天湖山微波系統(tǒng)的傳輸性能分析

王桂芳 民航福建空管分局

關(guān)鍵字：民航 微波通信 天湖山傳輸 性能

引言

雷達(dá)和VHF 是民航空中交通管制必不可少的信號形式。在福州機場西北部青州區(qū)域雷達(dá)覆蓋和VHF 通話質(zhì)量較差。為了填補周邊地區(qū)雷達(dá)在青州區(qū)域的覆蓋盲區(qū)，更好地實現(xiàn)雷達(dá)及VHF 多重覆蓋的需求，在天湖山山頂修建雷達(dá)及VHF 共用臺站。傳輸系統(tǒng)采用微波設(shè)備作為“兩地一空”空側(cè)傳輸?shù)谋Ｕ鲜侄巍?/p>

一、天湖山傳輸系統(tǒng)需求分析

1、 微波接入背景

自1931 年世界上第一條微波通信鏈路建立至今，將近90 年的時間，微波通信經(jīng)歷了快速的發(fā)展。微波通信頻段多選用電磁波頻段中的特高頻（3G-30G），頻率高、波長短，繞射能力很差，因此民航中主要應(yīng)用電磁波視距傳輸?shù)奶攸c。早年建立的KU 衛(wèi)星網(wǎng)作為空側(cè)保障手段在華東地區(qū)的通信質(zhì)量并不是特別良好，相對于衛(wèi)星通信，微波通信設(shè)備簡單、架設(shè)方便，在沿海、多山的福建地區(qū)，在點對點的短距離傳輸中微波通信視為有效的、不可或缺的傳輸手段。因此使用微波傳輸作為天湖山傳輸系統(tǒng)空側(cè)傳輸保障手段。

2、 業(yè)務(wù)及帶寬需求

天湖山站點建設(shè)完成后，VHF 信號和雷達(dá)信號分別引接至福州機場、廈門機場、上海區(qū)管和三明機場。根據(jù)運維需要，將設(shè)備的監(jiān)控信號傳輸?shù)綑C場內(nèi)相關(guān)科室，將電話和OA 信號傳輸?shù)教旌嚼走_(dá)站供值班人員使用。在中繼的選擇上分別采用一條4M 帶寬的電信及移動中繼，電信中繼從天湖山到福州，移動中繼從天湖山經(jīng)沙縣機場到福州。為了保證業(yè)務(wù)信號的傳輸同時滿足臺站未來無人值守的需求，在天湖山到沙縣機場，建立一條155M 帶寬的微波中繼。

二、傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

1、 天湖山傳輸整體介紹

天湖山傳輸系統(tǒng)的整體組網(wǎng)采用福州機場、天湖山雷達(dá)站以及沙縣機場三點成環(huán)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。各點分別配置多臺H3C MSR3640路由器組成接入路由器組用于引接雷達(dá)及VHF 信號。設(shè)備支持IP 端口作為中繼口傳輸。路由器組的形式以及環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計形式，極大的保證了設(shè)備冗余性和網(wǎng)絡(luò)安全性。業(yè)務(wù)接入路由器通過IP 的形式連接微波交換機，實現(xiàn)微波系統(tǒng)對不同類型的業(yè)務(wù)信號的接入。

2、 微波傳輸方案

沙縣機場與天湖山雷達(dá)站之間的直線距離大約為12 公里。微波設(shè)備采用愛立信MINI-LINK TN 型設(shè)備，系統(tǒng)采用1+1 備份的工作模式，工作在15G 的微波頻段。室外部分各兩個0.9 米拋物面天線、兩個ODU 直接安裝，無波導(dǎo)損耗，通過饋線接入1個共用模塊機框。系統(tǒng)提供8-E1 端口的DDF 和1 臺16 端口的以太網(wǎng)交換機，支持E1中繼和以太網(wǎng)中繼的接入。微波設(shè)備監(jiān)控以業(yè)務(wù)形式接入到路由器設(shè)備上，實現(xiàn)在場內(nèi)監(jiān)控遠(yuǎn)端微波設(shè)備。

三、微波系統(tǒng)業(yè)務(wù)測試

在設(shè)備安裝后及試運行期間進行了相關(guān)業(yè)務(wù)測試并對結(jié)果進行分析如下：

1、 運營商中繼中斷測試

為模擬天湖山雷達(dá)站至下山路段地面運營商中繼同時中斷場景，進行此測試。測試方法為在天湖山雷達(dá)站機房中斷電信中繼，同時中斷天湖山到沙縣機場的移動中繼，使業(yè)務(wù)在微波線路上傳輸。在福州航管樓和天湖山雷達(dá)站H3C MSR3640 路由器的以太網(wǎng)端口上進行ping 測試，從而模擬在兩路地側(cè)運營商傳輸線路失效的情況下，微波鏈路的保障性能。

