-
海面移动通信系统无线电波传播模型
王亚迅
1
谭启泉
2
王善进
2
（
1.
东莞理工学院计算机科学系，广东东莞
523106
；
2.
东莞理工学院电子工程系，广东东莞
523106
）
摘
要
本文给
出了
800/900MHz
频段无线电波的近海海面传播模型。
模型对海面电波传
播的路径损耗的理论预测与实测的结果符合良
好。
本工作对近海海面无线通信系统网络的规
划和优化具有一定
的指导意义。
关键词
海面移动通信系统；传输损耗；传播模型
A Propagation Model for
Ocean-mobile
Radio Communication
Systems
W
ANG
Yaxun
1
TAN
Qiquan
2
W
ANG
Shanjin
2
(
ment of Computer Science,
Dongguan University of Technology,
Dongguan,Guangdong 523106,
China
；
2.
Department of Electronic Engineering, Dongguan
University of Technology,
Dongguan,Guangdong 523106,
China
)
Abstract:
A
propagation
model
which
is
fit
for
Ocean-Mobile
Radio
Communication
Networks operating in the 800/900MHz
frequency range is
presented
；
The radio
transmission loss
prediction
of
the
model
about
the
radio
electromagnetic
wave
propagating
on
the
ocean
is
in
agreement with the
experimental results
；
The
conclusion of this paper will have some helps in
plan
and optimization of Ocean-Mobile
Radio Communication Networks.
Key words:
Ocean-mobile
radio
communication
，
Transmission
loss
，
Propagation
model
1
．引言
在
过去的几十年，
随着无线通信系统的
迅猛发展，人们对
800/900MHz
频段无线电
波的传播特性
进行了广泛的研究。
通过研究
无线电波的传播特性，
获得所研究频段电波
的传输损耗及接收场强信号的预测方法，
建
立所谓无线电波传播模型。
经过分析与模型
相关的电波传播环境、传播路径等因素，
不
断
提高对所研究电波传输损失的预测能力，
从而改善和提高移动通信系统的整体性能。
目前，
关于无线电波的传播模型已有数十种
之多，如自由空间模型、
Bullington
模型和
【
1-3,5
】
Oku
mura
模型等等
，
这些模型都是在特
定的传播环境中获得的，
具体应用时要根据
环境条件的不同，增减相应的校正因子。
至今为止，
虽然可供参考的电波传播模
型有数十种之多，
但绝大多数是针对陆地传
播环境的。本文对
800/900M
Hz
无线电波在
海面上的传播特性进行了分析研究，
给出其
海面近似传播模型，
且与实测数据进行了对
比，发现在一定传播距离内，符合良好。研
究的结论对近海海面
无线通信网络规划和
优化具有一定的指导意义。
2.
近海海面无线电波传播模型
<
/p>
在一定范围和气候条件下的海面可以
近似为一个光滑的球体。
虽然由于地球表面
曲率的影响，
导致直射信
号在垂直面与基站
天线主瓣方向成一定的夹角，
但在一定的传<
/p>
播距离内，
此夹角远远小于天线方向图的半
功率角，因此，
在后面的分析中没有考虑由
此而引起的天线增
益的变化。同时，
借鉴陆
地电波视距传播理论，
若无线电波海面视距
传播的距离为
d
< br>，
根据接收点离开发射天线
的距离，
称小于
0.7d
的区域为明区，
0
.7d
～
(1.2
～
< br>1.4)d
的
区
域
为
半
阴
影
< br>区
，
大
于
(1.2
～
1.4)d
的区域为阴影
区
【
4
】
。<
/p>
实际上它
们之间的分界也不是这样明显，
往往是个渐
变的过程，且随环境等因数而有所变化。
在研究电磁波海面传播特性时，
为简洁
起见，<
/p>
我们假设在明区的大部分范围内接收
机所接收的电波信号近似由直
射电波信号
和海面的一次反射波信号组成。
虽然海面上
有波浪，但根据雷利准则，在一般情况下，
在距离基站十公里以外的海面
区域，
海面反
射就可以看作是镜面反射
【
7
】
。
而通
常海面近
海覆盖的目标区域在
10Km
～
120Km
范围内，
是可以满足近似
要求的。
2.
1
海
面
明
区
无
线
电
波
的<
/p>
传
播
损
耗
2.
1.
