微波通信的发展历程,挑战及机遇

1、2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座微波通信的发展历程微波通信的发展历程挑战及机遇挑战及机遇2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座国际上微波的发展历史及现状国际上微波的发展历史及现状(1/3) 19471947年贝尔实验室在纽约和波士顿之间建设了世界上第一条模拟微波试年贝尔实验室在纽约和波士顿之间建设了世界上第一条模拟微波试验电路（验电路（TD-XTD-X）。该电路用真空管作信号放大，采用频率调制（）。该电路用真空管作信号放大，采用频率调制（FMFM）方式。）方式。 19501950年年4GHz TD-24GHz TD-2系统首次实现承载商用电话业务。系统首次实现承载商用电话业务。 从从

2、5050年代早期开始，在美国以外，澳大利亚、加拿大、法国、意大利、年代早期开始，在美国以外，澳大利亚、加拿大、法国、意大利、和日本的主干路由上都安装了与和日本的主干路由上都安装了与TD-2 TD-2 相类似的微波接力系统。相类似的微波接力系统。 19791979年，日本商用系统的波道容量达到年，日本商用系统的波道容量达到36003600个话路；个话路； 到到19801980年，美国商用系统年，美国商用系统AR6AAR6A系统采用单边带调制技术，在系统采用单边带调制技术，在6GHz6GHz频带的频带的30MHz30MHz波道带宽内安排波道带宽内安排60006000个话路，使每路的传输成本降低到历

3、史上的最低点个话路，使每路的传输成本降低到历史上的最低点。 为提高为提高话音质量，在话音质量，在6060年代末期首次出现了数字微波接力系统。年代末期首次出现了数字微波接力系统。 为为提高频谱效率，出现了提高频谱效率，出现了64QAM64QAM、128QAM128QAM、512QAM512QAM等高状态调制方式，频等高状态调制方式，频谱效率提高到谱效率提高到10bit/s/Hz 10bit/s/Hz 。 19881988年国际电信联盟（年国际电信联盟（ITUITU）在美国）在美国SONETSONET的基础上，提出了的基础上，提出了SDHSDH传送网标传送网标准。与以前的准。与以前的PDHPDH相

4、比，相比，SDHSDH标准统一了欧洲和北美的标准，使国际间在标准统一了欧洲和北美的标准，使国际间在STM-1STM-1及其以上速率上互通成为可能。及其以上速率上互通成为可能。SDHSDH系统采用同步复用和灵活的映射结构，可系统采用同步复用和灵活的映射结构，可以从高阶支路直接分插低阶支路信号，避免了逐级分复接过程，使设备简化。以从高阶支路直接分插低阶支路信号，避免了逐级分复接过程，使设备简化。而且，而且，SDHSDH系统安排了大量的开销字节，使网络的操作、管理、维护和配置能系统安排了大量的开销字节，使网络的操作、管理、维护和配置能力大大加强。因此力大大加强。因此SDHSDH微波系统在微波系统在9

5、090年代得到了迅速发展。年代得到了迅速发展。2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座050000100000150000200000250000300000350000400000AlcatelEricssonNECHarrisSiemensNokiaStratex NetworksNeraSIAEMarconiOthersFujitsuCeragonP-ComSAGEMNortelMicrowave NetworksRevenues YTD Q32003信息来源信息来源: SkyLight 研究机构研究机构 直到直到 Q3 2003 报告报告据资料称，据资料称，20042004年全球微波产

6、业的总收入达年全球微波产业的总收入达2929亿亿USD,USD,下图是全球主流电下图是全球主流电信设备制造商在信设备制造商在20032003年至第三季度统计的微波产品的产值。年至第三季度统计的微波产品的产值。国际上微波的发展历史及现状国际上微波的发展历史及现状(2/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座020000400006000080000100000120000AlcatelNECNeraMarconiSiemensHarrisFujitsuOthersRevenues YTD Q3 2003Supplier信息来源信息来源: SkyLight 研究机构研究机构 直到直到 Q3 2

