三跳微波电路电波衰落调研报告.docx

三跳微波电路电波衰落调研报告 一、*微波干线简介 *微波系统是*局防汛和日常工作中最重要的微 波干线，也是海委直管大型水库*水库对外唯一通信电路。 该系统于 1995 年由中日两国政府合作建设完成，站点包括 *、祝官屯、临清、馆陶、*县、*、*、*8 个站，干线 全长 288 公里。以该干线为传输中枢，建立起了漳河、卫 运河流域较为完善的防汛通信系统。下图为该干线的地理 位置图： 该干线自建成使用以来，在*局的防汛和日常工作中 发挥着重要作用，尤其在“96.8”洪水中发挥了不可替代 的作用，为抗洪救灾取得胜利提供了可靠保障，并得到部 委的表扬。事实证明，该干线已经成为*局防汛抢险的神 经线。 根据原信息产业部关于调整 1-30GHz 数字微波接力 通信系统容量系列及射频波道配置的通知规定，该系统 使用频段已收回另行分配，自 XX 年 1 月 1 日起将失去干扰 保护，并且不得对新业务台站产生干扰。因此，*局自 XX 年 12 月起对该干线分期进行了改造。改造后的微波工作频 段为 8G，容量为 155M, *祝官屯临清馆陶*县 4 跳微波采用 1+1 设备配置，天线采用空间分集；*县 *及*三跳微波由于资金限制，采用 1+0 配置， 天线未采用空间分集。 系统建成投入使用后，运行基本稳定，更高的传输带 宽为*局的语音、数据、视频等各项业务的开展提供了极 大的便利。但根据几年来的实际运行效果来看，*县 *及*三跳微波线路中断率明显较多，对*水库、 *局及漳河上游管理局的专网通信有较大影响。因此，有 必要对这三跳微波电路的电波衰落情况进行调查，对引起 电路中断的各种原因进行分析，以期找出相应的对策。 二、衰落的定义及分类 微波在空间传输中将受到大气效应和地面效应的影响， 导致接收机接收的电平随着时间的变化而不断起伏变化， 这种现象就是衰落。 无线信道中电波的传播不是单一路径，而是直射波和 许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径 的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也 就是各信号的时延不同，相位也就不同。不同相位的多个 信号在接收端迭加，有时迭加而加强，有时迭加而减弱。 这样，接收信号的幅度将急剧变化。这种衰落是由多种路 径引起的，所以称为多径衰落。 衰落的大小与气候条件， 站距的长短有关。衰落的时间长短不一，程度不一。 衰落根据其频率特性又可以分为二类：非频率选择性 衰落和频率选择性衰落。 衰落影响：接收电平降低，无法保证正常通信；接收 波形畸变，产生严重的误码；传播延时变化，破坏与时延 有关的同步。 从衰落的物理因素来看，可以分成以下几种类型： K 型衰落 这是由于多径传输产生的干涉型衰落，它是由直射波 和反射波在到达接收端时，由于行程差，使它们的相位不 一样，在叠加时产生的电波衰落。由于这种衰落与行程差 r 有关，而 r 是随大气的折射参数 K 值的变化而变化 的，故称为 K 型衰落。这种衰落在水面，湖泊，平滑的地 面时显得特别严重。 波导型衰落 由于气象的影响，大气层中会形成不均匀的结构，当 电磁波通过这些不均匀层时将产生超折射现象，称为大气 波导传播。若微波射线通过大气波导，而收，发两点在波 导层外，则接收点的电场强度除了有直线波和地面反射波 以外，还有“波导层”以外的反射波，形成严重的干扰型 衰落，造成通信的中断。 一般认为 K 型衰落持续时间相对较短，衰落程度较浅， 且变化快，很少能够中断通信；而波导型衰落持续时间长， 衰落程度深，极易造成通信长时间中断。 闪烁衰落 对流层中的大气湍流形成的不均匀的块式层状物使介 电系数 与周围的不同，当微波射线射到上面时，将使电 波向周围辐射，形成对流层散射。此时接收点也可以接收 到多径传来的这种散射波，它们的振幅和相位是随机的， 这就使接收点的场强的振幅发生变化，称之为闪烁衰落。 这种衰落持续时间短，电平变化小，一般不会造成通信的 中断。 