集裝箱船甲板長(zhǎng)直通道無(wú)線覆蓋仿真

朱 宇, 楊柳濤

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 航運(yùn)技術(shù)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200135)

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things，IOT)、人工智能等信息與通信技術(shù)(Information and Communications Technology，ICT)在各行各業(yè)應(yīng)用的不斷深入，相關(guān)技術(shù)日益成熟，船舶行業(yè)和航運(yùn)業(yè)正朝著信息化和智能化的方向發(fā)展，越來(lái)越多的信息化、智能化設(shè)備應(yīng)用在船舶上。由于船舶的有線部署依賴于造船時(shí)預(yù)留的線纜孔，智能化和信息化設(shè)備的船上安裝布設(shè)會(huì)受到影響。因此，全船無(wú)線覆蓋是一種現(xiàn)實(shí)的需求。同樣，由于線纜孔的限制，無(wú)線基站的鋪設(shè)施工難度較大，既無(wú)法在實(shí)地直接進(jìn)行，又無(wú)法在發(fā)現(xiàn)覆蓋缺漏時(shí)補(bǔ)設(shè)。因此，有必要進(jìn)行無(wú)線覆蓋仿真，以提高船舶無(wú)線覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和有效性。

無(wú)線覆蓋仿真的精確度與應(yīng)用場(chǎng)景建模和傳播模型等因素相關(guān)。傳播模型是整個(gè)無(wú)線覆蓋仿真的核心，采用合適的傳播模型對(duì)于保證無(wú)線覆蓋仿真的有效性而言尤為重要。由于船體為鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)無(wú)線信號(hào)的傳輸有很大影響?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)無(wú)線信號(hào)傳播模型和距離損耗公式難以直接應(yīng)用在船舶平臺(tái)上。[1-2]

集裝箱船甲板長(zhǎng)直通道作為船舶無(wú)線覆蓋的典型場(chǎng)景，具有鋼制環(huán)境和隧道特性。在鋼制類隧道環(huán)境中，電磁波的傳播除了直射以外,還會(huì)經(jīng)周圍艙壁進(jìn)行多次反射。因此,接收機(jī)接收到的電磁信號(hào)是經(jīng)過(guò)多條路徑、從多個(gè)方向傳播過(guò)來(lái)的合成波，會(huì)有明顯的多徑效應(yīng)。[3]基于國(guó)際電信聯(lián)盟(International Teleconmunication Union,ITU)的ITU-R P.1238建議書(shū)，此類長(zhǎng)直通道場(chǎng)景會(huì)產(chǎn)生菲涅爾損耗，對(duì)電磁波傳播產(chǎn)生較大的影響。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)船舶長(zhǎng)直通道信道的研究較少，但對(duì)隧道和礦井等類似場(chǎng)景有很多研究。文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]驗(yàn)證了采用射線跟蹤法對(duì)隧道、走廊這類應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行仿真的可行性。文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]對(duì)地鐵隧道環(huán)境的信道進(jìn)行建模仿真。文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]對(duì)密閉環(huán)境的可視信道進(jìn)行建模仿真。文獻(xiàn)[10]提出多模傳輸方式，以矩形波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)衰減的仿真，可對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行較為精確的預(yù)測(cè)，但對(duì)近場(chǎng)區(qū)預(yù)測(cè)的誤差較大。文獻(xiàn)[11]以基于窄帶信道的射線跟蹤為基礎(chǔ),對(duì)超寬帶礦井信道進(jìn)行頻率的模型修正。

隧道和礦井的反射壁以混凝土和礦物土層為主，反射能力較差，且反射壁的粗糙度較高，產(chǎn)生較大的漫散射影響。在相關(guān)傳播模型仿真過(guò)程中，以直射路徑分析和菲涅爾分析為主；船舶場(chǎng)景以鋼制結(jié)構(gòu)為主，反射壁的反射能力較強(qiáng)，且反射壁的粗糙度低，漫反射影響較小。集裝箱船長(zhǎng)直通道場(chǎng)景與隧道和礦井場(chǎng)景雖然在幾何形狀上類似，但在構(gòu)成有效信號(hào)傳播路徑上存在較大差異，需對(duì)其進(jìn)行仿真研究。

