“小微波”用作专网链路的设计、安装与调试

"小微波"用作专网链路的设计、安装与调试 

钟介凡 

    工作在千兆赫兹频段的微波机由于天线尺寸、微波器件和整机体积都较小，俗称"小微波"。小微波采用点对点传输方式，建设快捷，维护简便，经济实用。 
    通常，交换机联网都是采用普通的电话线或四线的E&M方式模拟联网，敷设线路麻烦，费工费时，维护也不便。用11GHz数字小微波作交换机的联网链路，可方便地与交换机的2.048Mb／s数字接口连接，可自行设计、安装和调试。下面是我们在使用11GHz小微波作MD110交换机的联网链路时的设计、安装及调试情况。 

1 视距传输条件 

    微波的传输如同光波，信号的传输主要是利用视距传播。和短波通信相比，微波视距传播具有稳定性好、受外界干扰较小的优点。要实现视距传播，必须了解视距与天线高度的关系。图1示出了视距传播的理想化几何模型。图中h₁、h₂是保证A、B两站间视距传播的天线最小高度，假设A、B两站间的视距为d，则有下式的关系：
 
    其中d的单位为km，这就是视距距离与天线高度的关系式。 
    在没有高山或高层建筑阻挡时，可参考下面表1给出的不同天线高度（h）下的实际最大视距（d）来确定天线的高度。如果有阻挡物，则要考虑天线的高度能够使电波不被阻挡，保证微波传输线路的视距内传输。这时可以在1：10000（或1：50000）的地图上标出要建立微波站的确切站址点，将两个站的站址点分别连线，连线就成为11GHz小微波的传输路径和天线的通信方向，将连线长度乘以地图比例尺的值便是11GHz小微波的两站传输距离，把连线经过的地形高度按比例绘在大气K型（取K=2／3的曲面图）等效面图上，就成为微波传输路径的剖面图，利用图1的原理，就相当于A、B两点所在的天线高度h₁、h₂（包括了天线高度和所在建筑物的海拔高度）要满足A、B连线无阻挡地通过阻挡物C点。这时天线高度h₁、h₂就是满足视距传输的条件。 

2 传输可靠性 
    选定了建站的站址，考虑了天线的高度后，便要对传输路径作可靠性计算。我们知道，电波在视距传播过程中由于地面效应和大气变化会引起接收信号电平发生起伏变化的衰落现象，根据CCIR建议，可以用衰落深度概率（P_r）的经验公式来估算数字微波传输的可靠性： 
    P_r=KQf^Bd^C*10^－F／10和R=1－P_r 
    其中，R为数字微波传输可靠性；P_r为衰落深度概率；F为衰落储备；f为工作频率，单位为GHz；d为路径的距离，单位为km；K为气候条件参数，B、C、Q为与区域和地形条件有关的参数。根据原邮电部设计院的标准取值，在一般的条件下，地形为山区的情况下，KQ=1.5×10^-4，B=1，C=1.2。衰落储备F的计算公式如下： 
    F=（P_t－C）+（G_t+G_r）-L-L_d 
    其中：P_t为发射机功率，单位为dBm;C为接收机门限电平，单位为dBm；G_t为发射机天线增益；G_r为接收机天线增益；L_d为自由空间损耗；L为馈线和接头损耗。 
    下面以HT11－03数字微波机的技术指标为例，说明计算过程。 

    工作频率 11GHz 发射功率 14dBm 接收机门限电平 -91dBm 天线增益 29dB×2 传输距离 9km 馈线接头损耗 2dB 则自由空间损耗L=92.4+20lg11+20lg9=132（dB） 
    衰落储备F=14＋91+29×2-132－2=29（dB） 
    衰落深度概率（以山区的参数为例） 
    P_r=1.5×10^－4×11×9^1.2×10^-29/10=2.90×10^-5 
    可靠性R=1－2.90×10^-5=99.997％ 
    计算结果可以满足MD110交换机的数字化联网要求。一般交换机数字化联网对数字传输线路的要求是数字传输的误码率优于10^－4，衰落深度概率优于1×10^-4，也就是数字微波的传输可靠性高于99.99％。 
3 小微波的安装和调试方法 
    11GHz微波机和天线的体积都比较小，安装较方便。安装工作主要是机架的固定和天线的固定、方位角的定位，以及作好防雷接地。调试的主要工作是调整天线的方位角，确保接收电平达到设计指标。有条件使用频谱仪的，可用频谱仪测量接收机的接收电平幅度和波形的失真情况，边调整边观察波形和幅度。但由于11GHz微波的频率较高，许多应用单位可能没有较高频率的频谱仪，而且微波天线和高频箱通过硬波道连接，无法直接测量到11GHz微波信号，所以依靠仪器来调整有一定的困难。我们采用在微波机的2.048Mb／s接口一端接入录像机，另一端接入电视监视器的方法，通过电视图像信号质量来调整接收电平，即边看电视图像边调整天线方位，以电视图像达到最佳为止。经验表明，当电视的彩色图像信号清晰完整时，便能满足交换机的2.048Mb／s数字接口联网要求。当微波机安装调整完毕以后，连接上交换机，做好交换机联网程序。MD110交换机在联网后能自动检测传输线路的质量和误码情况，并在交换机的操作台上显示告警信号。如果交换机操作台没有显示告警信号，说明微波的传输质量好、误码率达到1×10^－4以上，交换机的工作正常；如果是显示"4"字，表示微波的传输质量较差，可能误码率在交换机要求的临界，交换机的工作将会时通时断；如果交换机的显示是"3"，字表示微波传输质量差，达不到交换机的基本要求，这时交换机将无法联网，应该检查微波的传输通路从设计到安装调整是否合理。 
4 微波机和交换机的联网 

    微波机的电原理（以HT11－03微波机为例）如图2所示。交换机输出的2.048Mb／s信号输入到微波机的分复接口，分复接口把这个信号变成2.048×4Mb／s信号后，送到调制器进行整形调制到1.4GHz中频，在发射模块中调制到11GHz高频后发射出去。而微波接收机在接收到微波信号后，经接收模块下变频输出1.4GHz中频信号，经解调器解调出基带信号，提取时钟、整形输出2.048×4Mb／s信号，在分复接口分出2.048Mb／s信号，输出给交换机接收接口。 
    交换机与小微波机的连接使用细电缆，对于MD110交换机来说，本身带有数字接口，可以直接连接。把交换机的2.048Mb／s发射口与微波机的基带发射接口相连接，交换机的2.048Mb／s接收口与微波机的基带接收口连接。对于没有数字接口的交换机来说，不能采用数字接口的连接，只能使用模拟方式进行连接。11GHz 小微波的模拟连接接口是分路器，分路器的功能是把2.048Mb／s信号分成30路模拟的二线或四线，供给没有数字接口的交换机使用。顺便指出，11GHz小微波可以用于图像信号的传输，这在前面的调试中已经提到使用电视信号作为调试的依据，我们也实际使用了3套小微波作为图像的传输线路，取得了很好的效果。 

    必须指出，微波机和交换机的数字接口联网距离不能超过100m。有时，微波站的站址可能离开交换机的距离较长，超过了100m范围，在这种特殊情况下，就要使用数字中继器（LTU）来增加2.048Mb／s数据的传输距离。连接方法如图3所示。增加了数字中继器，可以使交换机到微波机之间的距离增加到2km左右，我们在实际应用中应用到1.6km，传输效果稳定。