1、 第第2章章 微波中繼通信系統微波中繼通信系統 3.1 微波中繼通信的概念微波中繼通信的概念 3.2 微波中繼通信微波中繼通信系統的構成系統的構成3.3 微波中間微波中間站的轉接方式站的轉接方式3.4 數字數字微波中繼通信微波中繼通信系統設計系統設計3.5 微波傳播與微波線路設計微波傳播與微波線路設計3.6 數字微波中繼設備數字微波中繼設備3.1 微波中繼通信的概念微波中繼通信的概念微波中繼通信是利用微波作為載波并采用中繼（接微波中繼通信是利用微波作為載波并采用中繼（接力）方式在地面上進行的無線電通信力）方式在地面上進行的無線電通信。微波頻段的波長范圍為lmmm，頻率范圍為頻率范圍為300MH

2、z300GHz，可細分為特高頻（UHF）頻段分米波頻段、超高頻（SHF）頻段厘米波頻段和極高頻（EHF）頻段毫米波頻段。由于衛星通信衛星通信實際上是在微波頻段在微波頻段采用中繼（接力）方式通信，不過其中繼站設在衛星上而已，所以，為了與衛星通信區分，這里所說的微波中繼通信是限定在地面上的。中繼的原因中繼的原因 微波通信采用中繼方式的直接原因有兩個：首先，因為微波傳播具有視距傳播特性微波傳播具有視距傳播特性，即電磁波沿直線傳播沿直線傳播，而地球表面是個曲面，因此若在通信兩地直接通信，且天線架高有限，當通信距離超過一定數值時，電磁波傳播將受到地面的阻擋，為了延長通信距離，需要在通信兩地之間設立若干中

3、繼站，進行電磁波轉接。其次，因為微波傳播有損耗微波傳播有損耗，在遠距離通信時有必要采用中繼方式對信號逐段接收、放大后發送給下一段。微波通信發展史微波通信發展史 世界上最早的模擬微波中繼通信系統是第二次世界大戰后期美國貝爾研究所建立的TDX系統（4GHz頻段的調頻系統），1947年貝爾研究所研制了數字微波中繼通信系統TD-2。我國在50年代開始進行模擬微波系統的研制，經過了20多年的歷史，直到70年代初，才完成小容量、低頻段的通信系統。20世紀70年代研制并使用數字微波中繼通信系統并進行技術引進和開發。目前，世界上許多國家都把微波中繼通信作為其通信網的主要傳輸手段之一。模擬微波中繼通信早已發展成

4、熟，并逐漸被數字微波中繼通信取代。微波通信的特點微波通信的特點 （1）通信頻段的頻帶寬通信頻段的頻帶寬。微波頻段占用頻帶約300GHz，而全部長波、中波和短波頻段占有的頻帶總和不足30MHz，前者是后者的10000多倍。一套微波中繼通信設備可以容納幾千甚至上萬條話路同時工作，或傳輸電視圖像信號等寬頻帶信號。 （2）受外界干擾的影響小）受外界干擾的影響小。工業干擾、天電干擾及太陽黑子的活動對微波頻段通信的影響小(當通信頻率高于100MHz時，這些干擾對通信的影響極小)，但它們嚴重影響短波以下頻段的通信。因此，微波中繼通信較穩定和可靠。（3）通信靈活性較大。）通信靈活性較大。微波中繼通信采用中繼方

5、式，可以實現地面上的遠距離通信，并且可以跨越沼澤、江河、湖泊和高山等特殊地理環境。在遭遇地震、洪水、戰爭等災禍時，通信的建立、撤收及轉移都較容易，這些方面比電纜通信具有更大的靈活性。（4）天線增益高、方向性強）天線增益高、方向性強。當天線面積給定時，天線增益與工作波長的平方成反比。由于微波中繼通信的工作波長短，因而容易制成高增益天線，降低發信機的輸出功率。另外，微波電磁波具有直線傳播特性，可以利用微波天線把電磁波聚集成很窄的波束，使微波天線具有很強的方向性，減少通信中的相互干擾。（5）投資少、建設快。投資少、建設快。在通信容量和質量基本相同的條件下，按話路公里計算，微波中繼通信線路的建設費用不

6、到同軸電纜通信線路的一半，還可以節省大量有色金屬，建設時間短。微波中繼通信的用途微波中繼通信的用途微波中繼通信主要用來傳送長途電話信號、寬頻帶信號(如電視信號)、數據信號、移動通信系統基地站與移動業務交換中心之間的信號等，還可用于通向孤島等特殊地形的通信線路。微波通信系統工作過程微波通信系統工作過程用戶終端A通過微波通信系統把信號發給用戶終端B的系統工作過程：從發信終端站到收信終端站中間一般要經過若干個微波中繼站，中繼站中有兩組中繼機，從一個方向的天線收到的微波信號從某中繼機的收信機轉接到另一中繼機的發信機，在由朝另一方向天線發送出去。3.2 數字微波通信系統的組成數字微波通信系統的組成 微波