在路由器端口上的ping 測試，無中斷記錄，可得知在天湖山到天湖山山下兩條運營商中繼中斷時，微波中繼能夠進行業(yè)務(wù)信號的有效傳輸。

2、 雷達(dá)信號質(zhì)量測試

此測試為了驗證在由微波線路傳輸雷達(dá)信號時的雷達(dá)信號通信質(zhì)量。測試方法為在天湖山雷達(dá)站機房中斷電信中繼，同時中斷天湖山到沙縣機場的移動中繼，使雷達(dá)業(yè)務(wù)在微波線路上傳輸。在航管樓機房H3C MSR3640路由器的數(shù)據(jù)板上接入HCT 6000協(xié)議分析儀，測試?yán)走_(dá)信號經(jīng)過路由器以及微波中繼傳輸后的誤碼情況。

協(xié)議分析儀測試?yán)走_(dá)信號無誤碼，能正常解析，可得知雷達(dá)信號經(jīng)微波傳輸?shù)馁|(zhì)量良好。

3、 VHF 時延測試

VHF 用于管制員與飛行員之間的語音即時通信，因此對通話時延有較高的要求。本測試為了驗證VHF 信號通過微波中繼從天湖山到沙縣機場再經(jīng)移動線路傳輸?shù)胶焦軜堑臅r延情況。測試方法為在天湖山雷達(dá)站機房中斷電信中繼，同時中斷天湖山到沙縣機場的移動中繼。在航管樓機房進行時延測試。

測試原理為航管樓端信號發(fā)生器產(chǎn)生1Khz 的音頻信號，同時接入示波器以及航管樓路由器 EM 板卡port1 口的RX 針腳。音頻發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)路由器傳輸后在天湖山路由器端通過環(huán)路線將port1 和port2 進行收發(fā)線及信令控制線短接，環(huán)路后回傳到航管樓路由器的port2 口接入示波器。信號起控后在示波器上捕捉兩個信號產(chǎn)生的時延差即經(jīng)路由器以及中繼傳輸后的語音的雙倍時延，從而計算出單條鏈路上語音信號的延時時間。

根據(jù)以上原理及測試方法，測得雙向時延分別為209ms，203ms，214ms，取實驗平均值，計算出單向VHF 時延約為104ms，基本可以滿足管制對語音信號的時延要求。

4、 運行狀態(tài)持續(xù)監(jiān)控測試

天湖山微波系統(tǒng)的監(jiān)控信號通過H3C MSR3640 路由器傳輸?shù)礁Ｖ萃ㄐ艠?，在設(shè)備安裝后及試運行期間，對天湖山微波系統(tǒng)進行了運行狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控。MINI LINK 網(wǎng)管軟件中監(jiān)控到微波鏈路在大雨天氣時出現(xiàn)短時中斷及誤碼情況。如圖3.2 所示為不同頻率對應(yīng)不同雨量時的雨衰減率曲線，如圖3.1 所示，當(dāng)15G 微波頻率在16mm/h 雨量時，由曲線c 可知，每公里衰減為1dB，此時，在整條鏈路上由雨衰引起的衰減約為12dB。因此在大雨天氣，15G 微波頻率受雨衰影響較為明顯。

圖3.1 雨霧的衰減曲線

通過對微波系統(tǒng)狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控以及雨衰量化分析，將天線角度以及ODU 接收增益調(diào)整到合適范圍內(nèi)，以使微波在復(fù)雜天氣下更穩(wěn)定傳輸。

對天湖山微波系統(tǒng)的性能測試分析可以發(fā)現(xiàn)，微波系統(tǒng)對于IP業(yè)務(wù)、VHF 業(yè)務(wù)及雷達(dá)業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量良好，在地面運營商線路中斷時能自動切換到微波線路，很好的實現(xiàn)了應(yīng)急備份作用，保證業(yè)務(wù)的安全、可靠傳輸。深入探析微波的特點，能使我們了解在復(fù)雜多變天氣條件下，微波設(shè)備的運維能力，從而提供更好的保障。

四、總結(jié)與展望

微波傳輸在民航中對邊遠(yuǎn)臺站業(yè)務(wù)傳輸有著不可替代的作用。隨著目前民航業(yè)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的快速進步，越來越多的新型空管設(shè)備的投入使用，傳輸系統(tǒng)所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)形式日益多樣化，傳輸信號的帶寬要求也越來越高。同時數(shù)字業(yè)務(wù)快速發(fā)展，成倍的基站部署，以及5G 技術(shù)的研發(fā)和使用，對未來微波帶寬和性能都提出更高的要求。業(yè)務(wù)傳輸也向著更加高速化、數(shù)字化的方向發(fā)展。