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海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)線通信分析

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海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)線通信分析

【摘要】在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)常需要在多個(gè)海上移動(dòng)平臺(tái)之間構(gòu)建無(wú)線通信鏈路,完成平臺(tái)間數(shù)據(jù)的有效傳輸。本文從海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)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(wèn)題,針對(duì)問(wèn)題給出了設(shè)備選型或設(shè)計(jì)規(guī)劃、使用等方面的建議,并簡(jiǎn)單總結(jié)了故障處理方法。

【關(guān)鍵詞】海上移動(dòng)平臺(tái);無(wú)線通信;MIMO;頻譜分析

一、引言

在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)常需要在多個(gè)移動(dòng)平臺(tái)間構(gòu)建無(wú)線通信鏈路,完成平臺(tái)間數(shù)據(jù)的有效傳輸,但在設(shè)備選型或設(shè)計(jì)規(guī)劃中常常受岸上無(wú)線通信設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)影響,實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)劃或選擇出來(lái)的設(shè)備,換個(gè)環(huán)境就“水土不服”,問(wèn)題頻發(fā),卻又常常讓人手足無(wú)措。針對(duì)這一系列現(xiàn)象,根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),給出使用規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等方面的建議。

二、原因分析及選型、設(shè)計(jì)中的對(duì)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(wú)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(gè)方面。

2.1電磁頻譜不兼容

海上移動(dòng)平臺(tái)上無(wú)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(wèn)題時(shí)有發(fā)生。故電磁兼容性設(shè)計(jì)、驗(yàn)證尤為重要,否則容易造成過(guò)多投入后,無(wú)法使用,造成資源浪費(fèi)。各平臺(tái)間安裝無(wú)線用頻設(shè)備不同,隨著移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng),平臺(tái)間的電磁環(huán)境相互影響,會(huì)愈來(lái)愈復(fù)雜,底噪升高,造成無(wú)線通信設(shè)備接收信號(hào)信噪比降低,當(dāng)達(dá)不到鏈路儲(chǔ)備時(shí),通信鏈路受到影響,會(huì)改變調(diào)制方式,降低速率,甚至中斷。為了避免這一問(wèn)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(jì)和測(cè)試、這一工作需要在擬安裝改型設(shè)備的所有平臺(tái)進(jìn)行,確保所有設(shè)備開(kāi)機(jī)工作時(shí),無(wú)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(shí),要求設(shè)備具備電磁頻譜感知或測(cè)試功能,如果設(shè)備自身沒(méi)有這樣的功能,在設(shè)計(jì)上就要考慮增加頻譜分析儀,并適時(shí)監(jiān)測(cè)頻率使用情況,這樣就能夠及時(shí)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(dòng)平臺(tái)一般天線安裝高度有限,受視距的影響,往往難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。尤其是平臺(tái)間相互移動(dòng),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(tái)大小不同,受海浪影響也不盡相同,平臺(tái)搖擺幅度過(guò)大,往往容易造成天線波束無(wú)法相互覆蓋,造成通信單向,時(shí)通時(shí)斷,甚至中斷。另外,受天線安裝位置限制,隨著平臺(tái)航向變化,原來(lái)通視的位置可能變得有了遮擋,這往往也是影響海上移動(dòng)通信的重要因素。針對(duì)這一問(wèn)題,首先,需選擇具備相應(yīng)增益的天線。由Bullintog近似計(jì)算公式Pr=Pt(h1h2/d2)2grgt可知,天線高度和天線增益對(duì)信號(hào)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(shí)際情況,進(jìn)行鏈路計(jì)算,計(jì)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(tái)航向變化也不會(huì)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(chǔ)備,且保證平臺(tái)搖擺波束有效覆蓋,有條件的情況下,對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(chǔ)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(jì)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(chǔ)備。

