微波通信入门，新人必读！

微波天线

　　微波通信，英文是 Microwave Communication，是指使用微波（Microwave）作为载波，携带信息，进行中继通信的方式。

　　微波，是频率范围 300MHz~3THz 的电磁波（1THz=1000GHz），也就是说，波长范围是 1 米~0.1 毫米（光速=波长×频率）。

　　事实上，微波通信并没有使用微波的全部频率。它主要使用3GHz-40Ghz这个范围。

　　工程师们将部分微波波段进行了定义，并且单独命名，例如我们经常听说的 Ka 波段、Ku 波段、C波段等。

常用微波波段的划分

　　人类使用微波进行通信的历史并不算短。

　　早在 1931 年，从英国多佛尔到法国加莱，就建立了世界上第一条超短波通信线路，横跨了英吉利海峡。

　　二战之后，微波通信获得了迅速发展和广泛应用。

1945 年，美军的微波通信设备

　　1947 年，著名的美国贝尔实验室在纽约和波士顿之间，建立了世界上第一条模拟微波通信线路。

　　到了 50 年代末，澳大利亚、英国、加拿大、法国、意大利和日本等国家，都在本国的主干路由上安装了微波接力通信系统。

1955 年时，英国的微波骨干网线路

　　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。相信之前看过小枣君传输网科普文章的同学，一定不会觉得陌生。

　　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。

应急通信车上面的微波设备

　　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。

　　需要注意的是，我们通常说有三大传输系统：光纤通信、微波通信、卫星通信。实际上，卫星通信也是微波通信的一种，只是比较特别而已，待会我们会详细说到。

卫星通信

　　电磁波通信，一般可以分为广播方式和点对点方式。我们的微波通信，属于后者。

　　为什么要采用点对点方式？这主要是由微波的特性决定的。

　　微波的特性，就是频率高，波长短。

　　这种类型的电磁波，绕射能力很差，穿透力很差，在地表传输时，衰减很大，传输距离短。

　　我们知道，电磁波除了在地面沿空气传播之外，还可以利用天空中电离层反射的方式进行远距离传播。

　　但微波仍然无法利用这种方式。还是因为微波的频率太高，以至于电离层无法有效反射（只能穿透）。

　　所以，微波传输几乎只能进行视距传输。

　　什么是视距传输？就是发送天线和接收天线之间没有障碍物阻挡，可以相互“看见”的传输。

　　视距传输，除了容易受山体或建筑物等影响之外，还会受到地球表面弧度的限制。

　　地球是一个球体，地球的表面是有弧度的。微波天线发出的微波，经过一定距离之后，就会被地球表面所阻挡，无法继续传播。

　　因此，微波通信存在距离限制。通常来说，如果微波天线挂在正常高度的铁塔上，它的传输距离就是 50 公里。

　　如果要进行远距离传输，就必须进行“接力”，也就是说，需要设置微波中继转接站。

　　微波中继转接站接收到前一站的微波信号，加以放大等处理，再转发到下一站去，就像接力赛跑一样，直到抵达最终收信端。

　　也正是因为这个传输特点，微波通信经常被称为微波中继通信，或微波接力通信。

　　根据上面的内容，我们可以知道，微波天线距离地面越高越好。

　　那么，你一定想到了，为什么我们不干脆把中继站挂到天上去呢？是的，这就是卫星通信。

　　借助地球同步卫星，将“微波中继站”挂在太空中，可是最大化地扩大微波通信的距离。

　　地球同步卫星距离地面 36000 公里，可以覆盖地球表面积的三分之一，理论上来说，只需要 3 颗卫星，就能保证地球上任意两个中继站进行通信。

　　接下来我们具体看一下微波设备的组成。

　　一般来说，微波设备主要由 IDU、ODU、中频电缆、天线等部分组成。

微波设备

　　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。

　　而射频，就是天线发射出去的、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。

华为的 IDU（型号 RTN950）

　　ODU 负责完成信号的变频和放大。

中兴的 ODU，也叫 AOU（All Outdoor Unit）

　　天线就不用说了，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

　　微波天线除了大家看到的这种“大鼓”一样的，还有抛物面天线和卡塞格伦天线。

　　卫星通信就是用的这类天线，俗称“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）：

　　我们可以看看完整的微波单站系统结构图：

　　可以看到，上图中，有两种方式的天线。一种是直接挂在铁塔上，还有一种是借助了无源反射板，将信号进行了一个反射。

　　这里，我们就要提到转发方式了。

　　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。

反射板

背靠背无源中继站

　　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。

　　好啦，关于微波通信的科普介绍，就到这里。

　　感谢大家的耐心观看，我们下期再见啦！