7、003 报告报告下图是全球主流电信设备制造商在下图是全球主流电信设备制造商在20032003年至第三季度统计的年至第三季度统计的SDHSDH微波产品的微波产品的产值。产值。国际上微波的发展历史及现状国际上微波的发展历史及现状(3/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座我国微波的发展历史及现状我国微波的发展历史及现状 (1/3)我国模拟微波的发展历程我国模拟微波的发展历程 在在19571957年就开始了年就开始了6060路及路及300300路模拟微波通信系统的开发路模拟微波通信系统的开发研究工作。研究工作。 19641964年开始年开始600600路微波的研究工作。路微波的研究工作。 19

8、661966年开发年开发960960路微波系统。路微波系统。 19861986年，完成了年，完成了18001800路模拟微波的开发工作路模拟微波的开发工作( (国家六五科国家六五科技攻关项目技攻关项目) )。 运用这些研究成果，全国建设了运用这些研究成果，全国建设了2 2万多公里的模拟微波电万多公里的模拟微波电路。路。 2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座我国我国PDHPDH数字微波的发展历程：数字微波的发展历程：PDHPDH（准同步数字体系）是六十年代由准同步数字体系）是六十年代由ITUITU的前身的前身CCITTCCITT提出提出我国于六十年代末从国外引进了一跳我国于六十年代末从国外引

9、进了一跳1.5441.544MbpsMbps的的PDHPDH微波设备微波设备7979年我国建设了第一条干线年我国建设了第一条干线PDHPDH微波电路（京汉电路，由电力部于从微波电路（京汉电路，由电力部于从国外引进）国外引进）8686年我国自行研制的年我国自行研制的4 4GHz 34Mbps PDHGHz 34Mbps PDH微波系统建于福建省福州与厦微波系统建于福建省福州与厦门之间门之间87878989年原邮电部建设了京沪年原邮电部建设了京沪6 6GHz 140Mbps PDHGHz 140Mbps PDH微波电路微波电路9292年我国自行研制的年我国自行研制的6 6GHz 140Mbps P

10、DHGHz 140Mbps PDH微波系统微波系统( (国家七五科技攻关国家七五科技攻关成果成果) )建于湖北省武昌与阳逻之间建于湖北省武昌与阳逻之间9595年以后，由于移动覆盖的需要中小容量的年以后，由于移动覆盖的需要中小容量的PDHPDH微波得到了快速发展微波得到了快速发展，一种安装拆卸容易、小型化的分体设备逐渐取代全室内设备。，一种安装拆卸容易、小型化的分体设备逐渐取代全室内设备。我国微波的发展历史及现状我国微波的发展历史及现状 (2/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座我国我国SDHSDH数字微波的发展历程：数字微波的发展历程：SDHSDH（同步数字体系）国际上是由同步数字体系

11、）国际上是由9292年发展起来的年发展起来的我国第一条我国第一条SDHSDH微波电路是在微波电路是在9595年由吉林广电厅负责引进并建造的年由吉林广电厅负责引进并建造的95-9695-96年原邮电部开始引进并建设年原邮电部开始引进并建设SDHSDH微波电路微波电路9797年我国自行研制的年我国自行研制的6 6GHz SDHGHz SDH微波电路微波电路( (国家九五科技攻关成果国家九五科技攻关成果) )在山东在山东通过鉴定验收通过鉴定验收20002000年后信息产业部已原则上停建国家干线公网用年后信息产业部已原则上停建国家干线公网用SDHSDH微波电路微波电路我国专网，如广电、煤炭、石油、水利

12、和天然气管道行业，由于行业的我国专网，如广电、煤炭、石油、水利和天然气管道行业，由于行业的特点及自身的需求，已成为特点及自身的需求，已成为SDHSDH微波建设的主力军。微波建设的主力军。SDHSDH小型化分体微波设备也开始在移动、应急和城域网中应用。小型化分体微波设备也开始在移动、应急和城域网中应用。我国微波的发展历史及现状我国微波的发展历史及现状 (3/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座微波的主要用户及业务需求如下表所示，表中方框符号表微波的主要用户及业务需求如下表所示，表中方框符号表示相对的业务需求量。示相对的业务需求量。我国微波产业的现状我国微波产业的现状 (1/3)2022-

