大容量數(shù)字微波抗衰落措施的研究

山西廣播電視無線管理中心1125臺 張 斌

隨著大容量數(shù)字微波技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字微波技術(shù)所能傳輸?shù)男畔⑷萘吭絹碓酱?，有力的推動了?shù)字微波技術(shù)在廣播電視、民用通信等領(lǐng)域的應(yīng)用，為人們帶去更高質(zhì)量的數(shù)字微波通信服務(wù)。為更好的推動大容量數(shù)字微波技術(shù)的發(fā)展，本文以影響大容量數(shù)字微波技術(shù)的衰落因素進(jìn)行探究，然后針對所分析的衰落因素，提出抗摔落的具體措施。

在大容量數(shù)字微波通信傳輸時(shí)，常常因遭遇大氣運(yùn)動、高山、建筑物的影響，而出現(xiàn)大容量數(shù)字微波衰落現(xiàn)象，表現(xiàn)為大容量數(shù)字微波信號的失真、質(zhì)量下降、中斷等現(xiàn)象，影響大容量數(shù)字微波通信的有效傳輸。而隨著大容量數(shù)字微波通信技術(shù)的發(fā)展，抗衰落措施成為影響大容量數(shù)字微波通信技術(shù)應(yīng)用的重要技術(shù)手段，為使大容量數(shù)字微波通信技術(shù)抗衰落能力得到有效提升，應(yīng)針對障礙物采取相對應(yīng)的措施，如接收分集、組成環(huán)路自愈網(wǎng)等。

1 影響大容量數(shù)字微波通信技術(shù)的衰落因素

大容量數(shù)字微波通信技術(shù)的信號主要是在空氣中傳播，在經(jīng)由中繼站向遠(yuǎn)方傳輸?shù)倪^程中，雖然微波的穿透性較好，但在遇到極端天氣、較多障礙物的情況下，便會出現(xiàn)信號衰落現(xiàn)象，其對大容量數(shù)字微波通信技術(shù)的影響如下。

1.1 大氣層運(yùn)動引發(fā)的信號衰落現(xiàn)象

大容量數(shù)字微波通信技術(shù)是使用波長在0.1mm-1m之間的微波，在空氣中進(jìn)行傳播的一種技術(shù)，隨著數(shù)字微波通信技術(shù)容量的提升，其在空氣中進(jìn)行傳播時(shí)，主要是在5000m以下的平流層進(jìn)行傳輸。當(dāng)大氣層的平流層產(chǎn)生較大的運(yùn)動時(shí)，大容量數(shù)字微波通信便會受到平流層運(yùn)動的影響，出現(xiàn)一些信號衰落現(xiàn)象。當(dāng)平流層運(yùn)動較為激烈時(shí)，平流層中的氣體分子會與大容量數(shù)字微波通信技術(shù)中波長低于2cm的微波產(chǎn)生共鳴，并吸收這些微波，與氣體分子相中和，導(dǎo)致大容量數(shù)字微波通信技術(shù)出現(xiàn)信號丟失現(xiàn)象。當(dāng)平流層運(yùn)動較為激烈，且出現(xiàn)了較大規(guī)模的雷雨天氣時(shí)，受大氣層運(yùn)動的影響，大氣層中的氣體分子、水分子較為活躍，對大容量數(shù)字微波通信技術(shù)中的微波產(chǎn)生較強(qiáng)的反射、折射、吸收等現(xiàn)象，導(dǎo)致大容量數(shù)字微波通信技術(shù)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的信號衰落，甚至是信號中斷的問題，嚴(yán)重影響著大容量數(shù)字微波通信技術(shù)的正常進(jìn)行，此時(shí)大容量數(shù)字微波通信技術(shù)表現(xiàn)為微波的振幅和相位波動起伏，出現(xiàn)嚴(yán)重的不穩(wěn)定現(xiàn)象，信號嚴(yán)重失真，接收端所能接收到的信號較少，無法完整的呈現(xiàn)大容量數(shù)字微波所搭載的信息。

