关于改善海上微波通信传输衰落的研究

戚晓晶 张野

（91550部队，辽宁 大连 116000）

微波是指频率从300MHz到300GHz范围内的电磁波。微波通信是利用分米波、厘米波和毫米波的无线电波作为载波载送信号的通信方式。微波通信按其传送信号可分为模拟微波通信和数字微波通信。近些年来，随着大容量的准同步数字系列(PDH)数字微波传输系统和具有全球统一标准接口的同步数字系列(SDH)微波通信系统的迅猛发展，使得微波通信的发展进入了一个崭新的高度。

1 微波通信的特点

微波传输是指在地球表面、大气层和宇宙空间中的传播过程。因此微波通信具有以下几个特点：(1)中继性：由于微波是以直射波形式在视距内传播的，其传输易受地形、地貌和大气层影响，所以微波通信传输是采取中继接力的方式；(2)微波天线可获得高增益和强方向性：当微波天线口径一定时，波长越短，其天线增益就越大，一般天线增益都在40dB以上；（3）宽频段：微波频段很宽，可以传送综合业务信息；(4)架设便捷：相对于传统的电缆、光缆通信，微波通信更适合海上的通信和综合业务信息的传输，因为微波通信不需要铺设线路，所以建设速度快、灵活性大。

2 微波电路传输指标

在实际应用中，电路传播余隙、衰落储备和衰落中断率是衡量微波通信链路质量的主要3个指标。

电路传播余隙满足要求，说明2个微波站之间没有阻挡，视距上能够直通。衰落储备电平满足要求，说明2个微波站之间的距离够近，收发信机有足够的电平能量对信号进行发射和接收。图1描述了衰落储备的含义。(GTX和GRX分别为微波站发射和接收端)

图1 衰落储备示意图

衰落中断率满足要求，说明其数字微波电路的传输误码率满足要求。但在跨海微波电路设计中，根据惠更斯原理，接收点的场强是直射波与海面反射波的叠加，由于海面具有较高的反射系数，除了以上3个指标外，还应重点考虑海面波反射效应对传输质量的影响。

3 影响微波通信传输的主要因素

3.1 大气层对微波传输的影响

微波接力通信是采用空间波传输的，而且是在距地面5km以下的对流层实现传输的，因此，收信电平受到对流层的影响非常大。波长小于2cm的微波波段，气体分子谐振易引起气体对电磁波能量的吸收；波长小于5cm的微波波段，由于雨、雾、雪等恶劣天气的影响，电磁波产生散射易造成能量的损耗。另外，由于大气层中不均匀气体的位置、形状随机变化，造成折射波、散射波与直射波之间在行程差上存在随机变化，进而使接收点上会呈现电磁波振幅和相位的大幅度起伏变化，造成微波传输的多径衰落。

3.2 反射波对微波传输的影响

不同的地形条件决定了微波的反射系数及电平损耗是不同的。需要指出的是：当微波传输路径上有刀刃形的障碍物（或山峰）阻挡时，如果障碍物的尖峰恰好落在两个相邻的微波站的收信天线与发信天线的连线上，微波传输会增加6dB的电平衰耗；当障碍物的尖峰超出连线时，则电平衰耗将增加得更快。所以在实际应用中要尽量避免出现这种情况，但解决的办法是可以通过改变微波传输线路或增高天线来改变传输特性。

3.3 多径衰落对微波传输的影响

大容量微波通信由于所占用的频带较宽，经多径传输后，各频率分量在空间的衰减程度上有很大差异，造成合成信号幅度和相位的大幅度失真，从而产生频率选择性衰落。随着大容量数字微波通信在通信领域的使用，数字微波通信经多径传输后，衰落情况非常严重。

4 改善微波通信传输衰落的措施

微波通信传输由于受海上舰艇的主桅高度的限制，不可能采取天线的高低差技术将反射点移出海面。所以为了更好地克服海面波反射效应以达到最佳的传输效果，可以采用如下技术来改善微波传输。

4.1 自适应均衡技术

数字微波通信系统由于占用了更宽的频带，当发生衰落时，其通带内的振幅特性是时刻变化的，为了使其能自动平坦化，就必须使用能自适应时间特性变化的自适应均衡器。用于对抗衰落的自适应均衡器可分为两类：频域自适应均衡器。即用可变谐振器对幅频特性的一次和二次特性进行补偿；时域自适应均衡器。当引起电路衰落的两个波的时延非常大，以致于在所需频带内产生两个凹点时，只有一个谐振电路的均衡器就不能补偿这样的频率特性，可采用时域自适应均衡器进行补偿。在实际电路中，往往同时采用频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，以最大限度地提高电路的抗衰落能力。

4.2 分集技术

所谓分集，是在发射端用不同信道方式(时间、频率、空间)发送携带同一信息的多个信号，由于各信道有不同的衰落特性，接收端收到这些信号后，对这些信号进行合并处理，减少各种衰落对接收信号的影响，从而正确地恢复原来的信号。分集接收效果的良好与否，决定于两种信号衰落的相关程度，可以用相关系数表示。相关系数越小，则分集接收的效果越好；相关系数越大，则分集接收的效果越差。分集技术的优点在于能提高系统性能而不需增加发射机功率和系统带宽。分集主要有空间分集、频率分集和时间分集三种方式。时间分集是指将同一信号在不同的时隙重发，要求若干时隙之间相互独立。频率分集是指将待发送的信息调制到不同的载波频率上，只要载波频率间隔大于相关带宽，就可实现频率分集。但是考虑到对现有海上微波通信系统进行分集技术改造的成本和程量，所以为了能在较小投入下更好地改善系统的传输衰落，我们会选择运用空间分集技术。空间分集可分为接收分集、发射分集。接收分集是在收端用多个天线接收，接收机通过适当的合并方式恢复信号；发射分集是在发射端用多个天线发送信号。

4.3 智能天线技术

智能天线技术定义为：具有波束形成能力的天线阵列，可以形成特定的天线波束，实现定向发送和接收。智能天线可以利用信号的空间特征分开用户信号、多径干扰信号。智能天线分为自适应天线、切换波束天线。自适应天线阵可以自适应地识别用户信号到达的方向，通过反馈控制方式连续调整自身方向图，而切换波束天线则是预先确定多个固定波束，随着接收端移动，发射端选择使接收信号最强的波束。在工程实测中，某型海上微波通信系统采用智能天线后传输信号更加稳定，质量有很大的改善。

结束语

本文通过研究海上微波通信的电路，分析并计算了影响微波传输特性的三个重要指标：电路传播传播余隙、衰落储备和衰落中断率。由此可以得出影响海上微波通信衰落中断的主要原因在于海面波的反射效应，并提出改善海上微波传输能力的几个有效措施，这对于提高海上通信与勤务保障能力起到至关重要的作用。

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