电波传播理论（徐立勤）17地面固定和移动通信衰落预测模型

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1、第17章地面固定和移动通信衰落预测模型在无线电通信屮，虽然发射犬线发岀的信号的功率电平是恒定的，但射频信号在空间屮传播到达接收点后，倍号电平却可能是不稳定的、随吋间变化的，而且这种变化是不规则的、随机的。这种现象被称为接收信号的衰落。接收信号衰落期间，信号电平冇时可高于自由空间电平，但绝大多数情况下，接收信号电平都远低于白由空间接收电平，英至低40〜50dB以上。衰落是无线电通信中的一个重要的、严重的问题。为了保证在衰落期间能够正常地通信，必须加大发射功率、压低接收机噪声、提高天线增益，升高犬线架设高度，其至还得采取分集措施等等。由此可知，电波传播引起的信号衰落现象对无线电通信的质赧、对匚程

2、实施与设备研制的技术难度以及投资成木等方面都带来极大影响。在无线电通信的发展历史中，人们一直花了很大的力气研究接收信号的衰落特性并设法克服接收信号衰落对通信的影响。17.1地面固定业务多径衰落预测模型在固定通信小，产生衰落的直接原因是，直接射线、大气层结反射射线与地面地物的反射等多条射线的干涉、合成，即所谓的多径传播现彖。现象。在固定通信中，产生衰落的本质原因是传播介质的亦即大气的折射指数的随机变化。可以设想，如果大气是稳定的，也即在无线电波传播的路径上人气的无线电折射指数不随时间而变化，那末，达到接收点的不同射线的相位和幅度也应该是稳定的，这些射线在接收点的合成场强也是稳定的，因此，在这种

3、情况下衰落现象不会发生。可是，实际上，大气是个时变介质，而在其中传播的无线电波的相位和幅度甚至极化都•介质特性有关，因此接收点的场强必然随介质的变化而变化，这就出现信号的衰落。实验测量表明，在多径衰落期间，固定通信中的接收信号服从雷利分布。山第八章(&45)式可知，雳利衰落时，我们有：F=-101ogG(>F)(17.1)其中，尸为衰落深度，以dB计，G(>F)为衰落深度大于F的概率，或者说，接收信号电平比自山空间电平低FdB的概率。上式也可以写为:(17.2)G(>F)=1010但是，我们必须指出，只是在深衰落的情况下，雷利型衰落才会发工。所以，式(17.2)中的概率G(〉F)只是个条件概

4、率，即出现深衰落的条件下衰落深度人于F的概率。设衰落深度人于F的总概率为p/100,其中〃是衰落深度大于F的总的时间百分数，它可以表示为［1］：£p=GxG(>F)=Gx1(/1。(17.3)其中，G'为岀现深衰落的时间百分数。由此町知，对于衰落深度的预测，关键是计算深衰落出现的时间百分数G'。理论分析［1,2］和大量的实验测量数据［3,4］都表明，深衰落的岀现概率G'与当地的气候、地形、电路的倾斜角，特别是与频率和距离有关，它可以表示为：G=K0严(1+躺)*0。(17.4)其中，K——与当地地理气候有关的因子；d电路距离，km；f——频率，MHz；£p——电路倾斜度，毫弧；屮——地反射射

5、线的擦地角，毫弧；A,B,C,D——待定的常数指数。以下各小节分别对存在地反射和无地反射的悄况，介绍这些参数的计算方法。17.L1反射电路的衰落深度预测[3]这一小节讨论存在显著地面反射的情况下，也就是说，地面比较平坦且地反射射线未被阻挡的情况F,深衰落的出现概率与衰落深度的计算，即式（17.4）中相关参数的计算。17.1.1.1地理气候因子K的计算该因子取决于贴地人气层的折射指数梯度，IO-54非山区陆上电路K=10-（＞pL['山区陆上电路（17.5）10-4＞/5,大尺度水而电路其中，0厶是大气最低层100米高度内的平均折射率梯度小于・1（）ON单位的时间百分数。17.1.1.2路

6、径倾斜度£＞的计算电路倾斜度取决于收、发站的天线相对于地面的高度与地面的海拔高度：=

7、力22—力11/d,mr（17.6）其中，hn——发射天线海拔高度，以米计；h22——接收天线海拔高度，以米计；d——路径距离（电路长度），以公里计。17.1.1.3计算与4/3等效地球半径模型相应的“平均”擦地角屮対于平坦地血或水血以及粗糙地血这二种不同的情况，采収二种不同的方法计算“平均”擦地角，即平均大气条件和电路上平均地面粗糙度情况下的擦地角。17.1.1.3.1反射点落在开阔水面或平坦地面的情况在这种情况下，平均擦地角的计算比较方便，它与发射站和接收站的等效高度儿和九冇关，而爲和九可由以下公式计算

8、:・（〃丁）2hT=hli-H3-^-（17.7）,.，（do}2I1r—/?22—H3—-（17.8）最示，平均擦地角为：/?<4-h-,11/=———-,mr（17.9）d其中，hn——发射天线海拔高度，以米计；力22——接收天线海拔高度，以米计；d——路径距离（电路长度），以公里计；爪——发射天线的等效高度，米；h2——接收天线的等效高度，米；h3——反射点的地面海拔高度，米；d——反射点到发射天线的