1
在明区的范围内，从基站到十公里
的较近一段区域，根据雷利准则，由
于海面
反射不能视为镜面反射，
但到达接收机的信
号以直射波为主，
我们以自由空间传播模型
为基础描
述之。
传播的路径损耗的近似公式
为
【
6
】
：
L
?
32
.
45
?
20
lg
?
d
km
?
f
MH
z
?
?
?
l
f
(1)
式中
d
km
为传播距离，
f
MHz
为电波频率，
?
l
f
为海面修正因子。
2.
1.
2
从十公里到
0.7
倍的视距范围内，
到达接收机的信号由直射波和海面的一次
反射波信号组成。
传播的路径损耗的近似公
式为
【
6
】
：
L
?
120
?
40
lg
d
km
?
20
lg
?
h
t
h
r
?
?
?
< br>l
r
(2)
h
t
和
h
r
分别为发射天线及接收天线的高
度，
d
km
为传播距离，
?
l
r
为海面修正因子。
2.
2
海
面
半
阴
影
、
阴<
/p>
影
区
无
线
电
波
的
传
播
损
耗
进入半阴影区以后，
到达接收机的电磁
波已难以区分直
射波和反射波，
此时远处的
电磁场应通过绕射法获得。设
h
t
和
h
r
分别
为发射天线及接收天线的高度，
D
为传播距
离，
R
为地球半径，
球坐标的球心取在地心，
发
射
天
线
位
于
极
轴
?
＝
0
上
，
< br>在
条
件
h
t
/
R
??
1
,
h
r
/<
/p>
R
??
1
下，绕
射电磁
场为
【
7
】
：
E
1
20
?
Idl
r
?
i
?
R
?
sin
?
exp[
?
ik
0
R
?
]
W
g
(
x
,
y
1
,
y
2<
/p>
,
q
)
(3)
H
?
?
iId
l
?
R
?
si
n
?
exp[
?
ik
0
R
?
]
W
g
(
x
,
y
1<
/p>
,
y
2
,
q
)
(4)
E
?
i
120
?
Idl
(
2
1
/
3
?
?
?
R
?
sin
?
k
)
exp[
?
ik
0
R
?
]
0
R
W
'
g
(
x
,
y
1
,
y
2
,
q
)
(5)
其中
Idl
是天线的参量，
?
为电波波长，
?
为
接
收机在球坐标中的坐标参量，
k
0
为自
由空
间波数，
W
g
称为电波损耗因子，它反映了
该区域环境导致电磁波的损耗情况：
< br>
W
g
(
x
,
y
1
,
y
2
,
q
)
?
exp[
?<
/p>
i
?
4
]
?
x
?
?
exp[
?
ixt
s
]
f
s
(
y
1
)
f
s
(
s
< br>?
1
t
2
y
2
)
s
?
q
W
'
g
是
W
g
对
y
2
的一阶导数
W
'
g
(
x
,
y
?
1
,
y
2
< br>,
q
)
?
exp[
?
i
4
]
?
x
?
?
exp[
?
ixt
< br>
s
]
f
s
(
y
1
)
f
'
(
y
2
)
s
?
1
t
2
s
s
?
q
式中：
x
?
(
< br>k
0
R
2
)
1
/
3
?
y
2
1
/
3
1
?
(
k
)
k
0
h
t
< br>0
R
y
(
2
k
)
1
/
3
2
?
k
0
h
r
0
R
q
?
?
i
(
k
< br>0
R
)
1
/
3
k
0
2
k
g
f
s
(
y
1
)
和
f
s
(
y
2
)
< br>分别是发射点和接收点的
高度增益函数。具体为：
f
s
(
y
i
)
?
W
（
1
t
s
< br>?
y
i
)
/
W
1
(
t
s
)
f
'
(
y
'
s
i
)
?
W
（
1
t
< br>s
?
y
i
)
/
W
1
(
t
s
)
W
1
(
t
)
是
第
一
类
Airy
函
数
。
t
s
是
方
程
W
'
1
(
t
s
)
?
qW
1
(
t
s
)
?
0
的根。
对
超
高
频
段
的
电
磁
波
，
考
虑
到
< br>|
q
|
?
|
?
i
(
k
0
R
e
1
/
3
2
)
k
0
k
|
??
1
，
R
e
是考虑到
g
大气折射时，地
球的等效半径，
R
e
＝
4R/3
。
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：(完整版)freeverse
下一篇：LogView操作处理流程