京沪数字微波电路河北段传播衰落分析

陈志国

(河北省长途电信传输局)

 

京沪数字微波电路(电信总局编号214电路)是国家一级通信干线，担负着繁重的通信任务，但自投产运行以来，这条电路的河北段一直衰落严重，并多次造成电路全阻或单波道阻断，使电路中断率指标达不到设计要求，因而无法保证电路通信质量。为了尽快解决这一问题，本文在对传播衰落统计数据进行调查分析的基础上，提出了一些针对性较强的抗衰落措施。

    一、传播衰落情况

    河北省衡水微波通信局作为214电路河北段的一线维护单位，对1993——1998年间的传播衰落情况做了详细准确的记录。据统计，214电路河北段在此期间共发生程度不同的衰落270次，其中2次造成单波道阻断，6次造成电路全阻，阻断时间共计1058分钟。

    从统计数据分析，214电路河北段传播衰落呈现以下特点：

    1．衰落持续时间长。绝大部分衰落都在半小时以上，几个小时的长衰落时有发生，最长的达l0小时48分。

    2．衰落程度深。214电路多次因传播衰落造成阻断。

    3．衰落频带宽。当衰落发生时，常常是多个波道或全部波道同时衰落。

    4．衰落发生月份为六月至十一月，其中七、八、九月衰落情况最为严重，几乎每天均有衰落发生。

    5．绝大部分衰落发生在每晚的19：00至次日8：30。

    6．发生衰落比较频繁的中继段是邻近白洋淀水网区域和靠近渤海的大城——任邱——肃宁段。

    二、衰落类型

    传播衰落若按发生的原因来区分，主要可分为吸收型衰落、绕射型衰落、K型衰落和波导型衰落。

    吸收型衰落是在电波传播路径上，由于雨、雪、雾、气体分子等的吸收或散射对电波引起的衰减。由214电路河北段的衰落特点看，应不属于吸收型衰落，原因是它常常发生在10GHz以上的高频段内，且主要是降雨引起的衰减；而214电路发生衰落时，一般并无降雨等恶劣天气伴随。

    经仔细核对214电路河北段的设计参数，证实即使在Kmin情况下所有路径并无阻挡物，不存在绕射路由，因而绕射型衰落的可能性很小。

    K型衰落是由于直射波与地面反射波的相位干涉所产生的衰落。这种衰落与行程差有关，而在大气层中，行程差又随大气折射率的K因子而变化。当微波线路经过水面或平滑地面时，K型衰落显得特别严重，甚至会造成通信中断。

波导型衰落的特点是：由于种种气象条件的影响，如：夜间地面的冷却，早晨地面被太阳光晒热，以及平静的海面和高气压地区等，会在某个大气层中出现K＜0的情况，电磁波通过此大气层时，即产生超折射现象，形成大气波导。大气波导对传播的影响可分为两种情况：(1)如果微波射线通过大气波导，而收发信点在波导层外，则接收点的场强除了直射波和地面的反射波外，还有波导层边界的反射波，会形成严重的多径衰落，从而造成通信中断；(2)当在电波传播路径上出现接地型波导层，并且发射点位于此层时，从发射点向水平方向发射的日波将因波导层而向下折射，在波导层内发生会聚(见图l①)；向上发射的电波中，当发射角小于某一角度时，同样发生会聚(见图1（2）)；当发射角大于某个角度时，电波则因波导层而向上发散(见图l③)；向下的电波，其中一部分发生会聚(见图l④)，另一部分经大地或海面等反射后再在波导层中会聚，或向上方发散。由于此原因，电波几乎达不到图l中画斜线的阴影部分。当接收点位于阴影区时，将造成严重的衰落，常常引起通信中断。

 

    一般认为K型衰落持续时间相对较短，衰落程度较浅，且变化快，很少能够中断通信；而波导型衰落持续时间长，衰落程度深，极易造成通信长时间中断。由此可见，214电路衰落现象更符合波导型衰落的特征。另外，其大部分衰落时间是在晚19：00至次日晨8：30，也正是极易形成大气波导的时段。当然并不是所有214电路衰落都属于波导型衰落，可能也有相当一部分程度较浅的衰落属K型衰落。

    三、克服214电路河北段传播衰落的措施

    214电路河北段各中继段均设有空间分集、自适应均衡、横向均衡等抗衰落措施，如何采取进一步措施来彻底改善目前的严重衰落状况呢?我们认为应采取针对性的措施以主要对抗波导型衰落。国内外研究资料显示，加大空间分集主副接收天线间距和利用三重空间分集技术都是非常有效的对抗波导型衰落的措施。它们一方面尽可能地减少波导层边界反射波的干涉影响，另一方面力争避免使两面天线或三面天线均处于波导层传播的阴影区内。

    1．加大空间分集主副天线间距

空间分集改善系数的经验公式如下：

    其中S为天线的垂直间距(m)，d为中继段距离(km)，f为工作频率(GHz)，F为衰落深度(dB)，可见主副天线的垂直间距越大，空间分集的改善效果越好。

    当增加主副天线间距时，如果必须移动主天线位置，势必影响电路余隙值。经计算，若设计得当，适当增加天线间距仍能满足214电路河北段路径余隙要求，有的段还能使线路工作更稳定。

表l以大成——任邱段为例计算了天线间距增加前后余隙变化和中断率改善情况。根据两站铁塔及天线挂高的实际情况，拟将大成站主天线下移l0米，主副天线间距增至20米；任邱站分集天线下移12米，主副天线间距也增至20米。

   

由表1可以看出，天线间距增加后，当Kmin＝0．78，相对余隙为0．23，仍能满足线路余隙要求；而当K＝4／3和无穷大时，相对余隙值更理想。由于空间分集改善系数的大幅度提高，从而大大降低了线路中断率。

    在增加天线间距的具体实施上，可先在仅需移动分集天线的中继段或单个方向上做改善实验，而勿须中断电路，待取得经验后，再推广到其它各段。

    2．采用三重空间分集技术

三重空间分集是在二重空间分集的基础上，在接收天线垂直面上再增加一面天线，由三面天线共同接收同一方向信号然后中频合成的技术，如图2所示。

 

    根据北方电讯公司提供的资料，三重分集比二重分集的改善效果明显增强，如图3所示。

    ●二重分集

    平衰落储备改善3dB

    SES性能提高10—200倍

    ●三重分集

    平衰落储备改善4．8dB

    SES性能提高5个数量级

    三重分集技术比较成熟，北方电讯公司已将其用于SDH数字微波线路中，用来克服多径传播的影响。若采用三重分集技术改善214电路河北段，其缺点是成本比较高，需购置天馈线、接收机及三输入中频合成器等。

   参考文献

    1．Northern Telecom’3 SDH Radio Product And Techn010gy Seminar．1995

    2．数字微波通信．王云飞等编译．人民邮电出版社，1991

    3．数字微波中继通信工程．姚彦等编著．人民邮电出版社，1990