1、海上通信信道模型摘 要 海上的通信通常工作在復雜多變的信道環(huán)境下，由于受地球弧度和海浪、船只、海浪等的遮擋，以及存在深衰落和多徑效應，設計海上通信系統(tǒng)時需要充分考慮這些不利因素的影響。本文只就海面反射以及大氣吸收損耗做出簡單的海上通信信道模型，通過Matlab進行信道仿真，并對仿真結果進行了簡要的分析。關鍵詞 海上信道特性；海面反射；大氣吸收損耗；信道建模與仿真海上通信同陸地上通信相比，具有自己的環(huán)境特點。首先，在地形上，海上障礙物遮擋比較少，這樣導致的直接結果就是電波傳播余隙大，所以電波在海上傳播時，繞射損耗比陸地上小。同時，傳播余隙增大，增加了電波反射。并且電磁波在海上傳播時，如果掠射角很

2、小，在微波波段內反射系數就比較大。這樣反射波的影響也比在陸地上大。本文僅考慮海上通信信道為海面反射以及大氣吸收損耗的簡單模型，沒有考慮繞射損耗、云霧衰減、雨衰、海浪高度以及海洋惡劣環(huán)境等因素的影響，對海面反射以及大氣吸收損耗的簡單模型進行仿真運算。2 信道傳播特性2.1 自由空間傳播損耗在海上通信傳播模型當中，一般將電波視作自由空間傳播，由參考文獻可知自由空間傳播損耗為： (1)式中，為工作頻率（MHz），為收發(fā)天線之間的距離（km）。圖1 空間傳播損耗與收發(fā)天線距離之間關系曲線 自由空間傳播損耗仿真結果如圖1，可以看出自由空間損耗與天線間收發(fā)距離基本上是成對數增長關系，隨著天線間距離的增加，

3、自由空間損耗呈對數增長。2.2 海面反射傳播損耗目前，在移動通信的海面?zhèn)鞑p耗預測中，一般都把海面的電波視作自由空間傳播，這與實際情況有較大的誤差。因為，在海面上接收的信號除了直接的視距信號外，還有海面反射信號。地球是個球體，所以在地面和海面都不是平面，而是球面，因此電波通過海面的反射，實際上是光滑球面對電波的反射?？偟慕邮招盘枒侵鄙渑c海面反射的合成信號。一般情況下在考慮海面?zhèn)鞑p耗時應考慮這兩條路徑的信號損耗。電波在光滑球面上面的反射，見圖2.其中C是路徑的發(fā)射點，虛線AB是過C點得切線。同電波在平面上發(fā)射的情形一樣，電波在光滑球面上的反射以滿足入射角等于反射角的反射條件。因此當路徑兩端的

4、天線高度為,和站距確定之后，反射點位置C就是一個確定的值，C點的位置必須符合下面的方程式所表示的條件： (2)公式（1）中，為站距（km）；為反射點離一端的距離（km）；，為等效地球半徑系數，設 (3) (4) (5)則 (6)圖2 反射點計算圖過反射點C得切線AB把兩端的天線高度和截為兩部分。由于地球的半徑遠遠大于天線的高度，因此和可用下面近似式表示： (7) (8)式中：、為天線高度；為地球半徑；和為天線有效高度。對于電波在球面上的反射，只要用通過反射點所作的切面來代替球面，以天線的有效高度代替天線的實際高度，就可以簡化為在平面上的反射。在計算時只要把天線有效高度和代替天線高度和就行。這樣

5、所得到的反射衰落損耗為 (9)其中是地面等效反射系數。在海上傳播時，一般比較大，當掠射角很小時，取到1.這樣就造成比較大的衰落。圖3是基站高度為100m，頻率為3000MHz，移動臺高度為50m，通信距離為0到80km，地球半徑為6400km，地球等效半徑系數=，地面等效反射系數=1時反射損耗與收發(fā)天線距離的曲線關系。圖3 反射損耗與收發(fā)距離關系曲線2.3 大氣吸收損耗大氣中對電波的吸收起作用的主要是氧氣和水蒸氣，以下主要考慮這兩項：氧分子損耗率，對于57GHz以下頻段，可按下式近似計算： (10)水蒸氣分子損耗率與頻率和水蒸氣密度有關可以用下式計算： (11)上式中取值為7.5。在微波頻段，

6、電波傳播路徑靠近地面，所以對微波能量的大氣吸收損耗可以按下式計算，其中為視距傳輸距離： (12)大氣吸收損耗仿真結果如圖4所示：大氣吸收損耗與收發(fā)天線間距離基本上是成直線關系，隨著天線間距離的增加，大氣吸收損耗也越來越大。圖4 大氣吸收損耗與收發(fā)天線距離關系曲線 3 結論無線移動信道復雜多變，對它進行深入的研究有利于減少信道衰落對通信系統(tǒng)的影響，改善通信質量。本文針對海上環(huán)境建立了海上電波傳播損耗預測模型?？紤]了自由空間傳播損耗和海面反射引起的路徑損耗，以及大氣吸收損耗。通過上文得出電波傳輸對信道的影響，其表達式如下： (13)式中、分別為發(fā)射天線增益和接受天線增益，為電波海上傳輸損耗。海上通

7、信信道模型仿真結果如圖5所示：傳輸損耗隨收發(fā)天線間距離呈波浪形增長趨勢。圖5 未考慮天線增益的海上信道傳播損附錄：海上通信信道模型代碼%自由空間傳播損耗模型%f=3000; %頻率MHz%d=0:80; %收發(fā)天線間距離%Lp=32.45+20*log(f)+20*log(d); %自由空間傳播損耗%反射損耗模型%K=4/3; %地球半徑系數%D0=1; %地面等效反射系數%f=3000; %頻率MHz%a=6400; %地球半徑km%d=0：80; %收發(fā)天線間距離km%x1=3*102/f; %波長,km%h1=50; %接收天線實際高度m%h2=100; %發(fā)射天線實際高度m%P=1.5

8、925*K*d*(h2-h1);x2=2.125*K*(h2+h1);Q=(d.2)/12+x2; A=acos(P/Q.(3/2);d1=d./2+2*Q.(1/2)*cos(A/3+240); %反射點到天線一端的距離%d2=d-d1; %反射點到另一端的距離%h11=h1-d1.2/(2*K*a); %接收天線等效高度%h22=h2-d2.2/(2*K*a); %發(fā)射天線等效高度%bb=4*3.14*d./x1;nn=d*x1;cc=4*3.14*h11.*h22./nn;dd=cos(cc);yy=2-2*D0*dd;qq=bb.2./yy;Lf=10*log(qq); %發(fā)射損耗% %大氣吸收損耗模型%f=3000; %頻率MHz%d=0:80; %天線收發(fā)距離km%p=7.5; %水蒸氣密度g/m3%x1=f2+0.227;x2=(f-57)2+1.5;r0=(0.00719+6.09/x1+4.81/x