微波通信

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摘　要：微波通信是指利用微波携带信息，通过电波空间进行传输的一种通信方式。在参考大量微波通信方面相关资料的基础上，在本文中对微波通信的概述、发展、特点及应用等方面进行了先容和探讨。

关键词：微波通信 ；发展 ；应用

目    录

引言... 4

1.微波通信的概况... 4

2.微波通信的发展... 4

3.微波通信的优缺点... 5

3.1通信频段的频带宽,传输信息容量大。... 5

3.2通信稳定、可靠。... 5

3.3通信灵活性较大。... 5

3.4天线增益高、方向性强。... 6

3.5投资少、建设快。... 6

3.6缺点... 6

4.主要设备及频带划分... 6

4.1主要设备... 6

4.2频带划分... 7

5.微波在通信中的应用... 7

5.1微波接力通信... 7

5.2对流层散射通信... 7

5.3卫星通信... 8

5.4空间通信... 8

5.5微波移动通信... 8

6.结论... 8

引言

微波通信自上世纪五十年代取得实际应用以来，其稳定通信质量、大容量的承载能力、便于维护等特点，在全球范围内得到了广泛的应用。作为传输介质，微波有着其他通信方式无法比拟的优点。在本文中对微波通信的概述、发展、特点及应用等方面进行了先容和探讨。

1.微波通信的概况

微波通信（Microwave Communication），是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。微波通信不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。

利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离,因此是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各种专用通信网。

我国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段,K频段的应用尚在开发之中。

2.微波通信的发展

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，开创了人类无线通信的新纪元。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。

1931年在英国多佛与法国加莱之间建起世界上第一条微波通信电路。第二次世界大战后，微波接力通信得到迅速发展。1955年对流层散射通信在北美试验成功。20世纪50年代开始进行卫星通信试验，60年代中期投入使用。由于微波波段频率资源极为丰富，而微波波段以下的频谱十分拥挤，为此移动通信等也向微波波段发展。此外数字技术及微电子技术的发展，也促进了微波通信逐步从模拟微波通信向数字微波通信过渡。

微波通信是二十世纪50年代的产物。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年代到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高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。特别应该指出的是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，起到了重要的作用。

国外发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比例高达50%以上。据统计美国为66%，日本为50%，法国为54%。我国自1956年从东德引进第一套微波通信设备以来，经过仿制和自发研制过程，已经取得了很大的成就，在1976年的唐山大地震中，在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无恙。九十年代的长江中下游的特大洪灾中，微波通信又一次显示了它的巨大威力。在当今世界的通信革命中，微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。

3.微波通信的优缺点

3.1通信频段的频带宽,传输信息容量大。

微波频段占用的频带约300GHz，而全部长波、中波和短波频段占有的频带总和不足30MHz。一套微波中继通信设备可以容纳几千甚至上万条话路同时工作，或传输电视图像信号等宽频带信号。

3.2通信稳定、可靠。

当通信频率高于100MHz时,工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活动对其影响小。由于微波频段频率高，这些干扰对微波通信的影响极小。数字微波通信中继站能对数字信号进行再生，使数字微波通信线路噪声不逐站积累，增加了抗干扰性。因此，微波通信较稳定和可靠。

3.3通信灵活性较大。

微波中继通信采用中继方式，可以实现地面上的远距离通信，并且可以跨越沼泽、江河、高山等特殊地理环境。在遭遇地震、洪水、战争等灾祸时，通信的建立及转移都较容易，这些方面比有线通信具有更大的灵活性。

3.4天线增益高、方向性强。

当天线面积给定时，天线增益与工作波长的平方成反比。由于微波通信的工作波长短，天线尺寸可做得很小，通常做成增益高，方向性强的面式天线。这样可以降低微波发信机的输出功率，利用微波天线强的方向性使微波电磁波传播特方向对准下一接收站，减少通信中的相互干扰。

3.5投资少、建设快。

与其它有线通信相比，在通信容量和质量基本相同的条件下，按话路公里计算，微波中继通信线路的建设费用低，建设周期短。

3.6缺点

由于微波的频率极高，波长又很短，在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。微波经空中传送，易受干扰，在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向，因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。此外由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，不能有高楼阻挡，因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划，使之不受高楼的阻隔而影响通信。

