E-Band微波通信系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

微波是常見(jiàn)的無(wú)線通信技術(shù)，以其遠(yuǎn)距離、大容量、部署快捷、抗損強(qiáng)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各類通信系統(tǒng)的中繼和回傳。持續(xù)的移動(dòng)寬帶的承載需求，常規(guī)6GHz~38GHz的微波頻譜資源已經(jīng)被迅速消耗殆盡，微波通信向更高頻段擴(kuò)展已成為必然趨勢(shì)。E-Band微波早在2001年和2003年被ITU-R（國(guó)際電聯(lián)無(wú)線組織）所發(fā)布，主要包括”60GHz”和”80GHz”的高頻段微波通信，60GHz免費(fèi)頻段較早為軍方和行業(yè)客戶使用，對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，80GHz微波頻段將會(huì)是重要的無(wú)線傳輸手段。

E-Band天然實(shí)現(xiàn)微波傳輸大帶寬

圖1：ITU-R建議的微波通信頻段

E-Band微波80GHz頻段由71G~76G/81G~86G頻譜資源構(gòu)成的，既是目前民用微波通信領(lǐng)域發(fā)布的最高傳送頻段，也是迄今為止 ITU-R一次性發(fā)放的頻譜資源中波道間隔最大的一次。從上圖1可以看出，80GHz E-Band頻段擁有10GHz的收發(fā)間隔（TR間隔），以及總共5GHz的可調(diào)制帶寬。按照1Hz傳送1bit這樣最基本的傳送能力計(jì)算，5GHz的頻帶寬度使得空口G比特（Gbps）級(jí)高速率傳輸成為可能，這是以往常規(guī)低頻段的微波無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

圖二：E-Band微波波導(dǎo)間隔示意圖

常規(guī)頻段微波通信系統(tǒng)（6GHz-38GHz）傳送高帶寬的代價(jià)是很大的。主要采用的調(diào)制波道間隔為3.5MHz~56MHz，要傳輸數(shù)百兆帶寬的業(yè)務(wù)就必須采用高階調(diào)制模式。按照目前常規(guī)的最大波道間隔56MHz的和最高的調(diào)制模式256QAM，一條微波鏈路空口的標(biāo)準(zhǔn)傳輸容量也僅能達(dá)到 430Mbps左右。若要傳輸更大容量的業(yè)務(wù)，就需要多條微波鏈路捆綁使用，無(wú)疑帶來(lái)了更高的成本和更復(fù)雜的系統(tǒng)配置。

E-Band具有更寬的可調(diào)制波道間隔，故E-Band頻段的微波通信系統(tǒng)天然具有傳輸G比特以上業(yè)務(wù)容量的能力。以ECC（歐洲電子通信委員會(huì)）對(duì)80GHz頻段的定義為例，其建議的最小波道間隔為250MHz，整個(gè)5GHz的可用調(diào)制頻段劃被分成了19個(gè)子頻段，傳輸業(yè)務(wù)時(shí)使用的波道間隔可以是 1~4個(gè)250MHz子頻段的組合，當(dāng)最多4個(gè)250MHz子頻段組合在一起時(shí)，可調(diào)波道間隔最大可以達(dá)到1GHz，采用一定的更高階調(diào)制方式后，E- Band微波可以實(shí)現(xiàn)1~5Gbps的高容量空口傳輸。

E-Band微波傳播的環(huán)境影響分析

與傳統(tǒng)微波頻段類似，自然界的大氣（氧氣）吸收和雨衰也會(huì)對(duì)E-Band微波通信系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。

E-BAND微波大氣吸收損耗圖

從上圖的高頻段無(wú)線信號(hào)大氣吸收損耗圖示可以看出，6GHz-38GHz的常規(guī)微波頻段正常情況下的氧氣吸收損耗大概在0.1dB/km左右，隨著頻率的增高，氧氣吸收的影響也逐漸加劇，在60GHz頻段附近達(dá)到一個(gè)高峰約14dB/km，隨后的70GHz-80GHz頻段附近，氧氣吸收回落到了與常規(guī)頻段接近的程度，約為0.35dB/km，對(duì)微波通信系統(tǒng)而言已基本可接受，這也是70GHz-80GHz頻段被建議規(guī)模用于電信運(yùn)營(yíng)商的E-Band微波的重要原因之一。此外，由于80GHz頻段屬于高頻信號(hào)，雨衰的影響相對(duì)會(huì)嚴(yán)重一些，25毫米/小時(shí)的大雨量會(huì)導(dǎo)致約10dB /km的衰耗，50毫米/小時(shí)的暴雨大概會(huì)導(dǎo)致約20dB/km的衰耗，而150毫米/小時(shí)的特大暴雨則可能導(dǎo)致高達(dá)約50dB/km的衰耗。不過(guò)，通常情況來(lái)說(shuō)，只有赤道附近的N雨區(qū)和P雨區(qū)的國(guó)家和區(qū)域每年降雨有0.01%的可能超過(guò)100毫米/小時(shí)，所以雨衰對(duì)E-Band微波通信系統(tǒng)的嚴(yán)重影響只限在赤道附近降雨量豐富的某些特定國(guó)家和區(qū)域，地球上絕大多數(shù)區(qū)域因?yàn)榻涤陰?lái)的衰落基本均可以接受。

