淺議數(shù)字微波通信技術的發(fā)展與展望

楊 浩

黑龍江省廣播電視局微波總站 黑龍江省 哈爾濱市 150090

1 微波通信技術的回顧

微波通信技術是無線通信中通過地面視距進行信息傳播的一種無線通信手段。模擬制式的微波通信系統(tǒng)是最初的傳輸方式，同軸電纜載波傳輸系統(tǒng)與通信網(wǎng)長途傳輸干線為兩個重要傳輸手段。隨著科學技術的進步和發(fā)展，模擬傳輸技術的弊端逐漸顯現(xiàn)，在固定寬帶接入領域數(shù)字微波技術也漸漸引起人們的相對重視。在28GHz 頻段的LMDS 接入方式已在發(fā)達國家大量應用，可以預測數(shù)字微波技術擁有很大的市場前景。

2 數(shù)字微波通信技術的特點分析

數(shù)字微波通信技術具備多方面的特點，具體表現(xiàn)如下：

優(yōu)點：（1）通信頻帶寬，傳輸信息容量大。300GHz 是微波頻段占用的頻帶，而全部MW、SW占有的頻帶總和不足30MHz。然而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）當通信頻率高于100MHz 時，工業(yè)干擾、天電干擾及太陽黑子的活動對其影響小。由于微波頻段頻率高，這些干擾對微波通信的影響極小。數(shù)字微波通信中繼站能對數(shù)字信號進行再生，使數(shù)字微波通信線路噪聲不可能逐站積累，大大增加了抗干擾性。因此，數(shù)字微波通信較穩(wěn)定。（3）通信靈活性較大。微波中繼通信采用中繼方式，可以實現(xiàn)地面上的遠距離通信，在特殊地理環(huán)境下，可以跨越沼澤、江河、高山等。即使遭遇地震、洪水、戰(zhàn)爭等災禍時，通信的建立及轉移都較容易，這些方面較有線通信更具靈活性。（4）當天線面積給定時，天線增益與工作波長的平方成反比，使得天線增益便高、方向性增強。由于微波通信的工作波長短，天線尺寸可做得很小，可以降低微波發(fā)信機的輸出功率，利用微波天線的方向性使微波電磁波傳播方向?qū)氏乱唤邮照?，減少通信中的相互干擾。（5）投資少、建設快。微波中繼通信線路的建設費用低，建設周期短。

缺點：由于微波的頻率較高，波長又短，其在空中的傳播特性與光波相近，即直線前進，遇到阻擋就被反射或被阻斷，因此，微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以后需要中繼轉發(fā)。微波經(jīng)空中傳送，易受干擾，在同一微波電路上于同一方向不能使用相同頻率，因此微波電路必須在無線電管理部門的嚴格管控之下進行建設。此外，由于微波直線傳播的特性，在電波波束方向上，不能有高樓阻擋，因此城市規(guī)劃部門要考慮城市空間微波通道的規(guī)劃，使之不受高樓阻隔而影響通信。

3 數(shù)字微波采用的關鍵技術

數(shù)字微波傳輸設備所采用的基本技術大致與PDH 相同，由于傳輸方式的特點決定了兩者有所不同，SDH 有下述幾個關鍵技術：

3.1 編碼調(diào)制技術

模擬數(shù)據(jù)通過數(shù)字信道傳輸時效率高、失真小，可以開發(fā)新的通信業(yè)務。例如在數(shù)字電話系統(tǒng)中可以提供語音信箱功能。把模擬數(shù)據(jù)轉化成數(shù)字信號，要使用編碼解碼器。這種設備的作用和調(diào)制解調(diào)器的作用相反，它是把模擬數(shù)據(jù)（例如聲音、圖像等）變換成數(shù)字信號，經(jīng)傳輸?shù)竭_接收端再解碼還原為模擬數(shù)據(jù)。用編碼解碼器把模擬數(shù)據(jù)變換為數(shù)字信號的過程叫模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化。常用的數(shù)字化技術就是脈沖編碼調(diào)制技術。

