容量地面干线无线传输的主要手段，也可以用于传输高质量的彩色电视信号，而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现以及一系列自适应衰落对抗技术与高阶调制与检测技术的发展，使数字微波传输产生了一个革命性的变化。
国外发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比例最高达50%以上。我国对于微波通信的应用也已经取得了很大的成就，在1976年的唐山大地震中，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恙。九十年代的长江中下游的特大洪灾中，微波通信又一次显示了它的巨大威力。在当今世界的通信技术中，微波通信仍然具有独特而重要的地位。以下是几种微波通信的典型应用。
（1）微波中继通信：微波中继通信系统一般包含终端站和中继站两大类设备。它的站与站之间要求具有视距传播条件，通过高度指向性天线来完成相互通信。中继站上的天线依次将信号传递给相邻的站点，这种传递不断持续下去就可以实现视线被地表切断的两个站点间的传输，如图3-1所示。由于这些站都是固定设置的，因此上述这些条件可以最大限度的保证通信的有限距离和信号质量，微波中继通信常用于电话通信网的补充，也用于在较长的距离上以中继接力的方式传输电视信号，主要是作为有线通信线路的补充，在难于铺设有线电缆或一些临时性应用的场合替代有线通信；
图3-1 微波中继通信系统
（2）多点分配业务（MDS）：这实际上是一种固定无线接入技术，它包括由运营商设置的主站和位于用户处的子站，可以提供数十MHz甚至数GHz的带宽，这些带宽由所有的用户共享。MDS系统主要为个人用户、宽带小区和写字楼等设施提供无线宽带接入，它的特点是建网迅速，但资源分配不够灵活。MDS包括覆盖范围较大的多信道多点分配业务（MMDS）和覆盖范围较小、但提供带宽更为充足的本地多点分配业务（LMDS）。图3-2是多点分配业务系统的示意图。MMDS 和LMDS 的系统构成相似，一般包括基站、远端站和网管系统，其中基站和远端站又分为室内单元（IDU） 和室外单元（ODU） 部分。IDU是与提供业务相关的部分，如业务的适配和汇聚、分发；ODU 提供基站和远端站之间的射频传输功能。MMDS 和LMDS 的实现技术也非常相似，都是通过无线调制与复用技术实现宽带业务的点对多点接入。二者主要区别在于工作的频段不同以及由此带来的可承载带宽和无线传
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输特性的不同。
图3-2 多点分配业务系统
MMDS/ LMDS 不同于传统的点到点微波传输和GSM移动通信系统，它采用蜂窝的形式，通过多扇区覆盖向所需地区提供业务服务，一个中心站可以根据系统容量和具体业务需求下带多个远端站，中心站与远端站之间的通信，下行大多使用TDM 方式，上行采用FDMA 或TDMA 方式，一个扇区可以提供多个载频，目前大多数产品可提供4 个90°扇区的覆盖，部分产品甚至可提供24个15°扇区覆盖。同时，因其远端站是固定的，MMDS/ LMDS 系统无需跨区切换和位置更新，这明显不同于GSM系统。以下分别说明MMDS/ LMDS的技术特点。
① 工作频段：MMDS的频率集中在2GHz～5GHz。它的优点是：雨衰可以忽略不计；器件成熟；设备成本低。本地多点分配业务LMDS工作在毫米波波段的20GHz～40GHz频段上，在20GHz～40GHz频段上，被许可的频率包括24GHz、28GHz、31GHz、38GHz等，其中以28GHz获得的许可较多，该频段具有较宽松的频谱范围，最有潜力提供多种业务。LMDS的信号传输距离很短，仅5km～6km，因此不得不采用多个小蜂窝结构来覆盖一个城市，造成多蜂窝系统复杂度较高；设备成本高；雨衰太大、降雨时很难工作； ② 多址方式：MMDS/ LMDS 下行主要采用FDMA 方式将信号向相应扇区广播。从中心站到终端站的下行信号采用点到多点的方式，每个用户终端在特定的频段内接收属于自己的信号。上行多址方式为TDMA或FDMA。如果采用TDMA 方式,则若干远端站可在相同频段的不同时隙向基站发射信号。这种方式对支持突发型的数据业务（如Internet 接入应用） 优势较明显。如果采用FDMA 方式，在相同扇区中，不同的远端在不同频段上向基站发射信号，彼此互不干扰。由于这种方式远端需长期占用频率资源,所以适合租用线业务；
