海上移動平臺間無線通信分析論文
【摘要】在實際應用中,經常需要在多個海上移動平臺之間構建無線通信鏈路,完成平臺間數據的有效傳輸。本文從海上移動平臺間無線通信設備的安裝使用環境等方面入手,分析了通信中易出現的問題,針對問題給出了設備選型或設計規劃、使用等方面的建議,并簡單總結了故障處理方法。
【關鍵詞】海上移動平臺;無線通信;MIMO;頻譜分析
一、引言
在實際應用中,經常需要在多個移動平臺間構建無線通信鏈路,完成平臺間數據的有效傳輸,但在設備選型或設計規劃中常常受岸上無線通信設備使用經驗影響,實際設計規劃或選擇出來的設備,換個環境就“水土不服”,問題頻發,卻又常常讓人手足無措。針對這一系列現象,根據實際工作經驗,給出使用規劃設計、設備選型等方面的建議。
二、原因分析及選型、設計中的對應措施
為什么陸上使用正常的設備,到了海上就“暈船”,無法完成既定的通信任務,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方面。
2.1電磁頻譜不兼容
海上移動平臺上無線設備使用常常存在安裝空間受限,用頻設備多,導致電磁環境復雜,相互間干擾問題時有發生。故電磁兼容性設計、驗證尤為重要,否則容易造成過多投入后,無法使用,造成資源浪費。各平臺間安裝無線用頻設備不同,隨著移動平臺移動,平臺間的電磁環境相互影響,會愈來愈復雜,底噪升高,造成無線通信設備接收信號信噪比降低,當達不到鏈路儲備時,通信鏈路受到影響,會改變調制方式,降低速率,甚至中斷。為了避免這一問題的發生,首先,要嚴格電磁頻譜管理,設備用頻應進行頻譜審批,并接受相關頻譜管理部門的管理監督,規范頻譜使用秩序;其次,在設備建設規劃初期,要進行電磁兼容性設計和測試、這一工作需要在擬安裝改型設備的所有平臺進行,確保所有設備開機工作時,無相互干擾;第三,在設備選型上,要根據使用帶寬需求,盡可能選擇寬帶智能天線或MIMO天線系統,同時,要求設備具備電磁頻譜感知或測試功能,如果設備自身沒有這樣的功能,在設計上就要考慮增加頻譜分析儀,并適時監測頻率使用情況,這樣就能夠及時了解擬用電磁頻段的用頻情況,為是否更改頻段,規避干擾提供參考依據。
2.2超出通信距離或遮擋
海上移動平臺一般天線安裝高度有限,受視距的影響,往往難以實現遠距離通信。尤其是平臺間相互移動,鏈路環境不穩定,常常造成通信不穩定,甚至中斷。海上平臺大小不同,受海浪影響也不盡相同,平臺搖擺幅度過大,往往容易造成天線波束無法相互覆蓋,造成通信單向,時通時斷,甚至中斷。另外,受天線安裝位置限制,隨著平臺航向變化,原來通視的位置可能變得有了遮擋,這往往也是影響海上移動通信的重要因素。針對這一問題,首先,需選擇具備相應增益的'天線。由Bullintog近似計算公式Pr=Pt(h1h2/d2)2grgt可知,天線高度和天線增益對信號傳播的影響很大[1]。第二,應根據帶寬、作用距離等需求的實際情況,進行鏈路計算,計算天線高度需求,有條件的情況下,盡可能提高天線架高,確保即使平臺航向變化也不會因遮擋等原因影響天線波束,做到設備功率范圍內通視。一般根據以下公式確定天線的架設高度:r(km)=4.12(sqr(h1)+sqr(h2))(考慮大氣折射效應后)[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備,且保證平臺搖擺波束有效覆蓋,有條件的情況下,對于點對點通信可以考慮為定向天線增加伺服系統,確保天線指向穩定,以保證較高的增益,穩定鏈路儲備,提高通信可靠性。第四,設備技術指標允許的情況下,設計中應考慮在原有基礎上增加或采用更高指標的低噪聲放大器,提高設備的電平儲備。
2.3硬件故障
