数字微波通信研究及其发展前景探析

【摘 要】数字微波通信是一种以自由空间为传播媒介的重要通信技术。介绍了微波通信的优点、微波设备组成以及微波传输的发展现状，探讨了数字微波通信在未来通信发展道路上尤其是在4G LTE建设上的发展前景。

【关键词】分组微波 自适应编码调制 LTE回传

[Abstract] Digital microwave communication is an important communication technology which is propagated via the medium of free space. In this paper， advantages of microwave communication， composition of microwave equipment， as well as developmental status of microwave transmission were introduced. In addition， developmental prospect of digital microwave communication in future communication development and 4G LTE construction was discussed.

[Key words]packet microwave adaptive coding and modulation LTE backhaul

1 引言

数字微波通信与光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传输的三大手段[1]。自从20世纪50年代模拟微波通信系统的研究开发工作开始，微波传输经历了模拟微波传输、PDH数字微波传输、SDH数字微波传输的发展阶段，微波设备也经历了由早先的全室内trunk型发展为目前广泛使用的分体式设备，使得设备更加便于安装维护、快速组网。随着光纤通信的快速普及发展，数字微波通信面临着巨大的挑战，但它所具备的诸多优点使它在未来通信发展道路上仍有较为广阔的前景。

2 数字微波通信优点

由于光纤的巨大传输容量、极低的传输损耗和低廉的造价使得光纤通信早已成为国家骨干网的通信手段[2]。然而，数字微波通信拥有很多光纤通信所不具备的优点，具体如下：

（1）快速安装

微波通信系统的每个终端站或中继站一般由体积较小的室外单元（ODU）和一副定向天线连接在一起，室外单元再通过中频电缆和室内单元（IDU）接连，完成信号传输和馈电。不同于光纤通信需要大面积开挖和铺设光纤，微波通信占用机房面积小，安装维护方便，便于快速组网。

（2）抵御自然灾害和人为破坏能力强

微波通信的通信链路是空间介质，传输路线不易因自然灾害和人为破坏而受到影响，即使站点受到自然或人为因素的破坏，也会因其易于安装和维护的特点而避免遭受大的损失，这一优点是需要大面积铺设光纤的光纤通信所不具备的。

（3）受地理条件制约小

在大城市和市区，除了铺设电缆费用非常昂贵之外，大面积的开挖和铺设管道是比较难获得允许的，而微波通信站点不需要开挖管道，只需将站点架在楼层顶部即可；另外，在许多地形复杂的山区、大草原、沙漠、沼泽地带和被水面、公路隔断的区域，铺设光纤难度大、费用高，而数字微波通信则因其空间介质传输的特点基本不受地理条件的影响与制约，很好地完成了光纤通信网络补足的任务。

（4）设备体积小、功耗低

由于微波传输设备大量采用集成电路，使得设备的体积小、电源损耗小；数字信号在传播的过程中抵抗干扰能力强，因此可以降低设备的发射功率，使功放体积和输出功率减小，功耗降低。

3 微波传输设备简介

3.1 微波设备分类

微波设备按类型一般可分为3类，即全室内型、全室外型和分体式微波设备。全室内型设备所有的射频单元、信号处理单元、复接单元均在室内，室外仅有天线连接，这种设备占用机房面积大且造价高；全室外型即所有单元均在室外，好处是节省机房空间，但是全部设备暴露在外，容易损坏；分体式微波设备为现在广泛使用的设备类型，主要由室外单元（ODU）、室内单元（IDU）、天线和相应的馈线系统组成，其组成示意图如图1所示：

3.2 室外单元（ODU）功能描述

室外单元（ODU）用于实现中频、射频信号转换，射频信号处理和放大。ODU规格和射频频率相关，与传输容量无关。由于一个ODU无法完整覆盖一个频段，因此在通常情况下一个频段会被划分为A、B两个子频段，不同的子频段对应不同的ODU。ODU是进行无线通信传输的物理层（硬件）部分，是无线通信的载体。

发射机的中频放大器、本振、功率放大器、混频器等部件是将来自调制器的信号放大、整形、频谱搬移、发射等，最终通过无线信道传输。接收机的低噪声放大器、本振、混频器和天线是将空中的信号进行接收、放大、频谱搬移，最终进入解调器，对信号解调，恢复原始信息，ODU原理框图如图2所示。

3.3 室内单元（IDU）功能描述

IDU完成业务接入、业务调度、复接和调制解调等功能，整个微波通信系统的容量由IDU决定。可见，IDU是一套微波设备的主要部分，如果将中频板等效为光网络设备的线路板，则一个IDU与盒式光网络非常类似，IDU也有业务板（SDE、SD1、SLE、SL1、PH1和PO1）、交叉板（PXC）和主控板（SCC）。IDU内部具体功能模块结构如图3所示。

4 发展现状

（1）大容量大带宽

得益于高阶调制技术和链路聚合技术的发展应用，以及逐渐开发的微波频率资源，数字微波传输速率得到了很大提升。目前商用的分组微波传输产品，256QAM～1024QAM调制方式已经成为主流，先进的微波设备更是达到2048QAM，相比上一代TDM微波，调制方式的升级带来了30%～50%的传输速率提升。在射频带宽方面，传统微波频段（6GHz―38GHz）已经开放了56MHz/112MHz带宽的使用，使传输速率成倍增加。而在近期越来越受运营商关注的V-Band（60GHz）和E-Band（80GHz），拥有更加丰富而纯净的频谱资源，将使传输容量得到更大的提升。而链路聚合及交叉极化干扰消除（XPIC）技术的运用，带来了频率效率的提高，在一定的带宽资源下，实现了传输容量的翻倍。