本文針對(duì)集裝箱船甲板長(zhǎng)直通道，對(duì)長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)信道的大尺度路徑損耗模型進(jìn)行仿真研究。先對(duì)窄帶信道的反射模型進(jìn)行仿真，再根據(jù)ITU-R系列建議書(shū)，結(jié)合隧道環(huán)境的特點(diǎn)對(duì)傳播模型進(jìn)行損耗修正，最后建立針對(duì)集裝箱船甲板長(zhǎng)直通道的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路徑損耗預(yù)測(cè)仿真模型。

1 射線反射模型

目前，射線跟蹤法是一種能有效進(jìn)行無(wú)線覆蓋仿真的方法[12-13]，用于近似計(jì)算高頻電磁場(chǎng)的傳播。射線跟蹤法根據(jù)幾何光學(xué)(Geometrical Optics，GO)原理，認(rèn)為電磁波的能量能以射線的形式向四周輻射，所有接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的電磁波傳播路徑都可通過(guò)射線進(jìn)行描述。在高頻情況下，電磁波的傳輸特性和其他相關(guān)參量變化緩慢，其傳播可通過(guò)射線模擬。先通過(guò)射線跟蹤確定能到達(dá)接收機(jī)的有效傳播路徑，再對(duì)傳播路徑的傳播衰減[14]進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)疊加原理完成對(duì)接收機(jī)所有路徑信號(hào)能量的計(jì)算。

射線跟蹤法主要分為正向傳播和反向傳播2種類型。

1)正向傳播算法追蹤發(fā)射機(jī)發(fā)射的每條射線，按照反射定律和幾何繞射理論對(duì)遇到障礙物的射線進(jìn)行處理，得出新的反射射線和繞射射線，并繼續(xù)跟蹤，直到該射線到達(dá)接收機(jī)的接收范圍或該射線能量衰減至閾值以下。正向傳播算法完成1次計(jì)算直接可得到全區(qū)域的無(wú)線覆蓋情況，但精度受限且跟蹤的射線量較多，整體計(jì)算的復(fù)雜度較大。

2)反向傳播算法從接收點(diǎn)出發(fā)，反向跟蹤所有發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳播路徑，計(jì)算難度比正向算法更大，但能較為精準(zhǔn)地得到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳播路徑和相應(yīng)的相位、延遲等傳播信息。[15]

本文選擇反向傳播算法作為仿真核心算法，采用鏡像法完成對(duì)傳播路徑的計(jì)算。鏡像法原理見(jiàn)圖1。由圖1可知：發(fā)射機(jī)的鏡像位置與發(fā)射機(jī)的實(shí)體位置相對(duì)于反射面對(duì)稱。發(fā)射機(jī)發(fā)射射線至反射面，再反射到接收機(jī)的傳播路徑，可直接等效為從發(fā)射機(jī)的鏡像位置直接輻射到接收機(jī)。由發(fā)射機(jī)的輻射特性和反射面的電磁特性可得整體的1階鏡像輻射場(chǎng)。在實(shí)際傳播中，射線會(huì)經(jīng)過(guò)多次反射，因此，為模擬電磁波的實(shí)際傳播過(guò)程，需對(duì)高階反射進(jìn)行計(jì)算。與1階反射相似，先將發(fā)射機(jī)的鏡像點(diǎn)作為虛擬發(fā)射機(jī)，計(jì)算該虛擬發(fā)射機(jī)相對(duì)于其他反射面的鏡像點(diǎn)，再計(jì)算第2次反射的反射點(diǎn)，得到2次反射的傳播路徑。以此類推，完成對(duì)高階反射的計(jì)算。

圖1 鏡像法原理

采用鏡像法計(jì)算出發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的有效傳播路徑之后，計(jì)算接收功率,有

(1)

式(1)中：Pr為接收機(jī)的接收功率；Pt為發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率；λ為電磁波的波長(zhǎng)；N為到達(dá)接收機(jī)的總傳播路徑數(shù)；Ri為通過(guò)反射面到達(dá)接收機(jī)的第i條射線的反射系數(shù)；ri為第i條射線的路徑長(zhǎng)；r為直射射線的路徑長(zhǎng)；ρs為粗糙反射面的散射損耗因數(shù)；φi為第i條射線路徑與直射路徑所傳播信號(hào)在接收機(jī)處的相位差。

(2)

(3)

式(2)和式(3)中：σh為反射面粗糙度的方差；θi為第i條射線的入射角；Δli為第i條射線路徑長(zhǎng)度與視距路徑長(zhǎng)度的差值。

由于在實(shí)際傳播中不存在理想導(dǎo)體，因此電磁波在反射過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生損耗。通常情況下，反射損耗R用菲涅爾反射系數(shù)表示為