7、通信線路由微波終端站微波終端站,微波中繼站和微波分微波中繼站和微波分路站組成。路站組成。一條微波中繼通信線路的其主干線可以長達幾百公里甚至幾千公里，支線可以有多條。系統基本設備系統基本設備最基本的數字微波通信系統設備由用戶終端、交用戶終端、交換機、終端復用設備、微波站等組成換機、終端復用設備、微波站等組成。 用戶終端用戶終端最靠近用戶的輸入/輸出設備。主要通過交換機集中在微波終端站或微波分路站。交換機的作用交換機的作用數字微波通信系統設備中交換機的作用是實現本實現本地用戶終端之間的業務互通地用戶終端之間的業務互通，如實現本地話音用戶之間的通話，又可通過微波中繼通信線路實現本地用戶又可通過微波中

8、繼通信線路實現本地用戶終端與遠地終端與遠地(對端交換機所轄范圍對端交換機所轄范圍)用戶終端之間的業務用戶終端之間的業務互通互通。交換機配置在微波終端站或微波分路站。終端復用設備的基本功能終端復用設備的基本功能數字微波通信系統設備中終端復用設備的基本功能是將交換機送來的多路信號或群路信號適當變換，交換機送來的多路信號或群路信號適當變換，送到微波終端站或微波分路站的發信機送到微波終端站或微波分路站的發信機；將微波終端將微波終端站或微波分路站的收信機送來的多路信號或群路信號站或微波分路站的收信機送來的多路信號或群路信號適當變換后送到交換機適當變換后送到交換機。數字微波中繼通信系統的終端復用設備是時分

9、多時分多路數字終端機路數字終端機，包括增量調制(DM)和脈沖編碼調制(PCM)兩種制式。增量調制數字終端機常用在軍事數字微波中繼通信中，脈沖編碼調制終端機常用在民用數字微波中繼通信中。終端復用設備配置在微波終端站或微波分路站。微波站的基本功能微波站的基本功能 數字微波通信系統設備中微波站的基本功能是傳傳輸來自終端復用設備的群路信號輸來自終端復用設備的群路信號。按其與終端復用設備連接關系又把微波站分為終端站、分路站和中繼站終端站、分路站和中繼站。當兩條以上的微波中繼通信線路在某一微波站交匯時，該微波站稱為分路站，它具有通信樞紐功能。3.3 微波中間站的轉接方式微波中間站的轉接方式微波中繼通信系統

10、中間站的轉接方式一般是按照收發信機轉接信號時的接口頻帶接口頻帶劃分的，分為3種：基基帶轉接方式、中頻轉接方式和微波轉接方式。帶轉接方式、中頻轉接方式和微波轉接方式。1.基帶轉接方式基帶轉接方式中繼站把來自某一通信方向的載頻為f1的接收信號經對應中繼機(微波收發信機)的天線饋電系統、微波低噪聲放大器后，與該中繼機的接收機本振信號混頻，混頻輸出信號經中放后送到解調器解調輸出基帶信號，再轉接到該中繼站的另一中繼機調制其發信機的中頻或直接對微波振蕩器進行調制。已調信號經過變頻輸出載頻為f2的微波信號，該信號經微波功放、天線饋電系統后向中繼站的另一個通信方向發送出去。因為信號從某一中繼機的收信機轉接到另

11、一中繼機的發信機時，接口頻帶為基帶接口頻帶為基帶，所以稱作基帶轉接。模擬微波中繼通信系統的基帶轉接又稱為群頻轉接群頻轉接，數字微波中繼通信系統的基帶轉接又稱為再生轉接再生轉接。對群頻轉接而言，群路信號在調制、解調過程中產生失真，隨著中間站數目的增加，調制、解調的次數增加，失真和噪聲積累不斷加劇，使系統的信噪比惡化，影響通信質量。而再生轉接再生轉接，由于解調信號在轉接之前進行了再轉接之前進行了再生，因而消除了噪聲積累生，因而消除了噪聲積累。再生轉接方式是目前數字微波中繼通信系統最常用的一種中間站轉接方式。基帶轉接方式可以直接上、下話路，是微波分路微波分路站必須采用的轉接方式站必須采用的轉接方式。

