三跳微波电路电波衰落调研报告

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20xx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（其中前三个站位于**省，后5个站位于河北省），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》（信部无[20xx]705号）规定，该系统使用频段已收回另行分配，自20xx年xx月xx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20xx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（方向相同），有时迭加而减弱（方向相反）。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（又称平衰落）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：

（1）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δr 有关，而δr 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。

（2）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。

（3）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ε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（36.5公里），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（19.6公里处）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（65米），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：

（1）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。

（2）频率分集（fd）

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。

（3）空间分集（sd）

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+1设备配置对设备故障判定和故障处理，会更加准确和容易，增加系统运行的可靠性。

总之：针对**县—**—岳成、**—**三跳微波时有中断问题，我们进行了长时间的调查分析，其中做了路由地面的调查、仪器测试、与通讯质量好的区段比较以及计算分析等方法，找准了主要原因，同时调查分析了解决问题的主要方法。认为：增加上述三跳站微波设备至1+1是解决问题的最好途径。