微波通信

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微波通信(Microwave communication)

目录

什么是微波通信[1]

  微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信

微波通信的发展简史[2]

  19世纪30年代中期出现了工作在VHF频段的第一个商用模拟无线通信系统,该系统采用调幅技术传输12路模拟语音信号。

  二战期间,由于军事需求出现了UHF频段的军用无线中继通信系统,为了降低对功放的线性性能要求,系统采用调频(FM)方式和脉位调相(PPM)技术。但限于该时期无线中继通信系统的频段低、带宽窄,系统的容量和规模还很小。

  1951年,美国纽约到旧金山之间成功开通了商用微波通信线路,该线路途经100多个接力站,工作在4GHz频段,带宽为20MHz,能承载480路的模拟语音,初步实现了远距离、中容量通信。在随后的二三十年间,半导体器件逐步取代了电子管,T作在2~12GHz频段,基于FM技术的中、大容量模拟微波通信系统迅速发展,形成了覆盖全球地面长途通信容量约1/2的规模。

  我国从“七五”期间开始引入微波通信系统建设长途通信线路,由于当时光纤通信技术卫星通信技术尚未成熟,长途通信传输主要靠微波接力通信来完成。

  随着长途微波通信干线的建设,频率资源越来越紧张,促进了对高频带利用率的微波通信系统的研究,如采用单边带技术。20世纪60年代PCM技术和时分复用技术的出现导致数字交换技术的发展,促进了数字微波通信的研究.,20世纪70年代末出现了采用简单QPSK、8PSK等的商用数字微波通信系统,这个时期,虽然数字微波通信系统比模拟微波通信系统的频带利用率低,但由于数字再生技术能消除中继通信中的噪声积累,因此数字微波通信系统还是得到了很好的发展。

  20世纪80年代,随着数字信号处理技术大规模集成电路的发展,更高频带利用率的调制技术(如16QAM、64QAM、256QAM)使得数字微波通信系统的传输效率大大提高,系统容量达到90~400Mbit/s,微波通信系统得到迅速发展。

  20世纪90年代后出现了容量更大的数字微波通信系统,如512QAM、1024QAM等,并且出现了基于SDH的数字微波通信系统。除了传统的传输领域外,数字微波通信技术在固定宽带接人领域也越来越引起人们的重视。工作在28GHz频段的本地多点分配业务(LMDS)已开始大量应用,预示着数字微波通信技术仍然有良好的市场前景。

微波通信的应用现状[3]

  在光纤通信研究未取得实质性成果以前,世界各国均拟将微波通信作为通信网的主干传输手段,并大力发展微波通信。例如,我国在20世纪60年代组织了“6401微波通信攻关”项目,随后在全国建立了20000km多的模拟微波通信。到80年代,由于光纤通信投入使用,拟选中的微波通信的主干地位受到了挑战,目前正让位给光纤通信。但仍然是现代通信的4大支柱之一。现在数字微波在通信系统中的主要应用场合如下:

  1、干线光纤传输的备份及补充

  由于当前通信网已基本完成了模拟向数字化过程(市内电话线:市话局至用户问的传输,绝大部分仍是进行话音传输的模拟市话线),因此地区中心之间,省中心之间的干线传输领域,模拟微波接力通信系统,已无市场可言。而点对点的SDH微波、PDH微波等,目前也主要用于干线光纤传输系统在遇到自然灾害时的紧急修复,以及由于种种原因不适合使用光纤的地段和场合。

  2、省内电信传输支线,专用网等领域方面

  过去通信网的微波干线发展,主要是集用于大、中城市间的建设,而省内微波支线的建设,今后可望有较大的市场潜力,特别是有线光纤传输系统由于地理环境复杂难以铺设或代价昂贵的地区,更需要发展微波通信,其通信容量一般要求为155.52Mb/s及2x155.52Mb/s的数字微波通信系统。此外城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、分散的居民点经济发展水平的限制或通信容量要求不大,微波通信系统因较为经济故十分适用。

  另一方面,随着中国电信经营业的改组,引入多家竞争机制,经营商如果认为租用线路不太方便时,则往往会自建微波通信线路。

  3、市内的短距离支线连接方面

  如移动通信基站之间、基站控制器与基站之间的互连、局域网之间的无线联网等。

  联网若用18GHz,23GHz等频段的数字微波设备作为中、小容量(34Mb/s,8Mb/s)的传输手段加以解决则最为方便。加之这些高频段小容量的数字微波设备,天线体积小,质量轻,极易在一般屋顶上架设,设备耗电量亦非常小,日常没有什么维护量。因此常为移动通信经营者所采用,特别是在市内有线中继线提供有困难的地区,也不失为一个好的选择方案。另外一些小城市郊区及乡村间,由于通信容量要求不大,亦可选择这种小容量数字微波设备。