12、采用這種轉接方式的中繼站的設備與終端站可以通用。2.中頻轉接方式中頻轉接方式中間站把來自某一通信方向的載頻為f1的接收信號經對應中繼機(微波收發信機)的天線饋電系統、微波低噪聲放大器后，與該中繼機接收機本振信號混頻，混頻輸出信號經中放后轉接到該中繼站的另一中繼機的發信機功率中放，將信號放大到上變頻器所需的功率電平，然后與發信機本振信號進行上變頻，輸出載頻為f2的微波信號。該信號經微波功放、天線饋電系統后，向中繼站的另一通信方向發送出去。因為信號從中間站的某一中繼機的收信機轉接到另一中繼機的發信機時，接口頻帶為中頻接口頻帶為中頻，所以稱作中頻稱作中頻轉接又稱為外差轉接轉接又稱為外差轉接。中頻轉接

13、省去了調制、解調器，簡化了設備，且沒有調制和解調引入的失真和噪聲沒有調制和解調引入的失真和噪聲。中頻轉接的發信本振和收信本振采用移頻振蕩方案，降低了對本振穩定度的要求。但中頻轉接不能上、下話路，但中頻轉接不能上、下話路，不能消除噪聲積累不能消除噪聲積累。對于不需要上、下話路的中繼站，可以采用中頻轉接方式，如模擬微波中繼通信系統的中繼站就常用這種方式。 3.微波轉接方式微波轉接方式微波轉接與中頻轉接類似，但其轉接接口是微波接口，且為了使同中繼站的轉發信號不干擾接收信號，轉信載頻f2，相對于收信載頻f1；需要移頻，即移頻振蕩器的頻率等于f2與f1之差。另外，為了克服傳播衰落引起的電平波動，還需在微

14、波放大時采取自動增益控制措施。微波轉接電路技術實現起來比中頻轉接困難，但微波轉接方案簡單，設備體積小、功耗低，對于不需要上、下話路的中繼站可采用這種轉接方式。3.4數字微波通信系統設計數字微波中繼通信系統的設計在國際無線電咨詢委員會和國際電話電報咨詢委員會中有相應的標準。數字微波中繼通信系統的設計包括通信設備的研制與生產的通信設備的研制與生產的總體設計總體設計和通信線路建設與使用的線路工程設計通信線路建設與使用的線路工程設計。這里主要介紹幾個問題：假設參考電路與傳輸質量假設參考電路與傳輸質量標準、傳輸容量與基帶接口、調制方式的選擇、射頻波標準、傳輸容量與基帶接口、調制方式的選擇、射頻波道的頻率

15、配置、中頻的選擇道的頻率配置、中頻的選擇等。3.4.1假設參考電路與傳輸質量標準一、假設參考電路為了考察實際數字微波中繼通信線路的傳輸質量，可以事先假定數字微波中繼通信線路并規定其傳輸質量，作事先假定數字微波中繼通信線路并規定其傳輸質量，作為實際線路的參考為實際線路的參考，稱為假設參考電路假設參考電路。國際無線電委員會按傳輸容量傳輸容量、傳輸距離傳輸距離和傳輸質量傳輸質量等不同，規定了高級、高級、中級和用戶級三類假設參考電路中級和用戶級三類假設參考電路。1.高級假設參考電路1）傳輸容量二次群以上；2）總長度為2500km；3）均勻包含9個數字微波段，每個傳輸方向上都包含符合標準的標準系列數字復

16、用設備，每組數字復用設備都包含一套并路設備和一套分路設備；4）包含兩次64Kb/s的數字信號轉接，其它為群轉接；5）適用于國際和國內的遠距離微波干線通信。2.中級假設參考電路1）傳輸容量二次群以上；2）基本長度為1220km；3）由4類質量不同的假設參考數字微波段組成，第一類和第二類長度為280km，第三類和第四類長度為50km，四類假設參考數字微波段可以根據具體情況組合，并且總長度不限于基本長度1220km；4）包含一次64Kb/s的數字信號轉接，其它為群轉接；5）適用于國內微波支路通信。3.用戶級假設參考電路用戶假設參考電路的長度為50km，主要用于本地數字交換局與64Kb/s用戶之間的微

17、波通信。二、傳輸質量標準數字微波中繼通信系統中，誤碼性能誤碼性能決定傳輸質量的主要標準。國際無線電咨詢委員會規定了三類假設參考電路64Kb/s數字信號輸出端的誤碼性能。1. 高級假設參考電路的誤碼性能2. 1）在一年中的任何月份，一分鐘統計時間內，BER大于110-6時間率不超過0.4，該統計時間稱惡化分惡化分，該誤碼指標稱低誤碼指標，主要設備性能不完善和干擾造成的。3. 2）在一年中的任何月份，一秒鐘統計時間內，BER大于110-3時間率不超過0.054，該統計時間稱為嚴重誤碼秒嚴重誤碼秒，該誤碼指標稱高誤碼指標，這時的誤碼主要是傳輸衰落引起的。4. 3）在一年中的任何月份，誤碼秒累計時間不