（2）业务多样化

混合微波传输产品，采用TDM/Ethernet双平面架构，在单一设备上实现了PDH、SDH、分组业务的共平台接入和传输。

更新的纯分组微波产品，全面支持分组传送，提供丰富的二三层特性，支持端对端MPLS，拥有更强的QoS功能，可感知网络的丰富业务。同时分组微波的PWE3技术提供TDM业务的电路仿真。烽火虹信的IP微波产品支持MPLS/PWE3，实现全业务IP化，支持8级QoS，为运营商提供了多种解决方案供选择。

（3）高传输可靠性

自适应编码调制（ACM）和抗多径干扰技术的运用，极大地提高了微波传输的抗干扰特性。无线通路自身的不确定性，导致微波传输质量的不确定。自适应编码调制技术，使微波设备能自适应地根据信道质量来调整工作的调制方式。在信道环境恶化时，自动地降低调制方式以确保链路的可靠连接，保障高优先级业务。根据信道质量自适应改变调制方式示意图如图4所示：

5 前景探析

由于微波传输具有其他通信方式所不具备的一些优点，并且应用场合丰富，即使面临着诸多挑战，数字微波通信在未来通信发展的道路上仍将有着较为广阔的发展前景。

（1）宽带无线接入

宽带无线接入是未来高速数据业务通信的重要技术之一，是一种快捷方便的通信技术，因而得到了越来越广泛的应用，可以预见在愈发激烈的高速数据业务竞争中，宽带无线接入将被重视并得到大力的发展。

工作在26GHz―28GHz微波频段的本地多点分配业务（LMDS）是宽带无线接入的代表。与光纤通信和卫星通信相比，LMDS技术建设耗费成本低，启动快速，在较短的时间内就可以完成组网，且不需要过多的维护，维护成本较低，因此LMDS被人们称为无线光纤[3]。该技术已在欧美一些发达国家被广泛运用，可以预见LMDS在我国也将发展广阔。

（2）三网融合

三网融合是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进，三大网络通过技术改造，其技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通、资源共享，能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。

微波传输技术在20世纪80年代最主要应用于广播电视的无线传输，国家建设了大量的覆盖范围广阔的广播电视无线微波传输网，现在看来这些只应用于广播电视的传输网络是对微波资源的一种极大浪费[4]。在三网融合的趋势下，微波传输需要积极进行改革，在原有已建设广播电视网的基础上进行业务升级，为用户提供大量专线业务，提供ATM、TDM以及以太网业务接入功能等。利用数字微波传输技术进行数字广播电视组网，实现移动终端的低成本覆盖，降低移动网络终端资费等。总之，数字微波传输在三网融合中将积极发挥自己的优势，拥有广阔的前景。

（3）传输网中补充光纤通信

传统微波传输速率低、业务单一，无法满足4G网络建设的需求。随着数字微波技术的发展，演进出Gbps级传输容量、丰富的业务接口、完善的OAM（Operation， Administration and Maintenance，操作、管理与维护）功能、强大的抗干扰性能，微波传输已经成为传输网络中光纤的重要补充和替代。

分组微波实现了IP/MPLS和MPLS-TP共平台，可提供灵活、丰富的解决方案。目前1Gbps以上的传输速率完全满足4G网络对传输通道的带宽要求。分组微波对以太网时钟同步和1588v2时间同步的支持，满足4G移动网络中各种制式基站对时钟的苛刻需求。分组微波普遍具有完善的OAM，类似于SDH网络的优秀管理特性，可实现电信级的网络故障自动检测、保护倒换、性能监控、故障定位等功能。并且普遍支持微波与光传输设备共网管监控，免除了新网管平台的建立和维护投入。实际上2012年以来，国内多地运营商已经将分组微波用于PTN互联，作为移动回传中光纤的补充。微波传输在传输网中的应用示意图如图5所示：

（4）助力LTE部署

自TD-LTE牌照颁发以来，中国移动的4G网络建设势如潮水。根据中国移动的目标，在2015年初将累计建成70万个TD-LTE基站。在4G网络建设中，光传输仍是主要手段，而值得关注的是，微波传输尤其是新一代分组微波，再一次进入电信运营商的视野，而且有不俗表现。

在LTE建设中，中小型站的建设是未来网络优化和整合的重点，相比宏站建设，小站所占的比重将越来越大[5]。随着4G网络建设向纵深发展，对热点数据地区的扩容和城郊地区的补盲以及在LTE基站之下的small cell将是4G后半阶段的部署重点，而small cell的部署将对回传网络的建设提出更加灵活、快捷的要求。基于此，数字微波通信就能很好地满足短距离、较大容量、快速接入的小站组网需求。LTE基站回传网络采用全IP分组，推动传输设备的IP化，IP业务也逐渐由PTN承载。PTN的建设首选光纤接入，得到了不断完善，但是仍面临着管线资源、特殊地理条件铺设、机房占用空间、电源消耗等诸多难题，尤其在4G优先在热点地区部署的情况下，光纤铺设很多时候更是举步维艰。而数字微波则可以通过在2G/3G时代架设的微波接入基站来进行改造升级从而满足LTE的业务需求，并且在以LTE小基站为重点、基站距离近的背景下能够很好地继续发挥自己的优势，其具备的部署灵活、建站迅速、维护简单的特点，完美地解决了快速部署LTE所遇到的问题，受到运营商青睐。微波传输在LTE回传中的应用示意图如图6所示：

6 结束语

如今，微波传输产品尤其是分组微波产品，借助其越来越丰富的业务接口、快捷高效的部署模式、灵活多变的组网形态、强大完善的管理调度等优势，并随着其不断提升的传输带宽和抗干扰能力，正成为电信运营商在当下持续推进的4G网络建设浪潮中的新宠。

参考文献：

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