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海上移動(dòng)平臺間無(wú)線(xiàn)通信分析論文
【摘要】在實(shí)際應用中，經(jīng)常需要在多個(gè)海上移動(dòng)平臺之間構建無(wú)線(xiàn)通信鏈路，完成平臺間數據的有效傳輸。本文從海上移動(dòng)平臺間無(wú)線(xiàn)通信設備的安裝使用環(huán)境等方面入手，分析了通信中易出現的問(wèn)題，針對問(wèn)題給出了設備選型或設計規劃、使用等方面的建議，并簡(jiǎn)單總結了故障處理方法。
【關(guān)鍵詞】海上移動(dòng)平臺；無(wú)線(xiàn)通信；MIMO；頻譜分析
一、引言
在實(shí)際應用中，經(jīng)常需要在多個(gè)移動(dòng)平臺間構建無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信設備使用經(jīng)驗影響，實(shí)際設計規劃或選擇出來(lái)的設備，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。針對這一系列現象，根據實(shí)際工作經(jīng)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(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)平臺上無(wú)線(xiàn)設備使用常常存在安裝空間受限，用頻設備多，導致電磁環(huán)境復雜，相互間干擾問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。故電磁兼容性設計、驗證尤為重要，否則容易造成過(guò)多投入后，無(wú)法使用，造成資源浪費。各平臺間安裝無(wú)線(xiàn)用頻設備不同，隨著(zhù)移動(dòng)平臺移動(dòng)，平臺間的電磁環(huán)境相互影響，會(huì )愈來(lái)愈復雜，底噪升高，造成無(wú)線(xiàn)通信設備接收信號信噪比降低，當達不到鏈路儲備時(shí)，通信鏈路受到影響，會(huì )改變調制方式，降低速率，甚至中斷。為了避免這一問(wèn)題的發(fā)生，首先，要嚴格電磁頻譜管理，設備用頻應進(jìn)行頻譜審批，并接受相關(guān)頻譜管理部門(mén)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(jìn)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(jìn)行，確保所有設備開(kāi)機工作時(shí)，無(wú)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(xiàn)或MIMO天線(xiàn)系統，同時(shí)，要求設備具備電磁頻譜感知或測試功能，如果設備自身沒(méi)有這樣的功能，在設計上就要考慮增加頻譜分析儀，并適時(shí)監測頻率使用情況，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，規避干擾提供參考依據。
2.2超出通信距離或遮擋
海上移動(dòng)平臺一般天線(xiàn)安裝高度有限，受視距的影響，往往難以實(shí)現遠距離通信。尤其是平臺間相互移動(dòng)，鏈路環(huán)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(guò)大，往往容易造成天線(xiàn)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(xiàn)安裝位置限制，隨著(zhù)平臺航向變化，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。針對這一問(wèn)題，首先，需選擇具備相應增益的天線(xiàn)。由Bullintog近似計算公式Pr=Pt(h1h2/d2)2grgt可知，天線(xiàn)高度和天線(xiàn)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(shí)際情況，進(jìn)行鏈路計算，計算天線(xiàn)高度需求，有條件的情況下，盡可能提高天線(xiàn)架高，確保即使平臺航向變化也不會(huì )因遮擋等原因影響天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的架設高度。第三，盡可能選擇高增益和寬波束的智能天線(xiàn)，天線(xiàn)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(diǎn)對點(diǎn)通信可以考慮為定向天線(xiàn)增加伺服系統，確保天線(xiàn)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(shù)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(dòng)平臺無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信系統，往往容易出現受海風(fēng)、鹽霧等影響出現接頭松動(dòng)、被腐蝕等情況的發(fā)生，在完全中斷前，隨著(zhù)平臺移動(dòng)往往出現通信時(shí)通時(shí)斷的情況，造成通信鏈路不穩定。針對這一問(wèn)題，應定期對連接纜線(xiàn)進(jìn)行檢查、檢測，對松動(dòng)的接頭及時(shí)進(jìn)行緊固，對被腐蝕的接頭及時(shí)更換，定期對纜線(xiàn)進(jìn)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(xiàn)測試儀進(jìn)行天饋系統指標檢測，檢測天饋系統駐波比等參數并進(jìn)行比對，及時(shí)掌握設備天饋系統變化情況，以便及時(shí)采取更細致的檢查或處理措施。另外為了實(shí)時(shí)監測設備的工作狀態(tài)，建議設備在設計論證時(shí)應要求網(wǎng)管軟件具有設備狀態(tài)實(shí)時(shí)記錄、輸出功能，或通過(guò)在本平臺安裝頻譜分析儀的手段，定期采集設備工作狀態(tài)參數，建立設備工作狀態(tài)數據庫，及時(shí)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(shí)進(jìn)行處理。
三、使用過(guò)程中的故障處理步驟
設備在海上移動(dòng)平臺安裝使用過(guò)程中，尤其是臨時(shí)安裝設備使用中，應時(shí)刻關(guān)注本端設備工作狀態(tài)變化，同時(shí)關(guān)注本平臺上其他用頻系統工作情況，一旦工作狀態(tài)有變化應及時(shí)通報遠端通信設備保障人員，以便于做到出現問(wèn)題早發(fā)現早解決。一般易出現以下幾個(gè)方面的問(wèn)題，此時(shí)，應結合具體情況進(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：查看設備工作情況，一看設備供電是否正常；二看設備互聯(lián)纜線(xiàn)連接是否正常；三看設備工作狀態(tài)指示是否正常；四看設備網(wǎng)管技術(shù)指標是否正常。并結合觀(guān)察到的實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)分析，乃至用天饋線(xiàn)測試儀對天饋系統進(jìn)行檢查并做相應的技術(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(wèn)遠端平臺工作情況，了解是否是遠端平臺供電、纜線(xiàn)或者狀態(tài)指示的其他故障造成的通信中斷；三問(wèn)本平臺是否有大功率用頻設備開(kāi)機工作，如果沒(méi)有則及時(shí)了解其他平臺相關(guān)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(shù)指標檢查完成。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)通報相關(guān)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(xiàn)故障或整個(gè)通信系統（設備-饋線(xiàn)-濾波器-饋線(xiàn)-天線(xiàn)）接頭處有松動(dòng)或饋線(xiàn)有破損，導致信噪比和接收電平隨移動(dòng)平臺晃動(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(xiàn)測試儀檢查整個(gè)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(wú)規律的變化
確認整個(gè)天饋系統無(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(xiàn)測試儀的頻譜監測功能，通過(guò)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(shí)通報相關(guān)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(xiàn)測試儀的頻譜監測功能時(shí)，最好把設備關(guān)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(dòng)平臺間無(wú)線(xiàn)通信設備在使用過(guò)程中經(jīng)常出現“水土不服”的實(shí)際情況，對其出現的原因進(jìn)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(jīng)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(dòng)平臺間無(wú)線(xiàn)通信的穩定性提供了幫助。
參考文獻
[1]董保明,賈振強.無(wú)線(xiàn)電臺天線(xiàn)駐波比淺析[J].中國無(wú)線(xiàn)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(yè)出版社,2009:45
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