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[摘要]本文论述了我国在微波通信领域开展的一些基础性研究工作、发展状况和主要技术；微波通信的几种主要形式及其发展水平。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]微波通信微波技术应用价值
中图分类号：TN828.4 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）28―0554―02
微波通信是现代通信传输的重要手段之一。它在微波接力通信、移动通信、广播电视通信、卫星通信等一系列领域得到了广泛的发展。微波是一种具有極高频率（通常为300 MHz~300GHz），波长很短，通常为1m~1mm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。
一、微波通信与数字微波通信的发展
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。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，可以用于不同的通信系统。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；随着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。作为对人类的通信建设起到过重要作用的数字微波通信技术，曾经和卫星、光纤一起被称为现代通信传输的三大支柱，有过自己的辉煌岁月，但也遇到了挑战和冷落，在新世纪到来的时刻，在全球通信网面临重大变革的浪潮中，如何正确总结数字微波技术的起落，找到自己的市场定位，对数字微波技术今后的发展是十分重要的。
微波固态源体积小，重量轻，电源电压低，寿命长是构成微波通信系统的关键部件。它的质量直接影响到通信系统的可靠性，因而受到高度的重视。这方面的基础研究主要针对微波频率的高端，即毫米波频段。
而毫米波技术的发展迫切需要功率大，频带宽，相位噪声低的本振源。功率合成常用的功率合成方法有电路型，空间型和混合型。电路型功率合成方法比较成熟，尤其在微波的低频段，国内用得较多；因而随着工作频率的增加，波长变短，谐振腔的全部尺寸按比例缩减。当频率很高时，腔体尺寸变得非常小。微波技术由分离部件向集成化、并最终向混合集成方向发展。微波通信由模拟向数字；由微波低频向高频段；由笨重的大通信系统向小型化、微型化和便携式的方向发展。
随着经济建设和国防建设的发展，许多专用通信网（如石油、电力、水利、矿山和部队等）要求传输数据、对信息进行加密、工作高度可靠、运行维护方便，这就要求微波通信必须实现全数字化、全固态化和无人值守，而满足这些要求的新一代微波通信系统，即数字微波通信系统被提到日程上来了。未来的发展目标是实现多器件的集成，即在同一基片上制作能实现多个功能的芯片。包括本振源、变频器、非互易器件、微波功率放大器件、各种控制器件甚至中频放大器件。以推动微波通信系统的小型化。高性能的微波通信系统有赖于各种先进技术的利用。如磁控器件；光控器件等等。在某些方面他们有独特的优点并能大大提高微波器件的性能。间题是如何实现他们与微波器件的混合集成。一个显着的困难是这些器件的引入将会导致结构的复杂化。因而混合集成可能是基础理论研究的重要方面。
二、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 的分插复用设备连接。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。SDH 数字微波通信是数字微波通信的新发展。SDH微波传输设备所采用的基本技术大致与PDH 相同，但由于传输方式的特点又决定了两者有所不同。SDH 有下述几个关键技术：（1）编码调制技术。微波是一种频带受限的传输媒质，要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。（2）交叉极化干扰抵消（XPIC）技术。为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM，128AQM 或512AQM 调制）外，还采用双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（XPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。（3）自适应频域和时域均衡技术当系统采用多状态QAM 调制方式时，要达到ITU-R 所规定的性能指针，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到ITU-R 的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。
在微波的较低频段，研究的热点是多个器件的集成化，以实现通信系统的小型化，并最终实现便携式甚至微型化的微波通信系统。在更高的频率段，即毫米波频段，是微波技术发展史上的误区，在相当长的一段时间内被忽略，技术上处于起步发展时期。
三、微波扩频通信技术
微波扩频通信目前在国内的重要应用领域之一是企事业单位组建Intranet并接入ISP。一般接入速率为64 kb/s~ 2Mb/s，使用频段为2.4~ 2.4835 GHz，该频段属于工业自由辐射频段，也是国内目前唯一不需要无委会批准的自由频段。微波扩频通信技术的特点是利用伪随机码对输入信息进行扩展频谱编码处理，然后在某个载频进行调制以便传输，属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术来源于军事领域，开发的主要目的是对抗电子战干扰。
