海上移动平台间无线通信浅谈
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【摘要】 在实际应用中，经常需要在多个海上移动平台之间构建无线通信链路，完成平台间数据的有效传输。本文从海上移动平台间无线通信设备的安装使用环境等方面入手，分析了通信中易出现的问题，针对问题给出了设备选型或设计规划、使用等方面的建议，并简单总结了故障处理方法。
【关键词】 海上移动平台 无线通信 MIMO 频谱分析
一、引言
在实际应用中，经常需要在多个移动平台间构建无线通信链路，完成平台间数据的有效传输，但在设备选型或设计规划中常常受岸上无线通信设备使用经验影响，实际设计规划或选择出来的设备，换个环境就“水土不服”，问题频发，却又常常让人手足无措。针对这一系列现象，根据实际工作经验，给出使用规划设计、设备选型等方面的建议。
二、原因分析及选型、设计中的对应措施
为什么陆上使用正常的设备，到了海上就“晕船”，无法完成既定的通信任务，分析原因不外乎电磁频谱不兼容、超出作用距离、遮挡和硬件故障等几个方面。
2.1电磁频谱不兼容
海上移动平台上无线设备使用常常存在安装空间受限，用频设备多，导致电磁环境复杂，相互间干扰问题时有发生。故电磁兼容性设计、验证尤为重要，否则容易造成过多投入后，无法使用，造成资源浪费。各平台间安装无线用频设备不同，随着移动平台移动，平台间的电磁环境相互影响，会愈来愈复杂，底噪升高，造成无线通信设备接收信号信噪比降低，当达不到链路储备时，通信链路受到影响，会改变调制方式，降低速率，甚至中断。为了避免这一问题的发生，首先，要严格电磁频谱管理，设备用频应进行频谱审批，并接受相关频谱管理部门的管理监督，规范频谱使用秩序；其次，在设备建设规划初期，要进行电磁兼容性设计和测试，这一工作需要在拟安装改型设备的所有平台进行，确保所有设备开机工作时，无相互干扰；第三，在设备选型上，要根据使用带宽需求，尽可能选择宽带智能天线或MIMO天线系统，同时，要求设备具备电磁频谱感知或测试功能，如果设备自身没有这样的功能，在设计上就要考虑增加频谱分析仪，并适时监测频率使用情况，这样就能够及时了解拟用电磁频段的用频情况，为是否更改频段，规避干扰提供参考依据。
2.2超出通信距离或遮挡
海上移动平台一般天线安装高度有限，受视距的影响，往往难以实现远距离通信。尤其是平台间相互移动，链路环境不稳定，常常造成通信不稳定，甚至中断。
海上平台大小不同，受海浪影响也不尽相同，平台摇摆幅度过大，往往容易造成天线波束无法相互覆盖，造成通信单向，时通时断，甚至中断。另外，受天线安装位置限制，随着平台航向变化，原来通视的位置可能变得有了遮挡，这往往也是影响海上移动通信的重要因素。
针对这一问题，首先，需选择具备相应增益的天线。由Bullintog近似计算公式 Pr=Pt（h1h2/d2）2grgt可知，天线高度和天线增益对信号传播的影响很大 [1] 。
第二，应根据带宽、作用距离等需求的实际情况，进行链路计算，计算天线高度需求，有条件的情况下，尽可能提高天线架高，确保即使平台航向变化也不会因遮挡等原因影响天线波束，做到设备功率范围内通视。一般根据以下公式确定天线的架设高度：
r（km）=4.12（sqr（h1）+sqr（h2）） （考虑大气折射效应后）[2]
式中r（单位为km）为传输距离，h1、h2（单位为m）分别为两端天线的架设高度。
第三，尽可能选择高增益和宽波束的智能天线，天线赋形后增益提高以增加链路储备，且保证平台摇摆波束有效覆盖，有条件的情况下，对于点对点通信可以考虑为定向天线增加伺服系统，确保天线指向稳定，以保证较高的增益，稳定链路储备，提高通信可靠性。
第四，设备技术指标允许的情况下，设计中应考虑在原有基础上增加或采用更高指标的低噪声放大器，提高设备的电平储备。
2.3硬件故障