13、6-4微波技术讲座微波技术讲座主要竞争对手如下表所示。主要竞争对手如下表所示。我国微波产业的现状我国微波产业的现状 (2/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座我国微波产业的现状我国微波产业的现状 (3/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座 微波通信系统、特别是数字微波通信系统有下列优点：微波通信系统、特别是数字微波通信系统有下列优点： 具有可快速安装的能力；具有可快速安装的能力； 具有可重复利用现有的网络基础设施的能力（数字微波利用模拟具有可重复利用现有的网络基础设施的能力（数字微波利用模拟微波的基础设施）；微波的基础设施）； 具有容易穿越复杂地形具有容易穿越复杂地形( (跨江

14、、湖及山头跨江、湖及山头) )的能力；的能力； 具有在偏僻的山利用点对多点微波传输结构的能力；具有在偏僻的山利用点对多点微波传输结构的能力； 具有在自然灾害发生后快速恢复通信的能力；具有在自然灾害发生后快速恢复通信的能力； 具有用于混合的多传输媒质的保护的能力。具有用于混合的多传输媒质的保护的能力。 上述诸多优点不仅应用于城市市区的固定结点或临时结点和馈送上述诸多优点不仅应用于城市市区的固定结点或临时结点和馈送路由，而且也用于很长的长途路由。路由，而且也用于很长的长途路由。 例如，俄罗斯的运营部门例如，俄罗斯的运营部门“俄罗斯电信俄罗斯电信”建设了一条非常长的建设了一条非常长的SDHSDH数字

15、微波接力系统的长途路由（总长度超过数字微波接力系统的长途路由（总长度超过8000km8000km）。该网络利用）。该网络利用现有的基础设施，总容量为现有的基础设施，总容量为8 8个射频波道（个射频波道（6 6个主用波道个主用波道+2+2个保护波道）个保护波道），每个波道承载，每个波道承载155Mbit/s 155Mbit/s 。 再如，加拿大用光纤和微波一起组成传送网，以克服地理条件的再如，加拿大用光纤和微波一起组成传送网，以克服地理条件的困难。困难。 我国的大容量我国的大容量SDHSDH微波电路首推微波电路首推19981998年建设的京汉广干线微波，年建设的京汉广干线微波，占用占用2 2个频

16、段，按个频段，按2 22 2(7(71)1)配置，总传输容量达配置，总传输容量达4.8Gbps4.8Gbps。数字微波通信的特点及应用数字微波通信的特点及应用 (1/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座 在大城市和市区，在建设数字结点和分配网络时，数字微波常常是在大城市和市区，在建设数字结点和分配网络时，数字微波常常是可以与光缆相比的唯一的可供选择的方案。事实上，除了在大城市和小城可以与光缆相比的唯一的可供选择的方案。事实上，除了在大城市和小城镇内埋设地下电缆费用非常昂贵外，在闹市区开挖管道常常是很难得到批镇内埋设地下电缆费用非常昂贵外，在闹市区开挖管道常常是很难得到批准的。这种情况在

17、欧美发达国家表现尤为突出。据称，在欧美发达国家用准的。这种情况在欧美发达国家表现尤为突出。据称，在欧美发达国家用于移动覆盖的传输中大约于移动覆盖的传输中大约80809090采用数字微波系统。采用数字微波系统。 在世界上许多国家中，微波接力链路可能是可以穿越数千里林区、在世界上许多国家中，微波接力链路可能是可以穿越数千里林区、山区、大草原、沙漠、沼泽地和其他困难地域的唯一可用的大容量传输媒山区、大草原、沙漠、沼泽地和其他困难地域的唯一可用的大容量传输媒质。而且，由于功率消耗相当低，应用太阳能电源已经成为在这种条件严质。而且，由于功率消耗相当低，应用太阳能电源已经成为在这种条件严酷的地区应用数字微

