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信息技术发展前沿讲座论文
题目： 信息技术发展前沿讲座
学院： 信息与通信学院
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2012年11月15日 摘要: 回顾了微波通信的发展历史, 介绍了我国数字微波通信的发展和主要技术, 特别介绍了微波扩频通信技术。最后指出了微波通信面临的机遇和挑战, 展望了微波通信的应用价值。
关键词: 微波通信;发展历史;扩频通信;应用价值
微波是一种具有极高频率(通常为300MHz~ 300GHz),波长很短, 通常为1 m~ 1 mm 的电磁波。在微波频段, 由于频率很高, 电波的绕射能力弱, 所以信号的传输主要是利用微波在视线距离内的直线传播, 又称视距传播。微波与短波相比, 虽然具有传播较稳定, 受外界干扰小等优点, 但在电波的传播过程中, 却难免受到地形、地物和气候状况的影响而引起反射、折射、散射和吸收现象, 产生传播衰落和传播失真。1 微波的发展历史
微波的发展是与无线通信的发展分不开的。无线通信初期, 人们使用长波和中波来通信。20 世纪20 年代初人们发现了短波通信, 直到20 世纪60 年代卫星通信的兴起, 它一直是国际远距离通信的主要手段, 并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。
无线电波可以按照频率或波长来分类和命名。由于各波段的传播特性各异, 因此, 可以用于不同的通信系统。例如, 中波主要沿地面传播, 绕射能力强, 适用于广播和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力, 适用于环球通信。超短波和微波的绕射能力较差, 可作为视距或超视距中继通信。
微波通信是20 世纪50 年代的产物。由于其通信的容量大而费用省(约占电缆投资的1/ 5)、建设速度快、抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20 世纪40 年代到50 年代产生了传输频带较宽、性能较稳定的微波通信, 成为长距离、大容量地面干线无线传输的主要手段, 模拟调频传输容量高达2 700 路, 并可同时传输高质量的彩色电视, 而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。80 年代中期以来, 随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现, 以及一系列自适应衰落对抗技术与高状态调制及检测技术的发展, 使数字微波传输产生了一个革命性的变化。特别应该指出的是, 80 年代至90 年代以来, 一整套高速多状态的自适应编码调制解调技术与信号处理及信号检测技术的迅速发展, 对现今的卫星通信、移动通信、全数字HDTV 传输, 通用高速有线/ 无线的接入, 乃至高质量的磁性记录等诸多领域的信号设计和信号的处理应用, 起到了重要的作用。2 我国数字微波通信的发展
我国数字微波通信真正有影响的研究、开发是从川汉输气工程开始的。这是由四机部主持的一项国家重点工程, 分为/ 北方点0和/ 南方点0。北方点由石家庄19 所牵头, 包括北京大学、北京广播器材厂、北京电控厂等, 主攻6 GHz 120 路系统;南方点由清华大学绵阳分校牵头, 包括重庆716 厂、绵阳730 厂等, 主攻2 GHz 120 路系统。以川汉输气工程为应用背景的二次群数字微波通信系统研制成功, 在我国数字微波通信的发展史上是具有划时代意义的事件, 它成套地突破了一系列关键技术, 培养了一大批研究开发人才, 为我国专用通信网的全数字化改造作出了重大贡献。80 年代后期, 在国家/ 七五0科技攻关项目中, 安排了大容量数字微波通信系统的研制和开发。由原邮电部主持, 安排原邮电部西安4 所和电子部石家庄54 所承担6 GHz 1 920 路16QAM 系统, 清华大学承担11 GHz 1 920 路16QAM 系统和140 Mb/ s 64QAM 中频系统。经过各个单位的努力, 以上工作在90 年代初先后完成, 并通过了国家主管部门的验收。由于种种原因, 在国家/ 八五0计划中没有继续安排大容量数字微波的攻关项目, 使得上述成果的推广应用受到很大的影响。数字微波通信的相关技术
