海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)線通信分析論文
【摘要】在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要在多個(gè)海上移動(dòng)平臺(tái)之間構(gòu)建無(wú)線通信鏈路，完成平臺(tái)間數(shù)據(jù)的有效傳輸。本文從海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)線通信設(shè)備的安裝使用環(huán)境等方面入手，分析了通信中易出現(xiàn)的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題給出了設(shè)備選型或設(shè)計(jì)規(guī)劃、使用等方面的建議，并簡(jiǎn)單總結(jié)了故障處理方法。
【關(guān)鍵詞】海上移動(dòng)平臺(tái)；無(wú)線通信；MIMO；頻譜分析
一、引言
在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要在多個(gè)移動(dòng)平臺(tái)間構(gòu)建無(wú)線通信鏈路，完成平臺(tái)間數(shù)據(jù)的有效傳輸，但在設(shè)備選型或設(shè)計(jì)規(guī)劃中常常受岸上無(wú)線通信設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)影響，實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)劃或選擇出來(lái)的設(shè)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(duì)這一系列現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，給出使用規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等方面的建議。
二、原因分析及選型、設(shè)計(jì)中的對(duì)應(yīng)措施
為什么陸上使用正常的設(shè)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(tái)上無(wú)線設(shè)備使用常常存在安裝空間受限，用頻設(shè)備多，導(dǎo)致電磁環(huán)境復(fù)雜，相互間干擾問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。故電磁兼容性設(shè)計(jì)、驗(yàn)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(fèi)。各平臺(tái)間安裝無(wú)線用頻設(shè)備不同，隨著移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，平臺(tái)間的電磁環(huán)境相互影響，會(huì)愈來(lái)愈復(fù)雜，底噪升高，造成無(wú)線通信設(shè)備接收信號(hào)信噪比降低，當(dāng)達(dá)不到鏈路儲(chǔ)備時(shí)，通信鏈路受到影響，會(huì)改變調(diào)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(yán)格電磁頻譜管理，設(shè)備用頻應(yīng)進(jìn)行頻譜審批，并接受相關(guān)頻譜管理部門的管理監(jiān)督，規(guī)范頻譜使用秩序；其次，在設(shè)備建設(shè)規(guī)劃初期，要進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)和測(cè)試、這一工作需要在擬安裝改型設(shè)備的所有平臺(tái)進(jìn)行，確保所有設(shè)備開機(jī)工作時(shí)，無(wú)相互干擾；第三，在設(shè)備選型上，要根據(jù)使用帶寬需求，盡可能選擇寬帶智能天線或MIMO天線系統(tǒng)，同時(shí)，要求設(shè)備具備電磁頻譜感知或測(cè)試功能，如果設(shè)備自身沒(méi)有這樣的功能，在設(shè)計(jì)上就要考慮增加頻譜分析儀，并適時(shí)監(jiān)測(cè)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(guī)避干擾提供參考依據(jù)。
2.2超出通信距離或遮擋
海上移動(dòng)平臺(tái)一般天線安裝高度有限，受視距的影響，往往難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。尤其是平臺(tái)間相互移動(dòng)，鏈路環(huán)境不穩(wěn)定，常常造成通信不穩(wěn)定，甚至中斷。海上平臺(tái)大小不同，受海浪影響也不盡相同，平臺(tái)搖擺幅度過(guò)大，往往容易造成天線波束無(wú)法相互覆蓋，造成通信單向，時(shí)通時(shí)斷，甚至中斷。另外，受天線安裝位置限制，隨著平臺(tái)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(duì)這一問(wèn)題，首先，需選擇具備相應(yīng)增益的'天線。由Bullintog近似計(jì)算公式Pr=Pt(h1h2/d2)2grgt可知，天線高度和天線增益對(duì)信號(hào)傳播的影響很大[1]。第二，應(yīng)根據(jù)帶寬、作用距離等需求的實(shí)際情況，進(jìn)行鏈路計(jì)算，計(jì)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(tái)航向變化也不會(huì)因遮擋等原因影響天線波束，做到設(shè)備功率范圍內(nèi)通視。一般根據(jù)以下公式確定天線的架設(shè)高度：r(km)=4.12(sqr(h1)+sqr(h2))（考慮大氣折射效應(yīng)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(shè)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(chǔ)備，且保證平臺(tái)搖擺波束有效覆蓋，有條件的情況下，對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信可以考慮為定向天線增加伺服系統(tǒng)，確保天線指向穩(wěn)定，以保證較高的增益，穩(wěn)定鏈路儲(chǔ)備，提高通信可靠性。第四，設(shè)備技術(shù)指標(biāo)允許的情況下，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮在原有基礎(chǔ)上增加或采用更高指標(biāo)的低噪聲放大器，提高設(shè)備的電平儲(chǔ)備。
2.3硬件故障
