微波通信

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微波通信(Microwave communication)

　　微波通信是指用頻率在100MHz到10GHz的微波信號進行通信。

　　19世紀30年代中期出現了工作在VHF頻段的第一個商用模擬無線通信系統，該系統採用調幅技術傳輸12路模擬語音信號。

　　二戰期間，由於軍事需求出現了UHF頻段的軍用無線中繼通信系統，為了降低對功放的線性性能要求，系統採用調頻(FM)方式和脈位調相(PPM)技術。但限於該時期無線中繼通信系統的頻段低、帶寬窄，系統的容量和規模還很小。

　　1951年，美國紐約到舊金山之間成功開通了商用微波通信線路，該線路途經100多個接力站，工作在4GHz頻段，帶寬為20MHz，能承載480路的模擬語音，初步實現了遠距離、中容量通信。在隨後的二三十年間，半導體器件逐步取代了電子管，T作在2～12GHz頻段，基於FM技術的中、大容量模擬微波通信系統迅速發展，形成了覆蓋全球地面長途通信容量約1/2的規模。

　　我國從“七五”期間開始引入微波通信系統建設長途通信線路，由於當時光纖通信技術、衛星通信技術尚未成熟，長途通信傳輸主要靠微波接力通信來完成。

　　隨著長途微波通信幹線的建設，頻率資源越來越緊張，促進了對高頻帶利用率的微波通信系統的研究，如採用單邊帶技術。20世紀60年代PCM技術和時分復用技術的出現導致數字交換技術的發展，促進了數字微波通信的研究．，20世紀70年代末出現了採用簡單QPSK、8PSK等的商用數字微波通信系統，這個時期，雖然數字微波通信系統比模擬微波通信系統的頻帶利用率低，但由於數字再生技術能消除中繼通信中的雜訊積累，因此數字微波通信系統還是得到了很好的發展。

　　20世紀80年代，隨著數字信號處理技術和大規模集成電路的發展，更高頻帶利用率的調製技術(如16QAM、64QAM、256QAM)使得數字微波通信系統的傳輸效率大大提高，系統容量達到90～400Mbit/s，微波通信系統得到迅速發展。

　　20世紀90年代後出現了容量更大的數字微波通信系統，如512QAM、1024QAM等，並且出現了基於SDH的數字微波通信系統。除了傳統的傳輸領域外，數字微波通信技術在固定寬頻接人領域也越來越引起人們的重視。工作在28GHz頻段的本地多點分配業務(LMDS)已開始大量應用，預示著數字微波通信技術仍然有良好的市場前景。

　　在光纖通信研究未取得實質性成果以前，世界各國均擬將微波通信作為通信網的主幹傳輸手段，並大力發展微波通信。例如，我國在20世紀60年代組織了“6401微波通信攻關”項目，隨後在全國建立了20000km多的模擬微波通信。到80年代，由於光纖通信投入使用，擬選中的微波通信的主幹地位受到了挑戰，目前正讓位給光纖通信。但仍然是現代通信的4大支柱之一。現在數字微波在通信系統中的主要應用場合如下：

　　1、幹線光纖傳輸的備份及補充

　　由於當前通信網已基本完成了模擬向數字化過程(市內電話線：市話局至用戶問的傳輸，絕大部分仍是進行話音傳輸的模擬市話線)，因此地區中心之間，省中心之間的幹線傳輸領域，模擬微波接力通信系統，已無市場可言。而點對點的SDH微波、PDH微波等，目前也主要用於幹線光纖傳輸系統在遇到自然災害時的緊急修複，以及由於種種原因不適合使用光纖的地段和場合。

　　2、省內電信傳輸支線，專用網等領域方面

　　過去通信網的微波幹線發展，主要是集用於大、中城市間的建設，而省內微波支線的建設，今後可望有較大的市場潛力，特別是有線光纖傳輸系統由於地理環境複雜難以鋪設或代價昂貴的地區，更需要發展微波通信，其通信容量一般要求為155．52Mb/s及2x155．52Mb/s的數字微波通信系統。此外城市郊區、縣城至農村村鎮或沿海島嶼的用戶、分散的居民點因經濟發展水平的限制或通信容量要求不大，微波通信系統因較為經濟故十分適用。

　　另一方面，隨著中國電信經營業的改組，引入多家競爭機制，經營商如果認為租用線路不太方便時，則往往會自建微波通信線路。

　　3、市內的短距離支線連接方面

　　如移動通信基站之間、基站控制器與基站之間的互連、區域網之間的無線聯網等。

　　聯網若用18GHz，23GHz等頻段的數字微波設備作為中、小容量(34Mb/s，8Mb/s)的傳輸手段加以解決則最為方便。加之這些高頻段小容量的數字微波設備，天線體積小，質量輕，極易在一般屋頂上架設，設備耗電量亦非常小，日常沒有什麼維護量。因此常為移動通信經營者所採用，特別是在市內有線中繼線提供有困難的地區，也不失為一個好的選擇方案。另外一些小城市郊區及鄉村間，由於通信容量要求不大，亦可選擇這種小容量數字微波設備。

