海上移動平臺間無線通信分析

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【摘要】在實際應(yīng)用中，經(jīng)常需要在多個海上移動平臺之間構(gòu)建無線通信鏈路，完成平臺間數(shù)據(jù)的有效傳輸。本文從海上移動平臺間無線通信設(shè)備的安裝使用環(huán)境等方面入手，分析了通信中易出現(xiàn)的問題，針對問題給出了設(shè)備選型或設(shè)計規(guī)劃、使用等方面的建議，并簡單總結(jié)了故障處理方法。

【關(guān)鍵詞】海上移動平臺；無線通信；MIMO；頻譜分析

一、引言

在實際應(yīng)用中，經(jīng)常需要在多個移動平臺間構(gòu)建無線通信鏈路，完成平臺間數(shù)據(jù)的有效傳輸，但在設(shè)備選型或設(shè)計規(guī)劃中常常受岸上無線通信設(shè)備使用經(jīng)驗影響，實際設(shè)計規(guī)劃或選擇出來的設(shè)備，換個環(huán)境就“水土不服”，問題頻發(fā)，卻又常常讓人手足無措。針對這一系列現(xiàn)象，根據(jù)實際工作經(jīng)驗，給出使用規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備選型等方面的建議。

二、原因分析及選型、設(shè)計中的對應(yīng)措施

為什么陸上使用正常的設(shè)備，到了海上就“暈船”，無法完成既定的通信任務(wù)，分析原因不外乎電磁頻譜不兼容、超出作用距離、遮擋和硬件故障等幾個方面。

2.1電磁頻譜不兼容

海上移動平臺上無線設(shè)備使用常常存在安裝空間受限，用頻設(shè)備多，導(dǎo)致電磁環(huán)境復(fù)雜，相互間干擾問題時有發(fā)生。故電磁兼容性設(shè)計、驗證尤為重要，否則容易造成過多投入后，無法使用，造成資源浪費。各平臺間安裝無線用頻設(shè)備不同，隨著移動平臺移動，平臺間的電磁環(huán)境相互影響，會愈來愈復(fù)雜，底噪升高，造成無線通信設(shè)備接收信號信噪比降低，當(dāng)達(dá)不到鏈路儲備時，通信鏈路受到影響，會改變調(diào)制方式，降低速率，甚至中斷。為了避免這一問題的發(fā)生，首先，要嚴(yán)格電磁頻譜管理，設(shè)備用頻應(yīng)進(jìn)行頻譜審批，并接受相關(guān)頻譜管理部門的管理監(jiān)督，規(guī)范頻譜使用秩序；其次，在設(shè)備建設(shè)規(guī)劃初期，要進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計和測試、這一工作需要在擬安裝改型設(shè)備的所有平臺進(jìn)行，確保所有設(shè)備開機工作時，無相互干擾；第三，在設(shè)備選型上，要根據(jù)使用帶寬需求，盡可能選擇寬帶智能天線或MIMO天線系統(tǒng)，同時，要求設(shè)備具備電磁頻譜感知或測試功能，如果設(shè)備自身沒有這樣的功能，在設(shè)計上就要考慮增加頻譜分析儀，并適時監(jiān)測頻率使用情況，這樣就能夠及時了解擬用電磁頻段的用頻情況，為是否更改頻段，規(guī)避干擾提供參考依據(jù)。

2.2超出通信距離或遮擋

海上移動平臺一般天線安裝高度有限，受視距的影響，往往難以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。尤其是平臺間相互移動，鏈路環(huán)境不穩(wěn)定，常常造成通信不穩(wěn)定，甚至中斷。海上平臺大小不同，受海浪影響也不盡相同，平臺搖擺幅度過大，往往容易造成天線波束無法相互覆蓋，造成通信單向，時通時斷，甚至中斷。另外，受天線安裝位置限制，隨著平臺航向變化，原來通視的位置可能變得有了遮擋，這往往也是影響海上移動通信的重要因素。針對這一問題，首先，需選擇具備相應(yīng)增益的天線。由Bullintog近似計算公式Pr=Pt(h1h2/d2)2grgt可知，天線高度和天線增益對信號傳播的影響很大[1]。第二，應(yīng)根據(jù)帶寬、作用距離等需求的實際情況，進(jìn)行鏈路計算，計算天線高度需求，有條件的情況下，盡可能提高天線架高，確保即使平臺航向變化也不會因遮擋等原因影響天線波束，做到設(shè)備功率范圍內(nèi)通視。一般根據(jù)以下公式確定天線的架設(shè)高度：r(km)=4.12(sqr(h1)+sqr(h2))（考慮大氣折射效應(yīng)后）[2]式中r（單位為km）為傳輸距離，h1、h2（單位為m）分別為兩端天線的架設(shè)高度。第三，盡可能選擇高增益和寬波束的智能天線，天線賦形后增益提高以增加鏈路儲備，且保證平臺搖擺波束有效覆蓋，有條件的情況下，對于點對點通信可以考慮為定向天線增加伺服系統(tǒng)，確保天線指向穩(wěn)定，以保證較高的增益，穩(wěn)定鏈路儲備，提高通信可靠性。第四，設(shè)備技術(shù)指標(biāo)允許的情況下，設(shè)計中應(yīng)考慮在原有基礎(chǔ)上增加或采用更高指標(biāo)的低噪聲放大器，提高設(shè)備的電平儲備。