(4)

式(4)中:Er為反射電場(chǎng)強(qiáng)度;Ei為入射電場(chǎng)強(qiáng)度。

對(duì)于電磁波的入射波，采用平行和垂直2種極化方式,計(jì)算式為

Eh=Ehmcos(ωt-φh)

(5)

Ev=Evmcos(ωt-φv)

(6)

式(5)和式(6)中:Eh為平行極化波能量;Ev為垂直極化波能量；w為角頻率；φ為初始相位。在線極化中，初始相位φh和φv均為0 ,即

(7)

在反射面上，根據(jù)傳播路徑的不同，電磁波會(huì)以不同的角度進(jìn)行反射和入射。針對(duì)平行極化波和垂直極化波，其反射系數(shù)Rh和Rv分別為

(8)

(9)

式(8)和式(9)中:θ為電磁波的入射角；ε為反射面的相對(duì)介電常數(shù)。

將式(8)和式(9)分別代入式(7)和式(4)中，得到第i條電磁波整體在該入射角下對(duì)于反射面的等效反射系數(shù),即

(10)

2 模型修正

根據(jù)ITU給出的ITU-R P.1238建議書(shū)，對(duì)于長(zhǎng)的、具有走廊路徑特征的無(wú)阻擋路徑，可能會(huì)在距離發(fā)射機(jī)的某點(diǎn)開(kāi)始產(chǎn)生菲涅爾損耗，即可能出現(xiàn)第1菲涅爾區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

菲涅爾區(qū)是在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間，由電磁波的直射路徑與折射路徑的路徑差為(nλ)/2的有效反射點(diǎn)形成的,其幾何構(gòu)成是以發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置為焦點(diǎn)，以直射路徑為軸的橢圓面。對(duì)信號(hào)傳播影響最大的是第1菲涅爾區(qū)，即n=1的菲涅爾區(qū)。菲涅爾區(qū)同心的半徑為

(11)

式(11)中：n為橢圓數(shù)目；d1為該菲涅爾區(qū)距離發(fā)射機(jī)的距離；d2為該菲涅爾區(qū)距離接收機(jī)的距離；λ為電磁波的波長(zhǎng)。當(dāng)電磁波波長(zhǎng)確定時(shí)，位于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)中間的第1菲涅區(qū)擁有最大的半徑;當(dāng)接收發(fā)機(jī)位置確定時(shí)，若電磁波波長(zhǎng)變小，即電磁波頻率提升時(shí)，則菲涅爾半徑整體下降。

在電磁波的傳播過(guò)程中，障礙物會(huì)對(duì)一些菲涅爾區(qū)發(fā)出的次級(jí)波產(chǎn)生阻擋，由此產(chǎn)生繞射損耗。由于第1菲涅區(qū)集中了在直射情況下的絕大多數(shù)能量，通常只要障礙物沒(méi)有對(duì)第1菲涅爾區(qū)產(chǎn)生有效阻擋，繞射損耗就可忽略不計(jì)。當(dāng)?shù)?菲涅爾區(qū)被阻擋面積小于45%時(shí)，可認(rèn)為電磁波傳播無(wú)繞射損耗。

根據(jù)ITU-R P.526建議書(shū)，對(duì)于長(zhǎng)直通道的菲涅爾損耗，可通過(guò)復(fù)合矩形孔徑繞射模型進(jìn)行近似擬合(見(jiàn)圖2)。第1菲涅爾區(qū)的Fresnel-Kirchhoff繞射參數(shù)為

(12)

式(12)中:d1為該菲涅爾區(qū)與發(fā)射機(jī)之間的距離;d2為該菲涅爾區(qū)與接收機(jī)之間的距離;λ為電磁波的波長(zhǎng)；H為障礙物頂部與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的連線的距離。

圖2 矩形孔徑繞射模型

孔徑的刀刃位置如圖2所示。原點(diǎn)為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的連線與屏蔽面的交點(diǎn)；電磁波的傳播與z軸平行;發(fā)射機(jī)和接收機(jī)與屏蔽面之間的距離分別為d1和d2。接收機(jī)處的場(chǎng)強(qiáng)為

ea(x1,x2,y1,y2)=

0.5(CxCy-SxSy)+j0.5(CxSy+SxCy)