微波扩频通信具有以下特点：建设无线微波扩频通信系统目前无需申请，带宽较高、建设周期短；一次性投资、建设简便、组网灵活、易于管理，设备可再次利用，但相连单位距离不能太远，并且两点直线范围内不能有阻挡物；抗噪声和干扰能力强，具有极强的抗窄带瞄准式干扰能力，适应军事电子对抗；能与传统的调制方式共享频段；信息传输可靠性高；保密性强，伪随机噪声使得不易发现信号的存在而有利于防止窃听；多址复用，可以采用码分复用实现多址通信；设备使用寿命较长。
微波扩频系统按接入方式分为点对点、点对多点两种。点对点方式是指连接的双方用一对微波扩频传输设备相连。其应用场合为连接两个地点，提供专用可靠的通信信道，且要求通信速率较高。点对多点方式是指扩频系统含一个中心点和若干个分布接入点，若干分布接入点以竞争方式或固定分配方式分享中心点提供的总通道带宽。竞争方式可根据接入用户实时需要分配总带宽，但缺点是竞争时将浪费带宽、造成拥挤。而以固定方式分享带宽可以保证传输带宽，但缺乏带宽实时分配的灵活性。其应用场合为需组建一微波通信网路时，包括一个信息中心站和若干个分支接入站，分支接入站通过一条速率要求不高的通信通道访问中心站，并通过中心站访问其它分支接入站。
四、数字微波面临的机遇与挑战
光纤通信的兴起是二十世纪最重大的科技事件。自从70 年代提出光纤传输理论，八十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沖击。九十年代以来，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扩频微波资料网等，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24~25GHz 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。
五、微波通信未来的应用价值
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。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。
正如众所周知的原因，微波数字通信系统具有比模拟通信抗干扰性能好、保密性强等优点。因而是必然的发展方向。
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，1998.
2.郑振玉. 微波路由传播性能的测试[J] . 电力系统通信，2000（2）
3.刘井英.微波通令技术及其应用[M].南宁：广西大学出版社，2000.
作者简介
蒋胜蓝（1977.7出生）、男、民族（汉族可省略），籍贯（浙江杭州）、现任杭州锋福网络技术有限公司执行总监职务、工程师职称、工学学士学位、研究方向（移动通信网路工程、无线移动网络及微波通信）。
[关键词]微波通信微波技术应用价值
中图分类号：TN828.4 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）28―0554―02
微波通信是现代通信传输的重要手段之一。它在微波接力通信、移动通信、广播电视通信、卫星通信等一系列领域得到了广泛的发展。微波是一种具有極高频率（通常为300 MHz~300GHz），波长很短，通常为1m~1mm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。
一、微波通信与数字微波通信的发展
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。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，可以用于不同的通信系统。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；随着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。作为对人类的通信建设起到过重要作用的数字微波通信技术，曾经和卫星、光纤一起被称为现代通信传输的三大支柱，有过自己的辉煌岁月，但也遇到了挑战和冷落，在新世纪到来的时刻，在全球通信网面临重大变革的浪潮中，如何正确总结数字微波技术的起落，找到自己的市场定位，对数字微波技术今后的发展是十分重要的。
微波固态源体积小，重量轻，电源电压低，寿命长是构成微波通信系统的关键部件。它的质量直接影响到通信系统的可靠性，因而受到高度的重视。这方面的基础研究主要针对微波频率的高端，即毫米波频段。
而毫米波技术的发展迫切需要功率大，频带宽，相位噪声低的本振源。功率合成常用的功率合成方法有电路型，空间型和混合型。电路型功率合成方法比较成熟，尤其在微波的低频段，国内用得较多；因而随着工作频率的增加，波长变短，谐振腔的全部尺寸按比例缩减。当频率很高时，腔体尺寸变得非常小。微波技术由分离部件向集成化、并最终向混合集成方向发展。微波通信由模拟向数字；由微波低频向高频段；由笨重的大通信系统向小型化、微型化和便携式的方向发展。
随着经济建设和国防建设的发展，许多专用通信网（如石油、电力、水利、矿山和部队等）要求传输数据、对信息进行加密、工作高度可靠、运行维护方便，这就要求微波通信必须实现全数字化、全固态化和无人值守，而满足这些要求的新一代微波通信系统，即数字微波通信系统被提到日程上来了。未来的发展目标是实现多器件的集成，即在同一基片上制作能实现多个功能的芯片。包括本振源、变频器、非互易器件、微波功率放大器件、各种控制器件甚至中频放大器件。以推动微波通信系统的小型化。高性能的微波通信系统有赖于各种先进技术的利用。如磁控器件；光控器件等等。在某些方面他们有独特的优点并能大大提高微波器件的性能。间题是如何实现他们与微波器件的混合集成。一个显着的困难是这些器件的引入将会导致结构的复杂化。因而混合集成可能是基础理论研究的重要方面。
