民航空管臺站微波傳輸設計相關技術問題的探討

譚久宏

（中國民航機場建設集團公司）

0 概述

經過多期建設，貴州空管分局航管樓與附近的場外臺站已初步構建了以光纖和微波傳輸構成的冗余環網。為了進一步完善通信環網，需要在森林公園雷達站和貴陽機場HF 發報臺之間建設微波通信路由，以滿足信號傳輸的需要。

1 微波傳輸設計需要考慮的影響因素

1.1 由于微波頻段的傳輸特性，主要是視距直線傳播，因此要求傳播路徑上不存在視距遮蔽，且路徑余隙能滿足傳輸需求；

1.2 微波傳輸受天氣變化影響較大，收信電平必須預留足夠余量，才能滿足一定誤碼率條件下的中斷概率要求；

1.3 10G 以上微波受降雨衰減的影響較大，是造成10G 以上微波傳輸距離短的主要因素，因此在電路參數計算時應考慮降水因素；

1.4 通過天線的掛高可控制發射點的位置，應避免發射點落在水面區域，因水面的反射會造成嚴重的多徑衰落；

2 貴陽森林公園雷達站—發報臺微波設計方案

圖1 貴陽森林公園雷達站—發報臺傳輸路徑地形剖面圖

2.1 傳輸路徑情況

貴陽森林公園雷達站和發報臺之間距離約4053m，因無傳輸路徑的地形測量資料，我們采用90m 精度數字高程數據，通過google earth 和gloab mapper 等GIS 軟件，可以得到輸兩臺站的高程和傳輸路徑的地形剖面，作為電路參數計算的依據。初步分析兩臺站間通視條件較好，且傳輸路徑上無水面區域。

2.2 微波設備選擇

目前兩臺站已有其他微波設備用于與航管樓和附近其他臺站的通信傳輸，頻率從8G—13G 不等，均采用愛立信微波設備。因本次兩臺站間的微波傳輸建成后，將與光纖網絡構成SDH 環網，因此擬采用愛立信155M SDH（MINI-LINK TN系列）微波傳輸設備。考慮到一定的頻率間隔，選擇8G 頻率的發射天線。調制方式為16QAM，信道帶寬56MHz，傳輸速率STM-1，室外單元最大發射功率22dBm，選用0.6米單極化天線。發射及接收單元主要性能指標如下表：

表1 擬選微波設備主要性能指標

2.3 直線傳播條件分析

從地形剖面圖初步判斷，兩點間通視情況較好，天線掛高經初步考察兩臺站安裝條件，均按5米考慮，需要驗算其傳輸路徑余隙。只要傳輸路徑余隙大于自由空間余隙（0.55F1，F1為第一菲涅爾半徑），電磁波主要能量區域將不會被遮擋或反射，滿足電磁波自由空間傳輸條件，傳輸路徑造成衰減最小。傳輸路徑上可能存在的障礙物為距離雷達站700米的山頭（高1240m）。

兩臺站間的第一菲涅爾半徑F1為：

表2 電路質量主要計算參數取值表

其中：

d1為森林公園雷達站距離障礙物山頭的距離；

d2為發報臺距離障礙物山頭的距離；

d=d1+ d2；

自由空間余隙H0為：

傳輸路徑余隙HC1為：

其中：

h1、h2、hs分別為兩天線海拔高度及障礙物海拔高度，根據當地植被特征，hs在原地面標高的基礎上考慮了15米樹木高度；

a為地球半徑，取值6.47千km；

為了考慮大氣折射對電波傳播的影響，在進行路徑損耗計算時，通常應選用等效地球半徑系數，式中k1和k2既為等效地球半徑系數，分別取值2/3和4/3；

對于SDH 微波，余隙比應滿足以下要求：

實際計算結果可知余隙比可滿足以上要求，傳輸通暢。同時，為考慮反射對信號的影響，對非分集天線還應滿足要求；

計算結果表明此條件不滿足，因此，可采用頻率分集天線，在僅滿足4式要求的條件下即可避免反射波帶來較大影響。

2.4 電路質量計算

對于10G 以上頻率微波，降雨衰減和大氣衰減都較為嚴重，需納入電路傳輸參數計算考慮。而對于10G 以下微波，降雨和大氣的衰減較弱，通常可以忽略。

（1）計算無衰落時的電路參數：

電路無衰落時的正常接收電平：

上式中：

pR----電路無衰落時的正常接收電平（dBm）

pT----微波發射端的發射電平（dBm）

GT、GR-----中繼段收發兩端的收發天線增益（dB）

注：因室外單元與天線合裝，饋線較短，饋線損耗較小，可忽略。

（2）衰落儲備電平為：

其中pHT為誤碼率10-6時的接收機門限電平，根據表1，其值為-77dBm

（3）電路在無衰落時中斷概率

上式中：

Ρ0------中繼電路在無衰落時分別與接收機門限對應的中斷概率

K-------環境條件因子

Q ------地形條件因子

f--------中繼電路的工作頻率（GHZ）

B、C---與氣候、季節地理有關的常數因子

在本工程中，采用丘陵地區參數進行計算。

（4）在考慮衰落儲備時中斷概率

在考慮其他因素的影響時電路中斷概率的計算

根據ITU-TSG.821建議對不同等級參考電路的規定，推定的對不同等級電路的損傷的要求，結合常用的場合，采用了其中關于本地網中對微波中繼電路系統傳輸質量的要求：

在考慮到系統內部的衰落、干擾和其它惡化因數后應符合下述要求：

電路質量計算結果見表：

從上結果可見衰落儲備電平、電路中斷概率等指標滿足技術要求。

4 結論

微波傳輸對民航空管臺站具有較為重要的作用，其傳輸質量的好壞直接關系到管制工作的開展及空中飛行安全，因此在設計過程中應對其天線掛高、傳輸路徑、電路質量等進行驗算和確認。在本例中，貴陽森林公園雷達站及發報臺微波傳輸系統在選用合適的設備后，其電路質量指標可達到傳輸要求。實際電波傳輸中反射點可能落在反射系數較大的區域，在工程實施階段，應反復調試天線掛高，使多徑衰落效應最小化。