  4、未来的宽带业务接入

  随着技术的不断发展,除了在传统的传输领域外,数字微波技术在固定宽带接入(如本地多点分配业LMDS)领域也越来越引起人们的重视。工作在28GHz频段的LMDS已在发达国家大量应用,预示数字微波技术仍将拥有良好的市场前景。

  迄今,尽管中国电信基础建设取得了极大的发展,但是仍无法满足网络迅速发展的迫切需要。因此,无线微波扩频通信以其建设快速简便等优势成为建立广域网连接的另一重要方式,并在一些城市中(如北京)形成一定规模,是国内城市通信基础设施的有效补充,引起了很多网络建设单位的兴趣。

  微波扩频通信目前在国内的重要应用领域之一是企事业单位组Intranet并接入ISP。一般接入速率为64kb/s~2Mb/s,使用频段为2.4GHz~2.4835GHk,该频段属于工业自由辐射频段,也是国内目前惟一不需要无线电管理委员会批准的自由频段。

微波通信的特点[2]

  1.频带宽,传输容量大

  微波频段大约有300GHz的带宽,是全部长、中、短波频带总和的10000多倍。

  2.适于传送宽频带信号

  与短波、甚短波通信设备相比,在相同的相对通频带(即绝对通频带与载频的比值)条件下,载频越高,绝对通频带越宽。例如,相对通频带为l%,当载频为4MHz时绝对通频带为40kHz;当载频为4GHz时,绝对通频带为40MHz。因此,一套短波通信设备一般只能容纳几条话路同时工作,而一套微波通信设备则可以容纳上千条甚至上万条话路同时工作,或用于传送电视、图像等宽频带信号。

  3.天线增益高,方向性强

  由于微波的波长短,因此很容易制成高增益的天线,天线增益可达几十分贝。另外,在微波频段的电磁波具有近似光波的特性,因而可以利用微波天线把电磁波聚集成很窄的波束,制成方向性很强的高增益天线,减少通信中的相互干扰。

  4.外界干扰小。通信线路稳定可靠

  天电干扰、工业噪声干扰和太阳黑子的变化对短波及频率较低的无线电波段影响较大,而微波频段频率较高,不易受上述外界干扰的影响,因此通信的稳定性和可靠性得到了保证

  5.投资少,建设快,通信灵活性大

  在通信容量和通信质量基本相同的条件下,微波线路的建设费用只有同轴电缆线路的1/3~1/2,可以节省大量有色金属,而且建设微波线路所需的时间也比有线电缆线路短。由

  于微波通信不需要架设明线或电缆,因此它在跨越沼泽、江河、湖泊、高山等复杂地理环境方面以及抵抗水灾、台风、地震等自然灾害时具有较大的灵活性。

  6.中继通信方式

  在微波频段,电磁波的传播是直线视距的传播方式。考虑到地球表面的弯曲,通信距离一般只有几十公里,要进行远距离通信,必须采用中继通信方式,即每隔50km左右设置一个中继站,将前站的信号接收下来,经过放大后再传给下一站。因此微波通信系统多采用接力中继通信方式。

微波通信的设备

  微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。为了把电波聚集起来成为波束,送至远方,一般都采用抛物面天线,其聚焦作用可大大增加传送距离。多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰,我国现用微波系统在同一频段同一方向可以有六收六发同时工作,也可以八收八发同时工作以增加微波电路的总体容量。多路复用设备有模拟和数字之分。模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信,可用于不同容量等级的微波电路。数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群,进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群 1920路,并经过数字调制器调制于发射机上,在接收端经数字解调器还原成多路电话。最新的微波通信设备,其数字系列标准与光纤通信的同步数字系列(SDH)完全一致,称为SDH微波。这种新的微波设备在一条电路上八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路(2.4Gbit/s)。

微波通信的业务范围

  微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送,如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。微波通信具有良好的抗灾性能,对水灾、风灾以及地震等自然灾害,微波通信一般都不受影响。

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参考文献

  1. 王小华主编.计算机系统.高等教育出版社,2005年7月.
  2. 2.0 2.1 崔健双主编;王丽娜,郑红云编著.现代通信技术概论.机械工业出版社,2009.06.
  3. 索红光,王海燕,赵清杰编著.现代通信技术概论.国防工业出版社,2004年08月第1版.
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