微波通信技术研究

中心议题：

微波简介

微波通信系统

微波发射机

解决方案：

提高QAM调制级数及严格限带

网格编码调制及维特比检测技术

自适应时域均衡技术

多载波并联传输

作为传输介质，微波有着其他通信方式无法比拟的优点。微波中继通信系统以及现有的微波宽带通信系统是已经商用的系统。从通信系统使用的信道传输频率来看，属于微波通信系统的有卫星通信系统、地面微波中继通信系统、本地多点分配接入系统(LMDS)等系统。这些微波通信系统基本上具有相同的发射机结构，本文将探讨通用的微波发射机技术。

微波简介

微波是指频率在300MHz～300GHz的电磁波，对应波长为1m～1km，传播速度与光速相同。目前工业微波设备所采用的微波频率为2450MHz和915MHz两种。在工业微波设备中，微波的特性主要表现为吸收性、穿透性和反射性。微波能够被极性分子的介质所吸收，并将微波能转化为热能，即微波对极性分子具有热效应。

当对介质施加频率达2450MHz的微波电场时，电场方向每秒钟变换24.5亿次，极性分子也会随之摆动24.5亿次。这种分子的摆动受到分子问作用力的干扰和阻碍而产生热能，形成宏观的微波加热，介质的温度也随之升高。水是典型的极性分子，所以微波可以用来对含水物料进行干燥。微生物的细胞也是由极性分子构成的。微波对微生物不仅具有热效应，而且具有生物效应，使微生物的细胞失去生物活性而死亡。所以，微波可以杀灭食品、药品或其他物料中的细菌、虫及虫卵。微波可以穿透绝缘材料(如陶瓷、玻璃、纸张、塑料等)，遇到金属则会被反射。

微波的主要特性有以下几点。

①微波能穿透高空电离层，这一特点为天文观测增加了一个“窗口”，使得射电天文学研究成为可能。同时，微波能穿透电离层这一特点又可被用来进行卫星通信和宇航通信。但另一方面，也正是由于微波不能为电离层所反射，所以利用微波的地面通信只限于天线的视距范围之内，远距离微波通信需用中继站接力。

②微波的波长比一般宏观物体如建筑物、船舰、飞机、导弹等的尺寸短得多，因此当微波波束照射到这些物体上时将产生显著的反射。一般地说，电磁波的波长越短，其传播特性就越接近于光波。微波的波长短这一特点，对于雷达、导航和通信等应用都是很重要的。此

外，一般微波电路的尺寸可以和波长相比拟。由于延时效应，电磁波的传播特性将明显地表现出来，使得电磁场的能量分布于整个微波电路之中，形成所谓的“分布参数”，这与低频时电场和磁场能量分别集中在各个元件中的所谓“集总参数”有原则的区别。

③由于微波的频带较宽，信息容量较大，故需要传送较大信息量的通信都可以用其作为载波。在微波有线通信方面，利用同轴电缆可同时传送几千路电话和几路电视，而光纤传输线的问世与发展使信息容量更为大增;在无线通信方面，利用微波中继接力传送电视和进行通信。人造卫星通信的射频都是工作在微波波段的，利用三个互成120°的位于外层空间的同步卫星便可进行全球的电视传播。

微波通信系统

微波中继通信系统可使用的传输频率覆盖了L波段到Ka波段川。根据原CCTIT建议。1～40GHz的频段用作微波通信的频段，占有39GHz的频宽，具有较大的通信容量，可以传送综合业务。现在我国主要使用微波通信的频段为2、4、6、7、8、11GHz。

其中，2、4、6GHz用作国家一级干线;7、8、11GHz作为省内二级干线用。而作为干线光纤传输的备份及补充，如点对点的SHD微波通信系统、PHD微波通信系统等，主要用于干线光纤传输系统在遇到自灾害时的紧急修复，以及由于种种原因不适合使用光纤的地段和场合。这种用于光纤接力的微波通信系统将使用更高的频段，如Ka频段，以顺利实现传输速率的增高。