海上移动平台无线通信设备受安装条件的影响，尤其是设备天馈系统中为了避雷、滤除干扰而串接了避雷器、滤波器等多接头的无线通信系统，往往容易出现受海风、盐雾等影响出现接头松动、被腐蚀等情况的发生，在完全中断前，随着平台移动往往出现通信时通时断的情况，造成通信链路不稳定。针对这一问题，应定期对连接缆线进行检查、检测，对松动的接头及时进行紧固，对被腐蚀的接头及时更换，定期对缆线进行更换，确保室外天馈系统指标正常，这一工作也可以定期使用天馈线测试仪进行天馈系统指标检测，检测天馈系统驻波比等参数并进行比对，及时掌握设备天馈系统变化情况，以便及时采取更细致的检查或处理措施。另外为了实时监测设备的工作状态，建议设备在设计论证时应要求网管软件具有设备状态实时记录、输出功能，或通过在本平台安装频谱分析仪的手段，定期采集设备工作状态参数，建立设备工作状态数据库，及时比对参数变化，以便于做出装备性能是否下降或受影响的正确分析，及时进行处理。
三、使用过程中的故障处理步骤
设备在海上移动平台安装使用过程中，尤其是临时安装设备使用中，应时刻关注本端设备工作状态变化，同时关注本平台上其他用频系统工作情况，一旦工作状态有变化应及时通报远端通信设备保障人员，以便于做到出现问题早发现早解决。一般易出现以下几个方面的问题，此时，应结合具体情况进行分析解决。
3.1 通信突然中断
按以下顺序进行检查，（1）看：查看设备工作情况，一看设备供电是否正常；二看设备互联缆线连接是否正常；三看设备工作状态指示是否正常；四看设备网管技术指标是否正常。并结合观察到的实际情况进行技术分析，乃至用天馈线测试仪对天馈系统进行检查并做相应的技术处理，流程详见图1所示。（2）问：一问航向情况和远端平台的相对位置、航向，了解是否是由遮挡造成的通信中断，弄清是本平台遮挡还是远端平台遮挡；二问远端平台工作情况，了解是否是远端平台供电、缆线或者状态指示的其他故障造成的通信中断；三问本平台是否有大功率用频设备开机工作，如果没有则及时了解其他平台相关用频设备工作情况。（3）查：用频谱仪检查或设备内置频谱监测功能查看所用频段是否有底噪异常升高，导致设备接收电平异常升高，信噪比下降等情况，该步结合技术指标检查完成。如果是频率干扰，通过步骤（2）及时排查干扰源，请示进行进一步处理。（4）换：在查明确实是频率受到干扰造成通信中断，通过频谱分析是否有可用频段，有的情况下，及时通报相关平台设备更换频率参数，重新建立通信链路。
3.2信噪比和接收电平有规律的变化且幅度较大
出现这种情况一般是天线故障或整个通信系统（设备-馈线-滤波器-馈线-天线）接头处有松动或馈线有破损，导致信噪比和接收电平随移动平台晃动而变化较大，此时需检查各接头是否连接正常，用天馈线测试仪检查整个天馈系统的故障位置，更换故障部件。
3.3信噪比和接收电平无规律的变化
确认整个天馈系统无故障后，这种情况很有可能是有电磁干扰，用频谱仪或天馈线测试仪的频谱监测功能，通过频谱分析是否有可用频段，在确认有可用频段的情况下，应及时通报相关平台设备更换频率参数，重新建立通信链路。使用频谱仪或天馈线测试仪的频谱监测功能时，最好把设备关机，这样能更清晰、迅速地查找到可用频段。
四、结论
本文针对海上移动平台间无线通信设备在使用过程中经常出现“水土不服”的实际情况，对其出现的原因进行了分析，并给出使用规划设计、设备选型等方面的建议，最后结合笔者经验，总结了易出现的故障及相应的处理措施，对提高海上移动平台间无线通信的稳定性提供了帮助。
参 考 文 献
[1] 董保明，贾振强.无线电台天线驻波比浅析[J].中国无线电，2007（6）：43-44
[2] 翁木云，张其星，等. 频谱管理与检测[M].北京：电子工业出版社，2009：45
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