；

p——平均最坏月份的衰落概率，％;

S——上下分集天线的垂直间距（中心至中心），单位为米（m）；

——工作频率,单位为吉赫兹（GHz）；

d——路径长度，单位为千米（l<m）；

Fd——衰落概率为p时的衰落深度，单位为分贝（dB）。

公式中其他参数的取值范围如下：

3m£SM23m；2GHzW于M11GHz；43kmWdg243kmo

5.2.1.2各参数适用于正常清况下的计算公式:

J=l.2S2（〃〃）X10"X10%-v"(42)

公式中各参数的取值范围如下：

5mS15m；2GHzW于M11GHz；24kmW〃M70kmo

超过所给定的界限可能导致误差，上面的方程仅仅对于才是有效的。

5.2.2在瑞利衰落条件下，地面反射可以忽略时，垂直空间分集改善度的计算

I=[1-exp(-0.0021S/(O.4c/)1-)]X10<F^v)/l:,(43)

公式中各参数的取值范围如下：

5m<S<25m；2GHz<<6GHz；40km<〃<75kmo

5.3频率分集的改善度

5.3.1对于1+1的微波接力通信系统，频率分集改善度的计算

(44)

式中：

△〃/——两个频率之差与中心频率的比值，无量纲。

公式中其他参数的取值范围如下：

2GHzg/W11GHz；30km<<705%o

超出这个范围将导致误差。该公式仅仅对于/$5有效。

5.3.2对于”+1的微波接力通信系统，其频率分集改善度的计算

Z=160[//(dr)]X105"(45)

式中：

与信道载波、信道间隔和信道衰落储备有关的参数。

■r的计算比较复杂，在工程上可采用表5的修正系数。

表5"+1倒换系统非优先波道修正系数

"+11+12+13+14+15+1

n+1降低系数11.51.71.92.0

10

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上述有关分集接收参数的计算主要适用于平衰落和窄频带信号，频率选择性衰落有待于研究。

6衰落概率和中断率的预测

6.1模拟微波衰落概率的预测方法

对于大的衰落深度，平均最坏月份的衰落概率可用如下近似公式计算:

P=PrX(46)

pR=K\QfF(47)

式中：

P——在衰落深度比较大的条件下，平均最坏月份的衰落概率，％;

0R——等效瑞利衰落发生概率，％；

Q——地形和气候条件因子，无量纲；

Q——除/和d之外，考虑路径其他变量影响的因子，无量纲；

B,C——分别为频率和路径长度的因子，无量纲。

当Fd为模拟微波电路中断的衰落储备时，上式计算的”则为模拟微波电路中断率，用加表示。

根据我国一些单位的传播试验研究结果，提出两种模拟微波衰落概率的预测方法，详见附录E中

方法A和方法B。

6.2数字微波中断率的预测方法

数字微波的中断率是在衰落期间，无论平衰落、瑞利衰落还是色散衰落(频率选择性衰落)都有可能

发生。因此，总中断率与这三种概率都有关系。

pt=加厅(P，加，pi)(48)

Pfr=pR•P"(49)

Ps=pR•pd(50)

式中：

At总中断率，％;

Pf—平衰落中断率，％;

P*——由频率选择性衰落引起的中断率，％;

P"——平衰落发生概率，％;

Pa——由于多径衰落而引起符号之间串扰的概率，％；

At一一由于干扰引起的衰落发生概率，％;

W协同效应系数，它表示由于噪声和色散两者的共同作用，使久和仇中的一个即max(“n,d)

还会增大一个系数，它的大小和色散衰落储备与平坦衰落储备之差有关，当只有一种衰落起

作用，另一种衰落不起作用时，