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短波的天波传播衰减预测模型2010-12-09 14:36:31 来源：维库开发网 关键字： 短波天波 传播衰减 预测模型 ITU-R P.533-7 建立短波天波传播衰减预测的计算模型，为保障短波通信电路的可靠性提供参考依据，建立的方法主要依据 ITU-R P.533-7首先进行传播路径的判别，进而进行频率预测，最后建立传播衰减计算模型并与文献结果进行比对，两者有较好的一致性频率预测部分摒弃了 ITU-R P.533-7 中的全球预测方法，采用了对我国来说较为准确的亚大方法天波是指经电离层反射而传播的波，亦称电离层波电离层是太阳辐射构成的，一年四季乃至每时每刻太阳照射的强弱都在变化，因此各地电离层的情况各有所异电离层的电离条件不断变化，使通过天波传播的短波信道并不稳定，它实质上是一种时变的色散信道短波信道的路径衰耗、时延散布、大气噪声和干扰等均随时间、地点、季节、昼夜以及频率的不同而不断地变化因此，在短波通信中，为了保障通信可靠性，有必要对每一个具体的通信电路进行天波频率及传播衰减的预测本文就是在 ITU-R P.533-7 推荐建议的基础上建立了短波天波传播衰减的计算模型，并将计算结果与参考文献比对后进行了软件仿真实现。

1 天波传播路径的判别短波天波主要靠电离层的反射进行远距离的传播，电离层是分层的，其范围大约从地球表面上空 50 km 处一直延伸到 2 000 km 左右，按照电子浓度的分布情况，电离层通常分 3 层，由下向上分别称为 D 层、E 层和 F 层白天，F 层还可细分为 F1 层和 F2 层，F2层位于地面上空 220 km 以上，对短波通信起主要作用短波天波传播路径主要依靠 E 层及 F2 层的反射来确定在短波通信的收发点位置确定以后，依靠 E 层及 F2 层反射的最少跳数由式(1)确定2 传播路径上各反射点的频率预测欲建立可靠的短波通信，不能在短波频段内任意选择一个频率在给定距离和方向的路径上，在一定时间内短波通信只能用一个有限的频带，对于长时间的短波通信电路，通常需要几种频率以便在不同的时间内供选用当考虑了最主要的影响天波传播的传播条件后，可以对短波通信的工作频率加以预测由于天波传播条件随太阳黑子数目的多少而变化，因此可以把太阳黑子数作为短波传播的重要变化因素，以确定太阳黑子最大值及最小值条件下经 E 层和 F2 层传播的“极限频率曲线” 极限频率曲线表示了经 E 层和 F2 层反射的频率在一天中 24 小时的变化曲线，用这些曲线可以确定正常传播条件下的最高可用工作频带(即 MUF)。

工作频率的选择一般应不高于 MUF，当依靠 F2 层反射时，最佳工作频率选择为 0.85MUF，当依靠 E 层反射时，最佳工作频率选择为 MUF，这是由于 E 层比较稳定2.1 Ｅ层最大可用频率预测Ｅ层最大可用频率按参考文献[1]提供的计算方法进行预测，其计算公式如下：2.2 F2 层最大可用频率预测预测 F2 层的最大可用频率需要进行两个重要参数的预测， 即 F2 层的临界频率 f0F2及 F2 层 3 000 km 传输因子 M(3 000)F2 的预测， 此两个参数的计算模型（ 对于我国一般采用亚大方法模型）的经验系数由电离层探测的数据进行统计得到F2 层最大可用频率由下式确定：2.3 E 层最大截止频率预测为了判断是依靠 E 层还是 F2 层传播，需进行Ｅ层最大截止频率的计算，当工作频率小于Ｅ层最大截止频率时，认为该频率因被 E 层截止而不存在 F2 层传播模式，Ｅ层最大截止频率的计算公式为：3 天波传播衰减的计算方法　　3.1 任意一条传播路径接收点场强计算如果认为短波系统是闭合传输系统，由发射机输出开始，到接收机输入结束，则线路总损耗为自由空间损耗、电离层损耗、地面反射损耗、高于 MUF 损耗、极区损耗及其他损耗构成。

1)任意一条短波天波传播路径损耗计算表达式为：(2) 则任意一条短波天波传播路径的接收场强为：3.2 接收点多径合成场强计算各接收点的场强进行功率叠加, 可以计算求得等效的合成场强 , 其计算公式为：3.3 传播衰减计算天波传播衰减的计算方法是用自由空间传播的信号场强减去接收点合成场强， 即：4 结果比对为了验证模型计算的准确度，将本文的天波传播衰减计算软件与参考文献[4]中提供的结果进行了比对由于参考文献[4]中没有各路径的合成场强及总衰减的的数据，因此主要对计算过程中的主要数据进行比较，计算过程中各参数计算结果的一致性，如频率、各路径损耗计算结果的吻合，完全可以保障两者最终衰减计算结果的一致性参考文献[4] 中列举的一条具体电路：发射点经纬度（112.78，35.08），接收点经纬度（113.99 ，33.08），时间为 2004 年 5 月 11 时，收发射天线增益 3.373 7 dB，发射功率 10 kW，工作频率选择 7 MHz，太阳黑子数量 40模型计算与文献比对的结果如表 1 所示　　由于工作频率 7 MHz 大于 E 层的遮蔽频率，所以电波穿透 E 层，依靠 F2 电离层来进行反射，故只对 F2 层各模式的损耗进行计算，模型计算与文献比对的结果如表 2 所示。

