详解微波通信技术,为何它能始终屹立在通信技术界?

云朵通信 2023-06-15
2803 字丨阅读本文需 7 分钟

微波通讯是指利用微波频段进行通信的技术。微波频段通常被定义为3 GHz到300 GHz的频率范围,其波长在1 mm到1 m之间。相比于较低频段的通信技术,微波通讯具有更高的带宽和更好的信噪比,能够支持更高速率和更远距离的通信。

微波通讯在无线通讯、卫星通讯、雷达系统等领域广泛应用。它可以实现高速率、高精度的数据传输,具有较低的延迟和更高的抗干扰能力。微波通讯技术也逐渐应用于其他领域,例如医疗、安防、智能交通等。

微波通讯的发展离不开电子技术、微电子技术和计算机技术等领域的支持。随着这些技术的不断进步和发展,微波通讯技术也在不断地创新和完善。

微波通讯的历史

微波通讯的历史可以追溯到20世纪初。当时,人们开始意识到无线电波的存在,并开始研究无线电波的性质和应用。20世纪20年代,人们开始尝试使用超短波(即微波)进行通信。

在第二次世界大战期间,微波通讯得到了广泛的应用,主要用于军事通信和雷达系统。二战后,微波通讯逐渐应用于民用领域,例如无线电和电视广播、卫星通讯和移动通信等。

20世纪60年代至70年代,微波通讯技术经历了较大的发展。人们开始研究微波器件和集成电路,推动了微波通讯技术的进步。人造卫星和光纤通讯等技术的出现,也为微波通讯技术的应用和发展带来了新的机遇和挑战。

随着计算机技术的不断进步和普及,微波通讯技术逐渐与计算机技术相结合,形成了现代通信网络。现今,微波通讯技术已成为现代通信的基础,应用范围不断扩大,为人们的生活和工作带来了便利。

我国微波通信发展史

我国的微波通信研究启动比较晚,开始于60年代。与此同时,模拟微波逐渐被淘汰,人类逐渐进入了数字微波通信时代。

数字微波通信,又分为PDH(准同步)和SDH(同步)两个阶段。

80年代后期至本世纪初,SDH在传输系统中占据统治地位,微波通信技术发展非常迅速。

目前微波通信技术也和有线通信技术一样,进入了IP时代。

如今,虽然以光纤通信为主的有线传输网络占据主导,但是某些特殊应用场景下,我们仍然离不开微波通信方式。

例如偏远地区,布设有线传输难度太大或成本过高,就会采用微波进行数据回传。

对于有些专网通信用户,例如电网、铁路等,也会较多采用微波通信作为远距离孤立站点的数据传输手段。

此外,因为微波通信抗灾害能力比较强,所以也会用于紧急情况下的应急通信。

总而言之,相比于光纤通信来说,微波仍然具有很多无法替代的优势,所以会长期在一线服役。

微波通讯系统的基本组成部分

1. 微波发射机:微波发射机主要负责将电信号转换为微波信号,并将其发送到接收器或者天线上进行传输。微波发射机的组成包括射频发生器、射频放大器、微波发射天线等。

2. 微波接收机:微波接收机主要负责接收天线接收到的微波信号,并将其转换为电信号。微波接收机的组成包括微波接收天线、低噪声放大器、射频带通滤波器、射频混频器、中频放大器等。

3. 微波天线:微波天线是微波通讯系统中的关键组成部分,它用于发送和接收微波信号。微波天线按照形状和功能分为许多种类,如方向天线、宽带天线、阵列天线、微带天线等。

4. 传输介质:传输介质是指微波信号在传输过程中所经过的媒介,如空气、导体、光纤等。不同的传输介质对于微波信号的传输有不同的影响,需要根据不同的应用场景进行选择。

5. 控制系统:控制系统主要负责对微波通讯系统进行监控和控制,包括对微波发射机和接收机进行控制、调整天线方向、维护系统安全等功能。

微波设备的组成

一般来说,微波设备主要由IDU、ODU、中频电缆、天线等部分组成。

IDU是室内单元,Indoor Unit。ODU是室外单元,Outdoor Unit。中频是指发射机将信号载波变换成发射频率,或者将接收频率变换成基带的一个中间频率,一般由系统架构决定。