海上移動(dòng)平臺(tái)無(wú)線通信設(shè)備受安裝條件的影響，尤其是設(shè)備天饋系統(tǒng)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)線通信系統(tǒng)，往往容易出現(xiàn)受海風(fēng)、鹽霧等影響出現(xiàn)接頭松動(dòng)、被腐蝕等情況的發(fā)生，在完全中斷前，隨著平臺(tái)移動(dòng)往往出現(xiàn)通信時(shí)通時(shí)斷的情況，造成通信鏈路不穩(wěn)定。針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)定期對(duì)連接纜線進(jìn)行檢查、檢測(cè)，對(duì)松動(dòng)的接頭及時(shí)進(jìn)行緊固，對(duì)被腐蝕的接頭及時(shí)更換，定期對(duì)纜線進(jìn)行更換，確保室外天饋系統(tǒng)指標(biāo)正常，這一工作也可以定期使用天饋線測(cè)試儀進(jìn)行天饋系統(tǒng)指標(biāo)檢測(cè)，檢測(cè)天饋系統(tǒng)駐波比等參數(shù)并進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)掌握設(shè)備天饋系統(tǒng)變化情況，以便及時(shí)采取更細(xì)致的檢查或處理措施。另外為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，建議設(shè)備在設(shè)計(jì)論證時(shí)應(yīng)要求網(wǎng)管軟件具有設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)記錄、輸出功能，或通過(guò)在本平臺(tái)安裝頻譜分析儀的手段，定期采集設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)，建立設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，及時(shí)比對(duì)參數(shù)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(shè)備在海上移動(dòng)平臺(tái)安裝使用過(guò)程中，尤其是臨時(shí)安裝設(shè)備使用中，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注本端設(shè)備工作狀態(tài)變化，同時(shí)關(guān)注本平臺(tái)上其他用頻系統(tǒng)工作情況，一旦工作狀態(tài)有變化應(yīng)及時(shí)通報(bào)遠(yuǎn)端通信設(shè)備保障人員，以便于做到出現(xiàn)問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)早解決。一般易出現(xiàn)以下幾個(gè)方面的問(wèn)題，此時(shí)，應(yīng)結(jié)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(shè)備工作情況，一看設(shè)備供電是否正常；二看設(shè)備互聯(lián)纜線連接是否正常；三看設(shè)備工作狀態(tài)指示是否正常；四看設(shè)備網(wǎng)管技術(shù)指標(biāo)是否正常。并結(jié)合觀察到的實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)分析，乃至用天饋線測(cè)試儀對(duì)天饋系統(tǒng)進(jìn)行檢查并做相應(yīng)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(yuǎn)端平臺(tái)的相對(duì)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(tái)遮擋還是遠(yuǎn)端平臺(tái)遮擋；二問(wèn)遠(yuǎn)端平臺(tái)工作情況，了解是否是遠(yuǎn)端平臺(tái)供電、纜線或者狀態(tài)指示的其他故障造成的通信中斷；三問(wèn)本平臺(tái)是否有大功率用頻設(shè)備開機(jī)工作，如果沒(méi)有則及時(shí)了解其他平臺(tái)相關(guān)用頻設(shè)備工作情況。（3）查：用頻譜儀檢查或設(shè)備內(nèi)置頻譜監(jiān)測(cè)功能查看所用頻段是否有底噪異常升高，導(dǎo)致設(shè)備接收電平異常升高，信噪比下降等情況，該步結(jié)合技術(shù)指標(biāo)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(qǐng)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(bào)相關(guān)平臺(tái)設(shè)備更換頻率參數(shù)，重新建立通信鏈路。
3.2信噪比和接收電平有規(guī)律的變化且幅度較大
出現(xiàn)這種情況一般是天線故障或整個(gè)通信系統(tǒng)（設(shè)備-饋線-濾波器-饋線-天線）接頭處有松動(dòng)或饋線有破損，導(dǎo)致信噪比和接收電平隨移動(dòng)平臺(tái)晃動(dòng)而變化較大，此時(shí)需檢查各接頭是否連接正常，用天饋線測(cè)試儀檢查整個(gè)天饋系統(tǒng)的故障位置，更換故障部件。
3.3信噪比和接收電平無(wú)規(guī)律的變化
確認(rèn)整個(gè)天饋系統(tǒng)無(wú)故障后，這種情況很有可能是有電磁干擾，用頻譜儀或天饋線測(cè)試儀的頻譜監(jiān)測(cè)功能，通過(guò)頻譜分析是否有可用頻段，在確認(rèn)有可用頻段的情況下，應(yīng)及時(shí)通報(bào)相關(guān)平臺(tái)設(shè)備更換頻率參數(shù)，重新建立通信鏈路。使用頻譜儀或天饋線測(cè)試儀的頻譜監(jiān)測(cè)功能時(shí)，最好把設(shè)備關(guān)機(jī)，這樣能更清晰、迅速地查找到可用頻段。
四、結(jié)論
本文針對(duì)海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)線通信設(shè)備在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)“水土不服”的實(shí)際情況，對(duì)其出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析，并給出使用規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等方面的建議，最后結(jié)合筆者經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了易出現(xiàn)的故障及相應(yīng)的處理措施，對(duì)提高海上移動(dòng)平臺(tái)間無(wú)線通信的穩(wěn)定性提供了幫助。
參考文獻(xiàn)
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