短波通信传播路径损耗分段预测方法

发布时间：2022-04-26 10:35所属分类：计算机信息管理

摘要：在短波通信技术的应用与发展中，传播路径的损耗问题一直有待进一步解决。此类问题的存在不仅会对短波通信造成一定程度的干扰，同时也会对短波电台的通信造成了很大程度上的不

　　摘要：在短波通信技术的应用与发展中，传播路径的损耗问题一直有待进一步解决。此类问题的存在不仅会对短波通信造成一定程度的干扰，同时也会对短波电台的通信造成了很大程度上的不良影响，使其在相应的应用领域中难以发挥出理想的应用效果。为实现损耗情况的准确预测，并为其损耗问题的合理解决提供科学参考，本文特对其传输路径损耗分段预测进行分析，以此来实现损耗的科学预测，为短波通信质量提升奠定坚实的技术基础。

　　关键词：短波通信 传播路径 传播损耗 分段预测

　　由于短波通信环境比较复杂，加之电离层会对其产生较大干扰，所以在该技术的具体应用中，传输路径损耗问题也比较严重。为有效避免该类问题，一项关键措施就是做好其传输损耗的分段预测，包括地波段损耗、天波段损耗及通信盲区预测。这样才可以对其在各个路径中的传输损耗情况做到科学掌握，为其后续的优化调整提供科学的参考依据。

　　1短波通信概述

　　1.1 短波通信技术

　　短波通信技术就是让发射出去的电波从电离层经过，然后再反射到接收设备中的一种通信技术形式。其中，短波的波长为10～100m，频率为3～30MHz，具体应用中，为使其近距离通信优势得以充分发挥，通常会将其频率控制在1.5～30MHz。

　　1.2 短波通信技术应用的优势

　　在短波通信技术的具体应用中，其主要优势包括以下的几个方面。第一，短波属于唯一无法用有源中继体和网络枢纽进行制約的一种远程通信方式，在战争、灾难等情况下，即使是卫星和网络都遭到了破坏，短波通信技术依然可以正常使用[1]。第二，在一些其他信号无法覆盖到的范围内，如海洋、戈壁和偏远山区等，短波通信技术依然适用。第三，相比较卫星通信和网络通信而言，短波通信不需要进行相应的费用支付，所以其运行成本也更加低廉。

　　2 短波通信信道模型建立

　　在短波通信过程中，其地波信号主要沿着地球表面进行传播，气候因素不会对其产生影响，所以其传播效果也较为稳定，但是地面环境会对其传播距离产生一定的限制作用;天波信号主要通过电离层反射，之后再被接收端接收，因电离层对其具有较大影响，所以其稳定性比较差;除此之外，在天波传输中，其最小传播距离叫作跳距，如果地波传播中达到的距离最大值比这个跳距小，便会形成一段短波信号不能到达的区域，称之为盲区[2]。

　　具体的分段损耗预测中，为了让描述更加简便，可统一按照以下形式对短波通信进行建模：

　　其中，代表统一短波信道;t代表传播时间;代表总时延;N代表可分辨的多径簇数量;代表传播路径增益值，它是接收功率Pr与发射功率Pt之间的比值;代表信道中的各项衰落因子，包括损耗、多径衰落及阴影衰落等;代表各个簇路径中的时延。

　　如果需要对收发天线中的增益因素加以考虑，则可通过以下公式对传播路径增益值进行定义：

　　其中，L代表传播中的路径损耗;代表发射天线增益值;代表接收天线增益值。

　　为便于表述，可将该公式改写成以下的dB形式：

　　其中，还可以进一步进行分段扩建：

　　代表地波段路径中的传播损耗;其主要影响因素是信号频率以及地面环境;代表的是天波段路径中的传播损耗，其主要影响因素是电离层中的信号反射点位置。

　　3 短波通信传输中的路径损耗分段预测分析

　　3.1 在地波段传播中的损耗预测

　　在对上述模型进行改进之后，结合短波通信的地波传播参数，可通过以下方式来计算地波段路径中的短波传播损耗：

　　其中，f代表信号频率;代表发送天线自身的有效高度值;D代表收发电台间大圆距离;代表接收天线高度的修正量;A代表能量衰变因子，其计算公式为：

　　其中，x代表与传输距离、传输环境具有关联性的辅助参量。

　　另外，为实现短波通信适用范围的进一步扩大，使其达到20km及以上，则可以按照以下公式对做进一步的修正：

　　其中，代表阶跃函数;代表辅助参量，其计算公式如下：

　　通过这样的方式，便可对短波通信在地波段传播中的损耗进行科学预测。

　　3.2在天波段传播中的损耗预测

　　相比较地波段而言，天波段具有较为复杂的路径传播损耗情况，所以在预测中需要考虑到更多方面的因素，其计算公式如下：

　　其中，代表短波在天波段中的传播损耗;代表需要考虑到的极光以及其他形式的信号损耗因子;代表中间反射点位置地面反射中的消耗总和，其计算公式为：

　　其中，n代表短波信号在天波段传播中的跳数;

　　代表电离层所吸收掉的消耗，本次预测中，主要通过以下的公式来对其进行计算：

　　其中，代表太阳黑子数在十二个月中的平均滑动值;i110代表110km短波信号在位置的入射角;代表太阳天顶角，;

　　代表短波在自然空间内的传播损耗率，其公式如下：

　　其中，P代表短波的实际传播路径长度，其计算公式为：

　　其中，代表仰角，其表示公式如下：

　　其中，代表地球半径，h代表反射虚高;其具体数值需要按照短波反射点的具体位置来进行确定。

　　如果按照从低到高的顺序对电离层进行划分，则可以将其分成D、E、F这3层，其中的F层又可以按照F1及F2来进行划分。如果短波反射点处于E层，h的取值是110km;如果反射点处于F2层，h的取值将会复杂一些，具体取值中，需要将以及之间的比值、收发电台间大圆距离D以及跳距作为主要依据来进行预测。而在实际的短波天波段损耗预测中，反射点位置通常和E层可用频率最高值之间具有很大的关联性，如果短波信号频率比E层中的MUF高，其反射点便处在F2层[3]。

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