现代通讯系统课件第三章_微波中继通信系统

收端定时系统的主要任务： 收端定时系统的主要任务： 1、再生：从收总信码中提取主时钟 、再生： 和总信码的再生。 和总信码的再生。 2、产生收端的分路定时脉冲及各种 、 时间信号。 时间信号。 3、同步的建立。 、同步的建立。
（二）八路帧结构
一帧的周期为1ms，当总数码率为256Kb/S时 一帧共256个码 一帧的周期为1ms，当总数码率为256Kb/S时，一帧共256个码 1ms 256Kb/S 256 当数码率为128Kb/S 128Kb/S时 一帧共128个码位。 128个码位 位；当数码率为128Kb/S时，一帧共128个码位。 四帧组成一个复帧，一个复帧的周期为4ms 4ms。 四帧组成一个复帧，一个复帧的周期为4ms。 每帧由T0~T7时隙组成，其中，T1~T7时隙分别为 T0~T7时隙组成 时隙分别为1 话路时隙， 每帧由T0~T7时隙组成，其中，T1~T7时隙分别为1～7话路时隙， 当总数码率为256Kb/S 256Kb/S时 每路各占32Kb/S 当总数码率为128Kb/s 32Kb/S； 当总数码率为256Kb/S时，每路各占32Kb/S；当总数码率为128Kb/s 每路各占16Kb/s 16Kb/s。 时，每路各占16Kb/s。 T0时隙又分为T01（ 时隙又分为T01 T02（ ）。当数码率为256Kb/S时 当数码率为256Kb/S T0时隙又分为T01（奇）和T02（偶）。当数码率为256Kb/S时， T01时隙为复帧专用码 16Kb/S）时隙，T02为勤务话路 时隙为复帧专用码（ 为勤务话路（ T01时隙为复帧专用码（16Kb/S）时隙，T02为勤务话路（也称为 16Kb/S，）时隙， T01和T02时隙脉冲是交替出现的 ，）时隙 时隙脉冲是交替出现的； “0”路，16Kb/S，）时隙，且T01和T02时隙脉冲是交替出现的； 当数码率为128Kb/S 128Kb/S时 没有勤务话路时隙。 当数码率为128Kb/S时，没有勤务话路时隙。

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1.2.2 通信网的分类（6/ 19 ）
业务网介绍
电话网：
传输设备：分为本地回路与干线。
本地回路：连接电话局和客户楼群设备，多采用双绞线，新设
备多采用光缆；
干线：传送由很多用户产生的话务量，可采用双绞线、同轴电
缆、微波、卫星、光纤等。
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1.2.2 通信网的分类（7/ 19 ）
业务网介绍
数据网（计算机网）：实现计算机与计算机或数 据终端与计算机之间的通信。
分类（按计算机网络的覆盖范围）
广域网（WAN) 局域网（LAN） 城域网（MAN)
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1.2.2 通信网的分类（10/ 19 ）
业务网介绍
数据网
广域网（WAN ：Wide Area Network)
覆盖பைடு நூலகம்围：几公里~几千公里 组成：
低速数据网的三合一网体制。
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1.2.2 通信网的分类（8/ 19 ）
业务网介绍
传真网（利用电话通信网完成传真的发送与接收）
构成形式：
租用电话线路，建立专用传真通信网； 将电话专线加接交换设备以构成专用传真网； 由某一部门或邮电部门组建传真网络。
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1.2.2 通信网的分类（9/ 19 ）
业务网介绍
卫星网络：只有一个中继的微 波无线电系统
上行线路
下行线路
地面站
卫星
优点：通信距离远、通信容量大、传输质量高；
缺点：时延大。
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1.2.2 通信网的分类（15/ 19 ）
业务网介绍

