市區(qū)微波傳輸被高樓阻擋的思考及解決方法

黃 鸝

(山西廣播電視局無線管理中心太原微波站，山西 太原 030001)

微波傳輸站是廣播電視節(jié)目傳輸?shù)淖詈笠粋€(gè)環(huán)節(jié)，通常廣播電視節(jié)目在電視臺(tái)或者電臺(tái)播控機(jī)房播出后，要通過無線微波傳輸?shù)姆绞絺魉偷礁鱾€(gè)高山臺(tái)站用于電視及廣播節(jié)目的無線發(fā)射，用戶通過無線接收的方式收看收聽電視及廣播節(jié)目。由于高山臺(tái)站一般位于海拔1千多米或者更高的山上，用光纜傳送的方式不切實(shí)際，只能用微波中繼的方式，逐級(jí)傳輸?shù)饺「鱾€(gè)高山臺(tái)站用于廣播電視節(jié)目的發(fā)射和傳播。微波作為我國目前廣播電視信號(hào)傳輸?shù)闹饕侄沃?，?duì)傳遞黨的聲音、豐富人民精神生活提供了很好的保障。由于微波傳輸是面對(duì)面視距傳輸，近幾年，隨著城市建設(shè)速度的迅猛發(fā)展和城區(qū)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市的高層建設(shè)如雨后春筍拔地而起，城市建設(shè)中高層建筑物的大量建設(shè)也給微波傳輸帶來了諸多困難，因城市高層建筑阻擋微波接力電路傳輸時(shí)有發(fā)生，造成廣播電視傳輸信號(hào)質(zhì)量下降甚至中斷。微波接力傳輸空間通道受到嚴(yán)重威脅，因此，微波傳輸通道與城市建設(shè)速度的矛盾日益突出，如何妥善處理微波通信和城市建設(shè)之間的矛盾、保障二者協(xié)調(diào)發(fā)展，已是迫在眉睫的事情了。

1 我省微波首站的傳輸現(xiàn)狀

我省微波首站地處太原市市中心的廣電大樓12層，大樓樓高48 m(海拔780 m)，天線放置在12層樓頂平臺(tái)，太原市20世紀(jì)80年代的城市總體規(guī)劃中，對(duì)微波通道的保護(hù)還未提到議事日程。因太原市的地形為兩山(東山、西山)夾一河(汾河)，而位于兩山之間是城市建筑物(住宅大多為5-6層的建筑，公建超過10層的也很少)，而1982年建成的12層高的省廣播電視大樓是當(dāng)時(shí)太原第一高樓，在當(dāng)時(shí)是太原市標(biāo)志性建筑，太原微波站通過微波把廣播電視信號(hào)傳輸?shù)轿沂?28發(fā)射臺(tái)，228臺(tái)建在太原西山最高峰廟前山上(海拔1 865 m，距太原微波站直線距離18 km)，廣播電視信號(hào)傳輸非常暢通，微波傳輸在城市上空不受任何阻擋而順利通過，電路質(zhì)量十分理想。當(dāng)時(shí)不會(huì)影響到微波的傳輸，也就無需通道保護(hù)。而現(xiàn)在，省廣播電視大樓周圍高樓林立，幾乎處于包圍之中，已淹沒在眾多大廈中不見蹤影。使得微波通道保護(hù)和高層建筑之間的矛盾問題明顯的擺在我們面前，因此微波傳輸通道的保護(hù)己迫在眉睫。

2 高層建筑阻擋太原微波站微波通道的事故教訓(xùn)

微波傳輸是視距傳輸，微波傳輸?shù)耐ǖ涝诳罩?，人眼看不到無線電波，微波傳輸系統(tǒng)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線傳輸，發(fā)射天線和接收天線要在可視范圍內(nèi)，中間不能有建筑物阻擋，因而在沒有城市精準(zhǔn)定位的情況下，很難提前控制建筑物阻擋的事故，2014年9月在建設(shè)的離太原微波站直線距離約500 m，位于迎澤橋東的32層省委宿舍樓，正好處于微波傳輸通道的中間，當(dāng)蓋到20層時(shí)阻擋了去廟前山228發(fā)射臺(tái)的微波信號(hào)，由于廣播電視信號(hào)傳輸不能受影響，工程不得不暫停，協(xié)調(diào)時(shí)間長達(dá)數(shù)月，解決方法是在廣電大樓樓頂建一鐵塔，把微波天線抬高到距樓頂27 m處，解決了阻擋，省委宿舍樓得已完工。

