市区微波传输被高楼阻挡的思考及解决方法

黄 鹂

(山西广播电视局无线管理中心太原微波站，山西 太原 030001)

微波传输站是广播电视节目传输的最后一个环节，通常广播电视节目在电视台或者电台播控机房播出后，要通过无线微波传输的方式传送到各个高山台站用于电视及广播节目的无线发射，用户通过无线接收的方式收看收听电视及广播节目。由于高山台站一般位于海拔1千多米或者更高的山上，用光缆传送的方式不切实际，只能用微波中继的方式，逐级传输到全省各个高山台站用于广播电视节目的发射和传播。微波作为我国目前广播电视信号传输的主要手段之一，对传递党的声音、丰富人民精神生活提供了很好的保障。由于微波传输是面对面视距传输，近几年，随着城市建设速度的迅猛发展和城区规模的不断扩大，城市的高层建设如雨后春笋拔地而起，城市建设中高层建筑物的大量建设也给微波传输带来了诸多困难，因城市高层建筑阻挡微波接力电路传输时有发生，造成广播电视传输信号质量下降甚至中断。微波接力传输空间通道受到严重威胁，因此，微波传输通道与城市建设速度的矛盾日益突出，如何妥善处理微波通信和城市建设之间的矛盾、保障二者协调发展，已是迫在眉睫的事情了。

1 我省微波首站的传输现状

我省微波首站地处太原市市中心的广电大楼12层，大楼楼高48 m(海拔780 m)，天线放置在12层楼顶平台，太原市20世纪80年代的城市总体规划中，对微波通道的保护还未提到议事日程。因太原市的地形为两山(东山、西山)夹一河(汾河)，而位于两山之间是城市建筑物(住宅大多为5-6层的建筑，公建超过10层的也很少)，而1982年建成的12层高的省广播电视大楼是当时太原第一高楼，在当时是太原市标志性建筑，太原微波站通过微波把广播电视信号传输到我省228发射台，228台建在太原西山最高峰庙前山上(海拔1 865 m，距太原微波站直线距离18 km)，广播电视信号传输非常畅通，微波传输在城市上空不受任何阻挡而顺利通过，电路质量十分理想。当时不会影响到微波的传输，也就无需通道保护。而现在，省广播电视大楼周围高楼林立，几乎处于包围之中，已淹没在众多大厦中不见踪影。使得微波通道保护和高层建筑之间的矛盾问题明显的摆在我们面前，因此微波传输通道的保护己迫在眉睫。

2 高层建筑阻挡太原微波站微波通道的事故教训

微波传输是视距传输，微波传输的通道在空中，人眼看不到无线电波，微波传输系统是点对点的直线传输，发射天线和接收天线要在可视范围内，中间不能有建筑物阻挡，因而在没有城市精准定位的情况下，很难提前控制建筑物阻挡的事故，2014年9月在建设的离太原微波站直线距离约500 m，位于迎泽桥东的32层省委宿舍楼，正好处于微波传输通道的中间，当盖到20层时阻挡了去庙前山228发射台的微波信号，由于广播电视信号传输不能受影响，工程不得不暂停，协调时间长达数月，解决方法是在广电大楼楼顶建一铁塔，把微波天线抬高到距楼顶27 m处，解决了阻挡，省委宿舍楼得已完工。

2016年5月太原微波站微波信号再次被阻挡，在距太原微波站直线距离约800 m的迎泽桥西，由中海地产开发的52层住宅楼盖到46层时，又一次阻挡了太原微波站去西山庙前山228发射台的微波信号，工程停工，经太原市规划局协调，广电大楼铁塔再次抬高到距楼顶41 m处，阻挡问题再次得以解决。

3 解决太原站微波传输通道保护的想法

严格保护国家重要微波电路空中通道，准确定位，并纳入城乡规划管理要素。完善已建立的空中保护通道是广播电视微波传输的重要保证。当微波电路、路由与高层建筑发生冲突时，应执行管理部门的协调方案。遇到阻挡现象时，可考虑微波中转方式，尽量保留和改善原来微波传输通道，同时必须详细了解现状通道的准确位置并把它在城市坐标系统中定位。

太原微波站微波天线已提升到铁塔最高处，已无提升可能，如果微波信号被高楼再次阻挡，那只有另辟蹊径。

由于地球表面是一个球面，微波只能在视距范围内作直线传输。如果两个微波站点之间有障碍物阻挡，则需要在中间新增一个微波中继站，增加微波中继站首先看是否有合适的站点作中继传输，如果没有，则需要新建微波站点，这样做的成本是巨大的，需要综合考虑多方面的因素，包括机房建设、供电系统、交通及地理环境等各方面因素。因此，在微波传输过程中，适当的采用无源中继技术能有效的解决微波传输中的链路传输的阻挡。采用微波无源中继，不需要架设电力线，也不需要进行频繁的监测和维护工作，降低了建设成本，特别是在高楼林立的城市，无源中继站更显示出了独有的优越性,比常规的微波中继站的建设费用节省60%以上。无源中继站不同于一般的有源中继站，它是指不经过任何放大直接把接收到的微波信号转发到所需方向的站。