18、能超過0.32，這時的誤碼主要是設備性能不完善造成的。5. 如果作為高級鏈路的長度介于280km2500之間，誤碼性能應在個時間率的基礎上乘以L/2500。2.中級假設參考電路的誤碼性能1）在一年中的任何月份，一分鐘統計時間內，BER大于110-6時間率不超過1.5%。2）在一年中的任何月份，一秒鐘統計時間內，BER大于110-3時間率不超過0.04。3）在一年中的任何月份，誤碼秒累計時間不能超過1.2。3.用戶級假設參考電路的誤碼性能1）在一年中的任何月份，一分鐘統計時間內，BER大于110-6時間率不超過0.75%。2）在一年中的任何月份，一秒鐘統計時間內，BER大于110-3時間率不超過

19、0.0075。3）在一年中的任何月份，誤碼秒累計時間不能超過0.6。3.4.2傳輸容量與基帶接口數字微波中繼通信中，微波線路中的傳輸是調制傳輸或頻帶傳輸。數字復用設備與微波信道設備之間的信號傳輸、再生轉接中間站收發信機轉接信號的傳輸都是基帶傳輸，主要通過基帶接口完成，相應的信號是基帶信號，是數碼序列。1. 傳輸容量2. 按照CCITT規定，數字微波中繼通信系統的傳輸容量是以PCM數字復用設備的基帶信號容量即電話路數來劃分的，分為PCM30/32路系列和PCM24路系列,我國采用前者。3. 基群：30路，2.048Mbps4. 二次群：120路，8.448Mbps5. 三次群：480路，34.3

20、68Mbps6. 四次群：1920路，139.264Mbps7. 五次群：7680路，564.992Mbps為了適應用戶對不同電話路數的需要，在PCM30/32路系列基礎上增加了中間等級的非標準PCM路數，如PCM-60、PCM-240、PCM-960等。對于低速通信系統或軍用通信系統，有采用M系列或與PCM混合系列，采用增量調制系列以32Kbps的數碼率倍增，PCM以64Kbps數碼率倍增。通常，數字微波中繼通信系統按其傳輸容量分三類，小于10Mbps的系統稱為小容量系統小容量系統，介于10Mbps和100Mbps的系統稱為中容量系統中容量系統，大于100Mbps的系統成為大容量系大容量系統

21、統。2. 基帶接口3. 基帶接口是指數字復用設備與微波信道設備之間、再生轉接站收發信機之間的接口。它是數字微波中繼設備的一項重要指標，為了便于有線和微波終端設備互聯及不同設備在組成通信網時互聯，基帶接口必須標準化。基帶接口的兩種方式1）近距離接口。接口連接的設備較近，采用近距離接口，用射頻電纜進行信碼和定時信號的連接。2）遠距離接口。距離較遠時使用。用射頻電纜或同軸電纜連接。在發送端將信碼碼型變換成適于線路傳輸的某種碼型，在接受端進行定時信號的提取和信碼的再生。3.4.3調制方式的選擇如果數字基帶信號以某種形式在帶通微波無線電信道中傳輸，必須在發送端用數字基帶信號調制微波載波，在接受端進行信號

22、解調，這就需要相應的調制和解調技術或方法。下面介紹微波發信機的兩種調制方案。1. 微波發信機的兩種調制方案2. 一、射頻調制3. 將來自數字復用設備的信碼經過碼型變換后，對微波振蕩器輸出的射頻載波信號進行調制，已調信號經過微波功率放大器和微波濾波后經過天饋系統發射出去。這種發信機結構簡單，關鍵微波功率放大器制作難度大，通用性也較差。二、中頻調制將來自數字復用設備的信碼經過碼型變換后，對中頻振蕩器輸出的中頻載波信號進行調制，已調信號經過功率中放、上變頻，再經過微波功放和微波濾波后經過天饋系統發射出去。這種發信機通用性好。2.調制方式的選擇可用于數字微波中繼通信系統的調制方式很多，它們都是ASK、

23、PSK、FSK這三種基本調制方式發展而來的。在選擇數字微波通信系統調制方式時，主要考慮頻譜利用率、抗干擾能力對傳輸失真的適應能力、抗衰弱能力、勤務信號的傳輸方式和設備的復雜程度。歸一化信噪比Eb/N0定義為Eb為一個比特周期內的信號能量，N0高斯白噪聲的單邊功率譜密度，Pr為接收到的最大穩態信號功率，fb為多進制調制以前二進制序列的傳輸速率，歸一化信噪比Eb/N0是計算誤碼比特率Pb的關鍵參數，抗干擾能力主要體現在Pb和Eb/N0的關系上。)(/(lg(1000dBfNPNEbrb頻譜利用率表現在單位頻帶內的信息傳輸率，定義為fb為多進制調制以前二進制序列的傳輸速率，B為傳輸帶寬，fM為多進制