18、波接力系统的一个重要因素。酷的地区应用数字微波接力系统的一个重要因素。 由于微波电路不易人为破坏，不易受自然灾害的影响，因此微波系由于微波电路不易人为破坏，不易受自然灾害的影响，因此微波系统是组成我国通信网的不可缺少的组成部分，是保证通信网安全所不可缺统是组成我国通信网的不可缺少的组成部分，是保证通信网安全所不可缺少的。少的。 在当今世界的通信革命中，微波通信仍是最有发展前景的通信手段在当今世界的通信革命中，微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。之一。 76 76年唐山大地震时，在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下，年唐山大地震时，在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无

19、恙。因而，只要仔细地合理地进行网络规划，以六个微波通道全部安然无恙。因而，只要仔细地合理地进行网络规划，以合适的信息容量覆盖领土，微波接力链路与其他现代传输媒质一起将支持合适的信息容量覆盖领土，微波接力链路与其他现代传输媒质一起将支持和补充光纤传送网。和补充光纤传送网。数字微波通信的特点及应用数字微波通信的特点及应用 (2/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座将来，数字微波接力系统将继续发展，用于如下用途：将来，数字微波接力系统将继续发展，用于如下用途： 在在ISDNISDN（综合业务数字网）的本地级、中级和高级部分用于提供一次（综合业务数字网）的本地级、中级和高级部分用于提供一次群及

20、其以上速率的数字通道；群及其以上速率的数字通道； 用于闭合光纤环路；用于闭合光纤环路； 用于与光纤和卫星系统转接或作这些系统的馈送线路；用于与光纤和卫星系统转接或作这些系统的馈送线路； 多种媒质保护；多种媒质保护； 点对多点传输；点对多点传输； 移动通信系统的中继线接续；移动通信系统的中继线接续； 用于灾后恢复和救援行动的便携式系统。用于灾后恢复和救援行动的便携式系统。 通过通过SDHSDH微波电路也可以传送电视信号，如微波电路也可以传送电视信号，如MPEG-2MPEG-2数字视频压缩信号数字视频压缩信号。利用数个厂商生产的视频编译码器，在。利用数个厂商生产的视频编译码器，在SDHSDH微波系

21、统室内仿真电路上进行微波系统室内仿真电路上进行了传送试验，试验结果表明，用了传送试验，试验结果表明，用VC-3VC-3通道或通过通道或通过4 4个个VC-12VC-12通道经反向复接通道经反向复接传送传送MPEG-2MPEG-2视频压缩编码信号，图像质量良好。在数字微波系统中采用特视频压缩编码信号，图像质量良好。在数字微波系统中采用特有的无损伤倒换技术倒换时图像质量无丝毫损伤。有的无损伤倒换技术倒换时图像质量无丝毫损伤。 随着动态数字复接及图像压缩编码技术的进步，现在已可利用随着动态数字复接及图像压缩编码技术的进步，现在已可利用45Mbps(DS3)45Mbps(DS3)或或STM-0STM-

22、0的传输速率传送的传输速率传送1212路广播级的电视图像信号。路广播级的电视图像信号。数字微波通信的特点及应用数字微波通信的特点及应用 (3/3)2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座 数字微波通信方式的最大的挑战是光纤通信。数字微波通信方式的最大的挑战是光纤通信。 光纤通信的兴起是光纤通信的兴起是2020世纪最重大的科技事件。自从世纪最重大的科技事件。自从7070年代提出光纤传年代提出光纤传输理论，输理论，8080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，并对数字其巨大

23、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。微波形成巨大的冲击。 挑战之一：能否用干线数字微波作干线光纤的备用保护？挑战之一：能否用干线数字微波作干线光纤的备用保护？ 从二十世纪从二十世纪9090年代起，电信主管部门开始以大容量光纤传输作为国家年代起，电信主管部门开始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，成为不可抗拒的历史潮流。但直到九十年信息高速公路的主要传输手段，成为不可抗拒的历史潮流。但直到九十年代中后期，我国电信主管部门在看到光纤通信巨大的传输容量的同时，也代中后期，我国电信主管部门在看到光纤通信巨大的传输容量的同时，也看到了光纤通信在受

