- 微波簡介
- 微波通信系統
- 微波發射機
- 提高QAM調制級數及嚴格限帶
- 網格編碼調制及維特比檢測技術
- 自適應時域均衡技術
- 多載波并聯傳輸
微波簡介
微波是指頻率在300MHz～300GHz的電磁波，對應波長為1m～1km，傳播速度與光速相同。目前工業微波設備所采用的微波頻率為2450MHz和915MHz兩種。在工業微波設備中，微波的特性主要表現為吸收性、穿透性和反射性。微波能夠被極性分子的介質所吸收，并將微波能轉化為熱能，即微波對極性分子具有熱效應。
當對介質施加頻率達2450MHz的微波電場時，電場方向每秒鐘變換24.5億次，極性分子也會隨之擺動24.5億次。這種分子的擺動受到分子問作用力的干擾和阻礙而產生熱能，形成宏觀的微波加熱，介質的溫度也隨之升高。水是典型的極性分子，所以微波可以用來對含水物料進行干燥。微生物的細胞也是由極性分子構成的。微波對微生物不僅具有熱效應，而且具有生物效應，使微生物的細胞失去生物活性而死亡。所以，微波可以殺滅食品、藥品或其他物料中的細菌、蟲及蟲卵。微波可以穿透絕緣材料(如陶瓷、玻璃、紙張、塑料等)，遇到金屬則會被反射。
微波的主要特性有以下幾點。
①微波能穿透高空電離層，這一特點為天文觀測增加了一個“窗口”，使得射電天文學研究成為可能。同時，微波能穿透電離層這一特點又可被用來進行衛星通信和宇航通信。但另一方面，也正是由于微波不能為電離層所反射，所以利用微波的地面通信只限于天線的視距范圍之內，遠距離微波通信需用中繼站接力。
②微波的波長比一般宏觀物體如建筑物、船艦、飛機、導彈等的尺寸短得多，因此當微波波束照射到這些物體上時將產生顯著的反射。一般地說，電磁波的波長越短，其傳播特性就越接近于光波。微波的波長短這一特點，對于雷達、導航和通信等應用都是很重要的。此外，一般微波電路的尺寸可以和波長相比擬。由于延時效應，電磁波的傳播特性將明顯地表現出來，使得電磁場的能量分布于整個微波電路之中，形成所謂的“分布參數”，這與低頻時電場和磁場能量分別集中在各個元件中的所謂“集總參數”有原則的區別。
③由于微波的頻帶較寬，信息容量較大，故需要傳送較大信息量的通信都可以用其作為載波。在微波有線通信方面，利用同軸電纜可同時傳送幾千路電話和幾路電視，而光纖傳輸線的問世與發展使信息容量更為大增；在無線通信方面，利用微波中繼接力傳送電視和進行通信。人造衛星通信的射頻都是工作在微波波段的，利用三個互成120°的位于外層空間的同步衛星便可進行全球的電視傳播。
微波通信系統
微波中繼通信系統可使用的傳輸頻率覆蓋了L波段到Ka波段川。根據原CCTIT建議。1～40GHz的頻段用作微波通信的頻段，占有39GHz的頻寬，具有較大的通信容量，可以傳送綜合業務?，F在我國主要使用微波通信的頻段為2、4、6、7、8、11GHz。
其中，2、4、6GHz用作國家一級干線；7、8、11GHz作為省內二級干線用。而作為干線光纖傳輸的備份及補充，如點對點的SHD微波通信系統、PHD微波通信系統等，主要用于干線光纖傳輸系統在遇到自災害時的緊急修復，以及由于種種原因不適合使用光纖的地段和場合。這種用于光纖接力的微波通信系統將使用更高的頻段，如Ka頻段，以順利實現傳輸速率的增高。
衛星通信系統具有廣大的覆蓋區域、無縫連接，建設成本與距離無關，易于建站組網等特點。衛星通信系統常使用C、Ku和Ka波段，如加拿大Telesat公司于2004年發射的AnikF2，擁有24個C波段轉發器，32個Ku波段轉發器，38個Ka波段轉發器，共有45個點波束，覆蓋整個北美地區。2004年發射的亞洲首顆新型寬帶通信衛星iPSTAR，工作在Ku/Ka波段，Ku波段84個點波束、3個成形波束(用于通信和廣播)，7個地區廣播波束(專門用于廣播)，可提供45Gb/S以上的通信容量。于2005年4月12日發射的亞太六號衛星(Apstar6)，擁有S3個C頻段和12個Ku頻段轉發器，帶有抗干擾功能，覆蓋范圍遍及亞太區域。