24、傳輸的碼元速率，TsM為多進制的碼元寬度。可見，加大M或減小B和TsM,都可以提高頻譜利用率。BTMBMfBfsMMb22loglog.選擇調制方式時，應根據數字微波中繼通信系統的容量等級，并綜合考慮各種因素來選擇。2PSK2DPSK設備簡單、抗干擾能力強，對衰落信道和非線性信道的適應能力強，但頻譜利用率不高。2FSK設備簡單，對衰落信道和非線性信道的適應能力強，但其頻譜利用率低，抗干擾能力都比2PSK2DPSK強。4PSK4DPSK的頻譜利用率是2PSK2DPSK的兩倍，抗干擾能力與后者一樣，設備復雜程度只有少許增加，對衰落信道的適應能力適中，對信道的線性指標要求也不太高。8PSK與4PSK

25、4DPSK相比，具有更高的頻譜利用率，但設備復雜程度有所增加，對信道的衰落和失真特性也比后者敏感，需要采取一定措施來改善性能。16QAM的頻譜利用率很高，設備也不太復雜，但對信道的幅相畸變、線性性能以及電波傳播的頻率選擇性衰落都比較敏感，需要采取信道線性化措施和均衡措施，這將增加設備的復雜性和設備的成本。其他多信號狀態調制方式(如64QAM、256QAM等)都在具有很高頻譜利用率的同時存在類似16QAM需要解決的問題，但這些問題隨著技術進步，已經得到不同程度的解決。對于小容量系統，以選擇4PSK4DPSK為主，也可選擇2PSK2DPSK或2FSK；對于中容量系統，以選擇4PSK4DPSK為主，

26、也可選擇8PSK或2PSK2DPSK；對于大容量系統，以選擇16QAM為主，也可選擇8PSK。今后將逐步采用頻譜利用率更高的調制方式，如64QAM、256QAM等。3.4.4射頻信道的頻率配置兩套對通的收發信機，它們的射頻頻帶寬度是有限的，因而傳輸容量也有限。為了增加微波中繼通信系統的傳輸容量，各微波站可以在每個通信方向上使用多套微波收發信機同時工作，而同一個方向的每套收發信機必須使用不同的微波收發頻率，以避免相互干擾。每兩套對通的微波收發信機構成了一條獨立的雙向每兩套對通的微波收發信機構成了一條獨立的雙向微波通道，稱射頻波道。微波通道，稱射頻波道。因此，在一條微波中繼通信線路上，相鄰兩個微波

27、站之間將有多條射頻波道。所謂射頻波道的頻率配置射頻波道的頻率配置，就是如何分配相鄰兩個如何分配相鄰兩個微波站之間各條射頻波道收發信機的微波收發頻率微波站之間各條射頻波道收發信機的微波收發頻率。頻率配置的基本原則頻率配置的基本原則：1）盡可能在給定的微波頻段內多設置一些波道，以增加傳輸容量；2）盡可能減少波道之間的相互干擾，以保證傳輸質量；3)盡可能有利于通信設備的標準化、系列化，以便于降低生產和維護的成本。1. 單頻道頻率配置2. 當一條微波中繼線路各相鄰微波站之間只有一條波道工作時，其頻率配置為單波道頻率配置單波道頻率配置。3. 二頻制方案二頻制方案，是整個微波線路共使用兩個不同的微波頻率f

28、1、f2，且兩個頻率在兩個信息傳輸方向上都是交替出現的。4. 四頻制方案四頻制方案，是整個微波線路共使用4個不同的微波頻率f1、f2、f3、f4，f1和f4、f2、f3各組成一條雙向波道，且這兩個雙向波道在兩個信息傳輸方向上交替出現的。二頻制方案，每個中間站的兩個通信方向的收發頻每個中間站的兩個通信方向的收發頻率都相同，但收發頻率逐站更換一次率都相同，但收發頻率逐站更換一次。優點是占用頻帶窄，缺點是存在反向干擾和越站同頻干擾。反向干擾反向干擾是指一個通信方向的收信機會收到相反方向的同頻干擾信號，要求天線有較高的背向比。防止越站防止越站同頻干擾應該妥善安排微波線路的設計和站址的位置。四頻制沒有反

29、向干擾，但仍有越站同頻干擾問題，且四頻制占用的帶寬要寬。2. 多波道頻率配置3. 當一條微波中繼線路各相鄰微波站之間有多條波道同時工作，其頻率配置稱為多波道頻率配置多波道頻率配置。4. 對于微波中繼通信系統的多波道頻率配置，國際無線電咨詢委員會建議兩種方案：交錯制方案和分割制交錯制方案和分割制方案方案。5. 兩種方案基于兩個微波站之間共有6個波道同時工作，共12個不同微波頻率。一、交錯制方案交錯制方案同一波道的收信頻率和發信頻率相鄰排列，6個波道的收發頻率按波道序號交錯排列。對于中間站，兩個通信方向的收信頻率都是f1f6、發信頻率都是f1f6，下一個中間站相反，即收發頻率逐站更換一次。這種方案