③ 调制方式：MMDS/ LMDS 的调制方式主要采用QPSK、4QAM、16QAM和64QAM 等几种调制解调技术。调制阶数越高频率利用率越高，系统的容量也相应提高。但调制技术越复杂，相同条件下的覆盖范围越小，抗干扰的能力也随之下降； ④ 传输带宽：传输容量是衡量无线宽带接入设备的重要指标，
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主要包含中心站的单扇区容量和远端站的最大容量两部分。MMDS系统的带宽较为有限，总容量仅为200MHz；而LMDS的传输带宽甚至可以与光纤相比拟，实现无线“光纤”到楼，可用频率至少为1GHz，与其他接入技术相比，LMDS是最后一公里光纤的灵活替代技术，单一用户传输速率最高可达155Mbit/s；
⑤ 业务承载：MMDS/ LMDS可以承载的业务包括：话音业务，如POTS、ISDN 或E1；专线业务，如E1、N ×64K、30B +D、V.35、X.21等；高速数据业务。 （3）无线局域网：目前基于802.11系统标准的无线局域网也工作于微波频段，其中802.11b工作于2.4GHz；802.11a/g工作于5.8GHz；
（4）第4代移动通信系统：未来的移动通信系统要求达到数百MHz的带宽，这在频谱资源十分紧张的800MHz、900MHz、2GHz等频段是难以想象的。因此一个可行的解决方案即是使用目前频谱资源相对宽松的微波频段，特别是频率较高的微波频段。但由于微波频段的衰减较大，而且在非视距传播时的性能较差，因此这还是一个有待于进一步研究的难点；
（5）卫星通信：在卫星通信中使用的频谱资源主要有以下几个波段。
① C波段：上行链路工作于6GHz，下行链路工作于4GHz，C波段对于天气的适应性较好，但C波段的工作频率被地面微波系统所共享；
② Ku波段：上行链路工作于14GHz，下行链路工作于11GHz，它的频段并没有被其它系统所使用，能够提供一定的终端移动性支持，但更容易受到天气因素的干扰；
③ Ka波段：上行链路工作于30GHz，下行链路工作于20GHz，可以提供更宽的频谱供使用，Ka波段最容易受到天气因素（如雨衰）的影响；
④ L波段：工作于390MHz到1550MHz，受天气影响最小，但可提供的频带宽度不足。
3.2 有线传输信道
1) 有线传输信道的定义：
信道(information channels,通信专业术语)是信号的传输媒质，可分为有线信道和无线信道两类。有线信道是指传输媒介为明线有线信道示意图、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等一类能够看得见的媒介。有线信道是现代通信网中最常用的信道之一。如对称电缆（又称电话电缆）广泛应用于（市内）近程传输。
2) 有线信道的原理：
有线信道以导线为传输媒质，信号沿导线进行传输，信号的能量集中在导线附近，因此传输效率高，但是部署不够灵活。这一类信道使用的传输媒质包括用电线传输电信号的架空明线、电话线、双绞线、对称电缆和同轴电缆等等，还有传输经过调制的光脉冲信号的光导纤维。
3) 有线信道的特点：
有线信道的传输媒体为导线（双绞线或者光纤等），信号沿导线传输，能量相对集中在导线附近，因此具有较高的传输效率。有线信道的信噪比高、频带资源窄、存在回波和非线
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性失真。
4) 有线信道的分类：
有线信道主要有四类。即明线（open wire）、对称电缆（Symmetrical cable）、同轴电缆（coaxial cable）和光纤。
① 明线
明线是指平行架设在电线杆上的架空线路。它本身是导电裸线或带绝缘层的导线。虽然它的传输损耗低，但是由于易受天气和环境的影响，对外界噪声干扰比较敏感，已经逐渐被电缆取代。
② 对称电缆
电缆有两类，即对称电缆和同轴电缆。对称电缆是由若干对叫做芯线的双导线放在一根保护套内制成的，为了较小每对导线之间的干扰，每一对导线都做成扭绞形状，称为双绞线，同一根电缆中的各对线之间也按照一定的规律扭绞在一起，在电信网中，通常一根对称电缆中有25对双绞线，对称电缆的芯线直径在0.4mm~1.4mm，损耗比较大，但是性能比较稳定。对称电缆在有线电话网中广泛应用于用户接入电路，每个用户电话都是通过一对双绞线连接到电话交换机，通常采用的是22~26号线规的双绞线。双绞线在计算机局域网中也得到了广泛的应用，Ethernet中使用的超五类线就是由四对双绞线组成的。