4.主要设备及频带划分

4.1主要设备

微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。为了把电波聚集起来成为波束,送至远方，一般都采用抛物面天线，其聚焦作用可增加传送距离。抛物面天线是一种将在电磁波谱上的超高频/特高频用于无线电、电视、数据通讯的高增益反射天线，也常被用来做无线电定位（雷达）。  

多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰，中国现用微波系统在同一频段同一方向可以有六收六发同时工作，也可以八收八发同时工作以增加微波电路的总体容量。多路复用设备有模拟和数字之分。模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信，可用于不同容量等级的微波电路。数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群，进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群1920路,并经过数字调制器调制于发射机上，在接收端经数字解调器还原成多路电话。最新的微波通信设备,其数字系列标准与光纤通信的同步数字系列（SDH）完全一致，称为SDH微波。这种微波设备在一条电路上，八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路（2.4Gbit/s）。

4.2频带划分

微波按波长不同可分为分米波，厘米波、毫米波及亚毫米波，分别对应于特高频UHF（0.3～3GHz）、超高频SHF（3～30GHz）、极高频EHF（30～300GHz）及至高频THF（300GHz～3THz）。

5.微波在通信中的应用

5.1微波接力通信

利用微波视距传播以接力站的接力方式离微波通信，也称微波中继通信。微波接力系统由两端的终端站及中间的若干接力站组成，为地面视距点对点通信。各站收发设备均衡配置，站距约50km，天线直径1.5～4m，半功率角3～5°，发射机功率1～10W，接收机噪声系数3～10dB（相当噪声温度290～261K），必要时二重分集接收。模拟调频微波容量可达1800～2700路，数字多进制正交调幅微波容量可达144Mbit/s。设备投资和施工费用较少，维护方便；工程施工与设备安装周期较短，利用车载式微波站，可迅速抢修沟通电路。

5.2对流层散射通信

利用对流层中媒质的不均匀体的不连续界面对微波的散射作用实现的超视距无线通信。常用频段为0.2～5GHz，为地面超视距点对点通信。跨距数百公里，大型广告牌（抛物面）天线等效直径可达30～35m，射束半功率角1～2°，有孔径介质耦合损耗，发射机功率5～50kW，四重分集接收，容量数十话路至百余话路。对流层散射通信一般不受太阳活动及核爆炸的影响，可在山区、丘陵、沙漠、沼泽、海湾岛屿等地域建立通信电路。

5.3卫星通信

地球站之间利用人造地球卫星上的转发器转发信号的无线电通信，为地一空视距多址通信系统，卫星中继站受能源和散热条件的限制，故地-空设备偏重配置。同步卫星系统，空间段单程大于3.6万公里，地面站天线直径15～32m，增益60dB，射束半功率角0.1～1°，需要自动跟踪，发射机功率0.5～5kW。卫星中继站，下行全球波束用喇叭天线，点波束用抛物面天线，可借助波束分隔进行频率再用。转发器功率数十瓦，带宽一般为36MHz，容量5000～10000话路。卫星通信覆盖面广，时延长，信号易被截获、窃听、甚至干扰。一种容量较小的可适用于稀路由的甚小天线地球站（VSAT）适用于数据通信。

5.4空间通信

利用微波在星体（包括人造卫星、宇宙飞船等航天器）之间进行的通信。它包括地球站与航天器、航天器与航天器之间的通信、以及地球站之间通过卫星间转发的卫星通信。地球站与航天器之间的通信分近空通信与深空通信。在深空通信时，为了实现从髙噪声背景中提取微弱信号，需采用特种编码和调制、相干接收和频带压缩等技术。

5.5微波移动通信

通信双方或一方处于运动中的微波通信，分陆上、海上及航空三类移动通信。陆上移动通信多使用150，450或900MHz的频段，并正向更高频段发展。海上、航空及陆上移动通信均可使用卫星通信。海事卫星可提供此种移动通信业务。低地球轨道（LEO）的轻卫星将广泛用于移动通信业务。

6.结论

综上所述，微波通信在经历了不断的技术创新后，就其未来的发展趋势，业界普遍形成如下共识：一是高速率大容量高频段，SDH采用QAM调制实现高容量，移动通信借助OFDM增加带宽。再者就是向着微型化智能化发展，以满足用户的更高要求。微波通信在现实生活中有着不可或缺的作用，对未来通信的发展具有一定的影响作用。相信微波通信技术在今后很长一段时间内还能保持高速的发展势头。