某型對海微波通信系統抗多徑干涉方法探討

王 雷 陳翔宇

（中國人民解放軍92419部隊，遼寧 興城 125106）

0 引言

海面數字微波通信的信道屬于非恒參信道，其弱點是無法避開由于海平面反射所引起的多徑衰落，即由于直射波和反射波相互迭加，使得接收端信號電平起伏、失真和波形展寬，造成通信系統特別是大容量高速數字通信系統在接收端發生嚴重的亂碼，導致通信系統的性能下降。這種衰落在信號幅度上服從瑞利分布或廣義瑞利分布。

某型對海微波通信系統工作在ku頻段，采用頻分雙工時分多址體制，利用OFDM調制方法實現海上微波信息傳輸。本文旨在結合該型通信系統工作模式，對海面微波傳輸抗多徑方法進行分析與驗證。

1 海面多徑干涉分析

海上電波傳播，容易引起多徑干涉。多徑干涉，會導致平衰落和帶內頻率選擇性衰落。到達接收端的信號合成幅度為：

圖1 多徑路程差示意圖

其中：k為海面反射系數，Δθ為多徑時延相差，計算公式：Δθ=Δτ*f 。由公式（1）可知多徑時延越大，多徑時延相差越大；工作頻段越高，多徑時延相差越大。對兩端都有一定海拔高度的視距通信而言，傳輸距離越近，多徑時延越大。某型對海微波通信系統傳輸距離從近到遠，工作頻段高達12～14GHz。所以從近距離到遠距離整個路徑上，出現接收電平陰影區的概率也就越高，如圖1所示。

根據兩端的高度值，傳輸距離從10km到100km，海面反射系數按0.98取值，在Ku頻段下，選擇不同頻率和不同的船載天線高度，使用12GHz和14GHz兩個上下行頻率，在不同的距離點，平衰落深度很大，極限情況達到-34dB。須采取措施克服平衰落的影響。

2 克服平衰落的措施

目前，克服平衰落主要利用系統余量儲備、采取合理的分集措施、采取抑制反射波的措施三種方法，受發射機功率、裝備結構等約束，克服平衰落時，采用大天線、大功放，加大系統余量克服平衰落，不太適宜。而合理的分集措施，不存在這些約束，同時還可以提高電波傳播可靠度，所以傾向于采用分集措施。采用圓極化天線抑制反射波也是一種比較有效的措施。

2.1 頻率分集措施及仿真

頻率分集的實現，只是在中頻以下多加1或多個調制解調器，調制解調器的分集合并可以采用1：1的方式。

可以采取兩個頻率分集措施抑制平衰落的影響，當海面天線高度為3米時，仿真出船只到地面基站不同距離時的衰落深度，仿真結果見圖5、圖6、圖7。

表1 出現深度衰落的距離

表2 出現深度衰落的距離

由圖可見，當船載天線高度為3米時，同時發射兩個射頻載波，在兩個頻率相差200MHz時，距離近的地方，衰落比較小，距離遠的地方，衰落比較大。當兩個頻率相差400MHz時，距離近的地方，衰落比較大，距離遠的地方，衰落比較小。多個距離點兩個頻率的衰落深度見表1、表2所示。

可以看出，f1、f2選擇間隔盡可能大，能保證兩個頻率同時出現深衰落的距離地點減少，由于系統的頻帶寬度為500M，一組頻率的選擇盡可能保證比較大的間隔。通過仿真，可以看出，某些距離點出現的小于15dB的深度衰落可以依靠系統余量儲備抵消，有些地點大于20dB的深度衰落不能依靠系統余量儲備抵消。

2.2 利用抑制反射波措施

2.2.1 利用定向天線窄波束抑制反射徑能量

當水面船只距離在30km以外時，定向天線對準空中目標的俯仰角度＜2°，小于天線波束寬度，這時船載天線的波束對海面反射徑能量的抑制能力有一部分（較小），所以系統設計時，其抑制能力只能是利用，不能依賴。

2.2.2 采用圓極化天線抑制反射徑能量

圓極化天線左右旋具有較好的隔離度，海上電波傳播的反射徑經海面反射時，其左旋變為右旋，天線接收時，收到正常旋轉的直射徑能量和反旋轉的反射徑能量。利用天線自身的左右旋極化間的隔離，達到對反射徑的抑制。

根據工程經驗，假設收發極化都采用左旋圓極化，接收天線的軸比為1.5dB，發射天線的軸比為2.23dB，實際測試左旋極化接收對右旋信號的隔離度為7.8dB，這樣通過采用圓極化天線，反射徑的海面反射系數可以降低到0.5。

圖5 多徑衰落仿真示意圖（1）

圖6 多徑衰落仿真示意圖（2）

圖7 多徑衰落仿真示意圖（3）

由于采用圓極化方式，本節平衰落計算模型中的海面反射系數按0.5考慮，當海面天線高度為3米時，選擇f1=14.0GHz，f2=12.75GHz，兩個上下行頻率，仿真出海面天線與空中天線不同距離時的衰落深度如圖8所示。

圖示不同頻率在10km到100km的范圍內衰落深度都不超過6dB，不需要系統比較大的余量儲備。天線采取圓極化方式可以比較有效的抑制平衰落的影響。

圖8 采用圓極化措施多徑衰落仿真示意圖

3 結束語

通過采用頻率分集和天線圓極化措施對抑制平衰落影響的分析、仿真、計算，可以看出，采取頻率分集能給系統抗多徑影響帶來不少好處，大部分地點保證通信，部分地點有比較深的衰落，系統儲備容量不能彌補，可以通過合理使用頻率載波、繞開地域等方法解決，本文所研究方法對同類型系統具有一定的借鑒指導意義。

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