海上移動平臺無線通信設備受安裝條件的影響,尤其是設備天饋系統中為了避雷、濾除干擾而串接了避雷器、濾波器等多接頭的無線通信系統,往往容易出現受海風、鹽霧等影響出現接頭松動、被腐蝕等情況的發生,在完全中斷前,隨著平臺移動往往出現通信時通時斷的情況,造成通信鏈路不穩定。針對這一問題,應定期對連接纜線進行檢查、檢測,對松動的接頭及時進行緊固,對被腐蝕的接頭及時更換,定期對纜線進行更換,確保室外天饋系統指標正常,這一工作也可以定期使用天饋線測試儀進行天饋系統指標檢測,檢測天饋系統駐波比等參數并進行比對,及時掌握設備天饋系統變化情況,以便及時采取更細致的檢查或處理措施。另外為了實時監測設備的工作狀態,建議設備在設計論證時應要求網管軟件具有設備狀態實時記錄、輸出功能,或通過在本平臺安裝頻譜分析儀的手段,定期采集設備工作狀態參數,建立設備工作狀態數據庫,及時比對參數變化,以便于做出裝備性能是否下降或受影響的正確分析,及時進行處理。
三、使用過程中的故障處理步驟
設備在海上移動平臺安裝使用過程中,尤其是臨時安裝設備使用中,應時刻關注本端設備工作狀態變化,同時關注本平臺上其他用頻系統工作情況,一旦工作狀態有變化應及時通報遠端通信設備保障人員,以便于做到出現問題早發現早解決。一般易出現以下幾個方面的問題,此時,應結合具體情況進行分析解決。
3.1通信突然中斷
按以下順序進行檢查,(1)看:查看設備工作情況,一看設備供電是否正常;二看設備互聯纜線連接是否正常;三看設備工作狀態指示是否正常;四看設備網管技術指標是否正常。并結合觀察到的實際情況進行技術分析,乃至用天饋線測試儀對天饋系統進行檢查并做相應的技術處理,流程詳見圖1所示。(2)問:一問航向情況和遠端平臺的相對位置、航向,了解是否是由遮擋造成的通信中斷,弄清是本平臺遮擋還是遠端平臺遮擋;二問遠端平臺工作情況,了解是否是遠端平臺供電、纜線或者狀態指示的其他故障造成的通信中斷;三問本平臺是否有大功率用頻設備開機工作,如果沒有則及時了解其他平臺相關用頻設備工作情況。(3)查:用頻譜儀檢查或設備內置頻譜監測功能查看所用頻段是否有底噪異常升高,導致設備接收電平異常升高,信噪比下降等情況,該步結合技術指標檢查完成。如果是頻率干擾,通過步驟(2)及時排查干擾源,請示進行進一步處理。(4)換:在查明確實是頻率受到干擾造成通信中斷,通過頻譜分析是否有可用頻段,有的情況下,及時通報相關平臺設備更換頻率參數,重新建立通信鏈路。
3.2信噪比和接收電平有規律的變化且幅度較大
出現這種情況一般是天線故障或整個通信系統(設備-饋線-濾波器-饋線-天線)接頭處有松動或饋線有破損,導致信噪比和接收電平隨移動平臺晃動而變化較大,此時需檢查各接頭是否連接正常,用天饋線測試儀檢查整個天饋系統的故障位置,更換故障部件。
3.3信噪比和接收電平無規律的變化
確認整個天饋系統無故障后,這種情況很有可能是有電磁干擾,用頻譜儀或天饋線測試儀的頻譜監測功能,通過頻譜分析是否有可用頻段,在確認有可用頻段的情況下,應及時通報相關平臺設備更換頻率參數,重新建立通信鏈路。使用頻譜儀或天饋線測試儀的頻譜監測功能時,最好把設備關機,這樣能更清晰、迅速地查找到可用頻段。
四、結論
本文針對海上移動平臺間無線通信設備在使用過程中經常出現“水土不服”的實際情況,對其出現的原因進行了分析,并給出使用規劃設計、設備選型等方面的建議,最后結合筆者經驗,總結了易出現的故障及相應的處理措施,對提高海上移動平臺間無線通信的穩定性提供了幫助。
參考文獻
[1]董保明,賈振強.無線電臺天線駐波比淺析[J].中國無線電,2007(6):43-44
[2]翁木云,張其星,等.頻譜管理與檢測[M].北京:電子工業出版社,2009:45
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