什么是微波通信？它有哪些网络策略方案？

微波通信（Microwave Communication），是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。该波长段电磁波所对应的频率范围是300MHz至3000GHz。

好的，我们来详细解释一下微波通信及其网络策略方案。

什么是微波通信？

微波通信是一种利用频率范围大约在 300 MHz (0.3 GHz) 到 300 GHz 之间的无线电波（即微波）在空间中视距传播信息的技术，进行点对点、点对多点或卫星链路的通信。

核心特点与技术基础：

高频段： 微波频率非常高，这使得它们可以承载巨大的数据量（高带宽）。这是现代高速数据传输（如4G/5G回传）的基础。
视距传播： 微波信号沿近似直线传播（类似光），传输路径上需要满足光学可视或部分菲涅耳区无障碍。通常用于：
- 地面微波： 需要架设在塔、楼顶等制高点。信号通过抛物面天线聚焦，点对点传输。
- 卫星微波： 信号在地球站与通信卫星之间传播。
易被吸收： 微波容易被水分子、氧气吸收，也会被大的障碍物（山、建筑物）阻挡或反射。因此传输距离通常限制在几十公里内，受天气（尤其降雨）影响较大。
快速部署和低成本： 相比于埋设光纤，微波链路的安装（尤其是城区、复杂地形）通常部署更快、前期成本更低。当光纤难以到达或不经济时（如山区、河流、临时网络），微波是极佳的替代方案。
高方向性： 使用定向天线（如抛物面）可以聚焦信号能量，提供高增益和抗干扰能力，允许多条链路共存于同一区域而互不干扰（通过频率和极化隔离）。
广泛应用： 蜂窝网络回传、企业专网互联、广播电视信号分配、Wi-Fi/WLAN（2.4GHz/5GHz）、卫星通信、雷达等。

微波通信的网络策略方案

设计微波通信网络时，需要根据具体需求（如距离、容量、可靠性、成本、可用频谱）选择和组合不同的策略方案。以下是关键的网络策略方案类型：

按传输技术划分：
- 传统微波（PDH/SDH）： 主要用于较低带宽的语音和早期数据业务传输，提供严格的时延和抖动保障。在网络现代化过程中逐渐被分组微波替代。
- 分组微波： 基于以太网/IP技术，是当前的主流。
  - 支持灵活高效的统计复用，带宽利用率高。
  - 天然兼容IP/以太网网络，便于与路由器、交换机等设备互联。
  - 支持丰富的QoS策略，为不同业务提供区分服务。
  - 支持更大的容量（通常数百Mbps到Gbps级别，甚至数十Gbps）。
按网络拓扑结构划分：
- 点对点： 最基本的形式，两个站点直接通信。用于连接两个特定点（如核心网到汇聚点、汇聚点到基站）。
- 点对多点： 一个中心站点（Hub）与多个远端站点通信（类似星型结构）。常用于小型基站接入或偏远地区用户接入。
- 星型拓扑： 所有远端站点通过点对点或点对多点方式连接到中心节点（如枢纽站点或核心路由器）。
- 环型拓扑： 多个站点首尾相连形成环。
  - 优点： 提供高可靠性。如果环上某一段链路故障，数据可以沿环的另一半传输（绕开故障点）。需要设备支持环网协议。
- 网格拓扑： 站点之间有多条连接路径。优点： 提供极高的冗余性和可靠性，传输路径选择灵活。缺点： 成本高，规划管理复杂。
- 混合拓扑： 实际网络常采用多种拓扑的组合，例如在汇聚层使用环网提供可靠性，接入层使用星型连接基站。
按调制和编码方案划分：
- 高阶调制： 如 1024QAM, 2048QAM, 4096QAM。单位符号能承载更多比特，大大提升频谱利用率和链路容量。缺点是对信号质量（信噪比）要求极高，传输距离相对缩短，抗干扰能力下降（特别是在恶劣天气下容易降阶）。
- 自适应调制编码： 是现代微波的核心策略。设备根据实时的信道条件（信噪比），自动切换到最优的调制等级和编码速率。在晴朗天气下使用高阶调制最大化容量；在雨雪天气下降低调制阶数以维持链路稳定。这显著提高了链路的可用率。
- 交叉极化干扰抵消： 在同一条微波链路的两端使用两个天线（水平和垂直极化），同时在同一频点上发送和接收两路不同极化的信号。这有效地使链路的频谱效率（容量）翻倍。
- 空分复用： 使用多个发射和接收天线阵列（MIMO - Multiple Input Multiple Output），利用空间维度在同一频点上同时传输多路独立数据流，进一步提升频谱效率和系统容量。更多用于点对多点或5G接入。
按可靠性保障方案划分（保护机制）：
- 链路聚合： 将多个物理微波链路（工作在不同频率或路径上）逻辑捆绑成一个高带宽管道。如果其中一条链路中断，流量会自动转移到其他健康的链路上，保证业务不中断。
- 1+1 HSB: 热备份保护。两套完全相同的收发信机和天线并联工作。主用单元发送业务信号的同时，备用单元也热备份并发送相同信号。接收端通常选择接收质量好的信号。切换几乎无感。成本最高（双设备、双天馈），可靠性也最高。
- 1+1 SD/FD: 空间分集或频率分集。主备链路使用不同的天线（安装位置有间距）或不同的射频频率。在接收端进行信号选择或合成。成本比HSB略低。空间分集能有效对抗深度衰落。
- N+1： 多个工作链路（N条）共享一条或少量（例如1条）公共保护链路。当任何一条工作链路故障时，业务切换到保护链路。成本比1+1低，但需要较复杂的管理控制，保护链路可能成为瓶颈。
- 双机主备： 关键站点部署两台设备。一台主用，一台冷/温备用。主用设备故障时，人工或自动切换到备用设备运行（可能会涉及天馈系统的切换）。成本比1+1低，切换时间较长，可能中断业务数秒到数分钟。
- 路径多样性： 精心规划主用和备用链路的物理路径，使得两条路径不容易同时被恶劣天气（如暴雨）影响。这是提升网络级可靠性的重要基础策略，常与其他保护机制结合。
按同步方案划分：
- 传统微波（PDH/SDH）同步： 通过物理层比特流恢复时钟。分组微波也需要可靠的同步源。
- 同步以太网： 在物理层传输精确时钟信号，类似于SDH。提供稳定的频率同步。
- IEEE 1588v2 (PTP - 精确时间协议)： 在IP分组网上传输精确的时间和相位信息（通常需要频率同步作为基础）。这对要求严格时间同步的应用（如5G移动网络中的TDD、LAA等）至关重要。

总结

微波通信是利用高频率微波进行高速视距传输的关键技术，尤其在光纤难以部署或需要快速建网的场景下优势明显。其网络策略方案涉及技术选择（分组微波）、拓扑结构（星、环、网）、调制编码（高阶调制、AMC、XPIC）、可靠性设计（各种备份保护、路径规划）以及同步机制等多个维度。现代微波网络设计通常会综合考虑这些策略，以实现最优的性能、容量、可靠性和成本效益，成为无线和有线网络融合的重要桥梁。