1.2 地形所引發(fā)的信號衰落現(xiàn)象

地形是影響大容量數(shù)字微波通信技術(shù)應(yīng)用的重要因素之一，大容量微波在平原地帶與山區(qū)傳輸時(shí)，其傳輸效率差異較大。當(dāng)大容量數(shù)字微波在平原地帶傳輸時(shí)，因平原地帶空間開闊，大容量數(shù)字微波傳輸效率較好，難以出現(xiàn)信號衰落的現(xiàn)象，對大容量數(shù)字微波的影響微乎其微，但并不意味這平原地區(qū)對大容量數(shù)字微波變沒有影響。平原地區(qū)的晝夜溫差較大時(shí)，尤其是早晚的時(shí)候，其空氣中水分子含量較大的情況下，便會對大容量數(shù)字微波產(chǎn)生一定的折射現(xiàn)象，導(dǎo)致大容量數(shù)字微波出現(xiàn)信號衰減的現(xiàn)象，不過相比較大氣層運(yùn)動、山區(qū)對大容量數(shù)字微波的影響，平原地區(qū)對大容量數(shù)字微波的衰落影響整體上較小。在山區(qū)，因山峰回繞、山勢較高的影響，大容量數(shù)字微波在進(jìn)入山區(qū)時(shí)，常常被反射、折射，出現(xiàn)大容量數(shù)字微波信號失真、中斷等現(xiàn)象。且山區(qū)地區(qū)的晝夜溫差更大，平流層運(yùn)動加劇，更使得山區(qū)地區(qū)的微波信號容易出現(xiàn)衰落現(xiàn)象。山區(qū)地區(qū)的大容量數(shù)字微波信號衰落主要為深衰落和快衰落現(xiàn)象，即衰落程度較大，對大容量數(shù)字微波的影響很大。

1.3 反射波所引發(fā)的微波信號衰落現(xiàn)象

反射波是指大容量數(shù)字微波在傳輸過程中，因遇到各種障礙物，所引發(fā)的一種反射現(xiàn)象，其表現(xiàn)為電平衰耗的加劇或減少。當(dāng)大容量數(shù)字微波在傳輸時(shí)，遇到刀刃形狀的障礙物時(shí)，受到刀刃形狀障礙物的影響，大容量數(shù)字微波便會產(chǎn)生反射現(xiàn)象，為保障大容量數(shù)字微波的傳輸，大容量數(shù)字微波的電平衰耗將加大至少6dB。當(dāng)大容量數(shù)字微波遇到障礙物阻擋信號的K值時(shí)，便會因?yàn)檎系K物超出了K值而引發(fā)信號衰落現(xiàn)象。對抗反射波所引發(fā)的微波信號衰落現(xiàn)象，需要從微波信號的傳輸路徑、天線角度等進(jìn)行調(diào)整。

1.4 天線與饋線所引發(fā)的微波信號衰落現(xiàn)象

大容量數(shù)字微波的天線和饋線也會引發(fā)微波信號衰落現(xiàn)象，區(qū)別于障礙物所引發(fā)的微波信號折射、反射現(xiàn)象，大容量數(shù)字微波的天線和饋線是因?yàn)楣ぷ髁踊l(fā)的微波信號衰落現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)大容量數(shù)字微波通信設(shè)備的天線和饋線因?yàn)槁萁z松動、絕緣線皮破裂或脫落時(shí)，都會使大容量數(shù)字微波通信設(shè)備的天線和饋線無法正常工作，加大大容量數(shù)字微波通信設(shè)備的功耗，致使大容量數(shù)字微波通信設(shè)備的溫度上升，因工作環(huán)境的溫度加大，在微波信號從天線發(fā)出時(shí)便受到了干擾，從而出現(xiàn)了大容量數(shù)字微波信號衰落的現(xiàn)象。此外在大容量數(shù)字微波天線和饋線中，所使用的為空芯軟波導(dǎo)，當(dāng)空芯軟波導(dǎo)中氣體未排干凈時(shí)，便會因?yàn)橛袣怏w的存在，而引發(fā)大容量數(shù)字微波信號衰落現(xiàn)象的出發(fā)。

2 針對大容量數(shù)字微波衰落的有效措施

2.1 接收分集技術(shù)

針對大氣運(yùn)動、平原和山區(qū)等所引發(fā)的大容量數(shù)字微波衰落現(xiàn)象，可通過接收分集技術(shù)進(jìn)行解決。接收分集技術(shù)是指通過對大容量數(shù)字微波的空間、頻率進(jìn)行分集，實(shí)現(xiàn)對平流層運(yùn)動、山區(qū)折射的有效對抗，以此來降低大氣層運(yùn)動、山區(qū)障礙所引發(fā)的大容量數(shù)字微波衰落問題。首先在空間分集方面，大容量數(shù)字微波下的接收分集是指面對微波信號的發(fā)射方向，在不同的角度上架設(shè)多個(gè)接收信號的天線，擴(kuò)大對微波信號的接收，然后通過各天線接收到的微波信號，將其進(jìn)行綜合處理后，輸出為音視頻或文字，達(dá)到對抗大氣運(yùn)動、山區(qū)障礙引發(fā)的信號衰落現(xiàn)象。空間分集雖然能夠有效對抗因障礙反射所引發(fā)的微波信號衰落問題，但是空間分集也有其弊端，即面對雨雪天氣時(shí)，當(dāng)大容量數(shù)字微波信號衰落較為嚴(yán)重時(shí)，盡管接收到較多的平行信號，但是空間分集并不足以保障微波信號的穩(wěn)定。因而空間分集技術(shù)適用于大容量數(shù)字微波信道較多、傳輸路徑固定，且雨雪天氣較少的地區(qū)。

