数字微波通信技术的演进与发展分析

刘 鹏

内蒙古新闻出版广电局微波传输总站 内蒙古 呼和浩特市 010050

1 微波技术的发展

1.1 早期的模拟微波技术

微波通常是指频率在300MHz～300GHz 范围内的电磁波，微波通信是需要保证在视距可通畅景下的一种通信方式。它的最早应用是在第二次世界大战期间。米波雷达被用来侦查敌情、监视敌机和船舰的活动。从20世纪50年代开始，人们利用微波通信容量大、成本低、建设速度快等优点，将微波技术广泛应用于通信领域。

早期的微波通信全部是模拟的通信方式。为了实现信道的多路通信，常常把多路信号调制到不同的载频上，用载频把各路信号分开，即所谓的FDM。然后把多路信号调频到中频上，最后变频到微波频率上，通过天线发射信号。模拟微波传输的是模拟连续信号，在传输过程中，存在固有的噪声积累问题，从而造成传输信号质量劣化，进而限制传输容量。这些噪声不仅包含各设备的热噪声，调频通道的传输特性失真而产生的交调噪声，而且还包含电源设备的低频干扰噪声以及其他设备、其他系统的高频干扰噪声等等。其噪声性能随着电路长度增加和电路使用时间的增长而劣化。搭建模拟微波传输系统过程中，模拟设备系统间互联时需考虑设备间的阻抗匹配及设备负载能力，系统组网能力受到很大限制。

1.2 数字微波通信

20世纪80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对微波传输中断影响的发现，以及一系列自适应衰落对抗技术与高状态调制检测技术的发展，使得微波通信技术产生了一个革命性的发展——数字微波通信逐步取代了模拟微波通信。

数字微波传输的是数字序列，数字微波传输采用再生中继方式，没有模拟微波噪声积累的问题，它可以远距离高质量的传输信号。由于数字微波传输的对象是数字序列与传输业务无关，应用数字压缩编码技术可以使得单波道有更大的容量，从而有效利用了波道资源。其传输系统的设备大量采用集成芯片设计，设备的整体体积及功率都有大幅下降，系统稳定度大幅提升。

相较模拟微波通信方式，数字微波传输系统在传输质量、传输容量、设备体积、功率损耗、系统稳定性等方面都有着不可比拟的优势。因此，近三十年时间里，数字微波通信不仅完全取代了模拟微波通信，其自身也得到了充分的发展。

2 数字微波通信技术的发展

自20世纪80年代开始，数字微波通信方式经历了快速的发展，技术应用已非常成熟。按照TCP/IP 协议的5 层结构对不同阶段的数字微波传输技术进行分类，大致可分为三个阶段。早期的数字微波为TDM 微波，分为小容量的PDH 微波和后期的SDH 微波，属于物理层微波。随后出现的Hybrid 微波为数据链路层微波，基于MAC 地址进行数据转发层微波。近期的Packet 微波对数据进行PWE3 分装，基于MPLS 标签进行数据转发，属于2.5 层微波。近年来，被广泛应用的IP 微波为网络层微波，具有基于IP 地址进行数据转发的功能，尤其适用于LTE 网络的接入层数据回传。Hybrid 微波和路由微波统称为IP 微波。各阶段数字微波技术特性，见表1。

表1 各阶段微波技术特点

2.1 TDM微波

TDM 微波为物理层微波，仅做数据透传。PDH 微波为准同步数字微波，SDH 微波为同步数字微波，两者的数据封装形式均为时分间插复用。目前，老式的PDH 微波已被淘汰，SDH 微波由于技术成熟度高，在无线通信中仍被大量使用。

SDH 微波帧结构的原理就是对接入业务进行时分复用封装，最后形成SDH 帧结构的业务形式后进行传输。在实际设备中，E1 形式的TDM 业务可以直接通过TDM 交叉矩阵封装进入SDH 帧中（一般为STM-1），但是，以太网信号必须首先经过“Ethernet over SDH”技术处理后，变成时分业务后才能通过时分交叉矩阵进入SDH 帧中。随着移动承载网的IP 化，SDH 微波未来也将会被逐步取代。