频率范围 /MHz
1~100
信号衰减 高
电磁干扰 一般
STP电缆 1~150
高
小
同轴电缆 1~1000
低
小
机械工业出版社 2004年1月
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3.1.2微波中继信道
微波频段的频率范围一般在几百兆赫至几十吉 赫，其传输特点是在自由空间沿视距传输。由 于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距 离一般为30~50 km，当进行长距离通信时，需 要在中间建立多个中继站图
机械工业出版社 2004年1月
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第3章 信道
本章的讨论思路：通过介绍实际信道的 例子，在此基础上归纳信道的特性阐述 信道的数学模型，最后简介了信道容量 的概念。
要求：注重了解各种实际信道的特点， 掌握信道的数学模型，简单运用信道容 量公式解决实际问题。
机械工业出版社 2004年1月
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第3章的主要内容
通信原理
机械工业出版社 2004年1月
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第3章 信道
本章教学目的：了解各种实际信道、信道的数 学模型和信道容量的概念。
说明：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。 它与发送设备、接收设备一起组成通信系统。 没有信道，通信就无法进行；信道的好坏直接 影响通信的质量。因此，有必要研究信道，根 据信道的特点，正确地选用信道，合理地设计 收发信设备，使通信系统达到最佳。
n
ai (t) cos wc[t i (t)]
i 1
式中， ai(t)为从第i条路径到达接收端的信号振幅，τi(t)为第 i条路径的传输时延。传输时延可以转换为相位的形式， 即源自r(t)= n式中
i1 ai (t) cφoi(st[)w=c-(ωt)cτi(t)(t)]

从总体上看，吸收损耗随频率的增加而加大； 在 l0GHz以下，链路附加损耗较小且平坦； 频率超过12GHz后，损耗上升很快。
微波通信的基本概念
衰落及抗衰落技术
雨雾衰减：
由于雨、雾、雪能对电波能量 的吸收，微小水滴产生导电电 流和定向辐射能量的散射。这 种作用对5CM（即6GHZ）以下 的微波才有明显作用，长于此 波长的可不考虑。 一般情况10GHz 以下频段，雨 雾衰落还不太严重，通常在两 站间的这种衰落仅有几个dB。 但10GHZ以上频段，中继段间 的距离将受到降雨衰耗的限制， 不能过长。
微波通信的基本概念
微波通信的常用频段
微波既是一个很高的频率，同时也是一个很宽的频段，在微 波通信中所使用的频率范围一般在1GHz～40GHz? 3GHz～ 30GHz? 7GHz ～ 38GHz?，具体来讲，主要有以下几个频段：
L波段 1.0——2.0GHz S波段 2.0——4.0GHz C波段 4.0——8.0GHz x波段 8.0——12.4GHz Ku波段12.4——18GHz K波段 18——26.5GHz
微波通信的基本概念
衰落及抗衰落技术
雨衰与频率的关系---随着频率的增高而加大。
• 通常在10GHz以上频段，雨衰影响不容忽视。 雨衰的大小:雨量、电波传 播时穿过雨区的有效距离。
在暴雨时，由于雨滴不再是 球形，将对电波的极化也将 产生影响
例：浓雾情况，波长大于 4cm(f<7.5GHz)，跨距50Km 的散射衰减为3.3dB。
微波通信的基本概念
微波通信的起源和发展
微波技术是第二次世界大战期间围绕 着雷达的需要发展起来的，由于具有 通信容量大而投资费用省、建设速度 快、安装方便和相对成本低、抗灾能 力强等优点而得到迅速的发展。20世 纪40年代到50年代产生了传输频带较 宽，性能较稳定的模拟微波通信，成 为长距离大容量地面干线无线传输的 目前，单波道传输速率可达300Mbit/s以上， 主要手段，其传输容量高达2700路， 为了进一步提高数字微波系统的频谱利用率， 而后逐步进入中容量乃至大容量数字 使用了交叉极化传输、无损伤切换、分集接 微波传输。80年代中期以来，随着同 收、高速多状态的自适应编码调制解调等技 步数字序列（SDH）在传输系统中的推 术，这些新技术的使用将进一步推动数字微 广使用，数字微波通信进入了重要的 波通信系统的发展。因此，数字微波通信和 发展时期。 光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传 输的三大支柱。

