浅议数字微波通信技术的发展与展望

2019-08-05杨浩

数字传媒研究 2019年5期

杨浩

黑龙江省广播电视局微波总站黑龙江省哈尔滨市 150090

1 微波通信技术的回顾

微波通信技术是无线通信中通过地面视距进行信息传播的一种无线通信手段。模拟制式的微波通信系统是最初的传输方式，同轴电缆载波传输系统与通信网长途传输干线为两个重要传输手段。随着科学技术的进步和发展，模拟传输技术的弊端逐渐显现，在固定宽带接入领域数字微波技术也渐渐引起人们的相对重视。在28GHz 频段的LMDS 接入方式已在发达国家大量应用，可以预测数字微波技术拥有很大的市场前景。

2 数字微波通信技术的特点分析

数字微波通信技术具备多方面的特点，具体表现如下：

优点：（1）通信频带宽，传输信息容量大。300GHz 是微波频段占用的频带，而全部MW、SW占有的频带总和不足30MHz。然而微波中继通信设备可以容纳几千甚至上万条话路同时工作或传输电视图像信号等宽频带信号。（2）当通信频率高于100MHz 时，工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活动对其影响小。由于微波频段频率高，这些干扰对微波通信的影响极小。数字微波通信中继站能对数字信号进行再生，使数字微波通信线路噪声不可能逐站积累，大大增加了抗干扰性。因此，数字微波通信较稳定。（3）通信灵活性较大。微波中继通信采用中继方式，可以实现地面上的远距离通信，在特殊地理环境下，可以跨越沼泽、江河、高山等。即使遭遇地震、洪水、战争等灾祸时，通信的建立及转移都较容易，这些方面较有线通信更具灵活性。（4）当天线面积给定时，天线增益与工作波长的平方成反比，使得天线增益便高、方向性增强。由于微波通信的工作波长短，天线尺寸可做得很小，可以降低微波发信机的输出功率，利用微波天线的方向性使微波电磁波传播方向对准下一接收站，减少通信中的相互干扰。（5）投资少、建设快。微波中继通信线路的建设费用低，建设周期短。

缺点：由于微波的频率较高，波长又短，其在空中的传播特性与光波相近，即直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此，微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。微波经空中传送，易受干扰，在同一微波电路上于同一方向不能使用相同频率，因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管控之下进行建设。此外，由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，不能有高楼阻挡，因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划，使之不受高楼阻隔而影响通信。

3 数字微波采用的关键技术

数字微波传输设备所采用的基本技术大致与PDH 相同，由于传输方式的特点决定了两者有所不同，SDH 有下述几个关键技术：

3.1 编码调制技术

模拟数据通过数字信道传输时效率高、失真小，可以开发新的通信业务。例如在数字电话系统中可以提供语音信箱功能。把模拟数据转化成数字信号，要使用编码解码器。这种设备的作用和调制解调器的作用相反，它是把模拟数据（例如声音、图像等）变换成数字信号，经传输到达接收端再解码还原为模拟数据。用编码解码器把模拟数据变换为数字信号的过程叫模拟数据的数字化。常用的数字化技术就是脉冲编码调制技术。

微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITUR 建议，我国在4～11GHz 频段大都采用的波道间隔为28～30MHz 及40MHz（ITU-R 相关的频率配置建议）。要在有限的频带内传输SDH 信号，必须采用更高状态的调制技术。SDH 微波与PDH 微波在相同的波道间隔下，所需调制状态数的区别，见表1。表格中（cc）表示采用交叉极化干扰抵消技术实现交叉极化同波道传输方式。

表1 SDH 微波与PDH 微波所需调制状态数的区别

3.2 交叉极化干扰抵消（XPIC）技术

CCDP 和 XPIC （Co-Channel Dual-Polarization）是指在一个信道中采用水平极化波和垂直极化波传输两路信号。XPIC（Cross-Polarization Interference Cancellation）即交叉极化干扰抵消，是配合CCDP 使用的一种技术。CCDP 利用两路正交的极化波传输信号实现传输容量加倍，而XPIC 则用来消除两路极化波间的交叉干扰。

理想情况下，CCDP 的2 个同频微波信号是正交信号，二者之间不会发生干扰，接收机很容易恢复出这2 个信号。但在实际工程条件下，无论2个信号的正交性如何，总是要受天线XDP 和信道传输劣化的影响，无法避免信号之间的干扰。为了抵消这些干扰，就需要使用XPIC 技术。XPIC 技术的基本原理是从水平和垂两个极化方向上接收信号，并将二者进行一定处理，以便从被干扰的信号中恢复出原始信号。

为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM、128QAM 或512QAM 调制）外，还采用双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（XPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。

根据交叉极化干扰抵消的实现阶段不同可以分为射频抵消、中频抵消和基带IQ 抵消等方式，业界基本使用中频抵消和基带IQ 抵消两种方式。自适应交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干扰信道中取出部分信号，经过适当处理后与有用信号相加，用以抵消叠加在有用信号上来自正交极化信号的干扰。原则上干扰抵消过程可以在射频、中频或基带上进行。采用XPIC 技术后，对干扰的抑制能力一般可达15dB左右。

3.3 自适应频域和时域均衡技术

时域均衡通常采用自适应方式技术，即均衡器的参数随接收信号频谱的变化而自适应的变化，从而实现对接收信号的频谱畸变实现矫正的均衡方式。其基本原理就是使具有不同相对实延的信号乘以自适应于信道状态的加权值，然后将这些乘积相加，加权的结果达到消除符号间干扰，实现正确判决的目的。

当系统采用多状态0AM 调制方式时，要达到ITU-R 所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到ITU—R 的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。在无线传输环境中，接收信号会存在多径时延，时间选择性衰落和频率偏差带来的子载波干扰，除了依靠频率纠正来补偿外，还需要估计出信道特性作出进一步补偿，即频域均衡和时域均衡。