4 无源中继技术在微波传输中几种解决方案

常见的无源中继方式有反射型、折射型和绕射型3种。采用金属板网，使入射电波产生反射的方式是反射型接力方式；采用背靠背连接天线使电波折射的方式就是折射型接力方式；采用屏蔽型或透过型绕射网使电波绕射的方式是绕射型接力方式。

因为山西广电微波使用天线为卡塞格伦天线[1]，如果建无源中继，肯定使用的也是卡塞格伦天线。

在临近广电局1 km处的高层楼顶将两副卡塞格伦天线分别对准微波收发站，天线之间用波导管连接，使微波信号得以绕过高楼障碍物。由于卡塞格伦天线天馈源照射效率的限制，这种中继方式效率较低，增益有限，即使有二副3.2 m天线背靠背连接，在8 GHz频段增益也仅在9 dB，但太原微波站到228转播台直线距离为18 km，而微波发信机发信功率为33 dBm，完全能弥补增益低的缺陷。该种方式的优点是天线属现成产品，增益已知，传输链路计算容易，架设也较为方便。

5 太原微波站被高楼阻挡时解决方案

太原微波站到228台微波传输，两站直线距离18 km，电路中间有高楼阻挡，无法视通。通过采用卡塞格伦背靠背天线无源中继站的方式解决了链路阻挡问题，实现了整条电路的微波通信传输。

采用背靠背天线方式进行无源中继传输，对无源中继站的站址选择有两方面要求。

1) 无源中继站应尽量靠近两个有源站的其中一个站点，即两段电路之一要尽可能短。这样使得传输的两条链路段站距之和最小，两段电路的自由空间损耗也就最小，能更好的进行微波传输。根据工程经验，近端站距一般要求小于3 km，工程应用时站距常为1～2 km左右，能更好的保证链路传输质量。

2) 两面中继天线之间的转折角应在90°～160°之间。背靠背天线无源中继站只是直接将有源微波站的信号放大传输到另一个有源微波站，两面背靠背天线采用的是同一频率，如果背靠背天线的转折角太小或者太大，会使两端的有源微波站信号产生严重的干扰。

同时，无源中继站的通信方向近区应开阔，以免因附近障碍物引起的反射增加两天线之间的耦合而形成干扰。

太原微波站背靠背连接天线无源中继传输方式示意图如图1所示。

图1 太原微波站背靠背连接天线无源中继传输方式示意图

各参数说明如下：

d1—太原微波站到无源中继站的站距

d2—无源中继站到庙前山发射台的站距

L1—太原微波站到无源中继站的自由空间损耗

L2—无源中继站到庙前山发射台的自由空间损耗

Lcr——插入损耗，即背靠背天线之间的馈线及接头损耗(馈线长度通常按5 m考虑，综合考虑馈线及接头损耗后，Lcr通常按1 dB考虑)

Gt——发射端天线增益

Gr——接收端天线增益

G1r、G2r——无源中继站的天线增益

Pt—太原微波站发射功率(dBm)

Pr—228台接收电平(dBm)

f——微波电路使用的频率

发信机—收信机使用微波设备及电路各项参数如下：

微波设备：NEC SDH微波[2]设备；

设备配置：传输容量为155 MB，使用频率为8 GHz;

设备参数：发信功率为33 dBm，门限电平为-84 dBm；

太原微波站至无源中继站站距：1 km；

无源中继站至228台站距：17.5 km；

天线口径：采用4面3.2 m口径卡塞格伦天线，增益45.3 dB。

下面介绍背靠背天线方式无源中继站的链路传输计算方法。

自由空间损耗[3]：

L1=92.4+20lg8+20lg1=110.46 dB

L2=92.4+20lg8+20lg17.5=135.32 dB

L=L1+L2+Lcr-G1r-G2r

=110.46+135.32+1-45.3-45.3=156.18 dB

接收电平：

Pr=Pt-L1-L2-Lcr+Gt+Gr+G1r+G2r

=33-110.46-135.32-1+45.3+45.3+45.3+45.3

=32.58

电平衰落储备=接收电平-收信机门限电平

=32.58-(84)

=51.43 dB

实际链路传输过程中的路径损耗约有2～3 dB，即电路调测的接收电平比理论值低2～3 dB，因此，该条微波无源中继电路的电平衰落储备约为48 dB左右，满足微波传输要求。

6 结论

将无源中继技术应用到微波传输中，可以在很大程度上减少工程造价，避免信号不稳定现象出现，并且使广播电视信号的传播更加稳定，是改善微波技术传输缺陷的一种有效手段，并且在实践过程中取得了不错效果。

[1] 姚彥，梅顺良，高葆新，等.数字微波中继通信工程[M].北京：人民邮电出版社，1993.

[2] 方兴，杜啸岚，苏勇.卫星数字传输与微波技术[M].北京：中国广播电视出版社，2005.

[3] 车晴，张文杰，王京玲.数字卫星广播与微波技术[M].北京：中国广播电视出版社，2003.