有些接力站无人值守，由主控站对它们进行遥测、 遥控。
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微波接力通信系统的构成
收
收收
收收
收
发
发发
发发
发
信
信信
信信
信
机
机机
机机
机
多 路
用复 户用
设 备
终端站
用 户
接力站 （中继站）
多多 路路 复复 用用 设设 备备
分路站
分转站
多 路
用复 用 户用 户
设 备
终端站
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第二节 数字微波接力通信系统
数字微波接力通信系统是指以微波接力方式 进行数字信号远距离传输的多路通信系统，又称 数字微波中继系统。对于电话、传真等模拟信号 ，须经抽样、量化、编码等过程把模拟信号变换 成比特率为64kbit/s的脉冲编码调制（PCM）数 字信号，并用时分多路复用（TDM）方式把多路 信号组成基带信号，然后以此基带信号对中频载 波进行二次调制（如移相键控PSK），再经上变 频搬移到微波波段。这种体制可记作TDM PSK。 数字微波系统可用来传输电话、数据、图像、电 视及其他新型通信业务。
天线
媒 质
双工器 馈线
高功率 放大器
低噪大器
上变频器 下变频器
上变频器 下变频器
调制器 解调器
调制器 解调器
多路复用设备
多路复用设备
用户末端设备
用户末端设备
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天馈线系统由馈线、双工器及天线组成。
用户终端设备把各种信息变换成电信号。
多路复用设备把多个用户的电信号构成共用一个传输 信道的基带信号。 在发信机中调制器把基带信号调制到中频再经上变频变至 射频，也可直接调制到射频。
8

2
（二）自由空间传播损耗
pt p0 = 2 4π d
注意，此时的参数d 注意，此时的参数d是表示辐射源到接收天线的直视 距离，而不是沿地球表面的通信距离。但是，由于d 距离，而不是沿地球表面的通信距离。但是，由于d远小于 地球半径，可认为电波的直视传播距离与通信距离近似相等， 地球半径，可认为电波的直视传播距离与通信距离近似相等， 并用符号d表示。 并用符号d表示。
第三章 微波中继通信系统
一、微波中继通信的概念 二、微波中继通信的线路组成 三、微波中继通信的中继方式 时分复用、帧结构、 四、时分复用、帧结构、同步 五、微波信道特性
第三章 微波中继通信系统
五、微波信道特性
五、微波信道特性
（一）天线架高与传播距离 （二）自由空间传播损耗 （三）地面效应 （四）大气效应 （五）接收信号功率和接收信噪比
（二）自由空间传播损耗
2.有向天线辐射， 2.有向天线辐射，单位面积接收功率 有向天线辐射 在实际的微波中继通信系统中，天线一般是有方向性的， 在实际的微波中继通信系统中，天线一般是有方向性的， 并用“天线增益Gt”来表示。对于发射天线来说， 并用“天线增益Gt”来表示。对于发射天线来说，它是天线 Gt 在最大辐射方向上单位立体角的发射功率与无方向天线单位 立体角功率的比值。也就是说，发射天线增益Gt是该天线在 立体角功率的比值。也就是说，发射天线增益Gt是该天线在 Gt 最大辐射方向上辐射功率相对无方向天线在该方向上辐射功 率所增加的倍数或分贝数。 率所增加的倍数或分贝数。
r1 =
λd 1d 2 d1 + d 2
（三）地面效应
2.地面反射 地面反射 电波在较平滑的地面（如水面、沙漠、草原及小块平地等） 电波在较平滑的地面（如水面、沙漠、草原及小块平地等）上传播 容易产生较强的镜面反射，电波沿反射路径也可以到达接收天线， 时，容易产生较强的镜面反射，电波沿反射路径也可以到达接收天线， 形成多径传播。来自直射波和反射波的信号在接收端干涉叠加，合成信 形成多径传播。来自直射波和反射波的信号在接收端干涉叠加， 号的场强与地面反射系数， 号的场强与地面反射系数，以及由于不同路径延时差造成的两干涉信号 间的相位差有关。 间的相位差有关。 当来自不同路径的信号相位相同时，合成信号增强；而相位相反时， 当来自不同路径的信号相位相同时，合成信号增强；而相位相反时， 相互抵消。 相互抵消。 由于反射系数随地面条件而改变，反射点也可能有变化， 由于反射系数随地面条件而改变，反射点也可能有变化，因此接收 的合成信号电平将起伏不定，形成多径衰落。 的合成信号电平将起伏不定，形成多径衰落。