③ 同轴电缆
同轴电缆是由内外两层同心圆柱体构成，在这两根导体之间用绝缘体隔离开。内导体多为实心导线，外导体是一根空心导电管或金属编织网，在外导体外面有一层绝缘保护层，在内外导体之间可以填充实心介质材料火绝缘支架，起到支撑和绝缘的作用。由于外导体通常接地，因此能够起到很好的屏蔽作用。随着光纤的广泛应用，远距离传输信号的干线线路多采用光纤替代同轴电缆，在有线电视广播（CATV：Cable Television）中还广泛地采用同轴电缆为用户提供电视信号，另外在很多程控电话交换机中PCM群路信号仍然采用同轴电缆传输信号，同轴电缆也作为通信设备内部中频和射频部分经常使用传输的介质，如连接无线通信收发设备和天线之间的馈线。
④ 光纤
传输光信号的有线信道是光导纤维，简称光纤。光纤是由华裔科学家高锟（Charles Kuen）发明的，他被认为是“光纤之父”。在1970年美国康宁（Corning）公司制造出了世界上第一根实用化的光纤，随着加工制造工艺的不断提高，光纤的衰减不断下降，世界各国干线传输网络主要是由光纤构成的。
光纤中光信号的传输是基于全反射原理，光纤可以分为多模光纤（MMF：Multi-Mode Fiber）和单模光纤（SMF：Single Mode Fiber），单模光纤中光信号具有多种传播模式，而单模光纤中只有一种传播模式。光纤的信号光源可以有发光二极管（LED：Light-Emitted Dioxide）和激光。实际应用中使用的光波长主要在1.31 和1.55 两个低损耗的波长窗口内，如Ethernet网中的1000Base-LX物理接口采用1.31 波长的光信号。计算机局域网中也出现了850nm波长的信号光源，如Ethernet网中的1000Base-SX物理接口就采用这样的光源。LED光源光谱纯度低，不同波长的光信号在光纤中传播速度不同，因此随着距离的增加，光信号传播会发生色散，造成信号的失真，限制了光纤传输的距离，因此对于长距离的传输，每隔一段距离都需要对信号进行中继。单模光纤的色散要比多模光纤要小得多（在多模光纤中还存
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在模式色散），因而无中继传输距离更长，采用光谱纯度高的激光源传输时引起的色散则更小。
3.3 通信信道特性
(一)时延扩展和相干带宽:
在移动通信中，由于多径效应的存在，使得接收端收到的信号与实际发送的信号相比在时间上被拉长了，这种现象称为时延扩展。在数字通信中，由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到相邻码元周期中而引起码间串扰。解决码元串扰的方法就是使码元周期大于时延扩展。
与时延扩展有关的一个重要的概念就是相干带宽。当在移动通信中存在两个频率间隔较小的衰落信号时，由于不同传播时延的存在，使得原来不相干的这两个信号变得相干起来。使此种情况发生的频率间隔被称为相干带宽（B）,它取决与时延扩展。
(二)信道衰落
根据发送信号与信道变化快慢程度的比较，信道可以分为快衰落信道和慢衰落信道。快衰落信道是指信道冲击响应在符号周期内变化很快，即信道的相干时间比发送信号的信号周期要短。快衰落仅与由运动引起的信道变化率有关，实际上，它仅发生在数据率非常低的情况下。慢衰落信道是指信道冲击响应变化率比发送的基带信号S(t)变化率低得多，因此可以假设在一个或若干个带宽倒数间隔内，信道均为静态信道。对频域来说，慢衰落意味着信道的多普勒扩展要比基带信号的带宽小得多。显然，信号经历的是快衰落还是慢衰落取决于移动站的速度（或信道路径中物体的移动速度）和基带信号的发送速率。
根据相干带宽和信号带宽的比较，信道可以分为平坦衰落和频率选择性衰落。所谓
平坦衰落是指当信号带宽远小于信道的相干带宽时，信号通过该信道后各频率分量的变化是一致的，信号波形没有失真，也没有发生码间串扰。而当信号带宽大于信道相干带宽时，该信号中不同的频率分量在经过信道后遭受的衰落程度是不一样的，这就导致了信号波形失真，造成码间串扰，此时的衰落称为频率选择性衰落。不同的衰落类型之间的关系如图3-3所示。
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