影响通信距离的主要因素及估算方法.docx

影响通信距离的主要因素及估算方法任何无线电通信系统的作用距离不仅取决于发信机功率的大小、天线的增益，天线的有 效高度，而且还与要求的话音质量、收信机灵敏度、电波传播等因素有关以超短波通信设 备电波传播方式为例，它主要是直接波传播，由于需通过许多复杂的环境和各种地形，故传 播条件各不相同影响超短波通信设备通信距离主要有三个因素：1）无线电波 随着收、发信机之间的距离增加而减弱这是一种连续的，可以预测的衰耗，它与收 发信机天线高度、频率、大气状况及地形条件等因素有密切关系2）阴影损耗它是由于建筑物，小山丘等阻挡物引起的随机衰落在城市中，它随着阻挡物高度和密 度的增加而加快，甚至可以使通信设备的通信距离大幅度地减小3）多径传播引起的快衰落 由于移动中的通信设备天线低矮，完全埋没在各种建筑物、树木等下面，到达收信点的 电波不仅有直接波，还有许多反射波，使合成的信号时而增强，时而减弱，造成快衰落这 对通信设备通信来讲，是非常不利的影响超短波通信设备通信距离的主要因素一般来讲是 这三个因素相互累加的结果1.视线距离计算 由于地球是球形，凸起的地表面会挡住视线视线所能达到的最远距离称为视线距离 do。

在图1-1中，设两部超短波通信设备的天线高度分别为hl和h2,连线Qp与地球表面 相切于C点、则do（do=d1+d2）即为直接波所能到达的最远距离，称为视线距离现在让我 们来推导 do 的计算公式图1-1视线传输距离的计算方法己设地球半径为Ro,天线高度分别为hl和h2在直角三角形QCO中,QC= J QC2-CO2 = y（Ro+hl）£-Ro2 = y2Rohl+hl2在直角三角形PCO中,PC=yPO2-CO2= y（Ro+h2）2-Ro2 = 72Roh2+h2由于Ro>>h1、h2，故上式中可略去h12和h22，则近似可得dl QC == d2 = PC =而do=dl+d2,所以视线距离do为式中Ro=6370Km, hl、h2单位为m,贝1」do=3. 57 (Jhi +/h2 ) (Km)由此可见,视线距离是取决于收、发天线架设高度的天线架设越高,视线距离越远 因此在实际通信中,应尽量利用地形、地物把天线适当架高实际上,由于大气的不均匀性对电波传播轨迹要产生影响,所以,直接波传播所能到达 酌视线距离应修正为由于地面是球形的,当电波传播的距离不同时,其情况也不相同为分析问题方便,我 们通常依据收信地点离开发信天线的距离分成三个区域,即亮区(照明区),阴影区和半阴影 区。

dv0.7do的区域称为亮区(照明区)，如图中P'点位置就属于亮区范围 0.7dovdv(1.2~1.4)do区域称为半阴影区d>(1.2~1.4)do的区域称为阴影区，如图中P"点位置即在阴影区范围2.准平滑地形上的传播特性地形种类是千差万别的，大体上分为“准平滑地形”和“不规贝地形”所谓“准平滑地形” 是根据传播路径的地形断面来判定的，它是指地形起伏量约为20m以下，且起伏变化缓慢 的平坦地形不规贝地形包括丘陵地区、孤立山峰、倾斜地形等本书仅讨沦准平滑地形上 的超短波电波传播特性由于地面通信设备移动通信所遇到的地面情况复杂多样，因此有必要对天线高度的定义 作一明确规定首先就基地式通信设备天线而言，在图1-2所示的地形断面上，设从基地式 通信设备天线设置点起3〜15km距离内(若全距离在15km以内时，则算到该距离为止)的平 均地面高度为hga，基地式通信设备天线中心的海拔高度为hts,根据hte hts-hga，求出基地 通信设备天线高度hte，简单表示为hto同样，通信设备天线高度hr，则是从路面高度算起， 若无特殊注明，ht、hr均为上述含义图 1-2 基站通信设备天线高度定义(1) 市区的电波传播市区地一般是指大厦和两层以上建筑物稠密的地区，例如城市内大的街区以及建筑物和 茂盛的高大树林混杂稠密的地区等。

从地理上和社会上习惯说法的大、中，小城市都包括在 市区地的范围之内当把基地式通信设备天线放在城市的某一定高度的建筑物上，使通信设备沿各个街道行 进，测出电场强度的中值实测结果表明，街道有形成波导”的效应，最靠近基地式通信设 备的横向和纵向街道内往往电平较高，随着远离基地式通信设备天线而逐渐下降在那些高 大建筑物之后，则往往电平突然降低形成“阴影”为了估计无线电波的传输损耗，有必要在 试验的基础上讨论中值场强随各种因素变化的情况mmM凸叩処脚撕 —Girals与基站天线之间的距离d（Km）A-^830MHz,he=150m （费城）;B-^900MHz, he=1 MTm（纽约）;C-^922MHz,he=1 40m（东京）图17伎输损耗与距离的关系图 1-3 是在纽约、费城、东京三大城市中测出的传输损耗与距离的关系 这三处基本上都是在 900MHz 频段上测试的，基地式通信设备天线高度也基本相同， 均在140m左右从图中可以看出，虽然是在不同城市，但三条曲线的变化趋势却相同若 以自由空间传输损牦为标准，该传输损耗在 30km 的距离以内基本上比自由空间传输损耗大 25〜30dB,超过30km损耗逐渐增大，到50km处约比自由空间传输损耗大50dB左右，此后 的传输损耗随距离增大而迅速上升。