散 Nhomakorabea传输技术
散射传输技术是指将微波信号通过散射体进行传输的技术。这种技术主要应用于山区、丘陵等复杂地 形地区的通信，其优点是可以实现非视距通信，同时可以利用现有的散射网络进行传输。
散射传输技术通常采用散射天线进行信号散射，从而实现远距离的传输。这种技术的缺点是传输过程 中可能会出现信号衰减和干扰等问题，需要采取相应的措施进行解决。此外，散射传输技术还需要建 设大量的散射站点，因此成本较高。
交互和智能化发展。
微波通信发展趋势与新技术应用
5G技术的发展
随着5G技术的不断推进，微波 通信将发挥重要作用，实现更
高速、更可靠的数据传输。
智能反射面技术
通过智能反射面的设计，实现 对微波信号的智能调控和优化， 提高通信性能。
量子通信技术
利用量子纠缠等量子特性，实 现更加安全、高效的通信方式， 微波通信将在其中发挥关键作用。
比ASK有更好的抗噪声性能。
数字调制技术
相移键控（PSK） 用载波的相位偏移来代表数字信号的0、1比特。
比ASK和FSK有更好的抗噪声性能。
多路复用技 术
时分复用（TDM）
将时间划分为多个时隙，每 个时隙传输一路信号。
可以同时传输多路信号。
频分复用（FDM）
将频率划分为多个频带，每 个频带传输一路信号。 可以同时传输多路信号。
微波通信的历史与发展
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起源
20世纪40年代，随着雷达 和电子管技术的快速发展， 人们开始利用微波频段进 行通信。
发展历程
经历了从模拟信号到数字 信号，从固定站到移动站， 从模拟调制到数字调制等 阶段。
现代应用
广泛应用于移动通信、卫 星通信、广播电视等领域。

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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
地球表面是个曲面，且天线所架高度 有限，发信端发出的电磁波会受到地面的 阻挡。在一定天线高度的情况下，为了克 服地球的凸起而实现远距离通信，必须采 用中继接力的方式，两个通信点(信号转节 点)间设立中继站，即所谓的视距通信。否 则A站发射出的微波射线将远离地面而根 本不能被D站接收。
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
微波站的主要设备包括发信设备、收 信设备、天馈系统、电源设备以及保障 通信线路正常运行和无人维护所需要的 监测控制设备等。
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
发信设备的组成
交换 交换 中心 中心
端局 端局
终端 终端
交换 交换 中心 中心 光纤通信 光纤通信
交换 交换 中心 中心
卫星通信 卫星通信
微波中继通信系统在整个通信网中的位置
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
2.1 微波中继通信的概念
微波通信的发展与无线通信的发展是 分不开的。 微波中继通信是利用微波频率 （300MHz~300GHz)作载波携带信息， 通过无线电波空间，采用中继（接力） 通信方式在地面上进行的无线电通信。
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现代通信系统
第2章 微波中继通信系统
（3）通信灵活性较大 微波中继通信采用中继方式，可以 实现地面上的远距离通信，并且可以跨越 沼泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境。 在遭遇地震、洪水、战争等灾祸时，通信 的建立、撤收及转移都比较容易，这些方 面比电缆通信具有更大的灵活性。