本文利用参考文献[2] 建议标准对 7 000 km 以内的短波天波传播衰减建立了计算模型 ,模型仿真结果与参考文献[2]的计算结果较为一致天波计算过程表明，频率预测的准确度与电离层探测归纳的经验系数有着很大的关系另外，本文计算的衰减是相对于自由空间的衰减，如欲计算基本传输损耗，还要加上自由空间的损耗天线基本知识及应用 无线传播损耗计算 2011-04-10 21:33天线基本知识及应用--链路及空间无线传播损耗计算1 链路预算 上行和下行链路都有自己的发射功率损耗和路径衰落在蜂窝通信中，为了确定有效覆盖范围，必须确定最大路径衰落、或其他限制因数在上行链路，从移动台到基站的限制因数是基站的接受灵敏度对下行链路来说，从基站到移动台的主要限制因数是基站的发射功率通过优化上下行之间的平衡关系，能够使小区覆盖半径内，有较好的通信质量一般是通过利用基站资源，改善网络中每个小区的链路平衡（上行或下行），从而使系统工作在最佳状态最终也可以促使切换和呼叫建立期间，移动通话性能更好上下行链路平衡的计算对于实现双向通信的 GSM 系统来说，上下行链路平衡是十分重要的，是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素，也关系到小区的实际覆盖范围。

下行链路（DownLink）是指基站发，移动台接收的链路上行链路（UpLink）是指移动台发，基站接收的链路上下行链路平衡的算法如下：下行链路（用 dB 值表示）：PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS - LPdown式中：PinMS 为移动台接收到的功率；PoutBTS 为 BTS 的输出功率；LduplBTS 为合路器、双工器等的损耗；LpBTS 为 BTS 的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；GaBTS 为基站发射天线的增益；Cori 为基站天线的方向系数；GaMS 为移动台接收天线的增益；GdMS 为移动台接收天线的分集增益；LslantBTS 为双极化天线的极化损耗；LPdown 为下行路径损耗；上行链路（用 dB 值表示）：PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta]式中：PinBTS 为基站接收到的功率；PoutMS 为移动台的输出功率；LduplBTS 为合路器、双工器等的损耗；LpBTS 为 BTS 的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；GaBTS 为基站接收天线的增益；Cori 为基站天线的方向系数；GaMS 为移动台发射天线的增益；GdBTS 为基站接收天线的分集增益；Gta 为使用塔放的情况下，由此带来的增益；LPup 为上行路径损耗。

根据互易定理，即对于任一移动台位置，上行路损等于下行路损，即：LPdown = LPup设系统余量为 DL ，移动台的恶化量储备为 DNMS ，基站的恶化量储备为 DNBTS，移动台的接收机灵敏度为 MSsense，基站的接收机灵敏度为 BTSsense， Lother 为其它损耗，如建筑物贯穿损耗、车内损耗、人体损耗等于是，对于覆盖区内任一点，应满足：PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsensePinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense上下行链路平衡的目的是调整基站的发射功率，使得覆盖区边界上的点（离基站最远的点）满足：PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense于是，得到了基站的最大发射功率的计算公式：PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS2 各类损耗的确定 ◆ 建筑物的贯穿损耗建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。

建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构、门窗的种类和大小、楼层有很大关系贯穿损耗随楼层高度的变化，一般为-2dB/层，因此，一般都考虑一层（底层）的贯穿损耗下面是一组针对 900MHz 频段，综合国外测试结果的数据：--- 中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为 10dB，标准偏差 7.3dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为 5.8dB，标准偏差 8.7dB 大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为 18dB，标准偏差 7.7dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为 13.1dB，标准偏差 9.5dB 大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物，贯穿损耗中值为 27dB由于我国的城市环境与国外有很大的不同，一般比国外同类名称要高 8---10dB对于 1800MHz，虽然其波长比 900MHz 短，贯穿能力更大，但绕射损耗更大因此，实际上，1800MHz 的建筑物的贯穿损耗比 900MHz 的要大GSM 规范 3.30 中提到，城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为 15dB，农村为 10dB一般取比同类地区 900MHz 的贯穿损耗大 5---10dB◆ 人体损耗对于手持机，当位于使用者的腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低 4---7dB 和 1---2dB。

一般人体损耗设为 3dB◆ 车内损耗金属结构的汽车带来的车内损耗不能忽视尤其在经济发达的城市，人的一部分时间是在汽车中度过的一般车内损耗为 8---10dB◆ 馈线损耗在 GSM900 中经常使用的是 7/8″的馈线，在 1000MHz 的情况下，每 100 米的损耗是4.3dB；在 2000MHz 的情况下，每 100 米的损耗则为 6.46dB，多了 2.16 个 dB3 无线传播特性 移动通信的传播如图 5-02 中的曲线所示，总体平均值随距离减弱，但信号电平经历快慢衰落的影响慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射，使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化，若移动台在没有任何障碍物的环境下移动，则信号电平只与发射机的距离有关所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信号电平这个信号的变化呈正态分布标准偏差对不同地形地物是不一样的，通常在 6－8dB 左右快衰落是叠加在慢衰落信号上的这个衰落的速度很快，每秒可达几十次除与地形地物有关，还与移动台的速度和信号的波长有关，并且幅度很大，可几十个 dB，信号的变化呈瑞利分布快衰落往往会降低话音质量，所以要留快衰落的储备 无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中最基本、最简单的一种。