数字微波传输网的类型应用及管理建议

2024-05-23戴建忠

通信电源技术 2024年7期

关键词：点对点传输网频谱

戴建忠

（重庆广播电视技术中心，重庆 400000）

1 数字微波传输网的定义、类型及应用

数字微波传输网利用微波频段进行数据传输，将数字信号转换为微波信号，并通过微波传输介质进行传输，是一种高速和可靠的传输方式。数字微波传输网通常由传输设备、传输介质及网络管理系统组成，能够满足不同用户对通信带宽和服务质量的需求。

1.1 数字微波的主要类型

数字微波传输网可以使用多种微波类型进行数据传输，常见的微波类型为点对点微波和多点微波。

1.1.1 点对点微波

点对点微波是最常见、最基本的微波类型，通过单个发射器和接收器之间的直接通信进行数据传输，一般用于2 个特定地点之间的数据传输。点对点微波具有传输距离远、传输速率高、抗干扰能力强等特点，适用于长距离通信。

1.1.2 多点微波

多点微波是一种将多个发射器和接收器连接在一起的微波传输方式。这种微波类型允许在一个发射站点和多个接收站点之间进行数据传输，可以实现多个站点之间的通信，具有较高的灵活性和可扩展性。通常使用扇形天线来覆盖一个特定区域，从而连接多个接收站点。

1.2 数字微波传输网的类型和应用

微波的类型和特点决定了数字微波传输网的类型和特点，文章讲解了4 种常见的数字微波传输网类型及其应用。

1.2.1 点对点传输网

点对点传输网是最基本、最常见的数字微波传输网类型，如图1 所示。通过天线之间建立直接的无线连接，用单个传输链路连接2 个节点，通常用于连接2 个固定位置之间的通信。点对点传输网简单可靠，且具有高带宽、低延迟的特点，适用于小范围、长距离传输及高质量通信。

图1 点对点传输网

1.2.2 点对多点传输网

点对多点传输网是一种将一个节点与多个节点连接起来的传输网络类型，允许一个节点与多个节点进行通信，实现一对多的通信（见图2）。点对多点传输网具有较高的灵活性和可扩展性，可以满足多个用户的通信需求，通常用于广播和多点通信，如广播、多点会议、多媒体传输等应用场景。

图2 点对多点传输网

1.2.3 网状传输网

网状传输网在多个天线之间建立无线连接，是一种多节点互联的传输网络，每个节点都可以与其他节点直接通信，形成一个复杂的网络拓扑结构（见图3）。网状传输网具有高度的可靠性和冗余性，即使某个节点发生故障，数据仍然可以通过其他路径传输，适用于需要高可靠性和容错性的关键通信系统，如紧急救援通信。

图3 网状传输网

1.2.4 环形传输网

环形传输网的每个节点都与相邻节点直接相连，数据沿着环形路径传输，形成一个闭合环路，是一种将多个节点连接成环形拓扑结构的传输网络（见图4）。虽然环形传输网结构简单且成本较低，但是对于节点故障的容错性较差。环形传输网具有较低的延迟和较高的带宽利用率，适用于需要高效率传输的应用场景，如高速数据传输和视频流媒体。

图4 环形传输网

2 数字微波传输网应用现状和问题分析

2.1 数字微波传输网应用现状与特性

数字微波传输网的发展历程可以分为早期模拟微波传、数字微波传输引入、脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）技术的应用、数字微波传输的集成及光纤传输的兴起6 个阶段，具有高带宽传输、高可靠性、覆盖范围广3 个特性。

2.1.1 高带宽传输

数字微波传输网是一种用于高带宽传输的通信网络，通过无线传输数字信号，并使用高频率的载波信号进行传输，可以提供更大的带宽，以满足高速数据传输的需求。常用的调制技术包括频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）及码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA），这些技术可以在同一频段上同时传输多个信号，提高传输效率和带宽利用率。

目前，数字微波传输网常应用于高带宽传输，在许多领域发挥着重要作用，特别是在需要快速部署、远距离传输及灵活性的场景中。数字微波传输网可以提供高质量的语音通信和大容量的数据传输，满足现代通信需求；也可用于连接数据中心之间的高速网络，支持大规模数据中心的运营和互联，提供低延迟、高带宽的连接。

2.1.2 高可靠性

数字微波传输网通常采用冗余设计，包括冗余链路、冗余设备及冗余路径，即使某个链路或设备发生故障，仍然可以通过备用链路或设备来保持通信的连续性。该传输网具有自动恢复机制，可以在故障发生时自动切换到备用链路或设备，同时配备故障检测和监控系统，以实时监测链路和设备的状态。一旦发现故障，系统可以及时采取措施进行修复。例如，基于无线传感器网络和单片机技术的微波加热温度测量系统，以STM32 作为微控制器、CC1101 作为无线收发器组成星型无线传感器网络，并开发简易的上位机显示程序，实现微波加热过程中多点位置的实时温度测量[1]。

