數(shù)字微波通信技術(shù)的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

■ 湖南廣播電視微波總站：徐平

微波通信是我國(guó)信息技術(shù)高速發(fā)展的大范圍通信方式的特點(diǎn)，使數(shù)字微波通信技術(shù)得以出現(xiàn)。數(shù)字微波通信在應(yīng)急通信中的應(yīng)用，可以利用數(shù)字微波通信的優(yōu)勢(shì)，確保信息傳輸?shù)男屎蜏?zhǔn)確性，及時(shí)將信息傳輸?shù)酵饨纭?/p>

1.數(shù)字微波通信概述

1.1 數(shù)字微波通信概念

數(shù)字微波通信是指在微波范圍內(nèi)使用電磁波，這是一個(gè)數(shù)字微波，允許在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中通過(guò)空間電波傳輸無(wú)關(guān)聯(lián)數(shù)字信息，并根據(jù)具體傳輸條件再生中繼。數(shù)字微波通信近年來(lái)發(fā)展迅速，應(yīng)用于語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域。然而，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，一些新技術(shù)對(duì)數(shù)字微波提出了挑戰(zhàn)。

1.2 數(shù)字微波的特點(diǎn)

第一，數(shù)字微波通信比模擬微波通信更具抗干擾性，數(shù)字微波通信具有再生性。干擾數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程后，可以通過(guò)再生來(lái)恢復(fù)，以防止外部數(shù)字信息受到影響。同時(shí)，中繼站在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中提供了更好的濾波能力，從而進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸和抗干擾能力。第二，數(shù)字微波得到很好的保護(hù)。由于數(shù)字微波通信是在傳輸過(guò)程中作為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行的，因此傳輸?shù)男畔⑹鞘褂脭?shù)字加密方法加密的，可以通過(guò)設(shè)置擾碼電路或加密電路輕松地加以保護(hù)。此外，數(shù)字微波通信天線更有針對(duì)性，以確保信號(hào)接收的準(zhǔn)確性和安全性。第三，數(shù)字微波通信設(shè)備體積小，能效高。由于數(shù)字微波通信系統(tǒng)具有很高的信號(hào)發(fā)送功率，因此數(shù)字信號(hào)通常通過(guò)集成電路傳輸，從而使數(shù)字微波小型化并保持低功耗，這也是數(shù)字微波通信的特點(diǎn)。

2.微波通信技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

微波通信，泛指波長(zhǎng)1m～0.1mm（頻率300M～300G赫茲）電磁波進(jìn)行的通信。常規(guī)形式有地面微波接力通信、對(duì)流層散射通信、衛(wèi)星通信、空間通信，近年來(lái)隨著5G通訊的發(fā)展，工作于微波波段的移動(dòng)通信漸漸被人們關(guān)注。20世紀(jì)30年代歐洲人在英法海峽之間建設(shè)了第一條商用微波電路，隨后幾十年間模擬微波通信成為長(zhǎng)距離地面干線無(wú)線傳輸?shù)闹匾侄巍?0世紀(jì)70年代，數(shù)字微波通信（PDH）以時(shí)分復(fù)用技術(shù)作為基礎(chǔ)，逐漸走上了歷史舞臺(tái)，它是人類科技進(jìn)步和時(shí)代發(fā)展的重要產(chǎn)物，由于同時(shí)具備了建設(shè)速度快、投資費(fèi)用低、容量大等特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域被廣泛使用。到了90年代人們對(duì)于通信帶寬的要求也越來(lái)越高，光纖技術(shù)的飛速發(fā)展，微波逐漸淡出主流傳輸干線網(wǎng)，時(shí)代給微波通信技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求。

2.1 數(shù)字微波通信技術(shù)的特點(diǎn)

⑴信息的保密性。數(shù)字信號(hào)容易加密和解密，用戶可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一定程度的加密，有些公司根據(jù)自身情況，還可以設(shè)置密鑰電路，其他人在沒(méi)有私鑰的情況下，信息保密程度非常好。

