微波通信的发展历程,挑战及机遇

1947年，贝尔实验室在纽约和波士顿之间建造了世界上第一个模拟微波测试电路(TD-X)。该电路采用真空管作为信号放大，采用调频方式。1950年，4GhTd-2系统是第一个提供商业电话服务的系统。自20世纪50年代初以来，类似于TD-2的微波中继系统已经安装在澳大利亚、加拿大、法国、意大利和美国以外的日本的主要道路上。1979年，日本商业系统的渠道容量达到3600个渠道；到1980年，美国的商用系统AR6A采用单边带调制技术，在6千兆赫频带的30兆赫兹信道带宽内安排了6000个信道，从而将每个信道的传输成本降低到历史最低点。为了提高语音质量，数字微波中继系统最早出现于20世纪60年代末。为了提高频谱效率，出现了64QAM、128QAM、512QAM等高态调制方式，频谱效率提高到10比特/秒/赫兹。1988年，国际电信联盟(ITU)在美国提出了基于SONET的SDH传输网络标准。与以前的分组数据交换相比，SDH标准统一了欧洲和北美的标准，使得STM-1及以上的国际互操作成为可能。SDH系统采用同步复用和灵活的映射结构，可以直接分支和插入来自高阶分支的低阶分支信号，避免了分步分支和复用过程，简化了设备。此外，SDH系统安排了大量的开销字节，大大提高了网络的运行、管理、维护和配置能力。因此，SDH微波系统在20世纪90年代发展迅速。信息来源：曙光研究院截至2003年第三季度报告，SDH PDH数据显示，2004年全球微波产业总收入达到29亿美元。下图显示了2003年至第三季度全球主要电信设备制造商统计的微波产品产值。世界微波发展的历史和现状(2/3)，信息来源：曙光研究院-截至2003年第三季度的报告，下图为全球主流电信设备制造商统计的2003年第三季度SDH微波产品产值。世界微波发展的历史和现状(3/3)，我国微波发展的历史和现状(1/3)，我国模拟微波的发展历程。自1957年以来，60通道和300通道模拟微波通信系统的研究和开发已经开始。600通道微波研究始于1964年。 960通道微波系统开发于1966年。1986年，完成了1800台模拟微波的研制(国家第六个五年科技攻关项目)。利用这些研究成果，全国范围内已经建成了2万多公里的模拟微波电路。我国PDH数字微波的发展历程：准同步数字体系(PDH)是由国际电信联盟(ITU)的前身CCITT在20世纪60年代提出的；20世纪60年代末，中国从国外进口了1.544兆比特的PDH微波设备；中国建成第一条干线PDH微波电路(北京-韩电路，电力部从国外引进)1986年，我国研制的4-G HZ34 Mbps PDH微波系统在福建省福州和厦门之间建成。1987-1989年，原邮电部建成了京沪6GHz140MbpsPDH微波电路。1992年，我国研制的6GHz140MbpsPDH微波系统在湖北武昌和阳逻之间建成。1995年后，由于中小容量PDH微波的快速发展，由于移动覆盖，一种易于安装、拆卸和小型化的独立设备逐渐取代了所有室内设备。中国微波发展历史和现状(2/3)，我国SDH数字微波的发展历程：SDH(同步数字体系)是1992年在国际上发展起来的。1995年，吉林省广播电视局引进并建造了我国第一个SDH微波电路。原邮电部于1995-96年开始引进和建设SDH微波电路。我国于1997年开发的6GHzSDH微波电路(九五国家重点研究成果)在山东省通过鉴定验收后，信息产业部原则上停止了对该电路的研究一、中国微波发展历史和现状(三分之三)，微波的主要用户和业务需求如下表所示，表中方框符号表示相对业务需求。中国微波产业的现状(1/3)，主要竞争对手如下表所示。中国微波产业的现状(2/3)，中国微波产业的现状(3/3)，微波通信系统，尤其是数字微波通信系统，具有以下优势：能够快速安装；能够复用现有网络基础设施(数字微波采用模拟微波基础设施)；能够轻松穿越复杂地形(跨越河流、湖泊和山脉)；在偏远山区使用点对多点微波传输结构的能力；自然灾害发生后能够快速恢复通信；能够保护混合多种传输介质。上述优点不仅适用于城市地区的固定或临时节点和馈电线路，也适用于长距离线路。例如，俄罗斯运营部“俄罗斯电信”已经建成了一条很长的SDH数字微波中继系统的长途线路(总长超过8000公里)。该网络使用现有基础设施，总容量为8个射频信道(6个主信道和2个保护信道)，每个信道传输155兆比特/秒。例如，加拿大使用光纤和微波形成传输网络，以克服地理条件的困难。中国的大容量SDH微波电路是1998年在北京-汉光干线上首次建成的。它占用2个频段，配置为22 (7 1)，总传输容量为4.8千兆位/秒，数字微波通信的特点和应用(1/3)，在大城市和城市地区，在数字节点和配电网的建设中，数字微波往往是光缆的唯一替代品。