卫星通信系统具有广大的覆盖区域、无缝连接，建设成本与距离无关，易于建站组网等特点。卫星通信系统常使用C、Ku和Ka波段，如加拿大Telesat公司于2004年发射的AnikF2，拥有24个C波段转发器，32个Ku波段转发器，38个Ka波段转发器，共有45个点波束，覆盖整个北美地区。2004年发射的亚洲首颗新型宽带通信卫星iPSTAR，工作在Ku/Ka波段，Ku波段84个点波束、3个成形波束(用于通信和广播)，7个地区广播波束(专门用于广播)，可提供45Gb/S以上的通信容量。于2005年4月12日发射的亚太六号卫星(Apstar6)，拥有S3个C频段和12个Ku频段转发器，带有抗干扰功能，覆盖范围遍及亚太区域。

MLDS是一种微波宽带系统，它工作在微波频率的高端(10～40GHz)，使用的带宽可以达到1GHz以上。LMDS可以在较近的距离(3～10km)传输，可以实现用户远端到骨干网的宽带无线接入，能够实现从64kb/s～2Mb/s，甚至高达155Mb/s的用户接入速率。LMDS可以实现点对多点双向传输话音、视频和图像信号等多种宽带交互式数据及多媒体业务，也可作为Internet的接入网，支持ATM、TCP/IP和MPEG-2等标准。

LMDS组网灵活，可靠性高，在网络投资、建设速度、业务提供上比光纤经济、快速、方便，能为运营商提供有效的网络服务，因此具有“无线光纤”的美称。特别是，随着Internet 的快速发展，国内居民对于家中高速上网的需求也日益巨大，这使得LMDS发展日益蓬勃。

出于大带宽，高容量的考虑，其使用的传输频率大体为24-38GHz。如NEC公司的PASOLINK 系列的微波通信产品，工作频率覆盖7～38GHz，在26GHz的工作频率上，采用QPSK调制方式，发射功率为20dBm;P-COM公司的Tel-LinkPMP系列的微波通信产品，工作频率覆盖10～38GHz，在26GHz的工作频率上，采用QPSK调制方式时发射功率为22dBm，采用16QAM时发射功率为20dBm，采用64QMA时发射功率为18dBm。

微波发射机

微波发射机的实现方式

(1)微波直接调制发射机

微波直接调制发射机的方框图如图1所示。来自数字终端机的信码经过码型变换后直接对微波载频进行调制，然后，经过微波功放和微波滤波器馈送到天线，由天线发射出去。这种方案的发射机结构简单，但当发射频率较高时，频调制发射机的中频功放设备制作难度大，而且在一个系列产品多种设备的场合下，这种发射机的通用性差。

(2)中频调制发射机

中频调制发射机的方框图如图2所示。信码经过码型变换后，在中频调制器中进行调制，获得中频调制信号，然后经过功率中放，把这个己调信号放大到上变频器要求的功率电平。上变频器把它变换为微波调制信号，再经微波功率放大器放大到所需的输出功率电平，最后经微波滤波器输出馈送到天线，由发射天线将信号送出。

可见，中频调制发射机的构成方案与一般调频的模拟微波发射机相似，只要更换调制、解调单元，就可以利用现有的模拟微波信道传输数字信息。因此，在多波道传输时，这种方案容易实现数字模拟系统的兼容，而在不同容量的数字微波中继设备系列中，更改传输容量只需要更换中频调制单元，微波发送单元可以保持通用。因此，在研制和生产不同容量的设备系列时，这种方案有较好的通用性

发射机的主要性能指标

(1)工作频段

微波通信系统的频段为1～40GHz。工作频率愈高，愈容易获得较宽的通频带和较大的通信容量。同时，天线设备也具有更尖锐的方向性，而且体积重量减小，但是频率高时，雾、雨或雪的吸收显著，传播损耗、衰减和接收设备噪声也愈高。从12GHz起，必须考虑大气中水蒸气的吸收问题，吸收衰耗随频率上升而增加。当频率接近22GHz时，即水蒸气分子谐振频率时，是大气中传播损耗的峰值，衰减量很大。

(2)输出功率

微波发射机所需的发射功率和很多因素有关，例如，通话路数愈多，频带愈宽。为保持同样的通信质量，必须有更大的发信功率。另外，也和站址选择，多径衰落的影响，分集接