2016年5月太原微波站微波信號(hào)再次被阻擋，在距太原微波站直線距離約800 m的迎澤橋西，由中海地產(chǎn)開發(fā)的52層住宅樓蓋到46層時(shí)，又一次阻擋了太原微波站去西山廟前山228發(fā)射臺(tái)的微波信號(hào)，工程停工，經(jīng)太原市規(guī)劃局協(xié)調(diào)，廣電大樓鐵塔再次抬高到距樓頂41 m處，阻擋問題再次得以解決。

3 解決太原站微波傳輸通道保護(hù)的想法

嚴(yán)格保護(hù)國家重要微波電路空中通道，準(zhǔn)確定位，并納入城鄉(xiāng)規(guī)劃管理要素。完善已建立的空中保護(hù)通道是廣播電視微波傳輸?shù)闹匾ＷC。當(dāng)微波電路、路由與高層建筑發(fā)生沖突時(shí)，應(yīng)執(zhí)行管理部門的協(xié)調(diào)方案。遇到阻擋現(xiàn)象時(shí)，可考慮微波中轉(zhuǎn)方式，盡量保留和改善原來微波傳輸通道，同時(shí)必須詳細(xì)了解現(xiàn)狀通道的準(zhǔn)確位置并把它在城市坐標(biāo)系統(tǒng)中定位。

太原微波站微波天線已提升到鐵塔最高處，已無提升可能，如果微波信號(hào)被高樓再次阻擋，那只有另辟蹊徑。

由于地球表面是一個(gè)球面，微波只能在視距范圍內(nèi)作直線傳輸。如果兩個(gè)微波站點(diǎn)之間有障礙物阻擋，則需要在中間新增一個(gè)微波中繼站，增加微波中繼站首先看是否有合適的站點(diǎn)作中繼傳輸，如果沒有，則需要新建微波站點(diǎn)，這樣做的成本是巨大的，需要綜合考慮多方面的因素，包括機(jī)房建設(shè)、供電系統(tǒng)、交通及地理環(huán)境等各方面因素。因此，在微波傳輸過程中，適當(dāng)?shù)牟捎脽o源中繼技術(shù)能有效的解決微波傳輸中的鏈路傳輸?shù)淖钃酢２捎梦⒉o源中繼，不需要架設(shè)電力線，也不需要進(jìn)行頻繁的監(jiān)測和維護(hù)工作，降低了建設(shè)成本，特別是在高樓林立的城市，無源中繼站更顯示出了獨(dú)有的優(yōu)越性,比常規(guī)的微波中繼站的建設(shè)費(fèi)用節(jié)省60%以上。無源中繼站不同于一般的有源中繼站，它是指不經(jīng)過任何放大直接把接收到的微波信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到所需方向的站。

4 無源中繼技術(shù)在微波傳輸中幾種解決方案

常見的無源中繼方式有反射型、折射型和繞射型3種。采用金屬板網(wǎng)，使入射電波產(chǎn)生反射的方式是反射型接力方式；采用背靠背連接天線使電波折射的方式就是折射型接力方式；采用屏蔽型或透過型繞射網(wǎng)使電波繞射的方式是繞射型接力方式。

因?yàn)樯轿鲝V電微波使用天線為卡塞格倫天線[1]，如果建無源中繼，肯定使用的也是卡塞格倫天線。

在臨近廣電局1 km處的高層樓頂將兩副卡塞格倫天線分別對(duì)準(zhǔn)微波收發(fā)站，天線之間用波導(dǎo)管連接，使微波信號(hào)得以繞過高樓障礙物。由于卡塞格倫天線天饋源照射效率的限制，這種中繼方式效率較低，增益有限，即使有二副3.2 m天線背靠背連接，在8 GHz頻段增益也僅在9 dB，但太原微波站到228轉(zhuǎn)播臺(tái)直線距離為18 km，而微波發(fā)信機(jī)發(fā)信功率為33 dBm，完全能彌補(bǔ)增益低的缺陷。該種方式的優(yōu)點(diǎn)是天線屬現(xiàn)成產(chǎn)品，增益已知，傳輸鏈路計(jì)算容易，架設(shè)也較為方便。

