新型微波通信技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

肖逸男

（南京三樂集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000）

1 傳統(tǒng)微波通信技術(shù)存在的問題

傳統(tǒng)微波通信技術(shù)存在不少的問題。長時(shí)間以來，改進(jìn)空中接口性能是傳統(tǒng)微波通信技術(shù)主要的發(fā)展方向，如進(jìn)一步改進(jìn)傳輸距離和接口傳輸速度等。即便如此，傳統(tǒng)微波通信技術(shù)的發(fā)展還是與光纖通信技術(shù)存在較大差距，具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)微波通信技術(shù)的傳輸速率明顯低于光纖通信技術(shù)，并且組網(wǎng)模式與設(shè)備形態(tài)等也無法與光纖通信技術(shù)媲美。例如，分體式微波通信系統(tǒng)可分為室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU），其中IDU主要承擔(dān)中頻信號與基帶信號之間轉(zhuǎn)換的任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)透明化傳輸。但I(xiàn)DU組網(wǎng)模式不具備業(yè)務(wù)調(diào)度功能，如果需要組成較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)則需要將多個IDU級聯(lián)堆疊，之后將ADM設(shè)備引入。

2 微波通信技術(shù)概述

微波通信技術(shù)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，被廣泛應(yīng)用在人們生產(chǎn)和生活中。所謂微波通信技術(shù)就是微波點(diǎn)對點(diǎn)通信技術(shù)，其通信原理與微波在大氣層電離層的反射作用密切相關(guān)。超過1 000 MHz的高頻率電磁波稱為微波，具有反射性、直線性、穿透性以及吸收性等特點(diǎn)。大氣層電離層上的微波發(fā)生反射作用后，因?yàn)榉瓷浣嵌染珳?zhǔn)且線性作用較好，所以在中等距離通信中可使用微波。微波通信技術(shù)需要數(shù)字調(diào)制信號，調(diào)制的信號可以是視頻、文字以及聲音等。數(shù)字調(diào)制后的信號可以在微波發(fā)生器下轉(zhuǎn)換為高頻電磁波。高頻電磁波可以在發(fā)射饋源的作用下指向既定的方向，隨后特定接收點(diǎn)可以接收到高頻電磁波信號，通過解調(diào)將高頻電磁波轉(zhuǎn)換為之前的信號，由此滿足遠(yuǎn)程無線通信的需求。

受外界干擾較小和傳播較為穩(wěn)定等是微波通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。目前，微波通信技術(shù)已經(jīng)成為人們研究的重點(diǎn)，與其他通信技術(shù)相比，受人為干擾較小，并能跨越障礙，因此廣泛應(yīng)用在特殊地段通信中。起源于20世紀(jì)的微波通信技術(shù)，經(jīng)過多年發(fā)展功能越來越完善，應(yīng)用范圍越來越大，可實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間直線路徑無障礙的微波傳輸。由此可見，微波通信技術(shù)在人們生產(chǎn)和生活中十分重要，專用通信網(wǎng)絡(luò)中也可以借助微波通信技術(shù)建立通信[1]。

3 新型微波通信技術(shù)系統(tǒng)創(chuàng)新分析

新型微波通信技術(shù)系統(tǒng)上的革新主要體現(xiàn)在SDH數(shù)字微波通信技術(shù)上，該通信技術(shù)的傳輸線路是一條主干線，中間存在向若干方向分支的樞紐站。此外，新型微波通信技術(shù)還從設(shè)備、技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)以及自適應(yīng)調(diào)試等方面進(jìn)行了進(jìn)一步創(chuàng)新。

3.1 設(shè)備上的融合創(chuàng)新

新型微波通信技術(shù)可以將之前需要IDU、MUX、DDF以及ADM等協(xié)同完成的功能融合到IDU中，實(shí)現(xiàn)多種功能。新型微波通信設(shè)備IDU具有跟光傳輸設(shè)備對接的STM-N光接口和連接天饋線的中頻接口，可以滿足E1和FE業(yè)務(wù)直接傳輸?shù)囊?。不同接口之間可以在IDU集成交叉總線的幫助下調(diào)度業(yè)務(wù)。設(shè)計(jì)人員可以將IDU業(yè)務(wù)板件組合成較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、鏈型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。IDU在微波系統(tǒng)退網(wǎng)后仍然可以充當(dāng)光傳輸MADM設(shè)備來使用，其較高的集成性可以提升機(jī)房空間的利用率，直接傳輸PDH、FE以及SDH等多種業(yè)務(wù)。此外，新型微波通信技術(shù)可以用VC-4/VC-12交叉連接取代較為復(fù)雜的轉(zhuǎn)接電纜，促使原先的外部電纜手動連接方式轉(zhuǎn)變成設(shè)備內(nèi)部交叉總線連接方式，使微波鏈路成為SDH網(wǎng)絡(luò)中非常重要的部分，方便后續(xù)的維護(hù)和管理。