对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的 直接原因有两个：
首先是因为微波波长短，接近于光波，是直线传播具有 视距传播特性，而地球表面是个曲面，因此若在通信两 地直接通信，当通信距离超过一定数值时，电磁波传播 将受到地面的阻挡，为了延长通信距离，需要在通信两 地之间设立若干中继站，进行电磁波转接。
上变频器：将中频信号变换成射频信号
高功率放大器
滤波器
收信机
低噪声放大器：将接收的微弱信号予以放大 下变频器：将射频信号变换成中频信号 中频放大器 中频滤波器
（2）天线馈电系统 天线馈电系统由馈线、双工器及天线组成。
基本作用：
将发射机送来的射频信号变成定向（对准卫星）辐射的 电磁波；同时，收集微波站（或卫星）发来的电磁波， 送到接收设备。
通常，微波站（地球站）天线是收发共用的，因 此要用双工器。
微波收信设备、
微波天线馈电设备、
电源设备、监测控制设备等。
（1）微波收发信机
发信机
工作频段：微波中继工作频段范围很宽，工作频率愈 高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量。对 于较长距离的微波中继，其主要工作频段是1.7-12 GHz，12GHz以上频段目前使用不多。
我国选用2，4，6，18，11作为微波通信的主要工作频段， 其中2，4，6 GHz频段主要用于干线微波中继， 2，7，8， 11 GHz主要用于支线或专用网。
40年代出现了UHF频段的军用无线中继通信系统 数字微波通信起步于50年代，
1947年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统TD-2。 经过了20多年的历史，直到70年代初，才完成小容量、 低频段的通信系统。
1951年，美国纽约——旧金山成功开通了商用的微波 通信线路，工作在4GHz频段，能承载480路的模拟话 音

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天线的极化
线极化：水平极化和垂直极化 （以电场方向为参考）
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衰落
微波传播必须采用直射波，接收点的场强是直射空间波与地面反 射波的叠加。传播媒介质是地面上的低空大气层和路由上的地面 、地物。当时间(季节、昼夜等)和气象(雨、雾、雪等)条件发生 变化时，大气的温度、湿度、压力和地面反射点的位置、反射系 数等也将发生变化。这必然引起接收点场强的高低起伏变化。这 种现象，叫做电波传播的衰落现象。显然衰落现象具有很大的随 机性。
(4)采用同步复用特性，只需利用软件即可使高速信号一次 直接分插出低速支路信号。
(5)SDH的结构可使网络管理功能大大加强。
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SDH 标准系列
PDH
日本 （T）
北美 （T）
欧洲 (E)
97.728 32. 064 6.312M
44.763 6. 312
139. 264 34. 368 8.448
微波通信系统介绍
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目录
1 微波通信系统简介 2 微波通信系统方框图 3 微波通信系统数字传输系列
4 爱立信微波的实际应用
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1 微波通信系统简介
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微波站
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微波的定义
微波是一种电磁波，从广义上讲，频率 从300MHZ~300GHZ，微波通信使用频 率范围3GHZ~30GHZ
3. 微波的频率很高，因此可利用的频带较宽、信息容量大，从而使 微波通信得到了广泛的应用和发展。
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不同的传输方法
MUX
同轴电缆
微波
卫星 光缆

20世纪80年代
注：微波传输中，传输容量在10M以下的称为小容量，在10~100M之间的称为中容量，大于100M的称为
构
制式
数字微波 模拟微波
复用 方 式
PDH SDH
全室内型微波（Trunk MW）
结构 分体式微波（Split MW）
按站 点类
型
终端站 中继站 枢纽站
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HSB (hot stand-by, 热备份)，FD (frequency diversity, 频率分集) 和SD (space diversity, 空间分集) 三种模式： 热备份：两套完全相同的单元同时工作，其中一套作为另一套的备份，当工作单元故障时，可以及时切换到备份单元上； 频率分集：发送端使用2个不同频点发送相同信号，由于传输过程中不同频率衰落程度不同，接收端进行选收、合成以改善传 输质量； 空间分集：发送端通过1个相同频点发送相同信号，由于传输过程中不同空间位置衰落程度不同，接收端在不同高低位置接收 后进行选收以改善传输质量。SD时，备用通道静默，不发送信号，只接收信号。
微波主要应用（续）
回传链型组网
回传树型组网
回传终端站
微波保护方式
“1+0”和”1+1:“1+0”为无保护，即同一链路上的高站 (或低站) 只有1个ODU，当这个ODU出现故障时，该跳链路 无法正常通信；“1+1”为有保护，实现备份，提高了系统的可用度。在“1+1”情形下同一链路上的高站 (或低站) 就 有2个 ODU。一般来说，HSB是最普通、最常见的，SD次之但少很多，FD最少。
RTN 产品是接入和汇聚层微波设备，可以直接接入RNC和BSC，也可以通过本地回传网接入RNC和BSC。 RTN 产品提供多种类型的接口和业务承载技术以适应本地回传网络的类型。本地回传网络可以是TDM网络或者PSN网络。 RTN 产品支持EoSDH/EoPDH功能和ML-PPP功能，分组业务可以穿越TDM网络进行回传。 RTN 产品支持PWE3仿真，TDM业务、ATM业务和以太网业务可以穿越分组交换网络进行回传。 RTN 产品支持VLAN子接口功能，MPLS分组业务可以穿越二层网络进行回传。

