海上通信信道模型.docVIP

实用标准文案 PAGE 精彩文档 海上通信信道模型 摘 要 海上的通信通常工作在复杂多变的信道环境下，由于受地球弧度和海浪、船只、海浪等的遮挡，以及存在深衰落和多径效应，设计海上通信系统时需要充分考虑这些不利因素的影响。本文只就海面反射以及大气吸收损耗做出简单的海上通信信道模型，通过Matlab进行信道仿真，并对仿真结果进行了简要的分析。 关键词 海上信道特性；海面反射；大气吸收损耗；信道建模与仿真 海上通信同陆地上通信相比，具有自己的环境特点。首先，在地形上，海上障碍物遮挡比较少，这样导致的直接结果就是电波传播余隙大，所以电波在海上传播时，绕射损耗比陆地上小。同时，传播余隙增大，增加了电波反射。并且电磁波在海上传播时，如果掠射角很小，在微波波段内反射系数就比较大。这样反射波的影响也比在陆地上大。本文仅考虑海上通信信道为海面反射以及大气吸收损耗的简单模型，没有考虑绕射损耗、云雾衰减、雨衰、海浪高度以及海洋恶劣环境等因素的影响，对海面反射以及大气吸收损耗的简单模型进行仿真运算。 2 信道传播特性 2.1 自由空间传播损耗 在海上通信传播模型当中，一般将电波视作自由空间传播，由参考文献可知自由空间传播损耗为： (1) 式中，为工作频率（MHz），为收发天线之间的距离（km）。 图1 空间传播损耗与收发天线距离之间关系曲线 自由空间传播损耗仿真结果如图1，可以看出自由空间损耗与天线间收发距离基本上是成对数增长关系，随着天线间距离的增加，自由空间损耗呈对数增长。 2.2 海面反射传播损耗 目前，在移动通信的海面传播损耗预测中，一般都把海面的电波视作自由空间传播，这与实际情况有较大的误差。因为，在海面上接收的信号除了直接的视距信号外，还有海面反射信号。地球是个球体，所以在地面和海面都不是平面，而是球面，因此电波通过海面的反射，实际上是光滑球面对电波的反射。总的接收信号应是直射与海面反射的合成信号。一般情况下在考虑海面传播损耗时应考虑这两条路径的信号损耗。 电波在光滑球面上面的反射，见图2.其中C是路径的发射点，虚线AB是过C点得切线。同电波在平面上发射的情形一样，电波在光滑球面上的反射以满足入射角等于反射角的反射条件。因此当路径两端的天线高度为,和站距确定之后，反射点位置C就是一个确定的值，C点的位置必须符合下面的方程式所表示的条件： (2) 公式（1）中，为站距（km）；为反射点离一端的距离（km）；，为等效地球半径系数，设 (3) (4) (5) 则 (6) 图2 反射点计算图 过反射点C得切线AB把两端的天线高度和截为两部分。由于地球的半径远远大于天线的高度，因此和可用下面近似式表示： (7) (8) 式中：、为天线高度；为地球半径；和为天线有效高度。对于电波在球面上的反射，只要用通过反射点所作的切面来代替球面，以天线的有效高度代替天线的实际高度，就可以简化为在平面上的反射。在计算时只要把天线有效高度和代替天线高度和就行。 这样所得到的反射衰落损耗为 (9) 其中是地面等效反射系数。在海上传播时，一般比较大，当掠射角很小时，取到1.这样就造成比较大的衰落。 图3是基站高度为100m，频率为3000MHz，移动台高度为50m，通信距离为0到80km，地球半径为6400km，地球等效半径系数=，地面等效反射系数=1时反射损耗与收发天线距离的曲线关系。 图3 反射损耗与收发距离关系曲线 2.3 大气吸收损耗 大气中对电波的吸收起作用的主要是氧气和水蒸气，以下主要考虑这两项： 氧分子损耗率，对于57GHz以下频段，可按下式近似计算： (10) 水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度有关可以用下式计算： (11) 上式中取值为7.5。 在微波频段，电波传播路径靠近地面，所以对微波能量的大气吸收损耗可以按下式计算，其中为视距传输距离： (12) 大气吸收损耗仿真结果如图4所示：大气吸收损耗与收发天线间距离基本上是成直线关系，随着天线间距离的