3.2 技術(shù)上的融合創(chuàng)新

新型微波通信技術(shù)可以將SDH與PDH融合在一起，使兩者在同一個平臺下，借助軟件調(diào)整空中接口容量，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容的目的。技術(shù)上的融合可以有效減少傳統(tǒng)微波通信技術(shù)到新型微波通信技術(shù)升級所需成本，降低升級難度[2]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)上的融合創(chuàng)新

傳統(tǒng)的微波通信技術(shù)光網(wǎng)絡(luò)與微波網(wǎng)絡(luò)是各自獨(dú)立的，而網(wǎng)絡(luò)融合可以將微波網(wǎng)絡(luò)與光網(wǎng)絡(luò)融合在一起，使用同一個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以無障礙和無差別化地管理光網(wǎng)絡(luò)和微波網(wǎng)絡(luò)，避免較大運(yùn)維管理成本的投入。

3.4 自適應(yīng)調(diào)試技術(shù)的發(fā)展

微波通信技術(shù)中的自適應(yīng)調(diào)試技術(shù)不僅可以滿足系統(tǒng)自動監(jiān)控鏈路狀況的需求，而且還可以改變原有的傳輸容量和調(diào)制方式，將微波傳輸通道劃分為非實(shí)時(shí)傳輸通道和實(shí)時(shí)傳輸通道兩種方式。實(shí)時(shí)傳輸通道可按照嚴(yán)格要求同步傳輸?shù)恼Z言和數(shù)據(jù)，確保連接的可靠性，而非實(shí)時(shí)通道可以傳輸對時(shí)延要求不高的業(yè)務(wù)[3]。

4 微波通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 微波中繼通信

微波中繼通信技術(shù)是現(xiàn)代化通信技術(shù)之一，可解決地區(qū)與地區(qū)、城市與城市之間大容量信息的傳輸問題。目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用在電視節(jié)目傳輸和備用干線通信線路。科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展下，現(xiàn)代通信技術(shù)趨向智能化和動態(tài)化等方向發(fā)展。PDH作為準(zhǔn)同步數(shù)字體系可以滿足微波點(diǎn)對點(diǎn)通信的需求，但是在動態(tài)聯(lián)網(wǎng)上普遍存在適應(yīng)性不強(qiáng)的問題，并且難以拓展和開發(fā)新的通信業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理。SDH作為同步數(shù)字體系伴隨數(shù)字微波傳輸體制而產(chǎn)生，在光纖網(wǎng)絡(luò)通信中已經(jīng)成了非常重要的保護(hù)和補(bǔ)充手段。SDH和傳統(tǒng)的PDH相比優(yōu)勢更加明顯，主要體現(xiàn)在如下4個方面。第一，SDH與PDH兼容性較好，可實(shí)現(xiàn)世界統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的高速率數(shù)字傳輸。第二，SDH傳輸容量更大，多個干路數(shù)字信息可以由一個微波射頻信道同時(shí)傳輸，大容量的傳輸特點(diǎn)可以更好地滿足寬帶通信業(yè)務(wù)的要求。第三，數(shù)字交叉連接過程更加簡化，SDH在字節(jié)復(fù)接技術(shù)下可以明確不同等級PDH信號在幀結(jié)構(gòu)中的具體位置，需要時(shí)可以同時(shí)取出，避免了逐級分解，提高了信息下載的速度，簡化了數(shù)字交叉連接模式。第四，硬件構(gòu)成更加簡化，不同網(wǎng)絡(luò)單元中都可以安入標(biāo)準(zhǔn)化光接口，避免了傳輸和復(fù)用分開，使得硬件構(gòu)成更加簡化。此外，開放性接口下更具互動性，可滿足多個運(yùn)營商管理的需求，能明顯節(jié)約運(yùn)營商管理成本。

4.2 移動通信

無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)就是多址技術(shù)和傳輸技術(shù)，微波存取全球互通（WiMAX）以O(shè)FDM調(diào)制技術(shù)作為傳輸技術(shù)。OFDM傳輸技術(shù)可以將高速數(shù)據(jù)流串聯(lián)在一起并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將其分配并傳輸?shù)絺鬏斔俣容^低的多個正交子信道中。WiMAX多址技術(shù)采用正交頻分多址，該技術(shù)與OFDM調(diào)制技術(shù)相比，頻譜資源分配更具靈活性且分配顆粒更小，一個頻帶可以支持多個用戶[4]。

5 新型微波通信技術(shù)優(yōu)勢及其應(yīng)用實(shí)例分析

5.1 技術(shù)優(yōu)勢

5.1.1 可實(shí)現(xiàn)無線接入和備份功能

新型微波通信技術(shù)為無線接入寬帶的應(yīng)用提供了可能和依據(jù)。無線接入和備份功能的整合可以進(jìn)一步擴(kuò)大新型微波通信技術(shù)的應(yīng)用范圍，推動新型微波通信技術(shù)的發(fā)展。備份補(bǔ)充主要是針對干線光纖傳輸備份而言，可以適當(dāng)補(bǔ)充傳輸漏洞，在故障發(fā)生時(shí)確定故障位置并及時(shí)采取修復(fù)措施，確保信息傳輸?shù)恼＿M(jìn)行。