(13)

Cx=C(vx2)-C(vx1)

(14)

Cy=C(vy2)-C(vy1)

(15)

Sx=S(vx2)-S(vx1)

(16)

Sy=S(vy2)-S(vy1)

(17)

C(v)和S(v)由復(fù)數(shù)菲涅爾積分Fc(v)得出,有

(18)

x1、x2、y1和y2分別代替式(12)中的H，得出4個(gè)v值。單個(gè)矩形孔徑的繞射損耗La為

La=-20lg(ea)

(19)

在整個(gè)復(fù)合矩形孔徑傳播模型的傳播路徑上，具有最大v值的單矩形孔徑位置為主障礙物的位置，是整體繞射損耗的主要組成部分，記為a。

在近似處理復(fù)合模型損耗時(shí)，需計(jì)算2次單個(gè)矩形孔徑處于最大v值時(shí)的繞射損耗。

1)從發(fā)射機(jī)到點(diǎn)a，得到vb和Lb。

2)從點(diǎn)a到接收機(jī)，得到vc和Lc。

復(fù)合矩形孔徑模型的繞射損耗為

L=La+T[L(vb)+L(vc)+C]

(20)

C=10.0+0.04D

(21)

(22)

式(20)～式(22)中：C為經(jīng)驗(yàn)較正量；D為總路徑長(zhǎng)度，km；T為2個(gè)副矩形孔徑障礙物帶來(lái)的損耗。

3 建模與仿真分析

3.1 集裝箱船長(zhǎng)直通道建模

根據(jù)21 000 TEU集裝箱船的集裝箱布置圖紙，集裝箱船長(zhǎng)直通道主要有2種布置情況。

1)全封閉通道位于集裝箱船內(nèi)部下甲板處,整體體現(xiàn)為全封閉特征，艙壁為全金屬材質(zhì)。全封閉通道長(zhǎng)約380.0 m;寬和高約為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的寬和高，約為2.5 m。

2)半封閉通道位于集裝箱船邊緣,整體體現(xiàn)為半封閉特征(見(jiàn)圖3)。頂部與集裝箱關(guān)聯(lián)的區(qū)域均為有效反射壁；側(cè)部與集裝箱關(guān)聯(lián)區(qū)域均無(wú)有效反射壁；其余部位均為有效金屬艙壁。半封閉通道長(zhǎng)約380.0 m，寬和高與1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱相同，約為 2.5 m。

根據(jù)集裝箱船長(zhǎng)直通道的特征，基于長(zhǎng)直通道的幾何結(jié)構(gòu)，以有效反射壁為核心，通過(guò)3D建模軟件分別對(duì)全封閉通道和半封閉通道進(jìn)行建模圖見(jiàn)圖4。同時(shí)，為降低整體模型仿真的復(fù)雜度，減少計(jì)算，既不考慮長(zhǎng)直通道中金屬艙壁縫隙的不規(guī)律反射和散射特性，也不考慮長(zhǎng)直通道內(nèi)可能出現(xiàn)的各類小型雜物。

圖3 集裝箱船半封閉通道示意

圖4 集裝箱船半封閉通道3D建模圖

3.2 仿真條件

電磁波在集裝箱船長(zhǎng)直通道的能量集中在通道的中心位置，因此在寬和高為2.50 m的通道中，節(jié)點(diǎn)均布置在通道中間高1.25 m處。發(fā)射機(jī)位置固定，接收節(jié)點(diǎn)在中線上，每隔1 m進(jìn)行1次仿真。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均采用全向天線。由于受船載LTE專網(wǎng)頻段的限制，此次仿真的電磁波頻率取1.4 GHz。仿真參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 仿真參數(shù)

考慮到艙壁對(duì)射線的反射損耗，反射次數(shù)超過(guò)3次以上的電磁波對(duì)接收機(jī)的影響較小[16]，在仿真中取最大反射次數(shù)為3次。在傳播過(guò)程中共有1條直達(dá)路徑，4條1階反射路徑，8條2階反射路徑，12條3階反射路徑，共25條有效路徑。長(zhǎng)直通道射線跟蹤法路徑傳播圖見(jiàn)圖5。

