山区通信之单刃峰绕射损耗工程化近似仿真

发布时间:2019-09-26 14:10

1 引言


刃峰绕射是山区通信中计算电波传播损耗的一个很有用的模型,尽管看起来是一种非常理想化的模型,与山区地形的复杂性相去甚远,但实际上能构成刃峰绕射的山区通信线路是比较多的,而且试验测量结果都与刃峰绕射理论计算相吻合。在山区通信实践中,利用刃峰绕射构建通信线路有可能产生障碍增益,获得很好的通信效果。给出的计算方法比较复杂,基于该模型的计算往往需要计算机来辅助完成,而且对于山区电波传播的规律特性表达不明显,对于初次接触的技术人员来说往往难以理解和应用。本文给出的工程化近似模型,可以简化工程计算,并能够直观地表达山区电波传播的客观规律,有利于山区通信问题的分析和研究。


2  ITU标准中的单刃峰传播模型


在计算单刃峰绕射时的电波传播损耗时,假设在无线电波发收(TR)两点之间有一个孤立的障碍物(山峰),该障碍物的宽度很大,厚度可以忽略。该障碍物顶端与R连线的垂直距离为障碍余隙 H,障碍物高度越大,即 H数值越大对TR之间电波传播的影响越大。,尚未覆盖一阶菲涅尔余隙。在工程计算中,当障碍物与通信收发(TR)连线间的距离(障碍余隙)大于一阶菲涅尔余隙 F1时,即H<-F1时,障碍物对通信的影响可以忽略。而当障碍余隙小于一阶菲涅尔余隙 F1时,需要考虑障碍物绕射损耗。建议中的简化公式和式(7)均不能满足这一计算需求。在实际的工程试验中,发现有些测试线路的绕射角达到了20°,测量结果仍然接近单刃峰绕射。但当绕射角超过30°,实际山区通信线路中山峰的厚度往往已经难以忽略,不再可以使用单刃峰绕射来计算了。在工程应用中,是否为刃峰亦可给出的方法来判断,需要注意的是通信线路附近其他的山体是否会造成影响。一个满足空间采样定理的天线阵在空间上任意分布时,它所接收的每一个不同方向的来波在各个阵元上形成的方向矢量都是唯一的,这个唯一性是分辨不同波达方向的依据。先用伪随机码对期望信号的方向矢量做加权求和,形成期望信号的独特识别信号,然后用同样的伪随机码对每个阵元的接收信号做加权求和得到天线阵的输出,这个输出信号只有在期望信号的波达方向上与识别信号相关,因此通过相关运算就可以在期望信号的波达方向上形成接收波束,并将信号提取出来。


3 深绕射区的传播损耗公式及讨论


自适应多波束形成是移动通信和卫星通信中的一项关键技术,它可以根据电磁环境的变化自适应地调整波束指向,显著提高系统的输出信干噪比。传统的自适应多波束形成方法以接收信号或接收信号的估计为参考,利用诸如最小均方算法、直接矩阵求逆算法和递归最小二乘算法等来计算加权矢量,或利用调制信号自身固有的、与具体承载信息无关的一些特性,如恒模、子空间、有限符号集和循环平衡等来迭代计算加权矢量,过程复杂,计算量大,特别是在实际电路中需要用模拟或数字电路来实现加权,速度慢成本高。为了提高波束形成效率,降低硬件成本,提出一种基于伪随机码加权的接收多波束自适应形成新方法。该方法不需要信号的先验知识,不需要计算天线阵的协方差矩阵和迭代计算加权矢量,只需简单的相关运算即可自适应形成接收波束,还可以根据波达方向的变化实时调整波束指向。


4 结束语


根据工程实践经验和理论推导,给出了单刃峰绕射损耗计算的简化公式,并为深绕射区的电波传播损耗计算给出了3个工程化近似模型。浅绕射区的简化公式扩展建议公式的适用范围,弥补了绕射损耗计算中的空档,对于山区电波传播损耗和通信线路设计具有实用价值。深绕射区的3个计算模型分别适用于不同的参数,使用方便而且直观显示出电波传播损耗的变化规律,有助于工程技术人员对山区通信特性的理解和分析。                                                                      

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