5.1.2 技術(shù)之間相互融合可解決成本問題

新型微波通信技術(shù)可以將不一樣的系統(tǒng)融合到一個平臺上，不同技術(shù)之間的有效融合可在短時(shí)間內(nèi)增加信息容量，降低成本消耗。由此可見，新型微波通信技術(shù)在技術(shù)融合之下可以有效解決成本問題，改善通信難和價(jià)錢高的現(xiàn)狀[5,6]。

5.2 民航空管領(lǐng)域新型微波通信技術(shù)的應(yīng)用

空管通信系統(tǒng)中應(yīng)用微波通信技術(shù)，首先可以構(gòu)建起地面城市之間的中短距離通信，借助微波通信技術(shù)頻率快的特點(diǎn)，在多個城市機(jī)場之間或者區(qū)域管制中心與機(jī)場航管樓之間組建微波局域網(wǎng)。微波區(qū)域網(wǎng)的建立可以滿足地域內(nèi)多個單位實(shí)時(shí)通信的要求，提高民航空管對飛行器航空安全保障的等級。其次微波通信技術(shù)可滿足無線寬帶接入的要求，提供無線寬帶接入服務(wù)，保障機(jī)場內(nèi)各個生產(chǎn)單位的正常運(yùn)行。無線寬帶技術(shù)保密性較強(qiáng)，不易被外界干擾，在航空電子飛行包和放行服務(wù)中應(yīng)用較為廣泛。最后微波通信技術(shù)可搭建起應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，通信管網(wǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施一旦遭受自然災(zāi)害，會導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)大面積癱瘓，影響通信設(shè)施的正常運(yùn)行。借助新型微波通信技術(shù)可以搭建起應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，確保在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常通信[7,8]。

6 新型微波通信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)分析及其發(fā)展趨勢

6.1 關(guān)鍵技術(shù)分析

6.1.1 編碼技術(shù)

移動通信中的自適應(yīng)調(diào)制編碼可以根據(jù)信道質(zhì)量調(diào)整編碼速度，以便獲取更高的吞吐量。無線通信速率較低時(shí)信道質(zhì)量估計(jì)相對準(zhǔn)確，此時(shí)的自適應(yīng)調(diào)制編碼獲得效果更好。隨著終端移動速度的不斷增加，信道質(zhì)量估計(jì)與信道變化差距會越來越大，一旦信道測量出現(xiàn)錯誤，就會影響自適應(yīng)調(diào)制編碼的調(diào)制編碼方式，出現(xiàn)與實(shí)際偏差較大的問題，進(jìn)而影響吞吐量和系統(tǒng)容量等性能指標(biāo)。

6.1.2 多天線技術(shù)

多天線技術(shù)可以采取多狀態(tài)調(diào)試方式應(yīng)用到SDH微波系統(tǒng)中。由于該調(diào)制方式會提高頻率選擇性的衰落敏感度，因此在微波中繼系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了分集技術(shù)。分集技術(shù)的主要作用就是對抗多徑衰落和降雨衰落的影響，合成或者切換多個特性不相同的收信信號。微波中繼系統(tǒng)中常見的分集技術(shù)有多種，如空間分集技術(shù)、頻率分集技術(shù)、路由器分集技術(shù)以及角度分集技術(shù)等。MIMO作為一種智能天線廣泛應(yīng)用在微波通信技術(shù)中，其發(fā)射端和接收端分別可以使用多個發(fā)射天線和接收天線，信號可以在發(fā)射端和接收端的多個天線下來回傳送和接收，確保通信質(zhì)量[9,10]。

6.2 新型微波通信技術(shù)發(fā)展趨勢分析

6.2.1 大容量方向發(fā)展

SDH數(shù)字微波中繼通信將朝著更大容量的方向發(fā)展，在多狀態(tài)QAM調(diào)制下，可以有效借助OFDM技術(shù)開發(fā)出速率更快的寬帶互聯(lián)技術(shù)。

6.2.2 高集成方向發(fā)展

高集成和高微型化是新型微波通信技術(shù)今后的發(fā)展方向。高集成和高微型化下的設(shè)備體積更小，重量更輕巧，產(chǎn)生的能耗更少，是微波通信技術(shù)今后發(fā)展趨勢之一。

6.2.3 高頻段方向發(fā)展

根據(jù)我國電信管理部門的規(guī)定，小于3 GHz頻段的要分配給個人通信和移動通信。生產(chǎn)廠家需要針對目前3～10 GHz頻段擁擠不堪的問題及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)方向，朝著10 GHz頻段以上的方向發(fā)展。

6.2.4 高智能方向發(fā)展

未來的新型微波通信技術(shù)將朝著高智能和低成本的方向發(fā)展。在軟件無線電技術(shù)的支持下，數(shù)字微波通信系統(tǒng)將更具通用性，能夠利用統(tǒng)一化的平臺滿足用戶個性化需求[11,12]。

7 結(jié) 論

在新時(shí)代背景下，新型微波通信技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我國各個生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。高頻段、智能化以及大容量是今后新型微波通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，新型微波通信技術(shù)能夠?yàn)槠閸绲匦尉W(wǎng)絡(luò)覆蓋提供有效條件。