3.3 未修正的射線反射模型

采用射線跟蹤法構(gòu)建的射線反射模型分別應(yīng)用在第3.1節(jié)構(gòu)建的全封閉長(zhǎng)直通道和半封閉長(zhǎng)直通道中。由仿真結(jié)果可知：整體損耗明顯呈現(xiàn)2種趨勢(shì)：在80～100 m之前整體損耗呈現(xiàn)快衰落趨勢(shì)，受多徑干擾影響嚴(yán)重；在80～100 m之后整體損耗的浮動(dòng)趨于穩(wěn)定，損耗變化呈現(xiàn)滿衰落趨勢(shì)，損耗浮動(dòng)情況與傳播場(chǎng)景有相關(guān)性(見(jiàn)圖6)。

3.4 模型的修正

在射線反射模型無(wú)線覆蓋仿真中，并沒(méi)有考慮第1菲涅爾區(qū)的阻擋情況。根據(jù)ITU-RP.526給出的建議：當(dāng)?shù)?菲涅爾區(qū)有效阻擋面積小于45%時(shí)，可認(rèn)為電磁波傳播無(wú)菲涅爾損耗；當(dāng)?shù)?菲涅爾區(qū)有效阻擋面積大于45%時(shí)，需對(duì)菲涅爾繞射損耗進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)射線反射模型進(jìn)行修正。由式(11)可知：當(dāng)電磁波波長(zhǎng)確定時(shí)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)正中位置具有最大的第1菲涅爾區(qū)半徑。以該半徑為基準(zhǔn)計(jì)算菲涅爾繞射損耗。

圖5 射線跟蹤法路徑傳播圖

圖6 未修正的射線反射模型

確定最大第1菲涅爾區(qū)半徑與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的相對(duì)位置之后，在長(zhǎng)直通道寬和高固定的條件下，可仿真得到不同頻率下第1次產(chǎn)生有效菲涅爾繞射損耗的距離點(diǎn)，以及380 m長(zhǎng)度下不同頻率產(chǎn)生的菲涅爾繞射損耗。長(zhǎng)直通道下頻率與第1菲涅爾損耗點(diǎn)的關(guān)系見(jiàn)圖7。由圖7可知：當(dāng)長(zhǎng)直通道場(chǎng)景參數(shù)確定時(shí)，電磁波頻率越高，第1菲涅爾損耗點(diǎn)距離發(fā)射機(jī)就越遠(yuǎn)，整體菲涅爾損耗越小。這是由于電磁波頻率越高,其能量越集中，第1菲涅爾半徑越小。在1.4 GHz頻率下，第1菲涅爾損耗點(diǎn)在83 m處。

將射線反射模型與修正量結(jié)合，電磁波頻率定為1.4 GHz，仿真得到距離變化與距離損耗的關(guān)系曲線見(jiàn)圖8。由圖8可知,修正模型的整體變化趨勢(shì)與未修正模型相似：在第1菲涅爾損耗點(diǎn)之前，損耗曲線整體呈快衰落特征，受多徑衰落的影響較大；在第1菲涅爾損耗點(diǎn)之后，損耗曲線特征與傳播場(chǎng)景有關(guān)。在全封閉長(zhǎng)直通道中，最大距離損耗為75.23 dB；在半封閉長(zhǎng)直通道中，最大距離損耗為83.06 dB。與未修正模型相比，整體增加5～10 dB的菲涅爾損耗。

圖7 長(zhǎng)直通道下頻率與第1菲涅爾損耗點(diǎn)的關(guān)系

圖8 修正的射線反射模型

3.5 針對(duì)仿真結(jié)果的擬合與分析

路徑損耗可通過(guò)對(duì)數(shù)距離模型進(jìn)行擬合預(yù)測(cè)，表達(dá)式為

PL=PL0+10nlgd

(23)

式(23)中:PL0為參考距離的路徑損耗，與電磁波頻率和參考距離有關(guān)，參考距離一般取1 m；n為距離損耗因數(shù)；d為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離。

采用最小二乘法分別對(duì)全封閉通道和半封閉通道進(jìn)行單斜率和雙斜率對(duì)數(shù)擬合，并采用均方根誤差(Root Mean Squared Error，RMSE)對(duì)擬合效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，表達(dá)式為

(24)

3.5.1全封閉通道擬合

通過(guò)單斜率擬合得到全封閉長(zhǎng)直通道的路徑損耗(見(jiàn)圖9)和均方根誤差,分別為

PLquan=23.70+18.43lgd

(25)

RMSEquan_dan=2.801 9

(26)