数字微波通信是用微波作为载体传送数字信息的一种通信手段。它的进一步发展, 使它兼有SDH 数字通信和微波通信两者的优点, 由于微波在空间直线传输的特点, 故这种通信方式又称为视距数字微波中继通信。数字微波传输线路的组成形式可以是: 一条主干线, 中间有若干分支;也可以是一个枢纽站, 向若干方向分支。
微波站按工作性质不同, 可分成数字微波终端站、数字微波中继站和数字微波分路站。SDH 微波中继站主要完成信号的双向接收和转发。有调制、解调设备的中继站, 称再生中继站。需要上、下话路的中继站称微波分路站, 它必须与SDH 的分插用设备连接。再生中继站具有全线公务联络能力, 并向网管系统汇报站信息。4面临的机遇与挑战世纪80 年代中、后期, 我国的数字微波发展受阻。原因是多方面的, 如国产设备和国际上的先进产品存在较大差距、缺乏竞争力, 又如国家对数字微波技术及产业的投入不足, 研究和生产单位处境艰难等等。但是更主要的原因是由于光纤通信的兴起, 数字微波的干线传输功能已逐步被光纤所代替。光纤通信的兴起是20 世纪最重大的科技事件。自从70 年代提出光纤传输理论, 80 年代走向实用化以来, 光纤通信得到很大的发展。光纤通信以其巨大带宽、超低损耗和较低成本而成为干线传输的主要手段, 并对数字微波形成巨大的冲击。从上世纪90 年代以来,以大容量光纤传输作为国家信息高速公路的主要传输手段, 已经成为不可抗拒的历史潮流。
在这种背景之下, 数字微波向何处去? 数字微波还有没有发展的天地? 数字微波作为一种无线传输方式, 在灵活性、抗灾性和移动性方面具有光纤传输所无法比拟的优点, 这也是它的优势所在。当前数字微波的发展机遇可以归纳如下:(1)干线光纤传输的备份及补充。如点对点的SDH 微波、PDH 微波等, 主要用于干线光纤传输系统在遇到自然灾害时的紧急修复, 以及由于种种原因不适合使用光纤的地段和场合。
(2)点对多点微波通信系统, 有用户线型和中继线型两大类, 微波频段的无线用户环也可以属于这一类, 主要用于农村、海岛等边远地区和专用通信网, 但也遇到光纤通信的激烈竞争。
(3)微波扩频数据传输系统, 如点对点2~ 4 GHz 扩频微波, 点对多点2~ 4 GHz 扩频微波数据网等, 主要问题是干扰协调问题。(4)高频段微波, 如13、15、18 GHz 几个频段的点对点微波通信系统, 可以用于城市内的短距离支线, 如移动通信基站的连接。
(5)本地多点分配业务(LMDS), 工作在24~ 25 GHz 频段, 用于未来的宽带业务接入, 被称为无线光纤。
(6)军用数字微波通信系统, 主要解决抗干扰和加密等问题。5未来的应用价值
光纤通信和移动通信已成为当前通信网的两大主流, 并形成十分巨大的产业和用户市场。这并不是说微波通信就要被淘汰了, 因为微波通信仍然具备不可替代的优势。20 世纪80 年代以前的通信网基本框架是: 在天上, 中继线以无线为主(微波、卫星), 在地下, 用户线以有线为主(市话电缆)。未来通信网的基本框架是: 在地下, 中继线以有线为主(光缆), 在天上, 用户线以无线为主。这就给数字微波的今后发展提供了十分广阔的天地。
目前数字微波在通信系统中的主要应用场合有如下几种, 而且今后也不可缺少:(1)作为干线光纤传输的备份和补充, 可采用如点对点的SDH 微波、PDH 微波等。用于干线光纤传输系统在遇到自灾害时的紧急修复, 以及由于种种原因不适合使用光纤的地段和场合。
(2)农村、海岛等边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务的场合, 这些场合可以使用微波点对点、点对多点系统, 微波频段的无线用户环路也属于这一类。
(3)城市内的短距离支线连接, 如移动通信基站之间、基站控制器与基站之间的互连, 局域网之间的无线联网等等。既可使用中、小容量点对点微波, 也可使用无需申请频率的微波数字扩频系统。
参考文献: [ 1] 傅海阳.SDH 数字微波传输系统[M].北京: 人民邮电出版社, 2009.[ 2] 姚彦, 梅顺良, 高葆新.数字微波中继通信工程[M].北京: 人民邮电出版社, 2010.[ 3] 潘莹玉.第三代移动通信[ J].电力系统通信, 2009(1): 40-42.[ 4] 郑振玉.微波路由传播性能的测试[ J].电力系统通信, 2008(2): 56-58.[ 5] 刘井英.微波通令技术及其应用[M].南宁: 广西大学出版社, 2009.
