微波通信技術(shù)在近岸通信中的應(yīng)用

趙 勇，葉 鑫

（中國人民解放軍91913 部隊，大連 116041）

我國是個海洋大國，海岸線縱貫?zāi)媳保d延18000多千米，近年來，隨著國家日益強盛，海洋戰(zhàn)略地位不斷提升，各項海上科研試驗日益增多，近岸科研試驗中的通信技術(shù)應(yīng)用也越來越頻繁，微波通信技術(shù)作為一種傳統(tǒng)可靠的通信技術(shù)，在其中得到廣泛應(yīng)用，近年來，通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)展越來越快，很多情況下，除了語音業(yè)務(wù)，點對點無線接入設(shè)備還需要支持視頻、IP 等業(yè)務(wù)，同時，由于海洋環(huán)境、近岸通信的特殊性，微波通信技術(shù)在近岸通信中的應(yīng)用有著較高的技術(shù)要求，來提高其組網(wǎng)能力、頻譜利用率，在有限的帶寬上實現(xiàn)高可靠的高速的業(yè)務(wù)傳輸。

1 微波通信技術(shù)特點

微波通信主要指的是工作在300MHz ～300GHz 頻段，利用分米波、厘米波和毫米波的無線電波作為載波載送信號的通信方式，其主要特點有：

（1）視距傳播：微波是以直射波形式在視距內(nèi)傳播的，其傳輸易受地形、地貌和大氣層影響。

（2）寬頻段：微波頻段寬度接近50GHz，具有較大的通信容量，可傳送語音、圖像等綜合業(yè)務(wù)信息。

（3）天線增益高、方向性強：當天線口徑一定時，波長越短，增益越大，方向性越強。

（4）傳輸質(zhì)量高：微波具有單色性，能夠克服諸多氣候和天氣因素影響進行穩(wěn)定傳輸。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 抗衰落、抗多徑技術(shù)

微波通信信道為變參信道，其通信過程會受到海平面的反射作用影響和天線架設(shè)高度的限制，微波天線發(fā)射的直射波和海面反射波會相互疊加，信號到達接收端時會出現(xiàn)電平起伏、失真和波形展寬的現(xiàn)象，導(dǎo)致接收系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的亂碼，從而降低整個通信系統(tǒng)的性能。從發(fā)射端到接收端的信號衰落在幅度上服從瑞利分布或廣義瑞利分布，同時，海面反射系數(shù)和多徑時延相差都會影響到信號接收端口的合成幅度。如果多徑時延增大，多徑時延相差也會隨之增大，而且，如果工作頻段為高頻段，多徑時延相差也會增大，反之則會減小。對于對海微波通信而言，岸站處于高海拔，艦載站處于低海拔，在正常通信距離范圍內(nèi)，多徑時延會隨著信號傳輸距離的減小而增大，在艦載站到岸站的整個微波傳輸路徑上，很可能出現(xiàn)接收電平陰影。

為了達到相對平穩(wěn)的傳輸效果，可以采取合理的分集體制抑制反射波，同時利用OFDM 和高效糾錯編譯碼等數(shù)字信號處理技術(shù)。其中，由于鏈路比較遠，采用定向天線能夠保證足夠的系統(tǒng)余量儲備，保證鏈路傳播可靠度；其次，定向天線波束角小，具有天然的空域濾波功能，能夠有效的抵制多徑。

2.2 多址接入

近岸通信中比較多的應(yīng)用場景是海上多個船載站與一個岸站之間進行通信，這就要求岸站具有多點接入能力。在點對多點通信中多址方式的選擇非常重要，所謂多址，是為了區(qū)分各船載站，使得船載站與岸站之間能夠互相通信所采取的一種信道接入方法。

多址方式的選取取決于通信系統(tǒng)的類型、應(yīng)用環(huán)境和使用要求，應(yīng)從系統(tǒng)容量、覆蓋范圍、設(shè)備復(fù)雜度等多個方面綜合考慮。假設(shè)船載站數(shù)量為2個，而海面信道為快衰落、衰落幅度大的變參信道，要求較高的可靠性。TDMA 方式存在等傳輸速率增高降低系統(tǒng)傳播可靠度、突發(fā)解調(diào)難度大等缺點，CDMA 方式中的遠近效應(yīng)在衰落信道中的功率控制難度大，F(xiàn)DNA 多址方式技術(shù)成熟，克服了TDMA 和CDMA 在該應(yīng)用場景中的難點，因此兩個船載站可以用不同的頻率與岸站進行FDMA 多址通信。

2.3 傳播可靠度

在計算通信鏈路的傳播可靠度時，需要考慮的主要因素包括：

（1）自由空間傳播損耗：在不考慮反射、折射、吸收、散射及熱損耗的情況下，無線電波在自由空間傳播時產(chǎn)生的損耗。

（2）大氣效應(yīng)：包括大氣吸收損耗和雨霧衰減。對于12GHz以下頻率，大氣吸收衰減小于0.015dB/km，在30km 傳播距離上總衰減小于0.45dB，和自由空間傳播損耗相比，可以忽略不計。

自由空間傳播損耗計算公式：

式中：Lfs：空間損耗（dB）；F：頻率（MHz）；D：距離（km）。

電平衰落儲備=接收信號電平-接收靈敏度門限電平

接收信號電平是指信號到達接收機入口的信號強度，它可以按照下式計算：

接收機接收電平=Ptx+Gtx+Grx-Lfs-Lrx-Ltx

式中，Ptx為發(fā)射機輸出功率；Lfs為空間路徑損耗；Gtx為發(fā)射天線增益；Grx為接收天線增益；Ltx為發(fā)端饋線損耗；Lrx為收端饋線損耗。

3 結(jié)束語

隨著海上科研試驗空間的不斷拓展，海地通信或者近岸通信技術(shù)的應(yīng)用會越來越頻繁，技術(shù)性能要求也會越來越高。針對特定的應(yīng)用場景和不同的應(yīng)用環(huán)境，選擇合適的通信技術(shù)手段，從抗多徑、抗衰落、多址接入、傳播可靠度等多方位全面考慮，才能達到預(yù)定的海地通信或者近岸通信技術(shù)要求，從而更好的保障海上科研試驗。