雙斜率的模型以第1菲涅爾損耗點(diǎn)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，擬合可得的全封閉長(zhǎng)直通道的距離損耗(見(jiàn)圖10)和均方根誤差，分別為

(27)

RMSEquan_shuang=1.837 2

(28)

圖9 全封閉通道的路徑損耗

圖10 全封閉通道的路徑損耗

3.5.2半封閉通道擬合

通過(guò)單斜率擬合可得半封閉長(zhǎng)直通道的路徑損耗(見(jiàn)圖11)和均方根誤差，分別為

PLban=25.10+19.29lgd

(29)

RMSEban_dan=3.971 6

(30)

經(jīng)過(guò)雙斜率擬合得到半封閉長(zhǎng)直通道的路徑損耗(見(jiàn)圖12)和均方根誤差,分別為

(31)

RMSEban_shuang=3.069 9

(32)

圖11 半封閉通道的路徑損耗

圖12 半封閉通道的路徑損耗

3.5.3仿真擬合數(shù)據(jù)分析

在全封閉通道場(chǎng)景下，通過(guò)式(26)和式(28)可得單斜率和雙斜率模型的RMSE分別為2.821 9和1.837 2；在半封閉通道場(chǎng)景下，通過(guò)式(30)和式(32)可得單斜率和雙斜率模型的RMSE分別為3.971 6和3.069 9。對(duì)比2個(gè)場(chǎng)景和2種擬合模型的RMSE可知,采用雙斜率對(duì)數(shù)距離損耗模型所得結(jié)果更接近仿真結(jié)果。

由式(27)可得全封閉雙斜率模型的路徑損耗因數(shù)分別為1.508和3.030；由式(31)可得半封閉雙斜率模型的路徑損耗因數(shù)分別為1.512和3.323。

在自由空間中,路徑損耗因數(shù)n=2。由于本文所述場(chǎng)景為金屬艙壁的集裝箱船甲板長(zhǎng)直通道，具有較多反射路徑，可對(duì)直射路徑進(jìn)行補(bǔ)充，理論上在沒(méi)有額外損耗的情況下n應(yīng)小于2。由仿真結(jié)果可知：在第1菲涅爾損耗點(diǎn)之前，全封閉通道路徑損耗因數(shù)為1.508，半封閉通道路徑損耗因數(shù)為1.512，均小于2，符合ITU-R P.1238建議書(shū)給出的一般性結(jié)論，且全封閉通道的損耗因數(shù)僅比半封閉通道的小0.004，說(shuō)明在第1菲涅爾損耗點(diǎn)之前反射分量充足時(shí)，傳播場(chǎng)景的影響較??；第1菲涅爾損耗點(diǎn)之后，由于產(chǎn)生較大的菲涅爾損耗，全封閉通道的路徑損耗因數(shù)為3.030，半封閉通道的路徑損耗因數(shù)為3.323，均大于2，符合ITU-R P.1238建議書(shū)給出的一般性結(jié)論。全封閉通道相較于半封閉通道，路徑損耗因數(shù)小0.293，體現(xiàn)出了傳播場(chǎng)景的差異。

仿真研究結(jié)果表明：對(duì)于集裝箱船甲板長(zhǎng)直通道這一場(chǎng)景，采用修正的雙斜率對(duì)數(shù)距離損耗模型可得到較為精確的預(yù)測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于射線跟蹤法對(duì)集裝箱甲板長(zhǎng)直通道進(jìn)行無(wú)線覆蓋仿真。采用鏡像法對(duì)電磁波傳播路徑進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)直射傳播和反射傳播進(jìn)行計(jì)算，得到該特定場(chǎng)景下點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的距離損耗模型；計(jì)算該場(chǎng)景下的菲涅爾損耗，完成對(duì)射線反射模型的修正。在1.4 GHz電磁波頻率下對(duì)全封閉通道和半封閉通道進(jìn)行仿真分析，距離損耗因數(shù)均符合理論預(yù)期?；诜抡婺Ｐ涂纱_定：對(duì)于集裝箱甲板長(zhǎng)直通道，在380 m全封閉通道中最大距離損耗為75.23 dB，半封閉通道中最大距離損耗為83.06 dB。利用該模型可有效預(yù)測(cè)該場(chǎng)景下的信號(hào)覆蓋情況，為不同尺度的集裝箱船長(zhǎng)直通道的無(wú)線基站布設(shè)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。