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無線微波的基本通訊原理介紹

作者： 深方科技 時間：2022-11-02 來源：caowo.com.cn
摘要：說到微波通信，相比大家都比較陌生，很多人經(jīng)常會認(rèn)為是移動通信基站，但是當(dāng)你細(xì)心觀察，你就會發(fā)現(xiàn)，有些大樓樓頂上，除了基站，還會有一些像“...

        說到微波通信，相比大家都比較陌生，很多人經(jīng)常會認(rèn)為是移動通信基站，但是當(dāng)你細(xì)心觀察，你就會發(fā)現(xiàn)，有些大樓樓頂上，除了基站，還會有一些像“大鼓”一樣的設(shè)備，而且在一些野外，這種鼓一樣的設(shè)備就更為常見，但是，說準(zhǔn)確一些，一般我們稱為“微波通信天線”，當(dāng)你用手機(jī)走近拉大觀看的時候，你才能一睹它的風(fēng)采。

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       微波通信，英文是Microwave Communication，指的是波長在0.1到1米之間的電磁波，其對于頻率范圍在300MHz至3000GHz，微波（Microwave）作為載波，攜帶信息，進(jìn)行中繼通信的方式，根據(jù)波段的不同工程師們還專門對波段進(jìn)行定義。

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       與同軸電纜通信、光纖通信和衛(wèi)星通信等現(xiàn)代通信網(wǎng)傳輸方式不同的是，微波通信是直接使用微波作為介質(zhì)進(jìn)行的通信，不需要固體介質(zhì)，當(dāng)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無障礙時就可以使用微波傳送。利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠(yuǎn)的距離的特點(diǎn)，因此是國家通信網(wǎng)的一種重要通信手段，也普遍適用于各種專用通信網(wǎng)。

       微波的出現(xiàn)

       上世紀(jì)1901年馬克尼使用800KHz中波信號進(jìn)行了從英國到北美紐芬蘭的世界上第一次橫跨大西洋的無線電波的通信試驗，開創(chuàng)了人類無線通信的新紀(jì)元，初期，人類一般用長波及中波通信，直到20世紀(jì)20年代初人們發(fā)現(xiàn)了短波通信。

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                                                （1945年，美軍的微波通信設(shè)備）

1931年在英國多佛與法國加萊之間建起世界上第一條微波通信電路，微波進(jìn)入了一個發(fā)展時代，二戰(zhàn)后，微波接力通信得到迅速發(fā)展。1947年，著名的美國貝爾實驗室在紐約和波士頓之間，建立了世界上第一條模擬微波通信線路。

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       1955年對流層散射通信在北美試驗成功。20世紀(jì)50年代開始進(jìn)行衛(wèi)星通信試驗，60年代中期投入使用。由于微波波段頻率資源極為豐富，而微波波段以下的頻譜十分擁擠，為此移動通信等也向微波波段發(fā)展。此外數(shù)字技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)了微波通信逐步從模擬微波通信向數(shù)字微波通信過渡，1947年，著名的美國貝爾實驗室在紐約和波士頓之間，建立了世界上第一條模擬微波通信線路。到了50年代末，澳大利亞、英國、加拿大、法國、意大利和日本等國家，都在本國的主干路由上安裝了微波接力通信系統(tǒng)。

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       相比其他國家，我國微波通信研究比較完，從60年代才開始，而此刻，模擬微波已經(jīng)逐漸被數(shù)字微波通信替代，人類開始進(jìn)入數(shù)字微波通信時代。數(shù)字微波通信，又分為PDH（準(zhǔn)同步）和SDH（同步）兩個階段，80年代后期至本世紀(jì)初，SDH在傳輸系統(tǒng)中逐漸占據(jù)統(tǒng)治地位，微波通信技術(shù)發(fā)展迎來了加速期。

