光通信与无线通信融合新技术

光通信与无线通信融合新技术

学校：北京邮电大学

作者：宋国伟

微波通信技术

一、微波通信概述

微波通信是指用微波频率作载波携带信息,通过无线电波空间进行中继(接力)通信的方式。数字微波通信是指利用微波(射频)携带数字信息，通过在大气中传输的一种通信方式。

微波通信的工作频段。微波频率指300MHz~300GHz，波长为1m-1mm范围的电磁波。人们习惯上将微波划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波等波段。通常用不同的字母代表不同的微波波段，如：S代表10 cm波段，C代表5 cm

波段，X代表3 cm波段，Ka代表8 mm波段，U代表6 mm波段，F代表3 mm波段等。

二、微波通信的发展历史

微波的发展是与无线通信发展是分不开的。1901年马克尼使用800KHz中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验；无线通信初期，人们使用长波及中波来通信；20世纪20年代初，人们发现了短波通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。

由于电磁波各波段的传播特性各异，因此，可以用于不同的通信系统。中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波的绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。

微波通信由于其通信的容量大而投资费用省(约占电缆投资的五分之一)，建设速度快，抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20世纪40-50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段。模拟调频传输容量高达2700路，也可同时传输高质量的彩色电视，而

后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现以及一系列自适应衰落对抗技术与多状态调制与检测技术的发展，使数字微波传输产生了一个革命性的变化。特别是80年代至90年代发展起来的一整套高速多状态的自适应编码调制解调技术与信号处理及信号检测技术的迅速发展，对现今的卫星通信，移动通信，全数字HDTV传输，通用高速有线/无线的接入，乃至高质量的磁性记录等诸多领域的信号设计和信号的处理应用起到了至关重要的作用。

注：微波传输中，传输容量在10M以下的称为小容量，在10~100M之间的称为中容量，大于100M的称为大容量。

三、微波通信的特点

微波是一个非常特殊的电磁波段，尽管它介于低频无线电波和红外辐射之间，但却不能仅依靠将低频无线电波和高频红外辐射加以推广的办法导出微波的产生、传输和应用的原理。微波波段之所以要从射频频谱中分离出来单独进行研究，是由于微波波段有着不同于其他波段的重要特点。

3.1似光性和似声性

波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体(如飞机、舰船、导弹等)的尺寸相当或小的多，当辐射在这些物体上时，将产生显著的反射、折射，

这和光的反射、折射一样。同时微波的传播特性也和儿何光学相似，能够像光线一样直线的传播和容易集中，即具有似光性。这样利用微波就可以获得方向性极好、体积小的天线设备，用于接受地面上或宇宙空间中各种物体发射或者反射回来的微弱信号，从而确定改变物体的方向与距离，这就是雷达及导航技术的基础。

微波通信与光纤通信特点的比较

微波波段的波长与无线电波设备尺寸相当的特点，使得微波又表现出与声波相似的特征，即具有似声性。例如：微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似于声学中的喇叭、萧和笛。谐振腔类似于声学中的共鸣箱。

3.2分析方法的独特性

由于微波的频率很高，波长很短，使得在低频电路中被忽略了的一些现象和效应(例如:趋肤效应、辐射效应、度越效应、相位滞后现象等)在微波波段则不可以忽略。低频电路常用的集总参数元件电阻、电感、电容已不适用，电压、电流在微波波段甚至失去了唯一性意义。因此用它们已无法对微波传输系统进行完全描述，而要求建立一套新的能够描述这些现象的理论分析方法—基于电磁场理论的场与波传输的分析方法，用新的装置(例如传输线、波导、谐振腔等)代替电容、电感、电阻。

3.3穿透性和非电离性

微波是射频波谱中除光波外唯一能穿透电离层的电磁波，因而成为人类与外层空间通信的重要手段。能穿透云雾、雨、植被、积雪和地表层，具有全天候和全天时工作的能力，成为遥感技术的重要波段；微波能穿透生物体，成为医学热透疗法的重要手段；毫米波还能穿透离子体，是远程导弹末端制导和航天器重返大气层时实现通讯的重要手段。

微波的量子能量不够大，因而不会改变物质分子的内部结构或破坏分子的化学键，所以微波和物体的作用是非电离的。由物理学可知，分子、原子和原子核在外加电磁场的周期作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因此微波为探索物质的内部结构和其基本特性提供了有效地研究手段。

四、数字微波通信

数字微波通信：微波在地面上的传播距离只能局限在视距以内，其视线传播距离取决于发射天线和接收天线的高度。视距传播距离在一般可达到50 km左右。当两点距离超过50 km时，则必须在它们之间设立相互距离小于视线距离的多个中继站，这样就构成了数字微波通信。

4.1数字微波通信特点

“微波、多路、接力”。

◆“微波”是指微波工作频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫米波三

个频段。

◆“多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通信设备的通频带可以

做得很宽。

◆“接力”是目前广泛使用于视距微波的通信方式。

数字微波除了具有上面所说的微波通信的普遍特点外，还具有数字通信的特点：

◆抗干扰性强、整个线路噪声不累积；

◆保密性强，便于加密；

◆器件便于固态化和集成化，设备体积小、耗电少；

◆便于组成综合业务数字网（ISDN）。

◆数字微波的缺点:要求信道带宽较宽,因而产生了频率选择性衰落,其

抗衰落技术比模拟微波复杂

数字微波通信的缺点:

◆相对光纤通信而言，通信容量较小

◆微波通信无中继距离一般为40-60 km，设中继站导致整体投资增加

◆由于是无线视距传输，容易受到阻挡、外部干扰或恶劣天气影响。

4.2数字微波中继通信线路

数字微波中继通信系统的基本组成