第３８卷 第３期 ２０１０年５月 河南师范大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖ Ｚ．３８ Ｎｏ．３ ＭａＹ．２０１０ 文章编号：１０００—２３６７（２０１０）０３—０１６１～０３ 海面电波传播损耗模型研究 朱命怡 ，牛全营。 （１．河南机电高等专科学校汽车工程系，河南新乡４５３００２；２．焦作师范高等专科学校初导教育学院，河南焦作４５４０００） 摘 要：移动通信中必须考虑的一个基本问题是每个基站的覆盖范围和电磁干扰问题，因此必须知道区域内 的传播损耗．目前的传播损耗模型对于海面环境有较大的误差，为此，提出了海面环境的传播损耗计算模型．试验验 证，提出的模型与实验结果的吻合性较好． 关键词：移动通信，传播损耗模型，海面环境 中图分类号：ＴＮ９２９．５ 文献标志码：Ａ 为保证电磁兼容性，移动通信中必须考虑每个基站的覆盖范围和电磁干扰问题．引起无线电信号在信道 中传输时的衰减主要有两方面：一是随着电波传播距离增加，球面波的自然扩散会引起衰减；二是周围的传 播环境对电波的吸收、散射、绕射或反射等引起信号衰减．常用传播损耗对电波通过信道的这种衰减特性进 行度量． 近年来，基于一种或几种场强预测方法，采用计算机辅助系统来预测各个基站的覆盖范围和电磁干扰已 成为一种趋势．常用预测电波传播损耗的主要室外模型有：Ｏｋｕｍｕｒａ、Ｈａｔａ、Ｃｏｓｔ２３１一Ｈａｔａ、Ｗｏｌｉｆｓｈ—Ｂｅｒ— ｔｏｎｉ、Ｗａｌｆｉｓｃｈ－－Ｉｋｅｇａｍｉ、Ｅｇｌｉ、Ｌｅｅ、ＰｌａＮＥＴ等 ］，主要室内模型有：对数距离路径损耗、衰减因子与Ｍｏｔｌｅｙ 经验模型等嘲．由于这些模型主要是基于陆地各种环境而建立的，它对于海面环境有较大的误差．本文正是 着眼于此，通过实际测量，给出了适合海面传播环境的无线电损耗计算模型，从而为移动通信工程设计提供 参考． １ 海面环境的传播损耗模型建立 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＿３圳，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，总的接收信号应是直 射与海面反射的合成信号．一般情况下可以把反射信号当作一条来考虑，在考虑海面传播损耗时应考虑这两 条路径的信号损耗．另外也要考虑电波穿透船体的损耗．此时的海面传播损耗模型应为 ＰＬ —ＰＬ ｏ＋ＰＬ１＋ＰＬ ６Ｄ。 ＋ｄ， （１） 式中，ＰＬ 为海面传播路径损耗；ＰＬ。为自由空间传播损耗；ＰＬ 为海面反射引起的路径损耗；ＰＬ ，为船 体穿透损耗；ＰＬ 为超过视距后的地球曲率引起的绕射损耗；ａ为修正系数． １．１ 自由空间传播损耗 根据文献［５］可直接得到自由空间的传播损耗为 ＰＬ 一３２．４５＋２０ ｌｏｇｆ＋２０ ｌｏｇｄ—Ｇ 一Ｏ ． （２） 式中， 为载波工作波长，ｍ；ｆ为载波工作频率，ＭＨｚ；ｄ为收发天线之间的距离；ｋｍ；Ｃ为光速；Ｇ ，Ｇ 分别为 发射、接收天线增益． １．２ 海面反射引起的传播损耗 收稿日期：２００９～１２—１６ 基金项目：河南省科技厅科技攻关项目（１Ｏ２１０２３１０２３０） 作者简介：朱命怡（１９７６－－），男，河南新乡人，河南机电高等专科学校副教授，主要从事汽车电子、通信、技术研究 １６２ 河南师范大学学报（自然科学版） 在海面环境下，电波传播包括一条直射波和一条理想的海面反射波，如图１所示． 直接波路径差△ｒ为 加 一一 假设海表面平坦光滑，收发天线高度分别为ｈ 、ｈ ，收发天线之问的距离为ｄ，则从几何关系可得到反射波与 ／Ｘｒ一、／／（＾Ｔ＋ｈＲ） ＋ｄ 一￣／（矗７、一ｈ，） ＋ｄ ：：＝ Ｅ１＋ １（ 两路径产生的相位差△为 ）。］一『 ＋ １（ Ａ—） ］一 ． （３） （４） ￣ ｒｈ ｒｈｒｚ—， 式中，ｄ。为直射波的路径长度；ｄ 为反射波的路径长度． 反射信号引起的损耗为 ＰＬ 一ｌＯｇ １．３ 船体穿透损耗ＰＬ 。修正系数ａ的确定 …ｌＯｇ 。（ ）］． 、 ㈣ 为了确定船体穿透损耗ＰＬ ，，修正系数 ，在大 连进行了海上移动通信实验．基站位于海边山顶，天线 的海拔高度２００ ｍ，天线增益为１８ ｄＢｍ．测试手机位于 渔船驾驶舱内，海拔高度为３ ｍ．测试船沿天线主瓣方 向行驶．采样点在离基站５～４５ ｋｍ之问，采样间隔为 １ ｋｍ．实际测试结果与实测曲线见图２． ＬＩ＋ 【Ｉ●●●●．王 ｄ０ 堋 １ ． ． ＼． ／１ 矧 根据测试数据，利用（１）式进行拟合，可以得到 ， ａ一５ ｄＢ、ＰＬ 一１０ ｄＢ．