天湖山微波系統的傳輸性能分析

王桂芳 民航福建空管分局

關鍵字：民航 微波通信 天湖山傳輸 性能

引言

雷達和VHF 是民航空中交通管制必不可少的信號形式。在福州機場西北部青州區域雷達覆蓋和VHF 通話質量較差。為了填補周邊地區雷達在青州區域的覆蓋盲區，更好地實現雷達及VHF 多重覆蓋的需求，在天湖山山頂修建雷達及VHF 共用臺站。傳輸系統采用微波設備作為“兩地一空”空側傳輸的保障手段。

一、天湖山傳輸系統需求分析

1、 微波接入背景

自1931 年世界上第一條微波通信鏈路建立至今，將近90 年的時間，微波通信經歷了快速的發展。微波通信頻段多選用電磁波頻段中的特高頻（3G-30G），頻率高、波長短，繞射能力很差，因此民航中主要應用電磁波視距傳輸的特點。早年建立的KU 衛星網作為空側保障手段在華東地區的通信質量并不是特別良好，相對于衛星通信，微波通信設備簡單、架設方便，在沿海、多山的福建地區，在點對點的短距離傳輸中微波通信視為有效的、不可或缺的傳輸手段。因此使用微波傳輸作為天湖山傳輸系統空側傳輸保障手段。

2、 業務及帶寬需求

天湖山站點建設完成后，VHF 信號和雷達信號分別引接至福州機場、廈門機場、上海區管和三明機場。根據運維需要，將設備的監控信號傳輸到機場內相關科室，將電話和OA 信號傳輸到天湖山雷達站供值班人員使用。在中繼的選擇上分別采用一條4M 帶寬的電信及移動中繼，電信中繼從天湖山到福州，移動中繼從天湖山經沙縣機場到福州。為了保證業務信號的傳輸同時滿足臺站未來無人值守的需求，在天湖山到沙縣機場，建立一條155M 帶寬的微波中繼。

二、傳輸系統的網絡設計

1、 天湖山傳輸整體介紹

天湖山傳輸系統的整體組網采用福州機場、天湖山雷達站以及沙縣機場三點成環的網絡設計。各點分別配置多臺H3C MSR3640路由器組成接入路由器組用于引接雷達及VHF 信號。設備支持IP 端口作為中繼口傳輸。路由器組的形式以及環形網絡的設計形式，極大的保證了設備冗余性和網絡安全性。業務接入路由器通過IP 的形式連接微波交換機，實現微波系統對不同類型的業務信號的接入。

2、 微波傳輸方案

沙縣機場與天湖山雷達站之間的直線距離大約為12 公里。微波設備采用愛立信MINI-LINK TN 型設備，系統采用1+1 備份的工作模式，工作在15G 的微波頻段。室外部分各兩個0.9 米拋物面天線、兩個ODU 直接安裝，無波導損耗，通過饋線接入1個共用模塊機框。系統提供8-E1 端口的DDF 和1 臺16 端口的以太網交換機，支持E1中繼和以太網中繼的接入。微波設備監控以業務形式接入到路由器設備上，實現在場內監控遠端微波設備。

三、微波系統業務測試

在設備安裝后及試運行期間進行了相關業務測試并對結果進行分析如下：

1、 運營商中繼中斷測試

為模擬天湖山雷達站至下山路段地面運營商中繼同時中斷場景，進行此測試。測試方法為在天湖山雷達站機房中斷電信中繼，同時中斷天湖山到沙縣機場的移動中繼，使業務在微波線路上傳輸。在福州航管樓和天湖山雷達站H3C MSR3640 路由器的以太網端口上進行ping 測試，從而模擬在兩路地側運營商傳輸線路失效的情況下，微波鏈路的保障性能。

在路由器端口上的ping 測試，無中斷記錄，可得知在天湖山到天湖山山下兩條運營商中繼中斷時，微波中繼能夠進行業務信號的有效傳輸。

2、 雷達信號質量測試

此測試為了驗證在由微波線路傳輸雷達信號時的雷達信號通信質量。測試方法為在天湖山雷達站機房中斷電信中繼，同時中斷天湖山到沙縣機場的移動中繼，使雷達業務在微波線路上傳輸。在航管樓機房H3C MSR3640路由器的數據板上接入HCT 6000協議分析儀，測試雷達信號經過路由器以及微波中繼傳輸后的誤碼情況。

協議分析儀測試雷達信號無誤碼，能正常解析，可得知雷達信號經微波傳輸的質量良好。

3、 VHF 時延測試

VHF 用于管制員與飛行員之間的語音即時通信，因此對通話時延有較高的要求。本測試為了驗證VHF 信號通過微波中繼從天湖山到沙縣機場再經移動線路傳輸到航管樓的時延情況。測試方法為在天湖山雷達站機房中斷電信中繼，同時中斷天湖山到沙縣機場的移動中繼。在航管樓機房進行時延測試。

測試原理為航管樓端信號發生器產生1Khz 的音頻信號，同時接入示波器以及航管樓路由器 EM 板卡port1 口的RX 針腳。音頻發生器產生的音頻信號經路由器傳輸后在天湖山路由器端通過環路線將port1 和port2 進行收發線及信令控制線短接，環路后回傳到航管樓路由器的port2 口接入示波器。信號起控后在示波器上捕捉兩個信號產生的時延差即經路由器以及中繼傳輸后的語音的雙倍時延，從而計算出單條鏈路上語音信號的延時時間。

根據以上原理及測試方法，測得雙向時延分別為209ms，203ms，214ms，取實驗平均值，計算出單向VHF 時延約為104ms，基本可以滿足管制對語音信號的時延要求。

4、 運行狀態持續監控測試

天湖山微波系統的監控信號通過H3C MSR3640 路由器傳輸到福州通信樓，在設備安裝后及試運行期間，對天湖山微波系統進行了運行狀態的持續監控。MINI LINK 網管軟件中監控到微波鏈路在大雨天氣時出現短時中斷及誤碼情況。如圖3.2 所示為不同頻率對應不同雨量時的雨衰減率曲線，如圖3.1 所示，當15G 微波頻率在16mm/h 雨量時，由曲線c 可知，每公里衰減為1dB，此時，在整條鏈路上由雨衰引起的衰減約為12dB。因此在大雨天氣，15G 微波頻率受雨衰影響較為明顯。

圖3.1 雨霧的衰減曲線

通過對微波系統狀態的持續監控以及雨衰量化分析，將天線角度以及ODU 接收增益調整到合適范圍內，以使微波在復雜天氣下更穩定傳輸。

對天湖山微波系統的性能測試分析可以發現，微波系統對于IP業務、VHF 業務及雷達業務的傳輸質量良好，在地面運營商線路中斷時能自動切換到微波線路，很好的實現了應急備份作用，保證業務的安全、可靠傳輸。深入探析微波的特點，能使我們了解在復雜多變天氣條件下，微波設備的運維能力，從而提供更好的保障。

四、總結與展望

微波傳輸在民航中對邊遠臺站業務傳輸有著不可替代的作用。隨著目前民航業的不斷發展，科學技術的快速進步，越來越多的新型空管設備的投入使用，傳輸系統所傳輸的業務形式日益多樣化，傳輸信號的帶寬要求也越來越高。同時數字業務快速發展，成倍的基站部署，以及5G 技術的研發和使用，對未來微波帶寬和性能都提出更高的要求。業務傳輸也向著更加高速化、數字化的方向發展。