数字微波在空管系统的应用和非视距微波 通信系统技术研究

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热度0票  浏览139次 时间：2020年4月09日 15:51

刘 强

（民航华北空管局设备维修中心雷达维修室 100621 ）摘 要：微波传输技术是成熟可靠通信传输技术，早在光纤发明之前已广泛应用在国家的干线传输网和专用网络中。大容量 光纤技术的发展使其在干线骨干网和接入网中得到了广泛应用，而传统微波的有限容量限制了其在传输领域的应用。然而，随着微波技术的快速 IP 化，其传输吞吐量也提高到了 Gbps 级别，加之设备的小型化以及其独立于运营商网络之外的专业化，使得微波在各各领域的应用也得到了大力发展，使其成为光纤传输之外的重要传输手段。随着无线网络建设的深入，会在现有基础上增加小基站层次。在纷繁的都市环境中，更高密度的无线接入网络为微波回传技术带来新的挑战。在密集城区环境中，站点间无法保证一直满足可视距传输条件。

关键词：微波传输；反射；电磁波

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前言：

本研究课题首先概述了数字微波在空管系统的应用，然后进一步研究在链路不可视条件下微波通信技术的进展和应用前景，不可视条件下微波技术的传播特性，相关测试试验数据，部署模型分析，频率对不可视条件下微波技术应用的影响，业界进展和技术前瞻等。

1 微波技术在空中交通管理中应用场景

1.1 场景一：雷达信号， VHF 及监控信号的传输

2008 年奥运会前夕，华北空管局的百花山雷达站 雷达信息，VHF 和监控信息传输至 86 公里之外的区域管制中心， 86 公里的超长距离传输对于正常 40 公里左右的微波传输是个巨大挑战，而且链路电磁环境跨越整个北京城区和顺义区，电磁环境复杂，使用一对 7GHz 频点且无需加入中继站而增加投资。系统可靠传输了雷达信号， VHF 信号和监控网管信号，运行八年来状态良好。

1.2 场景二：空管系统重要节点间的微波传输保障了传输链路的可靠性

作为独立于运营商之外的专有无线微波传输方式，可以组成语音数据网络的专用传输手段。专有语音数据网承载了航空报文，航空雷达，甚高频陆空通话，管制电话，气象，情报信息等业务。随着网络的运行，航空报文（ AFTN/SITA ），甚高频，管制电话和雷达信号的传输都是空中交通管理网的主要服务对象，网络可靠性要求很高。

1.3 场景三：将无线链路作为光纤闭环使用

应用光纤环路可以是提高传输可靠性的有效手段，然而由于地理环境的限制，如跨越河流或高山，光纤网络无法组成闭环网络；而快速实施安装简便的微波链路可以克服地理环境的限制，将微波链路作为光纤环路的一部分，因而提高了传输网络的可靠性。

2 不可视条件的模型分析

所有的电波当遭遇障碍物时都会发生改变，不可视条件一般分为衍射、反射和透射和三种模型，如下图 4 所示。任何不可视条件下微波技术的传播场景可以是其中一种或多种传播现象以及多次数量上的组合。

2.1 衍射

图左边第一张图片给出了衍射的场景。当电磁波触及一座建筑物的边缘时，衍射就已经发生。此现象常被描述为信号被弯曲。

电磁波的能量被分散到与建筑物边缘垂直的平面。此时，能量的损失是与弯曲尖锐度及电波频率成比例对应的。

2.2 反射

图中间给出了反射的场景。电磁波从某一介质，触及到另一种均匀介质表面如建筑物平面上时，可同时发生向两种介质中传播。

向前一种介质中传播的是反射波，向第二种介质中传播的是折射波。由于通常从自由空间向某一建筑介质的方向，根据微波实际应用的情况，主要涉及反射的场景。在实际应用中需要根据介质材料，波长，能量等的不同得到不同的微波反射传播特性。同时在反射中，尤其是随机的多径反射，可使用宽束天线。 找到精确的入射角度是工程实施的关键所在。

2.3 透射

图最右给出了透射的场景。当电磁波通过全部或者部分阻碍视线的对象，如树丛等，将发生透射。透射产生的路径损耗，频率的影响较小，而阻挡物的厚度、材质以及类型将对穿透量产生主要影响。薄的非金属物质，例如稀疏的树叶。非视距微波在现实场景，如街边的部署，如应对生长及摇动树木产生的衰耗。

3 业界进展和技术前瞻

不可视条件下的非视距微波传输，已在应急通信中得到少量应用，但由于缺乏理论和实施的指导在山区和岛屿等特殊地理场景，非视距微波需求大量存在，但少有应用。国内微波设备主流厂家已能够提出相关应用。可以预见的是不可视条件下的非视距微波会在不久的将来得到广泛应用。

爱立信公司在 Ericsson Review 发表的《小站的非视距传输》一文中进行的相关研究表明，短距非视距传输可以应用单个反射点，衍射角度在 30 度以内，稀疏的树木或相近场景可以透射传输。