數(shù)字微波通信技術的演進與發(fā)展分析

劉 鵬

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局微波傳輸總站 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

1 微波技術的發(fā)展

1.1 早期的模擬微波技術

微波通常是指頻率在300MHz～300GHz 范圍內(nèi)的電磁波，微波通信是需要保證在視距可通暢景下的一種通信方式。它的最早應用是在第二次世界大戰(zhàn)期間。米波雷達被用來偵查敵情、監(jiān)視敵機和船艦的活動。從20世紀50年代開始，人們利用微波通信容量大、成本低、建設速度快等優(yōu)點，將微波技術廣泛應用于通信領域。

早期的微波通信全部是模擬的通信方式。為了實現(xiàn)信道的多路通信，常常把多路信號調(diào)制到不同的載頻上，用載頻把各路信號分開，即所謂的FDM。然后把多路信號調(diào)頻到中頻上，最后變頻到微波頻率上，通過天線發(fā)射信號。模擬微波傳輸?shù)氖悄M連續(xù)信號，在傳輸過程中，存在固有的噪聲積累問題，從而造成傳輸信號質(zhì)量劣化，進而限制傳輸容量。這些噪聲不僅包含各設備的熱噪聲，調(diào)頻通道的傳輸特性失真而產(chǎn)生的交調(diào)噪聲，而且還包含電源設備的低頻干擾噪聲以及其他設備、其他系統(tǒng)的高頻干擾噪聲等等。其噪聲性能隨著電路長度增加和電路使用時間的增長而劣化。搭建模擬微波傳輸系統(tǒng)過程中，模擬設備系統(tǒng)間互聯(lián)時需考慮設備間的阻抗匹配及設備負載能力，系統(tǒng)組網(wǎng)能力受到很大限制。

1.2 數(shù)字微波通信

20世紀80年代中期以來，隨著頻率選擇性色散衰落對微波傳輸中斷影響的發(fā)現(xiàn)，以及一系列自適應衰落對抗技術與高狀態(tài)調(diào)制檢測技術的發(fā)展，使得微波通信技術產(chǎn)生了一個革命性的發(fā)展——數(shù)字微波通信逐步取代了模擬微波通信。

數(shù)字微波傳輸?shù)氖菙?shù)字序列，數(shù)字微波傳輸采用再生中繼方式，沒有模擬微波噪聲積累的問題，它可以遠距離高質(zhì)量的傳輸信號。由于數(shù)字微波傳輸?shù)膶ο笫菙?shù)字序列與傳輸業(yè)務無關，應用數(shù)字壓縮編碼技術可以使得單波道有更大的容量，從而有效利用了波道資源。其傳輸系統(tǒng)的設備大量采用集成芯片設計，設備的整體體積及功率都有大幅下降，系統(tǒng)穩(wěn)定度大幅提升。

相較模擬微波通信方式，數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)在傳輸質(zhì)量、傳輸容量、設備體積、功率損耗、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面都有著不可比擬的優(yōu)勢。因此，近三十年時間里，數(shù)字微波通信不僅完全取代了模擬微波通信，其自身也得到了充分的發(fā)展。

2 數(shù)字微波通信技術的發(fā)展

自20世紀80年代開始，數(shù)字微波通信方式經(jīng)歷了快速的發(fā)展，技術應用已非常成熟。按照TCP/IP 協(xié)議的5 層結(jié)構對不同階段的數(shù)字微波傳輸技術進行分類，大致可分為三個階段。早期的數(shù)字微波為TDM 微波，分為小容量的PDH 微波和后期的SDH 微波，屬于物理層微波。隨后出現(xiàn)的Hybrid 微波為數(shù)據(jù)鏈路層微波，基于MAC 地址進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層微波。近期的Packet 微波對數(shù)據(jù)進行PWE3 分裝，基于MPLS 標簽進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，屬于2.5 層微波。近年來，被廣泛應用的IP 微波為網(wǎng)絡層微波，具有基于IP 地址進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，尤其適用于LTE 網(wǎng)絡的接入層數(shù)據(jù)回傳。Hybrid 微波和路由微波統(tǒng)稱為IP 微波。各階段數(shù)字微波技術特性，見表1。

表1 各階段微波技術特點

2.1 TDM微波

TDM 微波為物理層微波，僅做數(shù)據(jù)透傳。PDH 微波為準同步數(shù)字微波，SDH 微波為同步數(shù)字微波，兩者的數(shù)據(jù)封裝形式均為時分間插復用。目前，老式的PDH 微波已被淘汰，SDH 微波由于技術成熟度高，在無線通信中仍被大量使用。

SDH 微波幀結(jié)構的原理就是對接入業(yè)務進行時分復用封裝，最后形成SDH 幀結(jié)構的業(yè)務形式后進行傳輸。在實際設備中，E1 形式的TDM 業(yè)務可以直接通過TDM 交叉矩陣封裝進入SDH 幀中（一般為STM-1），但是，以太網(wǎng)信號必須首先經(jīng)過“Ethernet over SDH”技術處理后，變成時分業(yè)務后才能通過時分交叉矩陣進入SDH 幀中。隨著移動承載網(wǎng)的IP 化，SDH 微波未來也將會被逐步取代。

