天湖山微波系统的传输性能分析

王桂芳 民航福建空管分局

关键字：民航 微波通信 天湖山传输 性能

引言

雷达和VHF 是民航空中交通管制必不可少的信号形式。在福州机场西北部青州区域雷达覆盖和VHF 通话质量较差。为了填补周边地区雷达在青州区域的覆盖盲区，更好地实现雷达及VHF 多重覆盖的需求，在天湖山山顶修建雷达及VHF 共用台站。传输系统采用微波设备作为“两地一空”空侧传输的保障手段。

一、天湖山传输系统需求分析

1、 微波接入背景

自1931 年世界上第一条微波通信链路建立至今，将近90 年的时间，微波通信经历了快速的发展。微波通信频段多选用电磁波频段中的特高频（3G-30G），频率高、波长短，绕射能力很差，因此民航中主要应用电磁波视距传输的特点。早年建立的KU 卫星网作为空侧保障手段在华东地区的通信质量并不是特别良好，相对于卫星通信，微波通信设备简单、架设方便，在沿海、多山的福建地区，在点对点的短距离传输中微波通信视为有效的、不可或缺的传输手段。因此使用微波传输作为天湖山传输系统空侧传输保障手段。

2、 业务及带宽需求

天湖山站点建设完成后，VHF 信号和雷达信号分别引接至福州机场、厦门机场、上海区管和三明机场。根据运维需要，将设备的监控信号传输到机场内相关科室，将电话和OA 信号传输到天湖山雷达站供值班人员使用。在中继的选择上分别采用一条4M 带宽的电信及移动中继，电信中继从天湖山到福州，移动中继从天湖山经沙县机场到福州。为了保证业务信号的传输同时满足台站未来无人值守的需求，在天湖山到沙县机场，建立一条155M 带宽的微波中继。

二、传输系统的网络设计

1、 天湖山传输整体介绍

天湖山传输系统的整体组网采用福州机场、天湖山雷达站以及沙县机场三点成环的网络设计。各点分别配置多台H3C MSR3640路由器组成接入路由器组用于引接雷达及VHF 信号。设备支持IP 端口作为中继口传输。路由器组的形式以及环形网络的设计形式，极大的保证了设备冗余性和网络安全性。业务接入路由器通过IP 的形式连接微波交换机，实现微波系统对不同类型的业务信号的接入。

2、 微波传输方案

沙县机场与天湖山雷达站之间的直线距离大约为12 公里。微波设备采用爱立信MINI-LINK TN 型设备，系统采用1+1 备份的工作模式，工作在15G 的微波频段。室外部分各两个0.9 米抛物面天线、两个ODU 直接安装，无波导损耗，通过馈线接入1个共用模块机框。系统提供8-E1 端口的DDF 和1 台16 端口的以太网交换机，支持E1中继和以太网中继的接入。微波设备监控以业务形式接入到路由器设备上，实现在场内监控远端微波设备。

三、微波系统业务测试

在设备安装后及试运行期间进行了相关业务测试并对结果进行分析如下：

1、 运营商中继中断测试

为模拟天湖山雷达站至下山路段地面运营商中继同时中断场景，进行此测试。测试方法为在天湖山雷达站机房中断电信中继，同时中断天湖山到沙县机场的移动中继，使业务在微波线路上传输。在福州航管楼和天湖山雷达站H3C MSR3640 路由器的以太网端口上进行ping 测试，从而模拟在两路地侧运营商传输线路失效的情况下，微波链路的保障性能。

在路由器端口上的ping 测试，无中断记录，可得知在天湖山到天湖山山下两条运营商中继中断时，微波中继能够进行业务信号的有效传输。

2、 雷达信号质量测试

此测试为了验证在由微波线路传输雷达信号时的雷达信号通信质量。测试方法为在天湖山雷达站机房中断电信中继，同时中断天湖山到沙县机场的移动中继，使雷达业务在微波线路上传输。在航管楼机房H3C MSR3640路由器的数据板上接入HCT 6000协议分析仪，测试雷达信号经过路由器以及微波中继传输后的误码情况。

协议分析仪测试雷达信号无误码，能正常解析，可得知雷达信号经微波传输的质量良好。

3、 VHF 时延测试

VHF 用于管制员与飞行员之间的语音即时通信，因此对通话时延有较高的要求。本测试为了验证VHF 信号通过微波中继从天湖山到沙县机场再经移动线路传输到航管楼的时延情况。测试方法为在天湖山雷达站机房中断电信中继，同时中断天湖山到沙县机场的移动中继。在航管楼机房进行时延测试。

测试原理为航管楼端信号发生器产生1Khz 的音频信号，同时接入示波器以及航管楼路由器 EM 板卡port1 口的RX 针脚。音频发生器产生的音频信号经路由器传输后在天湖山路由器端通过环路线将port1 和port2 进行收发线及信令控制线短接，环路后回传到航管楼路由器的port2 口接入示波器。信号起控后在示波器上捕捉两个信号产生的时延差即经路由器以及中继传输后的语音的双倍时延，从而计算出单条链路上语音信号的延时时间。

根据以上原理及测试方法，测得双向时延分别为209ms，203ms，214ms，取实验平均值，计算出单向VHF 时延约为104ms，基本可以满足管制对语音信号的时延要求。

4、 运行状态持续监控测试

天湖山微波系统的监控信号通过H3C MSR3640 路由器传输到福州通信楼，在设备安装后及试运行期间，对天湖山微波系统进行了运行状态的持续监控。MINI LINK 网管软件中监控到微波链路在大雨天气时出现短时中断及误码情况。如图3.2 所示为不同频率对应不同雨量时的雨衰减率曲线，如图3.1 所示，当15G 微波频率在16mm/h 雨量时，由曲线c 可知，每公里衰减为1dB，此时，在整条链路上由雨衰引起的衰减约为12dB。因此在大雨天气，15G 微波频率受雨衰影响较为明显。

图3.1 雨雾的衰减曲线

通过对微波系统状态的持续监控以及雨衰量化分析，将天线角度以及ODU 接收增益调整到合适范围内，以使微波在复杂天气下更稳定传输。

对天湖山微波系统的性能测试分析可以发现，微波系统对于IP业务、VHF 业务及雷达业务的传输质量良好，在地面运营商线路中断时能自动切换到微波线路，很好的实现了应急备份作用，保证业务的安全、可靠传输。深入探析微波的特点，能使我们了解在复杂多变天气条件下，微波设备的运维能力，从而提供更好的保障。

四、总结与展望

微波传输在民航中对边远台站业务传输有着不可替代的作用。随着目前民航业的不断发展，科学技术的快速进步，越来越多的新型空管设备的投入使用，传输系统所传输的业务形式日益多样化，传输信号的带宽要求也越来越高。同时数字业务快速发展，成倍的基站部署，以及5G 技术的研发和使用，对未来微波带宽和性能都提出更高的要求。业务传输也向着更加高速化、数字化的方向发展。