MLDS是一種微波寬帶系統，它工作在微波頻率的高端(10～40GHz)，使用的帶寬可以達到1GHz以上。LMDS可以在較近的距離(3～10km)傳輸，可以實現用戶遠端到骨干網的寬帶無線接入，能夠實現從64kb/s～2Mb/s，甚至高達155Mb/s的用戶接入速率。LMDS可以實現點對多點雙向傳輸話音、視頻和圖像信號等多種寬帶交互式數據及多媒體業務，也可作為Internet的接入網，支持ATM、TCP/IP和MPEG-2等標準。
LMDS組網靈活，可靠性高，在網絡投資、建設速度、業務提供上比光纖經濟、快速、方便，能為運營商提供有效的網絡服務，因此具有“無線光纖”的美稱。特別是，隨著Internet的快速發展，國內居民對于家中高速上網的需求也日益巨大，這使得LMDS發展日益蓬勃。出于大帶寬，高容量的考慮，其使用的傳輸頻率大體為24-38GHz。如NEC公司的PASOLINK系列的微波通信產品，工作頻率覆蓋7～38GHz，在26GHz的工作頻率上，采用QPSK調制方式，發射功率為20dBm；P-COM公司的Tel-LinkPMP系列的微波通信產品，工作頻率覆蓋10～38GHz，在26GHz的工作頻率上，采用QPSK調制方式時發射功率為22dBm，采用16QAM時發射功率為20dBm，采用64QMA時發射功率為18dBm。
微波發射機
微波發射機的實現方式
(1）微波直接調制發射機
微波直接調制發射機的方框圖如圖1所示。來自數字終端機的信碼經過碼型變換后直接對微波載頻進行調制，然后，經過微波功放和微波濾波器饋送到天線，由天線發射出去。這種方案的發射機結構簡單，但當發射頻率較高時，頻調制發射機的中頻功放設備制作難度大，而且在一個系列產品多種設備的場合下，這種發射機的通用性差。
[page](2）中頻調制發射機
中頻調制發射機的方框圖如圖2所示。信碼經過碼型變換后，在中頻調制器中進行調制，獲得中頻調制信號，然后經過功率中放，把這個己調信號放大到上變頻器要求的功率電平。上變頻器把它變換為微波調制信號，再經微波功率放大器放大到所需的輸出功率電平，最后經微波濾波器輸出饋送到天線，由發射天線將信號送出。
可見，中頻調制發射機的構成方案與一般調頻的模擬微波發射機相似，只要更換調制、解調單元，就可以利用現有的模擬微波信道傳輸數字信息。因此，在多波道傳輸時，這種方案容易實現數字模擬系統的兼容，而在不同容量的數字微波中繼設備系列中，更改傳輸容量只需要更換中頻調制單元，微波發送單元可以保持通用。因此，在研制和生產不同容量的設備系列時，這種方案有較好的通用性
圖2中頻調制發射機
發射機的主要性能指標
(1）工作頻段
微波通信系統的頻段為1～40GHz。工作頻率愈高，愈容易獲得較寬的通頻帶和較大的通信容量。同時，天線設備也具有更尖銳的方向性，而且體積重量減小，但是頻率高時，霧、雨或雪的吸收顯著，傳播損耗、衰減和接收設備噪聲也愈高。從12GHz起，必須考慮大氣中水蒸氣的吸收問題，吸收衰耗隨頻率上升而增加。當頻率接近22GHz時，即水蒸氣分子諧振頻率時，是大氣中傳播損耗的峰值，衰減量很大。
(2）輸出功率
微波發射機所需的發射功率和很多因素有關，例如，通話路數愈多，頻帶愈寬。為保持同樣的通信質量，必須有更大的發信功率。另外，也和站址選擇，多徑衰落的影響，分集接收的采用等諸多因素有關。一般情況下，數字微波發射機輸出功率有時只需幾十mW到幾百mW功率，只有長距離情況下才需要幾W量級。