微波中继通信：是利用微波作为载波并 采用中继(接力)方式在地面上进行的无 线电通信。
精选
短波微天波波传传播播示示意意图图
F2层 F1层 E层 D层
发
225~450km 170~220km 100~1中继通信示意图
(1)微波传播具有视距传播特性 (2)微波传播具有损耗
背比；为防止越站干扰，在微波线路设计和站址选择
时应妥善安排。
精选
四频制单波道频率配置
采用四频制方案时，没有反向干扰问题，但仍 然存在越站同频干扰问题，且其占用频带比二 频制方案宽一倍。
精选
微波线路的干扰
系统内部干扰
越站干扰 旁瓣干扰
系统外部干扰
精选
越站干扰示意图
干扰信号应比有用信号低60dB以上 解决方法：使线路走向错开一定角度(不小于 15˚) ，即用“之”字形路由，使天线主瓣射线 与AD连线夹角大于天线主瓣宽度，避免电磁波 传播方向(主瓣)与相邻各精选站的线路走向一致。
旁瓣干扰示意图
解决方法：在进行微波线路路由和站址选择时，应尽 量避开各种外部干扰源。此外，设计新线路时，有时 会遇到与现有通信线路相互连接和配合使用的问题， 若处理不当，也会造成同频或邻频干扰。
精选
微波线路设计中的路由和站址选择
明确已知条件
(1)线路或被连接的终端的位置，沿线城市或单位
(2)沿线附近原有通信线路站址及频段、天线方向 图等。它们涉及到线路之间或站间相互干扰问题。
微波转接方式
微波转接实现起来比中频转接困难，但微波转接方案 简单，设备体积小、功耗低，对于不需要上、下话路 的中继站可采用这种转接方式。
精选
微波射频波道的频率配置
目的：为了增加微波中继通信系统的传输容 量，在一条微波通信线路上允许多套微波收 发信机同时工作，避免相互干扰

的场强增强,偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。
几个基本概念
费涅耳半径
费涅耳半径 The Fresnel Radius:
我们把费涅区上的任意一点到R-T连线的距离称为费涅耳区半径， 用F 表示。 当这一点为第一费涅耳区上的点时，此半径称为第一费涅耳区半 径。 第二...第N 个费涅耳区半径表达式：Fn= (n)1/2 x F1 上式中：F1为第一费涅耳半径。
Line of sight
1st zone +
2nd -zone 3rd zone
+
The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sight
几个基本概念
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition) 非涅耳区的能量分布:
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)
费涅耳区 The Fresnel Zone:
➢ 如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从T或R点出发认定的某一波前面相交 割，在交割的界面上我们就可以得到一系列的圆和环，中心是一个圆，称为第一费 涅耳区。
➢ 其外的圆环（外圆减内圆得到的圆环）称为第二个费涅耳区，再往外的圆环称为第 三费涅耳区、第四费涅耳区...... 第N费涅耳区。
A0 = 自由空间损耗(Free Space Loss) M = 衰落储备(Fading Margin)
PRX G
M
Distance
微波通信的基本原理
• 几个基本概念 • 自由空间的电波传播 • 各种衰落及抗衰落技术 • 微波通信对设计的要求 • 干扰信号
各种衰落及抗衰落技术