三、*县*等三跳微波电路衰落调查 3.1 衰落情况测试及观察 从微波系统及语音交换机的网管系统的运行记录来看， *水库及*局交换机与*局中心交换机的 2M 连接有时会快 速中断，然后自行恢复，而临清局的交换机则基本无中断 现象。因此需要对各段电路的误码性能进行测试分析，找 出误码率较高的传输区段。嫌疑最大的就是那三跳无空间 分集的线路。于是，在*中心站机房架设误码仪，对* *县段及*段同时进行长时间误码测试，结果表明： *县段传输质量非常好，而*段则出现了较高的 误码率，这就说明了*县*段的传输质量不太理想。用 同样的方法也证明了*县*段存在同样问题。因此需要 对以上三跳微波电路进行进一步的误码测试。于是把误码 仪安装到*站，对*县、*、*三跳微波逐 一进行误码测试，七天的测试结果如下： *县段误码测试结果 *段误码测试结果 *段误码测试结果 从以上测试结果可以看出：三跳微波传输质量皆不理 想，衰落往往能导致系统中断，而尤以*段为甚。 通过微波网管系统得到的接收电平可以更直观地对衰 落情况进行观察。以下就是抽取的比较典型的各段电路传 输衰落时的接收电平曲线： *县段衰落时的接收电平曲线图 *段衰落时的接收电平曲线图 *段衰落时的接收电平曲线图 微波系统接收机门限电平为-70dBm，从各个曲线图中 可以很直观地看到系统中断的情形。闪烁衰落的情形也有， 但由于电平浮动的幅度较小，对传输质量影响不大，在此 不予考虑。 3.2 实际传输路径调查 从 1/50000 地图可以看出：*县*二传输区段 的地形为平原，中间没有大的水面；而*段的传输断 面为 B 型和 C 型，传输距离较远，衰落的情况也最严重， 因此着重对此段传输路径进行了详细调查。 下图为该段传输路径实地勘察路线的示意图。 情况说明： 从*出发，沿电波传输路径进行勘察，路线确定的依 据为 1/50000 地图和 GPS。 从*至铁路，地形为平原，传输反射点为高速公路附 近，周围没有水面，但雨后可能会有积水）；离*28KM 处 有一孤立山丘，其海拔为 129 米，根据设计计算的余隙值， 此山丘的高度在 K 值变化时不足以引入传输损耗；再往前 直至*为起伏山丘。 在*站和*站的铁塔上沿传输方向用望远镜瞭望，没 有发现可能的阻挡物。 四、 衰落调查结论及应对措施 4.1 调查结论 三跳电路的反射点均在平原地带，在下雨及大面积灌 溉时容易导致 K 型衰落，造成电波的深衰落。在干旱的季 节会比较稳定，这也和实际情况基本吻合。 在晚 19：00 至次日晨 8：30，是极易形成大气波导的 时段，这时容易发生衰落时间较长、幅度较大的波导型衰 落。 由于本微波系统容量较大，传输信号的带宽较宽，容 易导致频率选择性衰落，这时的信号电平并没有大的起伏， 但信号频谱变形严重，导致误码增多，严重时也会引起传 输中断。 4.2 应对措施 一般地，应对衰落的主要措施有： 自适应均衡技术 所谓均衡就是接收端的均衡器产生与信道特性相反的 特性，用来抵消信道的时变多径传播特性引起的干扰。这 项技术在该微波系统中已应用，但不能有效抗拒程度较深 的衰落。 频率分集 用两个以上的频率同时传送一个信号，在接收端对不 同频率的信号进行合成，利用电磁波在不同频率下的不同 行程来减少或消除影响。但由于无线电主管部门给予该微 波线路仅一对频点，对于本套系统无法实施。 空间分集 在接收端架几副高度不同的天线，利用电磁波到达各 接收天线的不同行程来减少衰减。下图就是*祝官屯段 的分集接收对抗衰落的曲线图： 上图可以明显看到 1#和 2#接收系统在衰落发生时的保 护作用：1#天线接收信号衰落时，2#天线接收信号正常， 反之亦然，这样通过切换装置，系统的接收信号始终在门 限电平之上，维持系统运行的稳定性。这表明空间分集接 收对相位干扰型衰落是非常有效的，对于该套微波系统也 是可行的。 *、*、*、*县的铁塔均在 70 米以上，高度完全可 以满足分集天线的余隙要求。根据对三跳微波电路采用空 间分集后的电路传输指标计算及其他已分集区段的运行情 况，可以判定：只要计算好分集天线的高差，就能够有效 的消除衰落的影响，从而大大提高电路的稳定性，同时， 升级后的 1