射频,指天线发射出去的在空中传播的电磁波信号频率。

IDU负责完成业务接入、复分接和调制解调,在室内将业务信号转换成中频模拟信号。

ODU负责完成信号的变频和放大。

天线将射频信号转换成电磁波,向空中进行辐射。或者接收电磁波,转换成射频信号,送给ODU。

微波天线,除了鼓一样的天线,还有抛物面天线和卡塞格伦天线,卫星通信一般都是大锅。

室外微波设备的安装方式,也分为两种。

一种是ODU和天线分开的分离式安装,还有一种是ODU和天线扣在一起的直扣式安装。

当存在两个ODU时(用于1+1 HSB热备份,或者1+1 FD频分),还会有一个合路器,用于功率分配或合成。

1+1 HSB热备份(一个主用,一个备用,以防ODU故障造成业务中断)

微波通信里,站点分为三种:终端站、中继站、枢纽站。

中继站和枢纽站,都会涉及到信号转发(中继)。中继的方式,分为无源和有源。无源除了刚才我们图里看到的无源反射板之外,还有背靠背天线。而有源的话,就分为再生中继、中频中继和射频中继。所谓的“有源”,就是有能量源、电源,也就是说,通过外部能源进行了加强。虽然效果会更好,但是成本更高,而且故障点更多。

微波通讯的优势

1. 高速数据传输:微波通讯系统可以实现高速数据传输,其传输速率可达Gbps级别,比传统有线通讯方式快得多。

2. 宽带信号传输:微波通讯技术可以实现宽带信号的传输,可以同时传输多路信号,且不会受到距离和地形等因素的限制。

3. 信号稳定性高:微波信号传输不会受到电磁干扰和信号衰减等问题的影响,其信号质量稳定性高,可以保证通讯的可靠性。

4. 高度集成化:微波通讯系统可以进行高度集成化设计,可以实现体积小、重量轻、功耗低的特点,非常适合移动通讯和无线传感器网络等领域的应用。

5. 高效能耗比:与其他无线通讯方式相比,微波通讯系统的能耗比较低,可以实现高效的能源利用。

6. 适用范围广:微波通讯技术适用于各种应用领域,包括移动通讯、卫星通讯、无线传感器网络、雷达、天文学等。

微波通讯技术的优势在于其高速数据传输、宽带信号传输、信号稳定性高、高度集成化、高效能耗比以及适用范围广等特点。随着科技的不断发展,微波通讯技术在各个领域都有着广阔的应用前景。

工信部调整微波频率使用规划

1月,工业和信息化部发布《关于微波通信系统频率使用规划调整及无线电管理有关事项的通知》(以下简称《通知》),通过新增毫米波频段(E波段,71-76/81-86GHz)大带宽微波通信系统频率使用规划等方式,进一步满足5G基站等场景应用需求,并为我国5G、工业互联网以及未来6G等预留频谱资源。

工业和信息化部无线电管理局介绍,微波通信系统因其良好的数据传输性能,在我国广播电视、电力、水利、基础电信等部门和行业有着广泛应用。近年来,随着无线电技术不断进步,我国微波通信产业发展有了新要求新需要,用户使用也有了新场景新应用,同时《中华人民共和国无线电管理条例》也对无线电管理提出了新的规定和要求。基于此,现有微波通信系统管理政策和管理方式已不能完全满足发展需要,亟需进一步调整完善微波通信系统无线电管理政策。

据了解,《通知》通过新增毫米波频段(E波段,71-76/81-86GHz)大带宽微波通信系统频率使用规划、优化中低频段既有微波通信系统频率和波道带宽、调整波道配置与国际标准接轨等方式,进一步满足5G基站等高容量信息传输(微波回传)场景需求,并为我国5G、工业互联网以及未来6G等预留了频谱资源,更好满足各方需求,推动微波通信等无线电产业高质量发展。

同时,《通知》依据《中华人民共和国无线电管理条例》相关要求,进一步厘清国家和地方无线电管理机构微波通信系统频率使用许可和微波站设置、使用许可权限,明确管理责任,规范无线电管理相关工作。并对微波通信系统频率协调、频率使用率、临时设台、无线电发射设备射频技术指标等予以明确,弥补现行政策空白。通过制定过渡政策,使微波通信新旧频率使用规划有机衔接,平稳过渡,充分保障已合法使用微波通信系统频率及设置使用微波站的用户权益。

文章来源: 薛铮铮aa,人民网,中科院物理所,腾远智拓无线传输

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