事实上，除了在大城市和小城镇铺设地下电缆非常昂贵之外，在市区挖掘管道通常很难获得批准。这种情况在欧美发达国家尤为突出。据说，在欧洲和美国的发达国家，大约80%-90%用于移动覆盖的传输使用数字微波系统。在世界上许多国家，微波中继链路可能是唯一可用的高容量传输介质，可以穿越数千英里的林区、山区、草原、沙漠、沼泽和其他困难地区。此外，由于相对低的功耗，太阳能的应用已经成为在如此恶劣的条件下应用数字微波中继系统的重要因素。因为微波电路不容易被人类破坏，也不容易受到自然灾害的影响，所以微波系统是中国通信网络不可缺少的一部分，是保证通信网络安全不可缺少的。在当今世界通信革命中，微波通信仍然是最有前途的通信手段之一。1976年唐山地震时，北京和天津之间的所有同轴电缆都断了，六个微波通道都是安全的。因此，只要该网络经过精心而合理的规划，以适当的信息容量覆盖整个领土，微波中继链路以及其他现代传输媒体将支持和补充光纤传输网络。数字微波通信的特点和应用(2/3)。未来，数字微波中继系统将继续发展，用于以下目的：综合业务数字网(综合业务数字网)的本地、中间和高级部分用于提供一级以上速率的数字信道；用于闭合光纤回路；用于光纤和卫星系统的交换，或作为这些系统的馈线；多媒体保护；点对多点传输；移动通信系统的中继连接；用于灾后恢复和救援行动的便携式系统。电视信号，如MPEG-2数字视频压缩信号，也可以通过SDH微波电路传输。利用多家厂商生产的视频编解码器，对SDH微波系统室内模拟电路进行了传输测试。测试结果表明，MPEG-2视频压缩编码信号通过VC-3通道或VC-12通道反向复用传输，图像质量良好。在数字微波系统中，没有任何损坏数字微波通信的特点和应用(3/3)，数字微波通信的最大挑战是光纤通信。光纤通信的兴起是20世纪最重要的科技事件。自20世纪70年代光纤传输理论提出并在80年代付诸实践以来，光纤通信得到了极大的发展。光纤通信以其巨大的带宽、超低的损耗和低成本成为干线传输的主要手段，并对数字微波产生巨大影响。挑战之一：干线数字微波能用作干线光纤的后备保护吗？20世纪90年代以来，电信管理部门将大容量光纤传输作为国家信息高速公路的主要传输手段，这已成为不可阻挡的历史潮流。然而，直到20世纪90年代中后期，中国电信当局在看到光纤通信的巨大传输容量的同时，也看到了自然灾害和人为破坏对通信的影响。为了保证通信的正常运行，他们修建了大约10条国家干线SDH微波通信电路，用于保护干线光纤网络。然而，好日子并不长。进入21世纪后，随着我国8个垂直和8个水平光纤网络的形成，上述光纤通信网络的弊端可以通过迂回电路完全解决，同时也降低了使用数字微波通信作为光纤通信后备保护的意义。数字微波通信的挑战(1/2)，挑战2:能否尽可能提高数字微波的传输容量？为了提高数字微波的传输能力，微波研究者采用了一系列高新技术：高态调制解调、64QAM/128QAM/256QAM/512QAM等。XPIC技术是一种交叉极化干扰消除技术，可以实现同频复用，从而实现相同射频带宽下的传输容量倍增；新型高效纠错编码技术，如中医、MLCM、遥感等。一系列抗多径衰落技术，如频域均衡技术、时域均衡技术、空间分集技术和各种分集合成技术等。其他新技术，如ATPC技术、传输功率谱整形技术等。据说早在20世纪90年代末，一些研究机构就声称已经在实验室实现了以28MHz信道带宽传输STM-4的技术，利用1024QAM高态调制解调、XPIC交叉极化干扰消除技术等一系列高科技技术，使其在500MHz频段，如L6GHz频段的总传输容量达到4.8千兆位/秒，但由于种种原因，至今尚未商业化。尽管4.8千兆位/秒的传输容量对于微波来说是一项惊人的技术，但它仍然忽略了在当前的光纤通信中一根光纤可以传输数十甚至超过100千兆位/秒的传输容量。数字微波通信面临的挑战(2/2)，数字微波通信的发展机遇(1/2)。作为一种无线传输方式，数字微波在灵活性、抗灾性和移动性方面具有光纤传输无法比拟的优势，这也是其优势所在。目前，数字微波的发展机遇可以概括为：用于特殊网络或作为特殊网络光纤传输的备份和补充。中国的特殊网络，如广播电视、石油天然气管道、煤炭、水利等。几乎不需要传输容量。一般来说，一个或几个短时存储器没有光纤通信电路，或者只有单线光纤通信链路。它们没有八个垂直和八个水平光纤传输网络的优势。因此，它们必须建造SDH或PDH微波电路，用于主要传输电信和数据服务，或用于在自然灾害情况下光纤传输系统的后备保护，以及由于各种原因光纤不适合的位置和场合。我国2G和2.5G移动通信基站覆盖范围内使用了多种PDH微波通信电路。其他微波通信方式，如点对多点微波通信系统(PMP)，包括用户线类型和中继线类型。微波频段的无线用户环也可以属于这