[科普中國]-微波信道

所謂微波是指頻率大過1 GHz的電波。目前所用微波的頻率范圍為1～20 GHz。如果應(yīng)用較小的發(fā)射功率(約1瓦)配合定向高增益微波天線，再于每隔16公里～80公里的距離設(shè)置一個(gè)中繼站就可以架構(gòu)起微波通信系統(tǒng)。

概述所謂微波是指頻率大過1 GHz的電波。目前所用微波的頻率范圍為l～20 GHz。如果應(yīng)用較小的發(fā)射功率(約1瓦)配合定向高增益微波天線，再于每隔16公里～80公里的距離設(shè)置一個(gè)中繼站就可以架構(gòu)起微波通信系統(tǒng)。微波傳播主要采用自由空間傳播，也就是在收發(fā)二地之間沒有任何阻隔，也沒有任何其它的影響(包括反射、折射、繞射、散射或吸收)下傳播，這種環(huán)境在現(xiàn)實(shí)生活中很少會(huì)出現(xiàn)。自由空間傳播是假設(shè)微波傳輸?shù)膬牲c(diǎn)之間沒有物體阻擋，而且除了兩點(diǎn)間直線上不能有阻礙物體外，直線附近的某一個(gè)范圍內(nèi)也必須避免物體存在才行，因?yàn)槲⒉ㄌ炀€雖具有良好的方向性，但它所發(fā)射的信號(hào)路徑不是一條單純的直線，它所發(fā)射的波面是會(huì)逐漸擴(kuò)大的，若這些散逸的電波遇到物體阻擋，就會(huì)變成經(jīng)由反射路徑達(dá)到接發(fā)點(diǎn)，反射路徑與直線路徑因?yàn)殚L度不等，所以到達(dá)接收點(diǎn)的相位自然有差，這就是“干擾”的形成，這種干擾偶爾會(huì)對傳播有利，但通常它都是有害的，所以電波傳播路徑的直線周圍必須預(yù)留相當(dāng)大的空間。

微波是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最早使用的無線信道類型。美國的ARPA網(wǎng)絡(luò)中用于連接美國本土和夏威夷的信道即是微波信道。它既可傳輸模擬信號(hào)，又可傳輸數(shù)字信號(hào)。由于微波能穿透電離層而不反射到地面，故只能使微波沿地球表面由源目標(biāo)直接發(fā)射。又因微波被地表吸收致使其傳輸損耗很大，故每隔幾十公里便需進(jìn)行中繼。微波對環(huán)境干擾雖然不敏感，但卻易于受障礙物的影響，故微波的收發(fā)器必須安裝在建筑物的外面。雖然微波具有很強(qiáng)的方向性，但仍存在保密和安全性問題。1

分類微波信道又分為地面微波信道和空間微波信道。

地面微波信道地面微波信道通常稱為微波。微波是一種頻率很高的電磁波，其頻率范圍為300 MHz~300 GHz，主要使用的是2～40 GHz的頻率范圍。采用微波信道進(jìn)行通信的特點(diǎn)如下：

(1)只能進(jìn)行可視范圍內(nèi)的通信。

(2)大氣對微波信號(hào)的吸收與散射影響較大。

鑒于上述特點(diǎn)，微波用于不適合鋪設(shè)有線傳輸介質(zhì)的情況，而且只能用于點(diǎn)到點(diǎn)的通信，速率也不高，一般為幾百kb/s。微波在地面的直線傳輸距離與微波的收發(fā)天線的高度有關(guān)，天線越高，傳輸距離就越遠(yuǎn)，通常用于幾千米范圍內(nèi)。

地面微波一般按直線傳輸，受各種因素的影響，微波在傳輸時(shí)也有不同程度的衰減和損耗，因此在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，要在微波信道的兩個(gè)端點(diǎn)之間建立若干個(gè)中繼站。經(jīng)過多個(gè)中繼站的“接力”，信息就被從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>

在互連網(wǎng)中，微波信道有時(shí)與有線介質(zhì)混用，具有頻帶寬、信道容量大、初建費(fèi)用低、建設(shè)速度快、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但是微波傳輸?shù)谋Ｃ苄院涂垢蓴_性能較差。

空間微波信道空間微波信道也稱為衛(wèi)星信道，使用人造地球衛(wèi)星作為微波中繼器。商用通信衛(wèi)星通常被定位在3．6萬千米的同步軌道上，但也有中低軌道的小衛(wèi)星通信。采用衛(wèi)星信道進(jìn)行通信的特點(diǎn)如下：

(1)適合長距離的傳輸。

(2)傳輸延時(shí)較大，一般為500 ms左右。

(3)費(fèi)用較高。

每個(gè)同步衛(wèi)星可覆蓋地球的1/3表面。衛(wèi)星通信的地面站使用小口徑天線終端設(shè)備VSAT來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，國內(nèi)很多證券公司顯示的證券行情都是通過VSAT接收的衛(wèi)星通信廣播信息，證券的交易信息則是通過延遲小的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)DDN專線或分組交換網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在VSAT中，信息處理、業(yè)務(wù)的自適應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)的控制與檢測等，都由計(jì)算機(jī)操作控制，可提供包括音頻、數(shù)據(jù)、圖像和電視等綜合服務(wù)。

衛(wèi)星信道具有通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但是其一次性投資大，而且容易受天氣影響。2

特點(diǎn)微波信道主要特點(diǎn)是：

①微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；

②因?yàn)楣I(yè)干擾和天電干擾的主要頻譜成分比微波頻率低得多，對微波通信的危害比對短波通信小得多，因而微波傳輸質(zhì)量較高；

③與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微波通信建設(shè)投資少，見效快。

④相鄰站之問必須直視，不能有障礙物，有時(shí)一個(gè)天線發(fā)射出的信號(hào)也會(huì)分成幾條略有差別的路徑到達(dá)接收天線，因而造成失真；

⑤微波的傳播有時(shí)也會(huì)受到惡劣氣候的影響；

⑥與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差；

⑦對大量中繼站的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)