海上通信简单信道模型

海上通信信道模型

The Model of Communications Channel in Marine

摘要海上的通信通常工作在复杂多变的信道环境下，由于受地球弧度和海浪、船只、海浪等的遮挡，以及存在深衰落和多径效应，设计海上通信系统时需要充分考虑这些不利因素的影响。本文只就海面反射以及大气吸收损耗做出简单的海上通信信道模型，通过Matlab进行信道仿真，并对仿真结果进行了简要的分析。

关键词海上信道特性；海面反射；大气吸收损耗；信道建模与仿真Abstract Maritime communications typically work in the complex channel environment, due to the Earth's curvature and waves, boats, waves and the presence of deep fading and multipath effects, maritime communications system design take full account of these adverse factors. This paper only reflected on the sea surface and atmospheric absorption loss made simple maritime communications channel model, the channel through Matlab simulation, and simulation results are briefly discussed. Key words Offing channel; sea reflection; atmospheric absorption; channel modeling and simulation

1 引言

海上通信同陆地上通信相比，具有自己的环境特点。首先，在地形上，海上障碍物遮挡比较少，这样导致的直接结果就是电波传播余隙大，所以电波在海上传播时，绕射损耗比陆地上小。同时，传播余隙增大，增加了电波反射。并且电磁波在海上传播时，如果掠射角很

小，在微波波段内反射系数就比较大。这样反射波的影响也比在陆地上大。本文仅考虑海上通信信道为海面反射以及大气吸收损耗的简单模型，没有考虑绕射损耗、云雾衰减、雨衰、海浪高度以及海洋恶劣环境等因素的影响，对海面反射以及大气吸收损耗的简单模型进行仿真运算。 2 信道传播特性 2.1 自由空间传播损耗

在海上通信传播模型当中，一般将电波视作自由空间传播，由参考文献可知自由空间传播损耗p L 为：

d f L p lg 20lg 2045.32++= (1) 式中，f 为工作频率（MHz ），d 为收发天线之间的距离（km ）。

图1 空间传播损耗与收发天线距离之间关系曲线

自由空间传播损耗仿真结果如图1，可以看出自由空间损耗与天

线间收发距离基本上是成对数增长关系，随着天线间距离的增加，自由空间损耗呈对数增长。 2.2 海面反射传播损耗

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，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。地球是个球体，所以在地面和海面都不是平面，而是球面，因此电波通过海面的反射，实际上是光滑球面对电波的反射。总的接收信号应是直射与海面反射的合成信号。一般情况下在考虑海面传播损耗时应考虑这两条路径的信号损耗。

电波在光滑球面上面的反射，见图2.其中C 是路径的发射点，虚线AB 是过C 点得切线。同电波在平面上发射的情形一样，电波在光滑球面上的反射以满足入射角等于反射角的反射条件。因此当路径两端的天线高度为1h ,2h 和站距d 确定之后，反射点位置C 就是一个确定的值，C 点的位置1d 必须符合下面的方程式所表示的条件：

()0223112212131

=+⎥⎦⎤

⎢⎣

⎡-+--K a d h d d h h Ka dd d (2)

公式（1）中，d 为站距（km ）；1d 为反射点离一端的距离（km ）；

12d d d -=，K 为等效地球半径系数，设 ()12125925.1h h h h Kd

P --= (3)

()122

125.212

h h K d Q ++= (4)

23c o s Q

P ar =ϕ (5)

则

⎪⎭

⎫

⎝⎛++=

2403cos 221ϕQ d d

(6)

图2 反射点计算图

过反射点C 得切线AB 把两端的天线高度1h 和2h 截为两部分。由于地球的半径远远大于天线的高度，因此1h 和2h 可用下面近似式表示： Ka

d h h h h 22

111

'1

1=∆∆+= (7)

Ka

d h h h h 222

22

'2

2=∆∆+= (8)

式中：1h 、2h 为天线高度；a 为地球半径；'1h 和'2h 为天线有效高度。对于电波在球面上的反射，只要用通过反射点所作的切面来代替球面，以天线的有效高度代替天线的实际高度，就可以简化为在平面上的反射。在计算时只要把天线有效高度'1h 和'2h 代替天线高度1h 和2h 就行。

这样所得到的反射衰落损耗为 ()⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛-+=λ

πλπd h

h D D d L f '2

'10202

4cos 214lg

10 (9)

其中0D 是地面等效反射系数。在海上传播时，一般比较大，当掠射