微波通信技术在近岸通信中的应用

赵 勇，叶 鑫

（中国人民解放军91913 部队，大连 116041）

我国是个海洋大国，海岸线纵贯南北，绵延18000多千米，近年来，随着国家日益强盛，海洋战略地位不断提升，各项海上科研试验日益增多，近岸科研试验中的通信技术应用也越来越频繁，微波通信技术作为一种传统可靠的通信技术，在其中得到广泛应用，近年来，通信网络业务发展越来越快，很多情况下，除了语音业务，点对点无线接入设备还需要支持视频、IP 等业务，同时，由于海洋环境、近岸通信的特殊性，微波通信技术在近岸通信中的应用有着较高的技术要求，来提高其组网能力、频谱利用率，在有限的带宽上实现高可靠的高速的业务传输。

1 微波通信技术特点

微波通信主要指的是工作在300MHz ～300GHz 频段，利用分米波、厘米波和毫米波的无线电波作为载波载送信号的通信方式，其主要特点有：

（1）视距传播：微波是以直射波形式在视距内传播的，其传输易受地形、地貌和大气层影响。

（2）宽频段：微波频段宽度接近50GHz，具有较大的通信容量，可传送语音、图像等综合业务信息。

（3）天线增益高、方向性强：当天线口径一定时，波长越短，增益越大，方向性越强。

（4）传输质量高：微波具有单色性，能够克服诸多气候和天气因素影响进行稳定传输。

2 系统设计

2.1 抗衰落、抗多径技术

微波通信信道为变参信道，其通信过程会受到海平面的反射作用影响和天线架设高度的限制，微波天线发射的直射波和海面反射波会相互叠加，信号到达接收端时会出现电平起伏、失真和波形展宽的现象，导致接收系统出现严重的乱码，从而降低整个通信系统的性能。从发射端到接收端的信号衰落在幅度上服从瑞利分布或广义瑞利分布，同时，海面反射系数和多径时延相差都会影响到信号接收端口的合成幅度。如果多径时延增大，多径时延相差也会随之增大，而且，如果工作频段为高频段，多径时延相差也会增大，反之则会减小。对于对海微波通信而言，岸站处于高海拔，舰载站处于低海拔，在正常通信距离范围内，多径时延会随着信号传输距离的减小而增大，在舰载站到岸站的整个微波传输路径上，很可能出现接收电平阴影。

为了达到相对平稳的传输效果，可以采取合理的分集体制抑制反射波，同时利用OFDM 和高效纠错编译码等数字信号处理技术。其中，由于链路比较远，采用定向天线能够保证足够的系统余量储备，保证链路传播可靠度；其次，定向天线波束角小，具有天然的空域滤波功能，能够有效的抵制多径。

2.2 多址接入

近岸通信中比较多的应用场景是海上多个船载站与一个岸站之间进行通信，这就要求岸站具有多点接入能力。在点对多点通信中多址方式的选择非常重要，所谓多址，是为了区分各船载站，使得船载站与岸站之间能够互相通信所采取的一种信道接入方法。

多址方式的选取取决于通信系统的类型、应用环境和使用要求，应从系统容量、覆盖范围、设备复杂度等多个方面综合考虑。假设船载站数量为2个，而海面信道为快衰落、衰落幅度大的变参信道，要求较高的可靠性。TDMA 方式存在等传输速率增高降低系统传播可靠度、突发解调难度大等缺点，CDMA 方式中的远近效应在衰落信道中的功率控制难度大，FDNA 多址方式技术成熟，克服了TDMA 和CDMA 在该应用场景中的难点，因此两个船载站可以用不同的频率与岸站进行FDMA 多址通信。

2.3 传播可靠度

在计算通信链路的传播可靠度时，需要考虑的主要因素包括：

（1）自由空间传播损耗：在不考虑反射、折射、吸收、散射及热损耗的情况下，无线电波在自由空间传播时产生的损耗。

（2）大气效应：包括大气吸收损耗和雨雾衰减。对于12GHz以下频率，大气吸收衰减小于0.015dB/km，在30km 传播距离上总衰减小于0.45dB，和自由空间传播损耗相比，可以忽略不计。

自由空间传播损耗计算公式：

式中：Lfs：空间损耗（dB）；F：频率（MHz）；D：距离（km）。

电平衰落储备=接收信号电平-接收灵敏度门限电平

接收信号电平是指信号到达接收机入口的信号强度，它可以按照下式计算：

接收机接收电平=Ptx+Gtx+Grx-Lfs-Lrx-Ltx

式中，Ptx为发射机输出功率；Lfs为空间路径损耗；Gtx为发射天线增益；Grx为接收天线增益；Ltx为发端馈线损耗；Lrx为收端馈线损耗。

3 结束语

随着海上科研试验空间的不断拓展，海地通信或者近岸通信技术的应用会越来越频繁，技术性能要求也会越来越高。针对特定的应用场景和不同的应用环境，选择合适的通信技术手段，从抗多径、抗衰落、多址接入、传播可靠度等多方位全面考虑，才能达到预定的海地通信或者近岸通信技术要求，从而更好的保障海上科研试验。