五分钟看懂微波通信

本文来自微信公众号：鲜枣课堂（ID：xzclasscom），作者：小枣君。

大家好，我是小枣君。

今天我要给大家介绍的，是微波通信。

我们在日常生活中，随处可以看到移动通信基站。大概是这样的：

或者这样的：

但是，如果你细心观察的话，会发现，在有些大楼的楼顶上，除了基站，还会有一些像“大鼓”一样的设备。

在荒郊野外，可能更加容易看到：

白色圆型那个

这些“大鼓”，就是我们通常所说的“微波设备”。更准确一点，是“微波通信天线”。

拉近距离来看，是这样的：

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）。

微波通信并没有使用微波的全部频率，而是主要使用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，又或者发生自然灾害，光纤传输遭到损坏。

应急通信车上面的微波设备

相比于光纤通信来说，微波仍然具有很多无法替代的优势。例如成本低，抗灾害能力强等。

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，可以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。

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