2.2 IP微波

Hybrid 微波是指可以將Native TDM 業(yè)務和Native Ethernet 業(yè)務通過空口混合傳輸?shù)奈⒉ǎ贛AC 地址進行以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)。Hybrid 微波是一種兼容傳統(tǒng)TDM 網(wǎng)絡和現(xiàn)階段IP 網(wǎng)絡的產(chǎn)品，能夠有效支撐網(wǎng)絡從TDM 過渡到IP 的階段。

Packet 微波是指可以將TDM 業(yè)務，ATM/IMA業(yè)務和Ethernet 業(yè)務等經(jīng)過PWE3 封裝后，通過空口統(tǒng)一傳輸?shù)奈⒉āＮ⒉◣瑯I(yè)務結(jié)構為純以太網(wǎng)業(yè)務，通過MPLS 標簽進行轉(zhuǎn)發(fā)，一般基于靜態(tài)路由創(chuàng)建Tunnel，屬于L2VPN。

2.3 一體化微波

一體化IP 微波內(nèi)置了雙業(yè)務平面，可以通過軟件設置，靈活傳輸TDM 業(yè)務平面和分組業(yè)務平面。TDM 業(yè)務處理平面將接入的TDM 業(yè)務（E1 業(yè)務或STM-1 業(yè)務）進行交叉連接處理，發(fā)送到微波端口。分組業(yè)務處理平面可以將接入的多種業(yè)務（E1 業(yè)務、SMT/IMA 業(yè)務和以太網(wǎng)業(yè)務）進行PWE3 仿真并封裝到MPLS 報文的以太網(wǎng)幀，發(fā)送到微波端口。其中，以太網(wǎng)業(yè)務也可以直接進行二層交換，以Native 的方式發(fā)送到微波端口。因此，當TDM 業(yè)務通過TDM 業(yè)務平面進行調(diào)度到微波端口，而以太網(wǎng)業(yè)務在分組業(yè)務平面采用Native方式調(diào)度到微波端口時，一體化IP 微波就是Hybrid 微波；而當TDM 業(yè)務是在分組業(yè)務平面封裝成MPLS/PWE3 報文后調(diào)度到微波端口，一體化IP微波就是Packet 微波。

一體化微波具備根據(jù)路由協(xié)議進行動態(tài)分配路由的功能（即動態(tài)創(chuàng)建Tunnel），能夠支持L3VPN，所以屬于TCP/IP 協(xié)議的第三層微波設備。同時，由于能夠支持高頻段獲取更多的頻率資源，以及技術上支持更高的調(diào)制模式，一體化IP 微波在傳輸帶寬上有了重大的突破，能夠支持單鏈路GB/s 等級的傳輸帶寬。

3 數(shù)字微波通信未來的發(fā)展方向

數(shù)字微波通信的發(fā)展經(jīng)過模擬微波階段、小容量數(shù)字微波階段、大容量數(shù)字微波階段到現(xiàn)如今的IP 微波階段，技術應用已十分成熟，但同時也進入了發(fā)展瓶頸期。隨著光纖通信技術的快速發(fā)展，其市場占有率也已超過數(shù)字微波通信。針對這一現(xiàn)實情況，為更好的促進數(shù)字微波通信未來的發(fā)展，首先應該在充分了解市場需求的情況下，了解數(shù)字微波通信的優(yōu)勢和不足，并不斷革新技術，以推動數(shù)字微波通信的發(fā)展。在技術改進方面，可以從以下幾點考慮。

3.1 高頻段的傳輸技術

高頻段的傳輸技術主要指在10GHz 以上的高頻段。由于電信部門將3～10GHz 頻段規(guī)劃為非個人通信的應用，使得此頻段較為擁擠，而高頻段的微波應用相對較少。未來可考慮在城市市區(qū)內(nèi)，將高頻段微波作為短距離支路來應用，例如，可以在15GHz、18GHz 頻率上進行點對點的通信，也可作為移動的通信基站及局域網(wǎng)之間的無線連接。因此，數(shù)字微波通信應朝著高頻段的傳輸技術方向發(fā)展，有利于未來數(shù)字微波通信競爭力的加強。

3.2 兼容技術

未來的數(shù)字微波通信應該可以在不同種類接口技術及用戶組網(wǎng)中，尤其是與光纖傳輸?shù)幕ミB互接中，根據(jù)用戶不同的應用需求，通過自身擴頻、跳頻及抗干擾技術的應用，實現(xiàn)數(shù)字微波技術的無障礙通信，便于用戶使用。

3.3 全數(shù)字化并高度集成化

數(shù)字微波通信可以通過全數(shù)字化的處理技術以及專用的高集成化電路，使得電路傳輸?shù)倪\行更加穩(wěn)定。在最大限度的降低建設成本的同時，提高了通信的傳輸可靠性。

結(jié) 束 語

雖然，近年來微波通信不及光纖通信應用廣泛，但其自身所具有的建網(wǎng)迅速、抗災害能力強、建設成本低等優(yōu)勢仍然不能忽視。只要充分利用數(shù)字微波通信的傳輸優(yōu)勢，同時對其自身的頻帶帶寬、抗干擾能力等方面進行有效的提高，數(shù)字微波通信在短距離支線的點對點連接、無線網(wǎng)絡接入層的業(yè)務傳輸方面，仍然擁有著廣闊的發(fā)展前景。我們只有取長補短，深入研究其發(fā)展對策，才能推動數(shù)字微波通信的長遠發(fā)展。