(3）頻率穩定度
發射機的每個工作波道都有一個標稱的射頻中心工作頻率。微波通信對頻率穩定度的要求取決于所采用的通信制式及對通話質量的要求。對于數字微波通信系統經常采用PKS調制方式來說，發射機頻率漂移將使解調過程產生相位誤差，致使有效信號幅度下降、誤碼率增加。因此，采用數字調相的數字微波發射機比采用模擬調頻的模擬微波發射機應該有更高的頻率穩定度。采用PSK調制方式時，頻率穩定度可以取。發射頻率穩定度取決于本機振蕩器的頻率穩定度。近年來，由于微波介質材料性能的提高，介質穩頻振蕩器日益被廣泛采用。此種振蕩器可以直接產生微波振蕩
(4）交調失真
發射設備處在大信號工作狀態，往往工作在非線性區域，如功率放大器和上變頻器等。如果存在兩個正弦信號，其角頻率分別為w1和w2，則由于電路的非線性作用將產生許多交叉調制分量：mw1±nw2，n=0，1，2，…。按照諧波次數(m+n)的大小，各分量分別稱為(m+n)階交調分量。在各階交分量中2w1-w2和2w2-w1處在w1和w2附近，大多數情況下則處在通頻帶之內，從而成為干擾信號。
一般，在微波通信系統中，更高階的交調分量和高次諧波分量已處在頻帶之外，而且功率也不大，所以不構成危害。電路非線性度愈壞，交調分量愈大。由于兩頻率相距不遠，這兩個譜線的功率相差不大。雙頻信號輸入時的三階交調系數是發送設備非線性的一項重要指標，例如在限帶情況下，PKS調制的三階交調系數約為-20～-25dB；而對于多電平正交調幅系統，如16QAM系統，則要求在-25～-30dB以上。也就是說，對三階交調系數的要求，取決于通信體制及誤碼性能惡化等因素。
(5）諧波抑制度
總體設計在規定此項指標時，除了考慮數字微波通信系統本身的各種干擾以外，還應考慮其對模擬通信系統和衛星通信系統的干擾。因此，應適當地配置工作頻率和采取必要的防護措施。
(6）通頻帶寬度
除了濾波器以外，發信信道的各組成部件都應具有寬頻帶特性。通常，上變頻器和微波小信號功率放大器易于實現寬帶設計，而對于大功率微波放大器要求很寬的工作頻帶是不合適的，一般只要求能覆蓋兩個工作波段。這樣，總體設計時，可不考慮它們對發信信道通頻帶的影響。
當前微波通信技術的主要發展方向
1提高QAM調制級數及嚴格限帶
為了提高頻譜利用率，一般多采用多電平QAM調制技術，目前已達到256和512QAM，很快就可實現l024／2048QAM。與此同時，對信道濾波器的設計提出了極為嚴格的要求：在某些情況下，其余弦滾降系數應低至0.1，現已可做到0.2左右。
2網格編碼調制及維特比檢測技術
為降低系統誤碼率，必須采用復雜的糾錯編碼技術，但由此會導致頻帶利用率的下降。為了解決這個問題，可采用網格編碼調制(TCM)技術。采用TCM技術需利用維特比算法解碼。在高速數字信號傳輸中，應用這種解碼算法難度較大。
3自適應時域均衡技術
使用高性能、全數字化二維時域均衡技術減少碼間干擾、正交干擾及多徑衰落的影響。
4多載波并聯傳輸
多載波并聯傳輸可顯著降低發信碼元的速率，減少傳播色散的影響。運用雙載波并聯傳輸可使瞬斷率降低到原來的1/10。
微波發展動向—純分組傳送化
隨著業務網分組化的發展，傳送網的分組化也是大勢所趨，尤其是隨著3G和WiMAX技術的快速發展，基站的帶寬需求急劇增加，預計到2011年，70％以上的基站凹傳業務將實現分組化。作為傳送網一部分的微波網絡也不可避免地面臨著IP化、分組化的變革?；赥DM的VC交叉將會演變為通過PWE3技術的仿真來實現基于分組的統一包交換。微波通信系統也將向分組化演進，這也是微波網絡下一步的發展方向。