5 太原微波站被高樓阻擋時(shí)解決方案

太原微波站到228臺(tái)微波傳輸，兩站直線距離18 km，電路中間有高樓阻擋，無法視通。通過采用卡塞格倫背靠背天線無源中繼站的方式解決了鏈路阻擋問題，實(shí)現(xiàn)了整條電路的微波通信傳輸。

采用背靠背天線方式進(jìn)行無源中繼傳輸，對(duì)無源中繼站的站址選擇有兩方面要求。

1) 無源中繼站應(yīng)盡量靠近兩個(gè)有源站的其中一個(gè)站點(diǎn)，即兩段電路之一要盡可能短。這樣使得傳輸?shù)膬蓷l鏈路段站距之和最小，兩段電路的自由空間損耗也就最小，能更好的進(jìn)行微波傳輸。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，近端站距一般要求小于3 km，工程應(yīng)用時(shí)站距常為1～2 km左右，能更好的保證鏈路傳輸質(zhì)量。

2) 兩面中繼天線之間的轉(zhuǎn)折角應(yīng)在90°～160°之間。背靠背天線無源中繼站只是直接將有源微波站的信號(hào)放大傳輸?shù)搅硪粋€(gè)有源微波站，兩面背靠背天線采用的是同一頻率，如果背靠背天線的轉(zhuǎn)折角太小或者太大，會(huì)使兩端的有源微波站信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。

同時(shí)，無源中繼站的通信方向近區(qū)應(yīng)開闊，以免因附近障礙物引起的反射增加兩天線之間的耦合而形成干擾。

太原微波站背靠背連接天線無源中繼傳輸方式示意圖如圖1所示。

圖1 太原微波站背靠背連接天線無源中繼傳輸方式示意圖

各參數(shù)說明如下：

d1—太原微波站到無源中繼站的站距

d2—無源中繼站到廟前山發(fā)射臺(tái)的站距

L1—太原微波站到無源中繼站的自由空間損耗

L2—無源中繼站到廟前山發(fā)射臺(tái)的自由空間損耗

Lcr——插入損耗，即背靠背天線之間的饋線及接頭損耗(饋線長度通常按5 m考慮，綜合考慮饋線及接頭損耗后，Lcr通常按1 dB考慮)

Gt——發(fā)射端天線增益

Gr——接收端天線增益

G1r、G2r——無源中繼站的天線增益

Pt—太原微波站發(fā)射功率(dBm)

Pr—228臺(tái)接收電平(dBm)

f——微波電路使用的頻率

發(fā)信機(jī)—收信機(jī)使用微波設(shè)備及電路各項(xiàng)參數(shù)如下：

微波設(shè)備：NEC SDH微波[2]設(shè)備；

設(shè)備配置：傳輸容量為155 MB，使用頻率為8 GHz;

設(shè)備參數(shù)：發(fā)信功率為33 dBm，門限電平為-84 dBm；

太原微波站至無源中繼站站距：1 km；

無源中繼站至228臺(tái)站距：17.5 km；

天線口徑：采用4面3.2 m口徑卡塞格倫天線，增益45.3 dB。

下面介紹背靠背天線方式無源中繼站的鏈路傳輸計(jì)算方法。

自由空間損耗[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

接收電平：

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

電平衰落儲(chǔ)備=接收電平-收信機(jī)門限電平

=32.58-(84)

=51.43 dB

實(shí)際鏈路傳輸過程中的路徑損耗約有2～3 dB，即電路調(diào)測的接收電平比理論值低2～3 dB，因此，該條微波無源中繼電路的電平衰落儲(chǔ)備約為48 dB左右，滿足微波傳輸要求。

6 結(jié)論

將無源中繼技術(shù)應(yīng)用到微波傳輸中，可以在很大程度上減少工程造價(jià)，避免信號(hào)不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)，并且使廣播電視信號(hào)的傳播更加穩(wěn)定，是改善微波技術(shù)傳輸缺陷的一種有效手段，并且在實(shí)踐過程中取得了不錯(cuò)效果。

[1] 姚彥，梅順良，高葆新，等.數(shù)字微波中繼通信工程[M].北京：人民郵電出版社，1993.

[2] 方興，杜嘯嵐，蘇勇.衛(wèi)星數(shù)字傳輸與微波技術(shù)[M].北京：中國廣播電視出版社，2005.

[3] 車晴，張文杰，王京玲.數(shù)字衛(wèi)星廣播與微波技術(shù)[M].北京：中國廣播電視出版社，2003.