30、中，相鄰波道收信和發信頻率差80MHz，同一波道收發信頻率差40MHz，因而較容易實現分波道濾波。由于收發信頻率差不大，為保持發射方向和接受方向有足夠的衰減，對濾波器的帶通特性要求很高。由于共12個收發頻率布滿了頻段，而發射天線和接受天線很難在寬頻帶內實現阻抗匹配，因而中間站需要多副天線。二、分割制方案6個波道的收信頻率集中在頻段的一半，6個波道的發信頻率集中在頻段的另一半，兩個通信方向的收信頻率都是f1f6，發信頻率都是f1f6，下一站則相反，即收發頻率逐站更換一次。該方案相鄰波道發信或收信頻率差小一些，同一波道的收發頻率間隔較大，容易實現收發的隔離。另外，收發頻率分集排列使發射天線和接受天

31、線只需要實現半個頻段內的阻抗匹配，實現容易。當波道不多于3個，接收天線和發射天線可以共用。3. 數字微波中繼通信系統的波道頻率再用4. 為了提高頻譜利用率，在數字微波中繼通信系統中可以進行波道頻率再利用。5. 在相同或相近的射頻頻率位置，利用電波的不同極化來安排更多的射頻信道。波道頻率利用有兩種方案：同波道型方案同波道型方案和插入波道型方案插入波道型方案，前者主用和再用射頻頻率完全重合，但極化方向不同；后者的主用和再用頻率相互錯開，且極化方向不同。采用何種方案取決于接收端天線的交叉極化鑒別率交叉極化鑒別率XPD。XPD發射水平極化、接收水平極化所接收到的信號功率/發射水平極化、接收垂直極化所接

32、收到的信號功率XPD越大，相互干擾越小，越利于信號接收。當XPD小于15dB時，只能采用插入波道型方案，當XPD大于15dB時，同波道型方案和插入波道型兩種方案均可采用。模擬微波中繼通信系統對同頻干擾和鄰近頻率干擾很敏感，所以很少進行波道頻率的再利用。4. 數字微波中繼通信系統的波道頻率配置參數5. 在對數字微波中繼通信系統的波道頻率配置時，除了遵循頻率配置的基本原則外，還需要考慮傳輸容量、調制方式、濾波特性和碼間干擾等因素，這些要用X、Y、Z三個參數表征，稱波道頻率配置參數。6. 設fs為每一個波道的碼元速率，則X、Y、Z與頻率的配置關系如下：1）相鄰波道間隔f波道Xfs，X12。X的下限取

33、決于濾波器的選擇性和允許的碼間干擾量，上限取決于所需的頻譜利用率。2）相鄰收發間隔f收發Yfs，Y15。Y的下限取決于濾波器的選擇性和天線的方向性，上限取決于所需的頻譜利用率。3）頻段邊沿的保護間隔f保護Zfs，Z0.51。Z的選擇要考慮到與鄰近頻段的相互干擾等因素。4）交叉極化鑒別率XPD，主要取決于天線設備性能和電波傳輸條件。3.4.5中頻頻率的選擇對于調相制的數字微波中繼通信系統，中頻頻率的選擇主要與碼元速率的高低有關，定義中頻頻率與碼元速率的比值，用kf表示：f0為中頻頻率，f為s碼元速率。kf實際表示一個碼元周期那包含多少中頻周期。sfffK0kf值選小了，對中放、解調等電路的傳輸畸

34、變較敏感；kf值選大了，一個碼元包含的中頻周期過多，會在延時解調時對延時線的穩定度要求過高，也會在相干解調時對載波恢復鎖相環的等效Q值要求過高，因此，kf值一般在310范圍內取值。目前，模擬微波中繼通信系統的標準中頻頻率有70MHz和和140MHz兩種，也可以作為數字微波中繼通信系統的中頻中頻頻率頻率，其中70MHz用于二次群和三次群，140MHz用于三次群以上的系統。基群及子群基群及子群若在70MHz中頻頻率上解調有困難，可以考慮采用第二中頻（如10MHz），四次群以上的系統一般選擇高于140MHz的中頻頻率。3.5 微波傳播特性與微波線路設計微波傳播特性與微波線路設計微波傳播是視距傳播，容