24、到自然灾害及人为破坏时对通信造成的影响，为保证看到了光纤通信在受到自然灾害及人为破坏时对通信造成的影响，为保证通信的正常运行，建设了约十条国家干线通信的正常运行，建设了约十条国家干线SDHSDH微波通信电路，用于干线光微波通信电路，用于干线光纤网络的保护。但好景不长，进入二十一世纪后，随着国家光纤网络形成纤网络的保护。但好景不长，进入二十一世纪后，随着国家光纤网络形成八纵八横，上述光纤通信网络的弊端已完全可以通过电路迂回来解决了，八纵八横，上述光纤通信网络的弊端已完全可以通过电路迂回来解决了，利用数字微波通信作光纤通信备用保护的意义也降低了；利用数字微波通信作光纤通信备用保护的意义也降低了；数

25、字微波通信面临的挑战数字微波通信面临的挑战(1/2) (1/2) 2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座 挑战之二：能否尽可能地提高数字微波的传输容量？挑战之二：能否尽可能地提高数字微波的传输容量？ 为提高数字微波的传输容量，微波研发人员采用了一系列高新技术：为提高数字微波的传输容量，微波研发人员采用了一系列高新技术： 高状态调制解调，高状态调制解调，64QAM/128QAM/256QAM/512QAM等；等； XPICXPIC技术，这是一种交叉极化干扰抵消技术，可实现同波道频率复用，技术，这是一种交叉极化干扰抵消技术，可实现同波道频率复用，从而在相同的射频带宽下实现传输容量倍增；从而在相同

26、的射频带宽下实现传输容量倍增； 新型高效纠错编码技术，如新型高效纠错编码技术，如TCMTCM、MLCMMLCM、RSRS等等 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、空间分集技术及各种分集合成技术等；术及各种分集合成技术等； 其他新技术，如其他新技术，如ATPCATPC技术、发信功率谱成型技术等技术、发信功率谱成型技术等 据称早在二十世纪九十年代末就有研究机构声称已在实验室实现在据称早在二十世纪九十年代末就有研究机构声称已在实验室实现在28MHz28MHz的波道带宽下，采用的波道带宽下，采用1024QAM1024QAM高

27、状态调制解调、高状态调制解调、XPICXPIC交叉极化干扰抵交叉极化干扰抵消技术及其他一系列高新技术，传输消技术及其他一系列高新技术，传输STM-4,STM-4,使得在使得在500MHz500MHz的频段，例如的频段，例如L6GHzL6GHz频段中，使总传输容量达到频段中，使总传输容量达到4.8Gbps4.8Gbps的技术，但由于种种原因，至今的技术，但由于种种原因，至今未能实现商用。尽管未能实现商用。尽管4.8Gbps4.8Gbps的传输容量对微波来说是了不起的技术，但对的传输容量对微波来说是了不起的技术，但对目前光纤通信中已可实现一纤传几十甚至一百多目前光纤通信中已可实现一纤传几十甚至一百

28、多GbpsGbps的传输容量来说仍是的传输容量来说仍是不屑一顾的。不屑一顾的。数字微波通信面临的挑战数字微波通信面临的挑战(2/2) (2/2) 2022-6-4微波技术讲座微波技术讲座数字微波通信的发展机遇数字微波通信的发展机遇 (1/2) 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。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：当前数字微波的发展机遇可以归纳如下： 用于专网或作用于专网或作专网光纤传输的备份及补充，我国的专网如：广

29、电、石油专网光纤传输的备份及补充，我国的专网如：广电、石油及天然气管道、煤炭、水利等，这些专网本身所需的传输容量不大，一般及天然气管道、煤炭、水利等，这些专网本身所需的传输容量不大，一般一个一个STM-1STM-1或几个或几个STM-1,STM-1,它们要么没建光纤通信电路，要么只建了单线的它们要么没建光纤通信电路，要么只建了单线的光纤通信链路，不具备电信光纤传输网络八纵八横的优势，所以它们必须光纤通信链路，不具备电信光纤传输网络八纵八横的优势，所以它们必须建设建设SDHSDH或或PDHPDH微波电路用于主传电信及数据业务或用于光纤传输系统在遇微波电路用于主传电信及数据业务或用于光纤传输系统在遇到自然灾害时的备用保护，以及由于