⑵通信網(wǎng)構(gòu)建簡(jiǎn)單。數(shù)字微波通信很容易實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，不需要鋪設(shè)實(shí)體的線路，又可以使用IP技術(shù)靠通過(guò)幀結(jié)構(gòu)的數(shù)字信息傳播數(shù)據(jù)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建變得輕而易舉。區(qū)別于以往模擬微波需要非常專業(yè)的通信工程師來(lái)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)字微波網(wǎng)絡(luò)中普通的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工程師也可以依靠網(wǎng)管系統(tǒng)可遠(yuǎn)端準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，解決大部分的設(shè)備故障。設(shè)備通信業(yè)務(wù)接口豐富，方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音業(yè)務(wù)傳輸，符合今后網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和三網(wǎng)融合的趨勢(shì)。

⑶抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)字信號(hào)可以消除噪聲積累。即使中繼站再多，仍具有良好的通信質(zhì)量。同時(shí)差錯(cuò)可控，通過(guò)糾錯(cuò)編碼技術(shù)可以提高傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.2 現(xiàn)階段數(shù)字微波通信技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景

⑴干線光纖傳輸?shù)膫浞菁把a(bǔ)充，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的IP、SDH、PDH微波等。主要用于干線光纖傳輸系統(tǒng)在遇到自災(zāi)害時(shí)的緊急修復(fù)，以及由于各種因素?zé)o法使用光纖的地段和場(chǎng)合。

⑵農(nóng)村、海島等邊遠(yuǎn)地區(qū)和專用通信網(wǎng)，為少量用戶提供基本業(yè)務(wù)的場(chǎng)合，這些情況非常適宜使用微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)以及微波頻段的無(wú)線環(huán)路。

⑶城市內(nèi)的短距離支線連接如移動(dòng)通信基站之間、基站控制器與基站之間的互聯(lián)、局域網(wǎng)之間的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)等等。既可使用中小容量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波，也可使用無(wú)需申報(bào)的公共頻率搭建微波數(shù)字?jǐn)U頻系統(tǒng)。

⑷區(qū)域多點(diǎn)傳輸服務(wù)(LMDS)，它工作于20～40GHz的高頻段，帶寬在1GHz以上，由多個(gè)樞紐站按照類似蜂窩的方式組成，樞紐站作為骨干網(wǎng)的AP，通過(guò)光纜或同軸電纜與外界連接。樞紐站與服務(wù)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)用戶站實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線鏈路連接，LMDS通過(guò)使用方向性強(qiáng)的用戶天線、相鄰樞紐站服務(wù)區(qū)之間采用不同的極化方式等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)頻帶復(fù)用，以提高頻率利用效率可提供廣播圖像分配業(yè)務(wù)、可視電話、ISDN以及多媒體高速業(yè)務(wù)，是今后微波技術(shù)最有前景的發(fā)展方向。

3.數(shù)字微波通信技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖通訊慢慢開始一家獨(dú)大，“網(wǎng)絡(luò)全光化”“光纖到戶”在很多大城市已經(jīng)普及。光纖通信在20世紀(jì)80年代的時(shí)候開始廣泛普及，并且傳播速度也是非常快，能耗低，運(yùn)營(yíng)成本也比較低，帶寬巨大，自從該技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)，對(duì)于人們和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮了重要的優(yōu)勢(shì)，獲得了人們與市場(chǎng)的認(rèn)可。這給微波通信技術(shù)造成了同行業(yè)之間的挑戰(zhàn)，因?yàn)椴徽撌巧鐣?huì)還是消費(fèi)者，他們都有優(yōu)勝劣汰的習(xí)慣屬性，誰(shuí)都想擁有更好的用戶體驗(yàn)，假如微波通信技術(shù)不能夠跟上時(shí)代發(fā)展，它所遇到的挑戰(zhàn)將會(huì)越來(lái)越大。舉個(gè)例子，假如微波通信技術(shù)的傳輸容量不提高，那么，它的可利用性將大大低于光纖。這樣也就沒(méi)有辦法贏得消費(fèi)者的信賴和市場(chǎng)的青睞，從而慢慢被用戶所拋棄。