二、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 的分插复用设备连接。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。SDH 数字微波通信是数字微波通信的新发展。SDH微波传输设备所采用的基本技术大致与PDH 相同，但由于传输方式的特点又决定了两者有所不同。SDH 有下述几个关键技术：（1）编码调制技术。微波是一种频带受限的传输媒质，要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。（2）交叉极化干扰抵消（XPIC）技术。为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM，128AQM 或512AQM 调制）外，还采用双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（XPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。（3）自适应频域和时域均衡技术当系统采用多状态QAM 调制方式时，要达到ITU-R 所规定的性能指针，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到ITU-R 的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。
在微波的较低频段，研究的热点是多个器件的集成化，以实现通信系统的小型化，并最终实现便携式甚至微型化的微波通信系统。在更高的频率段，即毫米波频段，是微波技术发展史上的误区，在相当长的一段时间内被忽略，技术上处于起步发展时期。
三、微波扩频通信技术
微波扩频通信目前在国内的重要应用领域之一是企事业单位组建Intranet并接入ISP。一般接入速率为64 kb/s~ 2Mb/s，使用频段为2.4~ 2.4835 GHz，该频段属于工业自由辐射频段，也是国内目前唯一不需要无委会批准的自由频段。微波扩频通信技术的特点是利用伪随机码对输入信息进行扩展频谱编码处理，然后在某个载频进行调制以便传输，属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术来源于军事领域，开发的主要目的是对抗电子战干扰。
微波扩频通信具有以下特点：建设无线微波扩频通信系统目前无需申请，带宽较高、建设周期短；一次性投资、建设简便、组网灵活、易于管理，设备可再次利用，但相连单位距离不能太远，并且两点直线范围内不能有阻挡物；抗噪声和干扰能力强，具有极强的抗窄带瞄准式干扰能力，适应军事电子对抗；能与传统的调制方式共享频段；信息传输可靠性高；保密性强，伪随机噪声使得不易发现信号的存在而有利于防止窃听；多址复用，可以采用码分复用实现多址通信；设备使用寿命较长。
微波扩频系统按接入方式分为点对点、点对多点两种。点对点方式是指连接的双方用一对微波扩频传输设备相连。其应用场合为连接两个地点，提供专用可靠的通信信道，且要求通信速率较高。点对多点方式是指扩频系统含一个中心点和若干个分布接入点，若干分布接入点以竞争方式或固定分配方式分享中心点提供的总通道带宽。竞争方式可根据接入用户实时需要分配总带宽，但缺点是竞争时将浪费带宽、造成拥挤。而以固定方式分享带宽可以保证传输带宽，但缺乏带宽实时分配的灵活性。其应用场合为需组建一微波通信网路时，包括一个信息中心站和若干个分支接入站，分支接入站通过一条速率要求不高的通信通道访问中心站，并通过中心站访问其它分支接入站。
四、数字微波面临的机遇与挑战
光纤通信的兴起是二十世纪最重大的科技事件。自从70 年代提出光纤传输理论，八十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沖击。九十年代以来，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扩频微波资料网等，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24~25GHz 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。
五、微波通信未来的应用价值
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。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。
正如众所周知的原因，微波数字通信系统具有比模拟通信抗干扰性能好、保密性强等优点。因而是必然的发展方向。
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，1998.
2.郑振玉. 微波路由传播性能的测试[J] . 电力系统通信，2000（2）
3.刘井英.微波通令技术及其应用[M].南宁：广西大学出版社，2000.
作者简介
蒋胜蓝（1977.7出生）、男、民族（汉族可省略），籍贯（浙江杭州）、现任杭州锋福网络技术有限公司执行总监职务、工程师职称、工学学士学位、研究方向（移动通信网路工程、无线移动网络及微波通信）。