其次在頻率分集方面，區(qū)別于空間分集技術(shù)，空間分集是指在大容量數(shù)字微波通信的接收端和發(fā)射端，同時(shí)使用兩個(gè)以上的頻率或信道，將其合并在一起發(fā)送或接受微波信號。在將兩個(gè)及以上的頻率或信號合并后，微波信號在兩個(gè)頻率或信號中進(jìn)行傳播，能夠有效的對抗因反射、折射而引發(fā)的信號衰落現(xiàn)象。接收端在接收到兩個(gè)頻率或信道的信號后，并對其進(jìn)行合成處理，實(shí)現(xiàn)接收微波信號的目的。頻率分集的抗衰落效果較好，能夠有效的解決因微波信號衰落而引發(fā)的信號失真問題，但是頻率分集因使用兩個(gè)以上的頻率或信道，如果與其他微波信號的頻率或信號相同時(shí)，彼此之間會產(chǎn)生干擾，因而頻率分集技術(shù)不適用于微波發(fā)射設(shè)備較多的地區(qū)，否則會因?yàn)轭l率和信道之間的相互干擾，而導(dǎo)致抗衰落效果較差。

2.2 環(huán)路自愈網(wǎng)技術(shù)

環(huán)路自愈網(wǎng)技術(shù)是利用微波傳輸?shù)奶匦?，充分發(fā)揮大容量數(shù)字微波通信技術(shù)、設(shè)備的優(yōu)勢，而組成的微波信號傳輸環(huán)路，利用微波信號在組成的環(huán)路中的多次傳輸，實(shí)現(xiàn)對抗大容量數(shù)字微波衰落現(xiàn)象的目的。首先要充分發(fā)揮大容量數(shù)字微波通信中繼站的作用，將多個(gè)中繼站連接在一起，組成環(huán)路自愈網(wǎng)，自愈網(wǎng)的范圍越大越好，但當(dāng)相鄰中繼站的距離較遠(yuǎn)時(shí)，則所組成的環(huán)路自愈網(wǎng)效果將大打折扣。其次在組成的環(huán)路自愈網(wǎng)中，任何一個(gè)中繼站點(diǎn)都將從兩個(gè)方向發(fā)射和接收大容量數(shù)字微波信號。當(dāng)一個(gè)方向的大容量數(shù)字微波信號出現(xiàn)衰落現(xiàn)象時(shí)，可啟用另一個(gè)方向的接收設(shè)備，接收大容量數(shù)字微波信號，以此來對抗大容量數(shù)字微波信號衰落的問題。因環(huán)路自愈網(wǎng)中的中繼站均是從兩個(gè)方向接收和發(fā)射微波信號，因而在環(huán)路自愈網(wǎng)中，微波信號的傳輸是多方向和多次數(shù)的，通過多次的傳輸，增強(qiáng)微波信號的有效性，從而大大對抗因大容量數(shù)字微波衰落而出現(xiàn)的信號失真度較高的問題。

2.3 自適應(yīng)均衡技術(shù)

自適應(yīng)均衡技術(shù)是利用在大容量數(shù)字微波中的自適應(yīng)均衡器，當(dāng)出現(xiàn)大容量數(shù)字微波衰落現(xiàn)象時(shí)，自適應(yīng)均衡器對頻域、時(shí)域分別進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到對抗大容量數(shù)字微波衰落的目的。自適應(yīng)均衡器分為時(shí)域自適應(yīng)均衡器和頻域自適應(yīng)均衡器。當(dāng)大容量數(shù)字微波因頻率或信道被干擾而出現(xiàn)衰落現(xiàn)象時(shí)，可通過頻域自適應(yīng)均衡器的調(diào)整，對大容量數(shù)字微波的頻率或信道進(jìn)行調(diào)整，更換其他頻率或信道發(fā)射微波信號，防止相同頻率的微波信號所引發(fā)的干擾現(xiàn)象。當(dāng)大容量數(shù)字微波中電路衰落現(xiàn)象導(dǎo)致微波信號傳輸出現(xiàn)了衰落現(xiàn)象時(shí)，可通過時(shí)域自適應(yīng)均衡器的調(diào)整，縮短電路兩個(gè)波之間的時(shí)間，從而有效對抗大容量數(shù)字微波衰落現(xiàn)象。

結(jié)語：在大容量數(shù)字微波的應(yīng)用過程中，衰落問題的存在一直困擾著大容量數(shù)字微波工作人員，通過對影響大容量數(shù)字微波的因素進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對策，有助于解決大容量數(shù)字微波衰落問題，促進(jìn)大容量數(shù)字微波更進(jìn)一步的應(yīng)用。