基于ITU-R P.533模型對海上短波通訊損失研究

呂晨昕 毛彥穎 劉宇超

摘要：無線電通訊指的是利用電波的振蕩，在空中傳輸聲音、文字、數(shù)據(jù)和圖像等信號的技術(shù)。它最大魅力在于可以借助無線電波的反射、折射、繞射和散射，省去了人工搭設(shè)導(dǎo)線麻煩，從而能夠更加自由、快捷、無障礙的信息傳遞和溝通。建立短波在傳播衰減過程中的計算模型，可為保證短波通信的可靠性提供參考依據(jù)，建立的方法主要依據(jù) ITU-R P.533-13模型。首先進行傳播路徑的判別，進而進行頻率預(yù)測，建立計算模型，之后進行了深入研究，根據(jù)鏡面反射及漫反射提出海面損耗，與現(xiàn)有測量數(shù)據(jù)進行比對，進行模型的可靠性評估并進修正。

關(guān)鍵詞：短波通訊 ITU-R P.533模型 自由空間損耗 海面損耗

短波通訊（3MHz ～ 30MHz）利用電離層和地球表面的反復(fù)反射【1】，傳播的距離可以達到幾千甚至上萬千米，所以這種通訊應(yīng)用于應(yīng)急、救災(zāi)和長距離的越洋通信等。但是短波通訊過程中，信號極易因自然因素、環(huán)境因素而受到干擾，所以對HF頻段信號傳輸進行評估預(yù)測，對提高信號的傳輸質(zhì)量，保證信息的完整性有著重要意義。

1. 模型介紹

1.1 自由空間損耗

研究無線電波傳播過程中，最簡易的模型就是在自由空間的傳播模型。在自由空間（即無任何衰減、無任何阻擋、無任何多徑的傳播空間）中【2】，無線電波的傳播不受阻擋，沒有由外加物體所產(chǎn)生的吸收、反射、折射、繞射以及散射等。但當(dāng)電波在一段距離傳播之后，電波的能量則會產(chǎn)生衰減，主要原因是輻射而導(dǎo)致能量發(fā)生擴散。自由空間的傳播損耗就是在發(fā)射點，無線信號在整個球面內(nèi)均勻擴散，落在天線的有效接收面積上的能量與發(fā)射的總能量的比【3】。

1.2. ITU-R P.533模型

ITU-R P533建議書【4】是ITC發(fā)布Method for the prediction of the performance of HF circuits.應(yīng)用于頻率在2和30 MHz之間的天波傳播的預(yù)測， 短波天波主要靠電離層的反射進行遠距離的傳播，電離層是分層的，按照電子濃度的分布情況分3層，由下向上分別稱為D層、E層和F層。當(dāng)考慮了最主要的影響天波傳播的傳播條件后，可以對短波通信的工作頻率加以預(yù)測【5】。把太陽黑子數(shù)作為短波傳播的重要變化 因素，以確定最高可用工作頻帶MUF。

當(dāng)短波依靠 F層反射時，最佳工作頻率選擇為 0.85MUF， F層反射時HF電波損耗的半經(jīng)驗公式：

Lm 是MUF以上的損耗，對頻率f 等于或小于MUF時其為0。

Lg 為在中間反射點的地（海）面反射損耗的總和;Lh 為考慮到極光和其他信號損耗的因子;Lz 為其他因素的影響，建議值為10.3 dB，可進行修正。

2. 模型不足

由于海上氣候環(huán)境的復(fù)雜多變，使得無線電在海洋傳播條件下的影響因素更為復(fù)雜，通常使用海情級的數(shù)值級數(shù)來度量海上風(fēng)浪狀態(tài)。當(dāng)短波無線電射到海面上，如果海面粗糙度低于一定值，則會發(fā)生鏡面反射，而如果是湍流海面，由于海面的不平整性，則會發(fā)生鏡面反射與漫反射。漫反射的一部分信號同樣可以到達接受點，在接受的信號中，有鏡面反射和漫反射這兩個部分。一般認為漫反射來自于大小一定的一個區(qū)域，鏡面反射來自于單獨的一個點。二者矢量和為該點實際所接受的信號。該模型將無線電短波發(fā)生繞射等情況歸為繞射等海面粗糙度引起的損失?？紤]到如下因素：海面均方根波高、海面粗糙度、鏡面反射系數(shù)、漫反射系數(shù)等【6】。由海級報表可知海面均方根波高δh知海面反射帶來的損失：

其中，為漫反射區(qū)域上海面斜率的均方根。

3. 海上信號修正模型

ITU-R P.533-13所給出的傳播預(yù)測模型，在一定程度上需要依據(jù)當(dāng)實測數(shù)據(jù)進行修正。通過不同海況下實測數(shù)據(jù)與ITU-R P.533模型預(yù)測所得數(shù)據(jù)進行比對，便可修正得到Lz ，進而得到在不同海況下的基本傳輸損耗Lb，最終修正得到不同海況下的修正模型。

4. 總結(jié)

如今，無線通信在生活和生產(chǎn)的許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，無線通信的飛速發(fā)展給我們的生活帶來了巨大的進步。短波通信常用于遠距離通信，因為它可以達到遠距離通信。而在傳遞短波信號時最關(guān)心的是確保信息的完整性，主要研究了電離層和地球表面反射波的傳播方式、考慮各種因素在傳輸過程中所造成的損失。有許多因素會導(dǎo)致?lián)p耗的短波通信：電離層的消耗，大氣的折射，陸地、海洋表面反射，衍射的障礙，在自由空間傳輸損耗，發(fā)送方接收增益的各向異性，通過環(huán)境噪聲干擾等等。為簡化研究的過程中，主要研究自由空間，電離層的反射造成的損耗。對于短波通信過程的研究采用了ITU- R P.533-13的模型，分析了上述所產(chǎn)生的損失原理。

參考文獻

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