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一文看懂微波通信(入門篇)

2020-01-21 14:57:36 鮮棗課堂 小棗君 編輯:貝兒 瀏覽數:35優樂網

微波通信,英文是Microwave Communication,是指使用微波(Microwave)作為載波,攜帶信息,進行中繼通信的方式。微波天線微波,是頻率范圍300MHz~3THz的電磁波(1THz=1000GHz)...

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

微波天線

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

事實上,微波通信并沒有使用微波的全部頻率。它主要使用3GHz-40Ghz這個范圍。

工程師們將部分微波波段進行了定義,并且單獨命名,例如我們經常聽說的Ka波段、Ku波段、C波段等。

常用微波波段的劃分

人類使用微波進行通信的歷史并不算短。

早在1931年,從英國多佛爾到法國加萊,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。

二戰之后,微波通信獲得了迅速發展和廣泛應用。

1945年,美軍的微波通信設備

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。

1955年時,英國的微波骨干網線路

我國的微波通信研究啟動比較晚,開始于60年代。與此同時,模擬微波逐漸被淘汰,人類逐漸進入了數字微波通信時代。

數字微波通信,又分為PDH(準同步)和SDH(同步)兩個階段。相信之前看過小棗君傳輸網科普文章的同學,一定不會覺得陌生。

80年代后期至本世紀初,SDH在傳輸系統中占據統治地位,微波通信技術發展非常迅速。

目前微波通信技術也和有線通信技術一樣,進入了IP時代。

如今,雖然以光纖通信為主的有線傳輸網絡占據主導,但是某些特殊應用場景下,我們仍然離不開微波通信方式。

例如偏遠地區,布設有線傳輸難度太大或成本過高,就會采用微波進行數據回傳。

對于有些專網通信用戶,例如電網、鐵路等,也會較多采用微波通信作為遠距離孤立站點的數據傳輸手段。

此外,因為微波通信抗災害能力比較強,所以也會用于緊急情況下的應急通信。

應急通信車上面的微波設備

總而言之,相比于光纖通信來說,微波仍然具有很多無法替代的優勢,所以會長期在一線服役。

需要注意的是,我們通常說有三大傳輸系統:光纖通信、微波通信、衛星通信。實際上,衛星通信也是微波通信的一種,只是比較特別而已,待會我們會詳細說到。

衛星通信

電磁波通信,一般可以分為廣播方式和點對點方式。我們的微波通信,屬于后者。

為什么要采用點對點方式?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,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行遠距離傳播。

但微波仍然無法利用這種方式。還是因為微波的頻率太高,以至于電離層無法有效反射(只能穿透)。

所以,微波傳輸幾乎只能進行視距傳輸。

什么是視距傳輸?就是發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,還會受到地球表面弧度的限制。

地球是一個球體,地球的表面是有弧度的。微波天線發出的微波,經過一定距離之后,就會被地球表面所阻擋,無法繼續傳播。

因此,微波通信存在距離限制。通常來說,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。

如果要進行遠距離傳輸,就必須進行“接力”,也就是說,需要設置微波中繼轉接站。

微波中繼轉接站接收到前一站的微波信號,加以放大等處理,再轉發到下一站去,就像接力賽跑一樣,直到抵達最終收信端。

也正是因為這個傳輸特點,微波通信經常被稱為微波中繼通信,或微波接力通信。

根據上面的內容,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,這就是衛星通信。

借助地球同步衛星,將“微波中繼站”掛在太空中,可是最大化地擴大微波通信的距離。

地球同步衛星距離地面36000公里,可以覆蓋地球表面積的三分之一,理論上來說,只需要3顆衛星,就能保證地球上任意兩個中繼站進行通信。

接下來我們具體看一下微波設備的組成。

一般來說,微波設備主要由IDU、ODU、中頻電纜、天線等部分組成。

微波設備

IDU是室內單元,Indoor Unit。ODU是室外單元,Outdoor Unit。

中頻是指發射機將信號載波變換成發射頻率,或者將接收頻率變換成基帶的一個中間頻率,一般由系統架構決定。

而射頻,就是天線發射出去的、在空中傳播的電磁波信號頻率。

IDU負責完成業務接入、復分接和調制解調,在室內將業務信號轉換成中頻模擬信號。

華為的IDU(型號RTN950)

ODU負責完成信號的變頻和放大。

中興的ODU,也叫AOU(All Outdoor Unit)

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