可以看出，海面环境的传播预 测模型除在刚开始测量的７ ｋｍ处误差近１０ ｄＢ外，其 图ｌ直接波与反射波传播示意图 他采样点上的误差均小于５ ｄＢ，且两者的电平衰减趋势保持一致． ２模型的检验 为了检验建立的海面环境损耗模型的有效性，试验采用货轮，手机海拔高度为１０ ｍ，与建立模型的各项 参数不变的基站．经过利用海面环境损耗预测模型和实测参数比较，其误差见图３． ５ ０ ５ １Ｏ ｌ５ ２Ｏ ２５ ３０ ｄ／ｋｍ ｄ／ｋｍ 图２预测电半与实测电＇ｔａＬＥ较 图３预测误差 从图３可见，在距基站５０￣７０ ｋｍ区域内，预测电平值与实测电平值的误差小于３ ｄＢ，当超过７０ ｋｍ后 误差增大．利用文献［６］的方法可以得到电波传播的视距等于７０ ｋｍ．说明建立的海面环境损耗预测模型在 视距内具有较好的适用性，而超过视距后则精度下降，此时应考虑地球曲率对传播损耗的影响． 第３期 朱命怡等：海面电波传播损耗模型研究 １６３ ３ 结 论 本文针对海面环境建立了海面电波传播损耗预测模型．不仅考虑了自由空间传播损耗、海面反射引起的 路径损耗、船体穿透损耗，而且，也通过实际测量数据，给出了损耗计算模型的修正系数，从而使得模型更加 实用．通过模型检验可见：（１）在电波视距范围内，模型的预测电平与实测电平的误差小于３ｄＢ，误差较小； （２）在电波视距范围外，模型的预测精度较大，需要考虑地球曲率对传播损耗的影响． 参 考 文 献 Ｅ１］廖国强，杜成珠．蜂窝移动通信系统中无线电波传播模型概述ＥＪ］．山东通信技术，２００２，２２（４）：１５－２３． Ｅ２３ Ｊｏｎｇ Ｓａｍ Ｌｅｅ，Ｌｅｏｎａｒｄ Ｅ．Ｍｉｌｌｅｒ．ＣＤＭＡ系统工程手册［Ｋ］．许希斌，周世东，等译．北京：人民邮电出版社，２００２． ［３３王善进，王亚迅．无线电波沿光滑海面传播损耗的计算ＥＪ］．微波学报，２００５，２１（６）：２７—２９． ［４］Ｆｕｊｉｍｏｔｏ Ｋ，Ｊａｍｅｒ Ｊ Ｒ．移动天线系统手册［Ｋ］．杨可忠译．北京：人民邮电出版社，１９９７． ［５］张瑜，张磊昂，张洁寒，等．低角雷达多径效应预测系统设计与仿真＿Ｊ］．河南师范大学学报：自然科学版，２００９，３７（６）：６６—６８ Ｅ６３谢益溪．电波传播一超短波、微波、毫米波Ｆ－Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９９０． Ｒａｄｉｏ－ｗａｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ＬＯＳＳ Ｍｏｄｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｅａ ＺＨＵ Ｍｉｎｇ—ｙｉ ，ＮＩＵ Ｑｕａｎ—ｙｉｎｇ。 （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，Ｈｅｎａｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３００２，Ｃｈｉｎａ ２．Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｏｚｕｏ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｉｎ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｍｕｓｔ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ＳＯ ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔＯ ｋｎｏｗ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｏｓｓ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ ｍａｒｇｉｎ ｏｆ ｅｒｒｏｒ ｉｎ ａｃｔｕａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｏｓｓ ｍｏｄｅｌ ｔＯ ｔｈｅ ｓｅａ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ．Ｅｘ— ｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｉｖｅｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｏｓｓ ｍｏｄｅｌ；ｔｈｅ ｓｅａ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