数字微波传输网的高可靠性使其成为许多关键领域的重要通信基础设施。例如，用于电信运营商的核心传输网络，确保电话、数据及互联网的连通性；用于公共安全通信，警察、消防以及医疗机构可以使用这种网络进行紧急通信，确保及时响应和协调。

2.1.3 覆盖范围广

数字微波传输网通过高频传输。与低频信号相比，高频信号的传输能力更强，能够在较长的距离内传输数据。此外，它采用直线传输方式，通过设置传输站点和天线，信号可以直接传输到目标地点，减少信号传输的路径损耗。这种直线传输方式使数字微波传输网能够覆盖较大的地理范围，且无须铺设地面线路。

数字微波传输网覆盖范围广，能够满足不同地理条件和环境的数据传输需求，可用于无线通信、远程监控、数据中心互联及军事通信等领域。微波通信具有跨越空间、抵抗自然灾害能力强、建设周期短等特点，在广播电视高山台站中有着广泛应用[2]。

2.2 数字微波传输网存在问题及原因

2.2.1 频谱资源紧张

数字微波传输网频谱资源紧张问题指在数字微波传输网络中可用的频谱资源有限，无法满足所有用户的需求。这个问题由多个因素引起，主要包括频谱资源分配不合理、频谱资源利用率低、频谱资源需求增加3 个方面。频谱资源在数字微波传输网中需要被多个用户共享，但由于分配不合理，某些用户占用过多的频谱资源，导致其他用户无法得到足够的频谱资源。在传输网络中，传输设备的技术限制、网络拓扑结构不合理及传输协议设计不当等，会导致频谱资源的利用率较低。依据国家广播电视节目无线覆盖工程建设的相关要求，全国各省广播电视台结合数字化建设实际，积极运用新建的微波传输线路，高效完成对省内各微波传输节点的备份信源覆盖任务[3]。用户对带宽需求的不断增加，对频谱资源的需求也在不断增加。然而频谱资源有限，无法无限制地满足用户的需求，最终导致频谱资源紧张。

2.2.2 安全隐私性不足

由于数字微波传输网的信号可以被窃听或干扰，在一些特定应用场景中具有安全隐私性风险。如果缺乏足够的加密措施来保护传输的数据，可能导致数据在传输过程中被窃听或篡改。例如，在文件传输过程中，如果没有使用加密协议或工具，那么文件的内容将以明文形式在网络上传输，使攻击者能够访问和篡改文件的内容，导致数据泄露或损坏。在数字微波传输网中，身份验证是确保通信安全的重要环节，然而攻击者可以通过伪造身份信息冒充合法用户，从而获取未经授权的访问权限。

2.2.3 技术更新困难

数字微波传输网技术是一种高度复杂的通信技术，涉及微波传输、数字信号处理及网络协议等。首先，更新技术前需要深入了解这些领域的最新发展，并进行复杂的系统集成和测试。其次，更新数字微波传输网技术需要更换设备、升级软件、规划网络等，因此需要投入大量资金。特别是对于已经建立起来的传输网而言，更新技术需要改造或替换现有设备，会增加成本和风险。最后，数字微波传输网技术的更新可能会涉及不同供应商的设备和系统，而这些设备和系统之间的兼容性和互操作性可能存在问题。

3 解决方案和管理建议

首先，通过合理的频谱资源管理和分配策略，采用动态频谱分配技术，根据用户的实际需求和网络负载情况，动态分配频谱资源。优化利用频谱资源，通过优化传输设备的技术和网络拓扑结构，采用更高效的调制解调技术、多址技术及信道编码技术等，提高频谱资源的利用效率。在满足一定条件下，考虑扩大频谱资源的供给，来解决数字微波传输网频谱资源紧张问题。其次，尝试利用强大的加密算法和协议来保护传输的数据，例如，使用端到终端加密，以确保数据在传输过程中始终得到保护；引入强大的身份验证措施，如双因素身份验证或基于证书的身份验证，确保只有授权用户能够访问网络，提升安全性和隐私性。其次，针对技术更新困难的问题，应该在更新数字微波传输网技术之前，进行充分的准备和规划工作，包括技术调研、成本评估及风险分析等，确保有足够的资源和方案应对更新过程中可能出现的问题，如落实预配置能够有效避免业务中断，提高传输效率[4]。最后，在此基础上，采取逐步更新的方式，先更新一部分网络，然后逐步扩大范围，从而降低更新过程中的风险和影响[5]。