　　4、未來的寬頻業務接入

　　隨著技術的不斷發展，除了在傳統的傳輸領域外，數字微波技術在固定寬頻接入(如本地多點分配業LMDS)領域也越來越引起人們的重視。工作在28GHz頻段的LMDS已在發達國家大量應用，預示數字微波技術仍將擁有良好的市場前景。

　　迄今，儘管中國電信基礎建設取得了極大的發展，但是仍無法滿足網路迅速發展的迫切需要。因此，無線微波擴頻通信以其建設快速簡便等優勢成為建立廣域網連接的另一重要方式，併在一些城市中(如北京)形成一定規模，是國內城市通信基礎設施的有效補充，引起了很多網路建設單位的興趣。

　　微波擴頻通信目前在國內的重要應用領域之一是企事業單位組Intranet並接入ISP。一般接入速率為64kb/s～2Mb/s，使用頻段為2．4GHz～2.4835GHk，該頻段屬於工業自由輻射頻段，也是國內目前惟一不需要無線電管理委員會批准的自由頻段。

　　1．頻帶寬，傳輸容量大

　　微波頻段大約有300GHz的帶寬，是全部長、中、短波頻帶總和的10000多倍。

　　2．適於傳送寬頻帶信號

　　與短波、甚短波通信設備相比，在相同的相對通頻帶(即絕對通頻帶與載頻的比值)條件下，載頻越高，絕對通頻帶越寬。例如，相對通頻帶為l％，當載頻為4MHz時絕對通頻帶為40kHz；當載頻為4GHz時，絕對通頻帶為40MHz。因此，一套短波通信設備一般只能容納幾條話路同時工作，而一套微波通信設備則可以容納上千條甚至上萬條話路同時工作，或用於傳送電視、圖像等寬頻帶信號。

　　3．天線增益高，方向性強

　　由於微波的波長短，因此很容易製成高增益的天線，天線增益可達幾十分貝。另外，在微波頻段的電磁波具有近似光波的特性，因而可以利用微波天線把電磁波聚集成很窄的波束，製成方向性很強的高增益天線，減少通信中的相互干擾。

　　4．外界干擾小。通信線路穩定可靠

　　天電干擾、工業雜訊干擾和太陽黑子的變化對短波及頻率較低的無線電波段影響較大，而微波頻段頻率較高，不易受上述外界干擾的影響，因此通信的穩定性和可靠性得到了保證。

　　5．投資少，建設快，通信靈活性大

　　在通信容量和通信質量基本相同的條件下，微波線路的建設費用只有同軸電纜線路的1/3～1/2，可以節省大量有色金屬，而且建設微波線路所需的時間也比有線電纜線路短。由

　　於微波通信不需要架設明線或電纜，因此它在跨越沼澤、江河、湖泊、高山等複雜地理環境方面以及抵抗水災、颱風、地震等自然災害時具有較大的靈活性。

　　6．中繼通信方式

　　在微波頻段，電磁波的傳播是直線視距的傳播方式。考慮到地球錶面的彎曲，通信距離一般只有幾十公裡，要進行遠距離通信，必須採用中繼通信方式，即每隔50km左右設置一個中繼站，將前站的信號接收下來，經過放大後再傳給下一站。因此微波通信系統多採用接力中繼通信方式。

　　微波站的設備包括天線、收發信機、調製器、多路復用設備以及電源設備、自動控制設備等。為了把電波聚集起來成為波束，送至遠方，一般都採用拋物面天線，其聚焦作用可大大增加傳送距離。多個收發信機可以共同使用一個天線而互不幹擾，我國現用微波系統在同一頻段同一方向可以有六收六發同時工作，也可以八收八發同時工作以增加微波電路的總體容量。多路復用設備有模擬和數字之分。模擬微波系統每個收發信機可以工作於60路、960路、1800路或2700路通信，可用於不同容量等級的微波電路。數字微波系統應用數字復用設備以30路電話按時分復用原理組成一次群，進而可組成二次群120路、三次群480路、四次群 1920路，並經過數字調製器調製於發射機上，在接收端經數字解調器還原成多路電話。最新的微波通信設備，其數字系列標準與光纖通信的同步數字系列（SDH）完全一致，稱為SDH微波。這種新的微波設備在一條電路上八個束波可以同時傳送三萬多路數字電話電路（2.4Gbit/s）。

　　微波通信由於其頻帶寬、容量大、可以用於各種電信業務的傳送，如電話、電報、數據、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。微波通信具有良好的抗災性能，對水災、風災以及地震等自然災害，微波通信一般都不受影響。

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