4.現(xiàn)階段我國(guó)數(shù)字微波通信技術(shù)的應(yīng)用

如今，通信技術(shù)的發(fā)展非常快，國(guó)內(nèi)各省市之間組成了新的數(shù)字微波鏈路網(wǎng)，數(shù)字微波技術(shù)迎來(lái)了新的春天。

4.1 廣播電視無(wú)線數(shù)字覆蓋工程

2014年國(guó)家廣電總局開始實(shí)施中央廣播電視節(jié)目無(wú)線數(shù)字化覆蓋工程，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一組織，全國(guó)一盤棋。利用全國(guó)無(wú)線廣播電視骨干發(fā)射臺(tái)基本實(shí)現(xiàn)中央廣播、電視節(jié)目的無(wú)線數(shù)字化覆蓋，全國(guó)共設(shè)2562個(gè)無(wú)線臺(tái)站，實(shí)現(xiàn)縣級(jí)以上發(fā)射臺(tái)站全覆蓋。這樣信號(hào)源就成了邊遠(yuǎn)山區(qū)站臺(tái)和省市地面數(shù)字無(wú)線覆蓋發(fā)展中的重要短板。因?yàn)楸┯旰屠纂姷囊蛩赜绊懀l(wèi)星信號(hào)接收比較差，容易受到不利影響。假如要解決這個(gè)問(wèn)題，就要花費(fèi)比較大的光纖成本。在這種情況之下，數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)可以有效解決以上難題，它既可以節(jié)約成本，又擁有安全的特性。只要將所需要的省市廣播電視節(jié)目在省級(jí)前端打包成固定信號(hào)，利用數(shù)字微波系統(tǒng)傳輸至邊遠(yuǎn)山區(qū)站點(diǎn)，這些邊遠(yuǎn)發(fā)射站點(diǎn)把微波作為主要信號(hào)源，避免了鋪設(shè)光纖線路的昂貴基礎(chǔ)投入，同時(shí)也方便維護(hù)和管理以及保證整個(gè)信號(hào)的可管可控性。

4.2 數(shù)字微波電視直播車

目前，廣播電視技術(shù)獲得了快速發(fā)展，滿足了用戶多樣化的需求，觀眾們都喜歡看新聞報(bào)道現(xiàn)場(chǎng)直播和電視直播節(jié)目，為了讓節(jié)目更加順暢，報(bào)道更加便捷，保證節(jié)目能更加真實(shí)快速傳播給觀眾，數(shù)字微波直播車使用越來(lái)越多，這些車輛能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電視圖像、聲音信號(hào)的采集、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸。既能滿足一般的新聞采集和小型節(jié)目的現(xiàn)場(chǎng)錄制，又能實(shí)現(xiàn)新聞直播和體育比賽流動(dòng)直播，并可與電視臺(tái)總控系統(tǒng)、新聞演播室和數(shù)字轉(zhuǎn)播車配合使用，承擔(dān)多種形式節(jié)目的直/錄播任務(wù)。

4.3 數(shù)字微波通信在應(yīng)急通信中的應(yīng)用

應(yīng)急通信是日常生活中的重要通信手段，人民必須從根本上應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的性質(zhì)、階段和要求。數(shù)字微波應(yīng)急通信的應(yīng)用基于以下因素：①確保應(yīng)急通信的穩(wěn)定性和可靠性。緊急通信在復(fù)雜的緊急情況下需要很好的通信。無(wú)論外部條件和事件的變化如何，應(yīng)急通信必須始終正常工作。充分考慮應(yīng)急通信需求的數(shù)字微波通信，注意應(yīng)急通信系統(tǒng)的后續(xù)維護(hù)應(yīng)相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)故障，保證應(yīng)急通信的可靠性；②快速反應(yīng)。緊急通信通常用于自然災(zāi)害、大規(guī)模暴動(dòng)、公共衛(wèi)生事故等緊急情況。緊急通信必須能夠在緊急情況下迅速做出反應(yīng)。在短時(shí)間內(nèi)管理緊急區(qū)域和控制響應(yīng)。最后，我們必須確定數(shù)字微波通信在信息傳輸中起著重要作用，因?yàn)樗峁┝苏Ｉa(chǎn)、人民生活和社會(huì)穩(wěn)定之間的安全關(guān)系。因此，必須充分考慮數(shù)字微波通信的安全，建立適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備，同時(shí)，必須建立單獨(dú)的管理系統(tǒng)，完善數(shù)字通信的絕對(duì)管理，提高安全性。