       目前，微波通信技術(shù)跟有線通信技術(shù)開始進(jìn)入了ip時代，而以光纖通信為主導(dǎo)的有線傳輸網(wǎng)絡(luò)占據(jù)主導(dǎo)，成為大大小小家中必備的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，而對于偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于架設(shè)有線傳輸成本太大，且容易受自然環(huán)境影響，仍然采用微波通信傳輸?shù)姆绞健?/p>

        三大通信

       對比光纖通信而言，微波通信本身展露出來的特色具有無可代替的優(yōu)勢，在一些抗自然災(zāi)害上與靈活性上較差，但是光纖極大保障了高速率傳輸與高頻寬的優(yōu)勢，但是在投入成本與時長上，均要花費(fèi)大量的資源。

        就我們當(dāng)前認(rèn)識到的三大通信傳輸系統(tǒng)，即光纖通信、微波通信與衛(wèi)星通信，但是其實衛(wèi)星通信也是屬于微波通信的一種。

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       在電磁波通信，一般可以分為廣播方式和點(diǎn)對點(diǎn)方式，而微波通信，則以點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行傳播，而這一方式，也是由微波本身的特性決定，由于頻率高，波長短，注定本身繞射能力差，且穿透力弱，在地表傳輸時，衰減很大，傳輸距離短。很多人會想到電磁波可以利用天空中電離層反射的方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，但是微波本身頻率太高，以至于電離層無法有效反射（只能穿透），所以一般采用中繼的方式進(jìn)行信號接力，進(jìn)行有限視距傳輸，即肉眼可見的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。

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       當(dāng)然，這種特色的傳輸特點(diǎn)，也被大家稱為微波中繼通信，或微波接力通信，根據(jù)上面微波無法反射電離層只能穿透的方式，那如果我們把這一中繼接力的設(shè)備放到天上，這樣不就可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信了嘛，沒錯，它就是衛(wèi)星通信。

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       微波設(shè)備的組成

       一般來說，微波設(shè)備主要由IDU、ODU、中頻電纜、天線等部分組成。

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       IDU是室內(nèi)單元，Indoor Unit。ODU是室外單元，Outdoor Unit。中頻是指發(fā)射機(jī)將信號載波變換成發(fā)射頻率，或者將接收頻率變換成基帶的一個中間頻率，一般由系統(tǒng)架構(gòu)決定。

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       射頻，指天線發(fā)射出去的在空中傳播的電磁波信號頻率。IDU負(fù)責(zé)完成業(yè)務(wù)接入、復(fù)分接和調(diào)制解調(diào)，在室內(nèi)將業(yè)務(wù)信號轉(zhuǎn)換成中頻模擬信號。

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       ODU負(fù)責(zé)完成信號的變頻和放大。天線將射頻信號轉(zhuǎn)換成電磁波，向空中進(jìn)行輻射。或者接收電磁波，轉(zhuǎn)換成射頻信號，送給ODU。

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       微波天線，除了鼓一樣的天線，還有拋物面天線和卡塞格倫天線，衛(wèi)星通信一般都是大鍋。室外微波設(shè)備的安裝方式，也分為兩種。

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       一種是ODU和天線分開的分離式安裝，還有一種是ODU和天線扣在一起的直扣式安裝。

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       當(dāng)存在兩個ODU時（用于1+1 HSB熱備份，或者1+1 FD頻分），還會有一個合路器，用于功率分配或合成。1+1 HSB熱備份（一個主用，一個備用，以防ODU故障造成業(yè)務(wù)中斷）微波通信里，站點(diǎn)分為三種：終端站、中繼站、樞紐站。

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       中繼站和樞紐站，都會涉及到信號轉(zhuǎn)發(fā)（中繼）。中繼的方式，分為無源和有源。無源除了剛才我們圖里看到的無源反射板之外，還有背靠背天線。而有源的話，就分為再生中繼、中頻中繼和射頻中繼。所謂的“有源”，就是有能量源、電源，也就是說，通過外部能源進(jìn)行了加強(qiáng)。雖然效果會更好，但是成本更高，而且故障點(diǎn)更多。


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