2.3硬件故障

海上移動平臺無線通信設(shè)備受安裝條件的影響，尤其是設(shè)備天饋系統(tǒng)中為了避雷、濾除干擾而串接了避雷器、濾波器等多接頭的無線通信系統(tǒng)，往往容易出現(xiàn)受海風(fēng)、鹽霧等影響出現(xiàn)接頭松動、被腐蝕等情況的發(fā)生，在完全中斷前，隨著平臺移動往往出現(xiàn)通信時通時斷的情況，造成通信鏈路不穩(wěn)定。針對這一問題，應(yīng)定期對連接纜線進(jìn)行檢查、檢測，對松動的接頭及時進(jìn)行緊固，對被腐蝕的接頭及時更換，定期對纜線進(jìn)行更換，確保室外天饋系統(tǒng)指標(biāo)正常，這一工作也可以定期使用天饋線測試儀進(jìn)行天饋系統(tǒng)指標(biāo)檢測，檢測天饋系統(tǒng)駐波比等參數(shù)并進(jìn)行比對，及時掌握設(shè)備天饋系統(tǒng)變化情況，以便及時采取更細(xì)致的檢查或處理措施。另外為了實時監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)，建議設(shè)備在設(shè)計論證時應(yīng)要求網(wǎng)管軟件具有設(shè)備狀態(tài)實時記錄、輸出功能，或通過在本平臺安裝頻譜分析儀的手段，定期采集設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)，建立設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，及時比對參數(shù)變化，以便于做出裝備性能是否下降或受影響的正確分析，及時進(jìn)行處理。

三、使用過程中的故障處理步驟

設(shè)備在海上移動平臺安裝使用過程中，尤其是臨時安裝設(shè)備使用中，應(yīng)時刻關(guān)注本端設(shè)備工作狀態(tài)變化，同時關(guān)注本平臺上其他用頻系統(tǒng)工作情況，一旦工作狀態(tài)有變化應(yīng)及時通報遠(yuǎn)端通信設(shè)備保障人員，以便于做到出現(xiàn)問題早發(fā)現(xiàn)早解決。一般易出現(xiàn)以下幾個方面的問題，此時，應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行分析解決。

3.1通信突然中斷

按以下順序進(jìn)行檢查，（1）看：查看設(shè)備工作情況，一看設(shè)備供電是否正常；二看設(shè)備互聯(lián)纜線連接是否正常；三看設(shè)備工作狀態(tài)指示是否正常；四看設(shè)備網(wǎng)管技術(shù)指標(biāo)是否正常。并結(jié)合觀察到的實際情況進(jìn)行技術(shù)分析，乃至用天饋線測試儀對天饋系統(tǒng)進(jìn)行檢查并做相應(yīng)的技術(shù)處理，流程詳見圖1所示。（2）問：一問航向情況和遠(yuǎn)端平臺的相對位置、航向，了解是否是由遮擋造成的通信中斷，弄清是本平臺遮擋還是遠(yuǎn)端平臺遮擋；二問遠(yuǎn)端平臺工作情況，了解是否是遠(yuǎn)端平臺供電、纜線或者狀態(tài)指示的其他故障造成的通信中斷；三問本平臺是否有大功率用頻設(shè)備開機工作，如果沒有則及時了解其他平臺相關(guān)用頻設(shè)備工作情況。（3）查：用頻譜儀檢查或設(shè)備內(nèi)置頻譜監(jiān)測功能查看所用頻段是否有底噪異常升高，導(dǎo)致設(shè)備接收電平異常升高，信噪比下降等情況，該步結(jié)合技術(shù)指標(biāo)檢查完成。如果是頻率干擾，通過步驟（2）及時排查干擾源，請示進(jìn)行進(jìn)一步處理。（4）換：在查明確實是頻率受到干擾造成通信中斷，通過頻譜分析是否有可用頻段，有的情況下，及時通報相關(guān)平臺設(shè)備更換頻率參數(shù)，重新建立通信鏈路。

3.2信噪比和接收電平有規(guī)律的變化且幅度較大

出現(xiàn)這種情況一般是天線故障或整個通信系統(tǒng)（設(shè)備-饋線-濾波器-饋線-天線）接頭處有松動或饋線有破損，導(dǎo)致信噪比和接收電平隨移動平臺晃動而變化較大，此時需檢查各接頭是否連接正常，用天饋線測試儀檢查整個天饋系統(tǒng)的故障位置，更換故障部件。

3.3信噪比和接收電平無規(guī)律的變化

確認(rèn)整個天饋系統(tǒng)無故障后，這種情況很有可能是有電磁干擾，用頻譜儀或天饋線測試儀的頻譜監(jiān)測功能，通過頻譜分析是否有可用頻段，在確認(rèn)有可用頻段的情況下，應(yīng)及時通報相關(guān)平臺設(shè)備更換頻率參數(shù)，重新建立通信鏈路。使用頻譜儀或天饋線測試儀的頻譜監(jiān)測功能時，最好把設(shè)備關(guān)機，這樣能更清晰、迅速地查找到可用頻段。

四、結(jié)論

本文針對海上移動平臺間無線通信設(shè)備在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)“水土不服”的實際情況，對其出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析，并給出使用規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備選型等方面的建議，最后結(jié)合筆者經(jīng)驗，總結(jié)了易出現(xiàn)的故障及相應(yīng)的處理措施，對提高海上移動平臺間無線通信的穩(wěn)定性提供了幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]董保明,賈振強.無線電臺天線駐波比淺析[J].中國無線電,2007(6):43-44

[2]翁木云,張其星,等.頻譜管理與檢測[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009:45

作者：曹亮杰 張巍 單位：91245部隊60分隊