微波是一種頻帶受限的傳輸媒質(zhì)，根據(jù)ITUR 建議，我國在4～11GHz 頻段大都采用的波道間隔為28～30MHz 及40MHz（ITU-R 相關的頻率配置建議）。要在有限的頻帶內(nèi)傳輸SDH 信號，必須采用更高狀態(tài)的調(diào)制技術。SDH 微波與PDH 微波在相同的波道間隔下，所需調(diào)制狀態(tài)數(shù)的區(qū)別，見表1。表格中（cc）表示采用交叉極化干擾抵消技術實現(xiàn)交叉極化同波道傳輸方式。

表1 SDH 微波與PDH 微波所需調(diào)制狀態(tài)數(shù)的區(qū)別

3.2 交叉極化干擾抵消（XPIC）技術

CCDP 和 XPIC （Co-Channel Dual-Polarization）是指在一個信道中采用水平極化波和垂直極化波傳輸兩路信號。XPIC（Cross-Polarization Interference Cancellation）即交叉極化干擾抵消，是配合CCDP 使用的一種技術。CCDP 利用兩路正交的極化波傳輸信號實現(xiàn)傳輸容量加倍，而XPIC 則用來消除兩路極化波間的交叉干擾。

理想情況下，CCDP 的2 個同頻微波信號是正交信號，二者之間不會發(fā)生干擾，接收機很容易恢復出這2 個信號。但在實際工程條件下，無論2個信號的正交性如何，總是要受天線XDP 和信道傳輸劣化的影響，無法避免信號之間的干擾。為了抵消這些干擾，就需要使用XPIC 技術。XPIC 技術的基本原理是從水平和垂兩個極化方向上接收信號，并將二者進行一定處理，以便從被干擾的信號中恢復出原始信號。

為了進一步增加數(shù)字微波系統(tǒng)的容量，提高頻譜利用率，在數(shù)字微波系統(tǒng)中除了采用多狀態(tài)調(diào)制技術（64QAM、128QAM 或512QAM 調(diào)制）外，還采用雙極化頻率復用技術，使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長。但在出現(xiàn)多徑衰落時，交叉極化鑒別率（XPD）會降低，從而產(chǎn)生交叉極化干擾。為此，需要一個交叉極化抵消器，用以減小來自正交極化信號的干擾。

根據(jù)交叉極化干擾抵消的實現(xiàn)階段不同可以分為射頻抵消、中頻抵消和基帶IQ 抵消等方式，業(yè)界基本使用中頻抵消和基帶IQ 抵消兩種方式。自適應交叉極化干擾抵消技術的基本原理是從所傳輸信號相正交的干擾信道中取出部分信號，經(jīng)過適當處理后與有用信號相加，用以抵消疊加在有用信號上來自正交極化信號的干擾。原則上干擾抵消過程可以在射頻、中頻或基帶上進行。采用XPIC 技術后，對干擾的抑制能力一般可達15dB左右。

3.3 自適應頻域和時域均衡技術

時域均衡通常采用自適應方式技術，即均衡器的參數(shù)隨接收信號頻譜的變化而自適應的變化，從而實現(xiàn)對接收信號的頻譜畸變實現(xiàn)矯正的均衡方式。其基本原理就是使具有不同相對實延的信號乘以自適應于信道狀態(tài)的加權值，然后將這些乘積相加，加權的結果達到消除符號間干擾，實現(xiàn)正確判決的目的。

當系統(tǒng)采用多狀態(tài)0AM 調(diào)制方式時，要達到ITU-R 所規(guī)定的性能指標，對多徑衰落必須采取相應的對抗措施。考慮到ITU—R 的新建議將不再給數(shù)字微波系統(tǒng)提供額外的差錯性能配額，因此，必須采取強有力的抗衰落措施。在各種抗衰落技術中，除了分集接收技術外，最常用的技術是自適應均衡技術，包括自適應頻域均衡技術和自適應時域均衡技術。在無線傳輸環(huán)境中，接收信號會存在多徑時延，時間選擇性衰落和頻率偏差帶來的子載波干擾，除了依靠頻率糾正來補償外，還需要估計出信道特性作出進一步補償，即頻域均衡和時域均衡。

結 束 語

微波通信與普通光纖傳輸和遠距離衛(wèi)星傳輸不盡相同，數(shù)字微波還有待完善成熟。相信不久的將來微波通信也會與5G 移動端技術結合，加速微波技術的完善與成熟，為我們的生活帶來更多便捷和服務。