對(duì)E-Band頻段的微波通信系統(tǒng)，按照ITU（國(guó)際電聯(lián)）定義的雨區(qū)進(jìn)行規(guī)劃統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，在除N雨區(qū)和P雨區(qū)之外的其它地區(qū)，在年可用度要求為99.9％的條件下傳送1Gbps業(yè)務(wù)，一跳微波天線之間的通信距離可以達(dá)到5km左右；若年可用度要求增加到99.999%，傳輸距離也能夠確保達(dá)到1.5km左右。所以環(huán)境對(duì)E-Band微波的影響有限，E-Band微波的應(yīng)用場(chǎng)景還是十分廣泛的。

E-Band微波通信系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)從GSM、UMTS發(fā)展到LTE，回傳網(wǎng)絡(luò)所需要的承載帶寬需求大幅增長(zhǎng)。對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商而言，E-BAND微波的應(yīng)用無(wú)疑拓寬了無(wú)線傳輸緊張的頻率資源，特別是對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)未來(lái)大量部署的LTE基站，E-BAND能以更寬的頻譜資源滿足其超大帶寬的承載需求。需要說(shuō)明的是，為適應(yīng)短距離密集業(yè)務(wù)點(diǎn)傳輸?shù)男枨?，E-BAND微波產(chǎn)品均設(shè)計(jì)成全室外形態(tài)（Fully Outdoor），以便于實(shí)現(xiàn)靈活的“零站址”安裝。

E-BAND微波在LTE無(wú)線回傳中的應(yīng)用

頻譜開(kāi)放和使用情況

常規(guī)頻段的微波通信不僅面臨頻譜資源逐漸耗盡的問(wèn)題，其高昂的牌照（License）購(gòu)買或租賃費(fèi)用也給用戶帶來(lái)了巨大的成本壓力。有鑒于此，為推動(dòng)電信運(yùn)營(yíng)商等用戶更好地進(jìn)行寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，做為常規(guī)微波頻段補(bǔ)充的E-BAND微波，從目前已開(kāi)放其使用的各國(guó)調(diào)研來(lái)看，頻譜資源以象征性的低使用費(fèi)（Light-license）為主。目前，在北美、歐洲、中東、南非和亞太的部分國(guó)家都已經(jīng)開(kāi)放了E-Band頻段的使用，各國(guó)運(yùn)營(yíng)商也紛紛開(kāi)始進(jìn)行 E-BAND微波用于無(wú)線下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳的試驗(yàn)。

規(guī)?；逃妹媾R的問(wèn)題

對(duì)71GHz-86GHz待商用的E-BAND頻段來(lái)說(shuō)，當(dāng)前面臨著標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)鏈不成熟的問(wèn)題。

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)波段劃分、系統(tǒng)性能指標(biāo)和天線指標(biāo)三個(gè)方面做了初始定義，對(duì)業(yè)務(wù)層的規(guī)劃，特別是密集部署的鄰道干擾等實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題尚未有規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)由于E-Band微波技術(shù)最初是應(yīng)用于軍事和汽車行業(yè)，對(duì)電信行業(yè)來(lái)說(shuō)尚處于產(chǎn)業(yè)啟動(dòng)階段，目前只有極少數(shù)企業(yè)提供商用部件，產(chǎn)品質(zhì)量不可靠、價(jià)格昂貴且市場(chǎng)供應(yīng)不穩(wěn)定，當(dāng)前還難以適應(yīng)大規(guī)模商用部屬的需求。

此外，E-BAND微波的天線波束角會(huì)比較狹窄，天線對(duì)調(diào)的難度和工程要求較高，除前面提到的大氣吸收和雨衰影響外，設(shè)備對(duì)風(fēng)速和振動(dòng)造成的影響也相對(duì)敏感，這對(duì)工程安裝和維護(hù)也帶來(lái)了更高的要求。

最后，對(duì)E-BAND頻譜資源的規(guī)劃和應(yīng)用仍然存有不同的看法，從是否開(kāi)放，到如何更加經(jīng)濟(jì)高效地利用和管理，各國(guó)政府目前的政策和態(tài)度仍然未達(dá)成一致，這也在某種程度上延緩了E-BAND微波產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展步伐。

發(fā)展趨勢(shì)展望

常規(guī)頻段的分體式微波以其成熟的技術(shù)、較低的成本和豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)期是主流的承載方案，但E-Band微波隨著移動(dòng)寬帶的發(fā)展必將成為其強(qiáng)有力的補(bǔ)充。業(yè)界對(duì)E-Band發(fā)展前景普通樂(lè)觀，領(lǐng)先的微波廠家已經(jīng)能做到64QAM的高調(diào)，使得僅用2個(gè)250MHz波道的組合即可實(shí)現(xiàn) 2.5Gbps的極高空口傳輸速率。在主流運(yùn)營(yíng)商沃達(dá)豐和主流廠商華為等聯(lián)合推動(dòng)下，目前標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品商用化的速度在不斷加快。業(yè)界普遍預(yù)期E-BAND微波將會(huì)在2013年左右實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用部署，成長(zhǎng)為移動(dòng)寬帶承載舞臺(tái)上一顆耀眼的明星。
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