2.3硬件故障

海上移動(dòng)平臺(tái)無(wú)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(wú)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(dòng)、被腐蝕等情況的發(fā)生,在完全中斷前,隨著平臺(tái)移動(dòng)往往出現(xiàn)通信時(shí)通時(shí)斷的情況,造成通信鏈路不穩(wěn)定。針對(duì)這一問(wèn)題,應(yīng)定期對(duì)連接纜線進(jìn)行檢查、檢測(cè),對(duì)松動(dòng)的接頭及時(shí)進(jìn)行緊固,對(duì)被腐蝕的接頭及時(shí)更換,定期對(duì)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(cè)試儀進(jìn)行天饋系統(tǒng)指標(biāo)檢測(cè),檢測(cè)天饋系統(tǒng)駐波比等參數(shù)并進(jìn)行比對(duì),及時(shí)掌握設(shè)備天饋系統(tǒng)變化情況,以便及時(shí)采取更細(xì)致的檢查或處理措施。另外為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài),建議設(shè)備在設(shè)計(jì)論證時(shí)應(yīng)要求網(wǎng)管軟件具有設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)記錄、輸出功能,或通過(guò)在本平臺(tái)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(kù),及時(shí)比對(duì)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(shí)進(jìn)行處理。

三、使用過(guò)程中的故障處理步驟

設(shè)備在海上移動(dòng)平臺(tái)安裝使用過(guò)程中,尤其是臨時(shí)安裝設(shè)備使用中,應(yīng)時(shí)刻關(guān)注本端設(shè)備工作狀態(tài)變化,同時(shí)關(guān)注本平臺(tái)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(shí)通報(bào)遠(yuǎn)端通信設(shè)備保障人員,以便于做到出現(xiàn)問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)早解決。一般易出現(xiàn)以下幾個(gè)方面的問(wèn)題,此時(shí),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(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)分析,乃至用天饋線測(cè)試儀對(duì)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(jiàn)圖1所示。(2)問(wèn):一問(wèn)航向情況和遠(yuǎn)端平臺(tái)的相對(duì)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(tái)遮擋還是遠(yuǎn)端平臺(tái)遮擋;二問(wèn)遠(yuǎn)端平臺(tái)工作情況,了解是否是遠(yuǎn)端平臺(tái)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(wèn)本平臺(tái)是否有大功率用頻設(shè)備開(kāi)機(jī)工作,如果沒(méi)有則及時(shí)了解其他平臺(tái)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(cè)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(guò)步驟(2)及時(shí)排查干擾源,請(qǐng)示進(jìn)行進(jìn)一步處理。(4)換:在查明確實(shí)是頻率受到干擾造成通信中斷,通過(guò)頻譜分析是否有可用頻段,有的情況下,及時(shí)通報(bào)相關(guān)平臺(tái)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(gè)通信系統(tǒng)(設(shè)備-饋線-濾波器-饋線-天線)接頭處有松動(dòng)或饋線有破損,導(dǎo)致信噪比和接收電平隨移動(dòng)平臺(tái)晃動(dòng)而變化較大,此時(shí)需檢查各接頭是否連接正常,用天饋線測(cè)試儀檢查整個(gè)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(wú)規(guī)律的變化

確認(rèn)整個(gè)天饋系統(tǒng)無(wú)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(cè)試儀的頻譜監(jiān)測(cè)功能,通過(guò)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(shí)通報(bào)相關(guān)平臺(tái)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(cè)試儀的頻譜監(jiān)測(cè)功能時(shí),最好把設(shè)備關(guān)機(jī),這樣能更清晰、迅速地查找到可用頻段。

四、結(jié)論

本文針對(duì)海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)線通信設(shè)備在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)“水土不服”的實(shí)際情況,對(duì)其出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析,并給出使用規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等方面的建議,最后結(jié)合筆者經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了易出現(xiàn)的故障及相應(yīng)的處理措施,對(duì)提高海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)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(qiáng).無(wú)線電臺(tái)天線駐波比淺析[J].中國(guó)無(wú)線電,2007(6):43-44

[2]翁木云,張其星,等.頻譜管理與檢測(cè)[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(duì)60分隊(duì)