關(guān)于微波通信的科普介紹

今天我要給大家介紹的，是微波通信。

我們?cè)谌粘Ｉ钪?，隨處可以看到移動(dòng)通信基站。

如果你細(xì)心觀察的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)，在有些大樓的樓頂上，除了基站，還會(huì)有一些像“大鼓”一樣的設(shè)備。

在荒郊野外，可能更加容易看到。

這些“大鼓”，就是我們通常所說(shuō)的“微波設(shè)備”。更準(zhǔn)確一點(diǎn)，是“微波通信天線”。

微波通信，英文是Microwave Communication，是指使用微波（Microwave）作為載波，攜帶信息，進(jìn)行中繼通信的方式。

微波，是頻率范圍300MHz~3THz的電磁波（1THz=1000GHz），也就是說(shuō)，波長(zhǎng)范圍是1米~0.1毫米（光速=波長(zhǎng)×頻率）。

微波通信并沒有使用微波的全部頻率，而是主要使用3GHz-40Ghz這個(gè)范圍。

工程師們將部分微波波段進(jìn)行了定義，并且單獨(dú)命名，例如我們經(jīng)常聽說(shuō)的Ka波段、Ku波段、C波段等。

常用微波波段的劃分

人類使用微波進(jìn)行通信的歷史并不算短。

早在1931年，從英國(guó)多佛爾到法國(guó)加萊，就建立了世界上第一條超短波通信線路，橫跨了英吉利海峽。

二戰(zhàn)之后，微波通信獲得了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

1947年，著名的美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)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(guó)、加拿大、法國(guó)、意大利和日本等國(guó)家，都在本國(guó)的主干路由上安裝了微波接力通信系統(tǒng)。

我國(guó)的微波通信研究啟動(dòng)比較晚，開始于60年代。與此同時(shí)，模擬微波逐漸被淘汰，人類逐漸進(jìn)入了數(shù)字微波通信時(shí)代。

數(shù)字微波通信，又分為PDH（準(zhǔn)同步）和SDH（同步）兩個(gè)階段。相信之前看過(guò)小棗君傳輸網(wǎng)科普文章的同學(xué)，一定不會(huì)覺得陌生。

80年代后期至本世紀(jì)初，SDH在傳輸系統(tǒng)中占據(jù)統(tǒng)治地位，微波通信技術(shù)發(fā)展非常迅速。

目前微波通信技術(shù)也和有線通信技術(shù)一樣，進(jìn)入了IP時(shí)代。

如今，雖然以光纖通信為主的有線傳輸網(wǎng)絡(luò)占據(jù)主導(dǎo)，但是某些特殊應(yīng)用場(chǎng)景下，我們?nèi)匀浑x不開微波通信方式。例如偏遠(yuǎn)地區(qū)，布設(shè)有線傳輸難度太大或成本過(guò)高，又或者發(fā)生自然災(zāi)害，光纖傳輸遭到損壞。

相比于光纖通信來(lái)說(shuō)，微波仍然具有很多無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。例如成本低，抗災(zāi)害能力強(qiáng)等。

需要注意的是，我們通常說(shuō)有三大傳輸系統(tǒng)：光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信。實(shí)際上，衛(wèi)星通信也是微波通信的一種，只是比較特別而已，待會(huì)我們會(huì)詳細(xì)說(shuō)到。

衛(wèi)星通信

電磁波通信，一般可以分為廣播方式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。我們的微波通信，屬于后者。

為什么要采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式？這主要是由微波的特性決定的。

微波的特性，就是頻率高，波長(zhǎng)短。

這種類型的電磁波，繞射能力很差，穿透力很差，在地表傳輸時(shí)，衰減很大，傳輸距離短。

我們知道，電磁波除了在地面沿空氣傳播之外，還可以利用天空中電離層反射的方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。