35、易容地形和大氣的影響，使接受信號產生衰落，影響通信系統的質量。因此，在進行微波線路設計時，必須考慮微波這些傳播特性。3.5.1微波傳播特性1. 地形地物對傳播特性的影響2. 微波中繼通信的電磁波主要在靠近地表面的大氣空間傳播，因而地形地物會對電磁波產生反射、折射、散射、繞射、和吸收現象。3. 1）平坦地表對微波電磁波的反射4. 水面或平坦地面對微波電磁波會產生反射。這樣，接受點除了接受直射波外，還接收平坦地表面反射形成的反射波，因而收信點的合成場強是直射波與反射波的矢量和。當發天線足夠高時，可認為直射波是自由空間波。收信點的場強值隨著路程差周期變化，從0變化到二倍場強，場強0表示直射波完全被反

36、射波抵消。即路程差為波長的整數倍時，衰減達到最大值。為了避免收信點的場強明顯起伏，尤其要避免因反射波抵消而導致收信點接受信號趨于0的現象，在進行微波站站址選擇和微波線路設計時，應充分利用地形地物阻擋反射波。因此，在已確定了系統的工作頻率和站間距離的情況下，收信點的場強隨天線高度變化。并非天線越高收信效果越好，如果天線高度調整適當，可以避免收信點信號趨于0的現象。2）地表障礙物對微波視距傳播的影響地表障礙物是丘陵、山頭、樹林和高大建筑物等會阻擋電磁波視距傳輸的地物。與空間傳播相比，地表障礙物對微波視頻傳播的影響產生阻擋損耗。當刃形的障礙物高度靠近或超過收發之間的視距連線時，收信點仍能收到信號，甚

37、至正常通信。如果要求收信點的場強幅值等于自由空間傳播場強幅值，則收發視距連線與障礙物最高點的垂直距離即傳播余隙傳播余隙Hc應大于或等于最小菲涅爾區半徑F0。最小菲涅爾區表示電磁波傳播所需要的最小空間通道，收信點的場強幅值等于自由空間傳播場強幅值。最小菲涅爾區半徑F0在收發中間處達到最大值，越靠近收發兩端越小。若定義刃形的障礙物的阻擋損耗為收信點場強與自由空間傳播場強幅值的比值。當Hc0時，當障礙物的最高點和收發連線相切時，阻擋損耗為6dB；當障礙物的最高點超過收發連線時，阻擋損耗迅速增加；Hc為正值，即障礙物的最高點在收發連線以下時，且Hc/F10.5(F1=F0(31/2)時，阻擋損耗在0d

38、B上下波動。即收信點的場強與自由空間場強相近。因此，在進行微波中間站站址選擇和微波線路設計時，應研究地形的剖面圖來確定最小菲涅爾區半徑的大小，進而確定傳播余隙來確定收發天線的高度。2.大氣對微波傳播的影響微波通信的電磁波傳播主要是在對流層中完成的，因此大氣對微波傳輸的影響實際就是對流層對微波傳播的影響。表現為三個方面：氧氣分子和水蒸氣分子對電磁波的吸收；雨、霧、雪等氣象微粒對電磁波的吸收和散射；對流層結構的不均勻對電磁波的折射。當微波中繼通信系統的工作頻率在10GHz以下時，前兩個方面影響不顯著，只需考慮對流層折射的影響，當系統的工作頻率在10GHz以上時，三個方面的影響都要考慮。3.5.2分

39、集接收在微波中繼通信系統中，由于多徑衰落等的存在，使通信可靠性受到嚴重威脅。這可以采用提高設備性能、增加接收電平余量即保證一定的衰減儲備量的方法來解決。當站的距離較大且炎熱潮濕的平滑地形的情況，有限的衰落儲備仍不能滿足要求。而采用分集接收技術是抗多徑衰落的有效措施之一。所謂分集接收，用兩套（或多套）收信設備接收一個信號經由兩條（或多條）不同路徑傳播路徑而形成，不會同時發生衰落的兩路（或多路）信號，并經過某些處理后，在接收端以一定方式將其合并。當其中一個信號發生衰落時，另外一個（或多個）信號不一定也衰落，只要采用適當的信號合成方法就可保證一定的接收電平，克服或改善衰落的影響。目前，常用的分集接收

40、技術有頻率分集、空間分集和混合分集等3種。這3種技術都假設兩個（或多個）射頻信號在傳播過程不可能同時發生衰落。1.頻率分集頻率分集是在發信端將一個信號利用兩個間隔較大的發信頻率同時發射，在收信端同時接收這兩個射頻信號后合成，由于工作頻率不同，電磁波之間的相關性極小，各電磁波的衰落概率也不同。頻率分集抗頻率選擇性衰落特別有效，但付出的代價是成倍地增加了收發信機，且需成倍地多占用頻帶，降低了頻譜利用率。2.空間分集空間分集是在收端利用空間位置相距足夠遠的兩副天線，同時接收同一個發射天線發出的信號。因為電磁波到達高度差為h的兩副天線的行程差不同，所以，某一副天線收到的信號發生衰落時，另一副天線收到的