4.4 數(shù)字微波用于緊急通信信道

數(shù)字微波在應(yīng)急信道中的應(yīng)用如下：①需要建立一個(gè)有效的反饋網(wǎng)絡(luò)。如上所述，數(shù)字微波具有帶寬和大容量的優(yōu)點(diǎn)，可在建立反饋網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮積極作用。在此網(wǎng)絡(luò)中，所有數(shù)字信息都可以輕松傳輸互通。②確保受控信息正確。利用數(shù)字微波通信設(shè)備和低功耗干擾，操作人員可以通過(guò)電視攝像機(jī)有效地監(jiān)測(cè)災(zāi)害情況，并及時(shí)了解最新情況。指揮人員可以根據(jù)有關(guān)信息科學(xué)做出的救援決定，并有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)救援人員，③應(yīng)建立信息平臺(tái)。在突發(fā)情況下，應(yīng)首先建立信息交流平臺(tái)，向外界發(fā)送緊急信號(hào)。一旦收到突發(fā)信號(hào)，應(yīng)盡快在所有地區(qū)第一時(shí)間展開救援工作，個(gè)人和財(cái)產(chǎn)保護(hù)。數(shù)字微波通信用于以下領(lǐng)域的應(yīng)急通道：個(gè)人緊急應(yīng)用。隨著我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)大多數(shù)地區(qū)廣泛普及。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適合于輕松傳輸信息。但是，在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，特別是山區(qū)、草原和海洋，由于高度和距離差異很大，通信成為一個(gè)問(wèn)題。因此，在沒(méi)有無(wú)線電信號(hào)的地區(qū)，當(dāng)人們處于危險(xiǎn)中時(shí)，用數(shù)字微波從外部傳送緊急信號(hào)是有意義的。自然災(zāi)害。近年來(lái)，自然災(zāi)害、地震、臺(tái)風(fēng)、洪水和其他自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生嚴(yán)重威脅了人類安全，造成了重大物質(zhì)損失。數(shù)字微波通信網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)受到嚴(yán)重影響。在這種情況下，在應(yīng)急情況下使用數(shù)字微波通信可以立即通知有關(guān)機(jī)構(gòu)，以確保受災(zāi)地區(qū)與外界之間的順利通信。公共衛(wèi)生事件。新冠疫情仍然嚴(yán)峻，中國(guó)在抗疫中逐漸取得勝利。這一進(jìn)程除了醫(yī)務(wù)人員和人民的共同努力外，還與改善緊急情況下的通信系統(tǒng)密切相關(guān)。中國(guó)有14億人口。與此同時(shí)，通過(guò)提高現(xiàn)代人的生活水平，人們的流動(dòng)性得到了便利，他們的出行需求也越來(lái)越多樣化，應(yīng)用數(shù)字微波通信可以從根本上改變這一現(xiàn)象。

數(shù)字微波應(yīng)急通信技術(shù)的應(yīng)用方便了實(shí)時(shí)傳輸和反饋。同時(shí)，數(shù)字微波通信系統(tǒng)擁有各種通信和信息渠道，便于向不同社會(huì)群體和部門傳播關(guān)于救濟(jì)行動(dòng)的信息，從而為更有效的緊急援助奠定基礎(chǔ)。