似乎有这样一条近似规律；在dv15kmit寸，传输损耗大约和距离的4次方成比例，当 5030km时，大约和天线高度的三次方成比例（或301ght）以上述规律为基础,绘制成ht=200m 为基准的基地式通信设备天线高度增益因子曲线，如图1-5所示频率脚He)基站天线有效高度ht(m)图1巧基站天线有效高度増益曲线f MHz通信设备天线高度(从路面算起Jht(m)当通信设备天线高度hr改变时，也可以利用图1-6进行修正。

经实测发现，当hr低于 3m时，天线高度增益因子与频率关系不大，当hr高于3m时，则与频率有较密切的关系此外，传输损耗还和建筑群的高度及分布状况、街道的纵横分布及宽度等都有关系，例 如街道的宽度不同，传输损耗的数值相差可达10dB总而言之，影响传输损耗的因素很多， 我们这里就不一一介绍了以上数据皆取自日本人奥村(OKumura)所做的工作我国有关部门也曾在北京等地作过 一些测试，其结果表明与国外资料的数据基本相符，仅有1〜2dB的差别因此奥村所提供 的曲线图表可作为城市地面通信设备通信系统的设计参考为了便于估算地面通信设备通信系统传输损耗值，根据奥村的报告，导出计算传输损耗 的经验公式，其公式形式为Lb=algd+pigtYlght-a(hr)+k式中a、卩、y为相应各项的系数；k为常数项；a(hr)为通信设备天线高度因子的修正项,它与市区的规模以及工作频率都有关系在下述条件：频率f=150〜1500MHz,基地式通信设备天线有效高度ht=30〜200m,通信 设备天线高度hr=1~10m，通信距离d=1~20Km，得出两无方向性天线之间的传输损耗经验 公式,其 表达式如 下 Lb=69.55+26.16lgf-13.82lght-a(hr)+[44.9-6.55lght]xlgd 上式中, 当 hr=1.5m时，a(ho)=0。

若不同的hr值，则可用通信设备高度系数a(hr)修正，其公式为中小 城市：a(hr)=(1.11gf-0.7)hr-(1.561gf-0.8)；大城市如下：a(hr) = 8. 29(lgl. 54hr)2-l. 1 (150< f < 200MHz)a(hr)=3. 2(lgll. 75hr)2-4. 97 (400^ f 1500MHz)以上公式中，hr单位为m, f单位为MHz2) 郊区与开阔地的电波传播 郊区地是指通信设备附近有障碍物但不稠密的地区，例如，树木、房屋稀落的田园地带 和郊区公路网等开阔地通常是指电波传播的方向上无高大树木、建筑物等障碍呈开阔状态 的场地，作为大致的标准来说，就是前方300〜400m以内，呈开阔状态的旱地、稻田或原 野等它们与城市相比，建筑物要矮，障碍物要少些，因此传输损耗(中值)也要少些但是， 由于道路两旁是较开阔的田地原野，稀落的建筑物等对电波有明显的反射作用(城市内多为 漫射)，因此，移动式通信设备在行进中，其接收场强电平 (中值)的变化较大，有时竟达 30〜40dB 左右由奥村的研究发现，郊区与城市相比，两者传输损耗之差与距离、天线高度的关系不大， 而与频率有较密切的关系。

因此，只要计算出城市的传输损耗后、再加上郊区地的修正值即 可郊区地的电波传输损耗(中值)的经验公式为 Lbs=Lb-Kr (dB) 式中 Lb 为市区内的电波 传输损耗(中值)； Kr 为郊区的修正因子，其经验公式为 Kr=2[lg(f/28)]2+5.4 kr〜f 曲线如 图1-7所示图中实线为由公式的计算值，虚线为奥村的实验曲线两者吻合较好开阔地的电波传输损耗(中值)的经验公式为Lbo=Lb-Qr (dB)式中Qr为开阔地的修正因 子，其表达式为Qr=4.78(lgf)2-18.331gf+40.94 Qr~f曲线如图1-8所示，实线为由公式的计算 值，虚线为奥村的实验曲线最后再次强调一下，计算Lb>Lbs和Lbo公式应用范围为:f=150〜1500MHz,ht=30〜200m,hr=1~10m， d=1~20km若不符合上述条件,则会引起较大的误差，不合实用f (MHz)开阔地修正系数/ (MHz)郊区地域修正系数图 1-7 郊区地修正系数图 1-8 开矿地修正系数。