41、信號不一定也衰落。當h足夠大時(h10，為人射波波長)，則兩路收信號差別較大，對幾乎所有深衰落都不相關。空間分集需要增加收信機，其頻譜利用率比頻率分集高。3.混合分集是將頻率分集和空間分集結合，以保持兩種兩種分集的優點。無論采用何種分集，都要解決信號合成的問題，通常有以下三種方法：1. 優選開關法2. 該方法根據信噪比最大或誤碼率最低的原則，在兩路信號中選擇其中的一路作為輸出，并由電子開關切換。開關切換既可在中頻進行，也可在解調后的基帶上進行。該方法電路簡單，并可利用現有備份切換技術。2. 線性合成法3. 該方法是將兩路信號線性相加，這個過程在中頻進行，電路比較復雜。當兩個信號好衰減都不嚴重時

42、，該方法對改善信噪比很有利；當某路信號好衰減嚴重時，其合成效果不如優選開關法。3. 非線性合成法4. 是前兩種方法的中和，當兩個信號衰減都不嚴重時，采用線性合成法；當某路信號好衰減嚴重時，采用優選開關法。3.5.3微波線路設計在微波線路時，除了考慮衰落外，還要考慮線路的干擾，同時，這些干擾有來自系統內部，也有來自系統外部，如果線路和站址選擇不當，他們會妨礙系統本身的正常工作，或干擾其它系統。一、線路的干擾1.線路內部干擾通常，微波中繼通信系統常用二頻制方案進行單波道頻率配置，同時在非分集接收的情況下，收發天線公用，下面討論二頻制收發天線公用情況下的系統內部干擾。1)越站內部干擾屬于同頻干擾。通

43、常，越站同頻干擾應比有用信號低60dB以上。指標較高，僅靠空間衰減是不夠的，常用的方法是線路走向相互錯開一定角度。避免電磁波走向和相鄰各站走向一致。2）旁瓣干擾任一個實用天線的方向圖中，除主瓣外還有多個旁瓣。由于天線發射天線旁瓣發射信號或接受信號可能造成的干擾為旁瓣干擾，在微波線路的拐彎和分支極易發生旁瓣干擾，屬于同頻鄰站干擾。在微波線路的拐彎和分支產生的旁瓣干擾屬于同頻干擾，且傳播路徑相同。減少該種干擾的主要方法是調整相鄰各站天線指向的相對角度。為了使同頻鄰站干擾低于給定的值，要求線路的拐彎和分支處夾角盡量不小于900，對于夾角小于900的拐彎和分支處，可以通過采用正交極化配置來補償，但夾角

44、也不益小于700。此外，線路的拐彎和分支處，通常采用不同的頻率配置，可以使夾角的限制條件放寬或不受限制。2. 系統外部干擾3. 包括無線電設備輻射的頻段相近的電磁波和工業設備的雜散輻射電磁波。4. 在進行微波線路路由和站址的選擇時，應了解所在區域其它無線電設備的發信頻率、功率和方向圖等，以及大型的電動設備、電爐、注塑機等工業設備的雜散輻射情況。5. 此外，設計新線路時，有時會遇到和現有通信線路相互連接和配合使用的問題，若處理不當，會造成同頻或鄰頻干擾。二、線路的路由和站址的選擇進行線路的路由和站址的選擇之前，首先應明確已知條件，如：1）線路或被連接的終端的位置，沿線城市或單位。2）沿線附近原有

45、的通信線路站址及其頻段、方向圖等。它們涉及到線路之間或站間的相互干擾的問題。3）沿線附近衛星地面站的位置、同步衛星軌道指向和工作頻率，有關飛機場、雷達站等設施的位置、工作頻率和通信設施，它們涉及到線路相互干擾問題。4)沿線的地形、地物、氣候等情況。它們對電磁波傳播和接收以及信號的衰落特性都有影響。根據這些已知條件，在地圖上進行圖上作業，從線路的終端站開始，逐段確定線路的路由和中間站的地址。選擇線路路由和站址的基本原則是從長遠規劃出發，近期需要和長遠需要相結合；充分利用有利的地理條件，站距不益過大，各中繼段長度相差也不宜過大。在線路的路由和站址初步確定后，應仔細核查路由和站址，如畫出每個中繼段的電磁波傳播路徑剖面圖，核查沿線的反射點特性和可能的反射干擾、與視距有關的通道狀況以及天線高度和傳播余隙。在特制的坐標圖上畫出線路剖面圖和傳播余隙的表示圖并進行余隙計算。在核查時還應注意沿線其它無線電設備的干擾問題，尤其是使用同一頻段的衛星通信設備的干擾問題。3.6 數字微波中繼設備數字微波中繼設備目前我國投入使用的中、小容量數字微波中繼設備以三次群設備(34