5.微波技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，光纖技術(shù)以低損耗、低成本和巨大寬帶的優(yōu)勢(shì)作為主要的傳輸手段，這對(duì)微波通信形成了巨大的沖擊與挑戰(zhàn)。而移動(dòng)通信技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展，微波通信技術(shù)想要繼續(xù)在未來(lái)發(fā)展中取得主動(dòng)地位，就需要從高頻率、大容量?jī)蓚€(gè)方向著力發(fā)展。

⑴要向更高頻段去發(fā)展。不只是微波通信技術(shù)，對(duì)于所有通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，高頻段都是一個(gè)非常重要的目標(biāo)，通過(guò)與光纖以及衛(wèi)星通信進(jìn)行比較能夠發(fā)現(xiàn)，有一些技術(shù)在建設(shè)過(guò)程當(dāng)中所需要的成本非常低，而且建設(shè)非常方便，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成組網(wǎng)等一系列工程，維護(hù)成本也相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低。寬帶無(wú)線接入是一種新興的通信技術(shù)，在目前高速數(shù)字傳輸業(yè)務(wù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，寬帶無(wú)線接入技術(shù)得到了大力的支持和發(fā)展。本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)是寬帶無(wú)線接入的一個(gè)代表，它主要就是在26～28GHz的高頻微波段進(jìn)行工作，相較于光纖和衛(wèi)星通訊技術(shù)，我們可以發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)在建設(shè)過(guò)程中的所需成本最低，同時(shí)建設(shè)過(guò)程更為方便，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)形成組網(wǎng)，其維護(hù)成本也非常低，因此這種技術(shù)被稱作無(wú)線光纖，無(wú)線光纖在歐美已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)未來(lái)也有十分廣闊的發(fā)展空間。

⑵要向更高速大容量發(fā)展。要想獲得市場(chǎng)發(fā)展先機(jī)和人們的青睞，就必須要向著更高速和更高容量的層次和目標(biāo)發(fā)展，在同等單位之下，輸送更多信息。所以，微波通信技術(shù)應(yīng)該要想方設(shè)法將自己的容量和速度提升，這樣才能開發(fā)出更加快速的寬帶互聯(lián)技術(shù)，與光纖技術(shù)形成強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)。

⑶現(xiàn)代數(shù)字微波通信技術(shù)的個(gè)性化發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)字微波通信技術(shù)之所以能夠取得如今的良好發(fā)展態(tài)勢(shì)，原因之一在于其可以與各種移動(dòng)終端相連接，讓人們可以不受時(shí)空的限制便能夠應(yīng)用數(shù)字微波通信技術(shù)完成各種通訊、數(shù)據(jù)信息傳遞以及其他活動(dòng)。而今后，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，各種移動(dòng)終端必然會(huì)得到大范圍的普及。而由于不同移動(dòng)終端使用者實(shí)際需求、個(gè)人習(xí)慣的不同，其對(duì)于現(xiàn)代數(shù)字微波通信技術(shù)的要求也會(huì)有所不同。因而發(fā)展個(gè)體化的數(shù)字微波通信技術(shù)成為了未來(lái)現(xiàn)代數(shù)字微波通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

6.結(jié)語(yǔ)

數(shù)字微波通信技術(shù)，雖然目前使用的領(lǐng)域較少，但發(fā)展前景廣袤，假如運(yùn)用得當(dāng)，將會(huì)給社會(huì)和人們的生活提供多種便利。在進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到微波通信技術(shù)所具備的特點(diǎn)之后，將這種技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代通信行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，能夠提升傳輸效果，改善傳統(tǒng)的通信技術(shù)所存在的弊端，進(jìn)一步縮小數(shù)字微波通信技術(shù)與現(xiàn)代化通信行業(yè)發(fā)展的差距。針對(duì)一系列有關(guān)數(shù)字微波通信技術(shù)的優(yōu)化措施實(shí)施，逐步克服其內(nèi)在的缺陷，發(fā)揚(yáng)其本身的優(yōu)勢(shì)，提升數(shù)字微波通信技術(shù)綜合發(fā)展水平，為我國(guó)通信行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展提供強(qiáng)大的動(dòng)力支撐。