2.2 IP微波

Hybrid 微波是指可以将Native TDM 业务和Native Ethernet 业务通过空口混合传输的微波，基于MAC 地址进行以太网的转发。Hybrid 微波是一种兼容传统TDM 网络和现阶段IP 网络的产品，能够有效支撑网络从TDM 过渡到IP 的阶段。

Packet 微波是指可以将TDM 业务，ATM/IMA业务和Ethernet 业务等经过PWE3 封装后，通过空口统一传输的微波。微波帧业务结构为纯以太网业务，通过MPLS 标签进行转发，一般基于静态路由创建Tunnel，属于L2VPN。

2.3 一体化微波

一体化IP 微波内置了双业务平面，可以通过软件设置，灵活传输TDM 业务平面和分组业务平面。TDM 业务处理平面将接入的TDM 业务（E1 业务或STM-1 业务）进行交叉连接处理，发送到微波端口。分组业务处理平面可以将接入的多种业务（E1 业务、SMT/IMA 业务和以太网业务）进行PWE3 仿真并封装到MPLS 报文的以太网帧，发送到微波端口。其中，以太网业务也可以直接进行二层交换，以Native 的方式发送到微波端口。因此，当TDM 业务通过TDM 业务平面进行调度到微波端口，而以太网业务在分组业务平面采用Native方式调度到微波端口时，一体化IP 微波就是Hybrid 微波；而当TDM 业务是在分组业务平面封装成MPLS/PWE3 报文后调度到微波端口，一体化IP微波就是Packet 微波。

一体化微波具备根据路由协议进行动态分配路由的功能（即动态创建Tunnel），能够支持L3VPN，所以属于TCP/IP 协议的第三层微波设备。同时，由于能够支持高频段获取更多的频率资源，以及技术上支持更高的调制模式，一体化IP 微波在传输带宽上有了重大的突破，能够支持单链路GB/s 等级的传输带宽。

3 数字微波通信未来的发展方向

数字微波通信的发展经过模拟微波阶段、小容量数字微波阶段、大容量数字微波阶段到现如今的IP 微波阶段，技术应用已十分成熟，但同时也进入了发展瓶颈期。随着光纤通信技术的快速发展，其市场占有率也已超过数字微波通信。针对这一现实情况，为更好的促进数字微波通信未来的发展，首先应该在充分了解市场需求的情况下，了解数字微波通信的优势和不足，并不断革新技术，以推动数字微波通信的发展。在技术改进方面，可以从以下几点考虑。

3.1 高频段的传输技术

高频段的传输技术主要指在10GHz 以上的高频段。由于电信部门将3～10GHz 频段规划为非个人通信的应用，使得此频段较为拥挤，而高频段的微波应用相对较少。未来可考虑在城市市区内，将高频段微波作为短距离支路来应用，例如，可以在15GHz、18GHz 频率上进行点对点的通信，也可作为移动的通信基站及局域网之间的无线连接。因此，数字微波通信应朝着高频段的传输技术方向发展，有利于未来数字微波通信竞争力的加强。

3.2 兼容技术

未来的数字微波通信应该可以在不同种类接口技术及用户组网中，尤其是与光纤传输的互连互接中，根据用户不同的应用需求，通过自身扩频、跳频及抗干扰技术的应用，实现数字微波技术的无障碍通信，便于用户使用。

3.3 全数字化并高度集成化

数字微波通信可以通过全数字化的处理技术以及专用的高集成化电路，使得电路传输的运行更加稳定。在最大限度的降低建设成本的同时，提高了通信的传输可靠性。

结 束 语

虽然，近年来微波通信不及光纤通信应用广泛，但其自身所具有的建网迅速、抗灾害能力强、建设成本低等优势仍然不能忽视。只要充分利用数字微波通信的传输优势，同时对其自身的频带带宽、抗干扰能力等方面进行有效的提高，数字微波通信在短距离支线的点对点连接、无线网络接入层的业务传输方面，仍然拥有着广阔的发展前景。我们只有取长补短，深入研究其发展对策，才能推动数字微波通信的长远发展。