但微波仍然無(wú)法利用這種方式。還是因?yàn)槲⒉ǖ念l率太高，以至于電離層無(wú)法有效反射（只能穿透）。

所以，微波傳輸幾乎只能進(jìn)行視距傳輸。什么是視距傳輸？就是發(fā)送天線和接收天線之間沒有障礙物阻擋，可以相互“看見”的傳輸。

視距傳輸，除了容易受山體或建筑物等影響之外，還會(huì)受到地球表面弧度的限制。

地球是一個(gè)球體，地球的表面是有弧度的。微波天線發(fā)出的微波，經(jīng)過(guò)一定距離之后，就會(huì)被地球表面所阻擋，無(wú)法繼續(xù)傳播。

因此，微波通信存在距離限制。通常來(lái)說(shuō)，如果微波天線掛在正常高度的鐵塔上，它的傳輸距離就是50公里。

如果要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，就必須進(jìn)行“接力”，也就是說(shuō)，需要設(shè)置微波中繼轉(zhuǎn)接站。

微波中繼轉(zhuǎn)接站接收到前一站的微波信號(hào)，加以放大等處理，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一站去，就像接力賽跑一樣，直到抵達(dá)最終收信端。

也正是因?yàn)檫@個(gè)傳輸特點(diǎn)，微波通信經(jīng)常被稱為微波中繼通信，或微波接力通信。

根據(jù)上面的內(nèi)容，我們可以知道，微波天線距離地面越高越好。

那么，你一定想到了，為什么我們不干脆把中繼站掛到天上去呢？是的，這就是衛(wèi)星通信。

借助地球同步衛(wèi)星，將“微波中繼站”掛在太空中，可是最大化地?cái)U(kuò)大微波通信的距離。

地球同步衛(wèi)星距離地面36000公里，可以覆蓋地球表面積的三分之一，理論上來(lái)說(shuō)，只需要3顆衛(wèi)星，就能保證地球上任意兩個(gè)中繼站進(jìn)行通信。

接下來(lái)我們具體看一下微波設(shè)備的組成。

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

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(hào)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(gè)中間頻率，一般由系統(tǒng)架構(gòu)決定。

而射頻，就是天線發(fā)射出去的、在空中傳播的電磁波信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成中頻模擬信號(hào)。

華為的IDU（型號(hào)RTN950）

ODU負(fù)責(zé)完成信號(hào)的變頻和放大。

中興的ODU，也叫AOU（All Outdoor Unit）

天線就不用說(shuō)了，將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波，向空中進(jìn)行輻射?；蛘呓邮针姶挪?，轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，送給ODU。

微波天線

微波天線除了大家看到的這種“大鼓”一樣的，還有拋物面天線和卡塞格倫天線。

衛(wèi)星通信就是用的這類天線，俗稱“大鍋”。

室外微波設(shè)備的安裝方式，也分為兩種。

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。

當(dāng)存在兩個(gè)ODU時(shí)（用于1+1 HSB熱備份，或者1+1 FD頻分），還會(huì)有一個(gè)合路器，用于功率分配或合成。

1+1 HSB熱備份（一個(gè)主用，一個(gè)備用，以防ODU故障造成業(yè)務(wù)中斷）：

我們可以看看完整的微波單站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

可以看到，上圖中，有兩種方式的天線。一種是直接掛在鐵塔上，還有一種是借助了無(wú)源反射板，將信號(hào)進(jìn)行了一個(gè)反射。

這里，我們就要提到轉(zhuǎn)發(fā)方式了。

微波通信里，站點(diǎn)分為三種：終端站、中繼站、樞紐站。

中繼站和樞紐站，都會(huì)涉及到信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)（中繼）。中繼的方式，分為無(wú)源和有源。無(wú)源除了剛才我們圖里看到的無(wú)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(shuō)，通過(guò)外部能源進(jìn)行了加強(qiáng)。雖然效果會(huì)更好，但是成本更高，而且故障點(diǎn)更多。

好啦，關(guān)于微波通信的科普介紹，就到這里。

原文標(biāo)題：五分鐘看懂微波通信

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