CN108521313A - 一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法 - Google Patents

一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法 Download PDF

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李春树
祁恩召
徐昊
张博凡
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    • H04B17/3913—Predictive models, e.g. based on neural network models
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Abstract

本发明公开一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法，将地球曲率考虑在内，通过传播路径、天线高度、地球曲率等的几何关系，将地球曲率的影响转化成发射天线和接收天线高度的变化，并得到的发射天线高度、接收天线高度与传播距离的关系式，将关系式带入经典双线反射模型路径损耗计算公式，得到一种新的基于地球曲率的无线双线信道模型，该模型考虑了地球曲率对电波传播的影响，对预测远距离电波传播的路径损耗值时具有很高的准确性。

Description

一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法。
背景技术
移动无线信道的好坏在很大程度上制约着无线通信***的质量，电波传播路径具有极度的随机性，很难分析，因此无线信道的建模历来是移动无线***设计中的难点以及热点。大量学者在研究过程中建立了一系列电波传播模型，其中双线地面反射模型不仅考虑了直射路径，而且考虑了发射天线和接收天线之间的地面反射路径，该模型计算简单准确，适用电波传播距离较短。然而，双线地面反射模型是基于几何光学建立的非常简单有用的无线传播模型，该模型在预测几千米范围内的大尺度信号路径损耗时是非常准备的，但其假设地球为平面，未考虑地球曲率对传播信号的影响，不适用于传播距离太远的情况。随着无线通信技术和社会经济的不断发展、人们的活动领域的不断增大，需要无线信号覆盖的区域随之不断增加，例如海洋近海区、沙漠边缘等地区，这些地区人口密度低、电波传播环境好，地球曲率会在很大程度上制约着电波传播距离。现有的考虑地球曲率的双线模型均未直接给出路径损耗值，计算过程也较麻烦。
发明内容
本发明的目的在于通过一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法，其包括：
S101、根据公式(1)计算等效发射天线高度：
S102、根据公式(2)计算等效接收天线高度：
S103、根据公式(3)计算等效发射机和接收机之间的水平距离即等效T-R水平距离：
S104、根据公式(4)计算路径损耗PLr：
PLr(dB)＝40lgd'-(10lgGt+10lgGr+20lght'+20lghr')(4)；
其中，上述公式(1)、(2)、(3)、(4)中：A＝3l2+12Re(ht+hr)，B＝-3l2+6Rel(ht-5hr)，ht为发射机高度，hr为接收机高度，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，l为T-R间地球球面长度，Re为地球半径，T为发射机，R为接收机。
本发明提出的基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法考虑了地球曲率对电波传播的影响，提高了预测远距离电波传播的路径损耗值时的准确性。
附图说明
图1为电波最大传播距离示意图；其中，T为发射机，R为接收机，θ为发射机和接收机之间的最大夹角，θ1为T-R直接路径的球面切点与发射机之间关于球心的夹角，θ2为T-R直接路径的球面切点与接收机之间关于球心的夹角，d1为T-R直接路径的球面切点与发射机之间的视距传播距离，d2为T-R直接路径的球面切点与接收机之间的视距传播距离，d1+d2为T-R最大距离；
图2为本发明实施例提供的考虑地球曲率双线地面反射模型示意图；其中，l1为发射机到反射点的地面距离，l2为接收机到反射点的地面距离，d1'为转换后等效发射机到反射点距离，d2'为转换后等效接收机到反射点距离,θ1为地面反射点与发射机之间关于球心的夹角，θ2为地面反射点与接收机之间关于球心的夹角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。
请参照图1所示，利用图1可以测出，忽略电波绕射传播，电波传播的最大地球球面距离为：
其中，Re为地球半径，ht为发射天线高度，hr为接收天线高度。在此范围内，根据几何关系可以得到图2，将地球曲率的影响，转变成发射天线和接收天线高度的变化，得到路径损耗PLr的公式如下：
PLr(dB)＝40lgd'-(10lgGt+10lgGr+20lght'+20lghr')。
具体计算过程如下：
S101、根据公式(1)计算等效发射天线高度：
S102、根据公式(2)计算等效接收天线高度：
S103、根据公式(3)计算等效发射机和接收机之间的水平距离即等效T-R水平距离：
S104、根据公式(4)计算路径损耗PLr：
PLr(dB)＝40lgd'-(10lgGt+10lgGr+20lght'+20lghr') (4)；
其中，上述公式(1)、(2)、(3)、(4)中：A＝3l2+12Re(ht+hr)，B＝-3l2+6Rel(ht-5hr)，ht为发射机高度，hr为接收机高度，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，l为T-R间地球球面长度，Re为地球半径，T为发射机，R为接收机。
本发明解决的技术问题是信号远距离传播时，由于地球曲率的影响，而使地面双线模型不适用的问题，通过增加地球曲率因子，最终建立了一种基于地球曲率的无线双线信道模型。本发明将地球曲率考虑在内，通过传播路径、天线高度、地球曲率等的几何关系，将地球曲率的影响转化成发射天线和接收天线高度的变化，并得到的发射天线高度、接收天线高度与传播距离的关系式，将关系式带入经典双线反射模型路径损耗计算公式，得到一种新的基于地球曲率的无线双线信道模型，该模型考虑了地球曲率对电波传播的影响，对预测远距离电波传播的路径损耗值时具有很高的准确性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (1)

1.一种基于地球曲率的无线双线信道模型路径损耗计算方法，其特征在于，包括：
S101、根据公式(1)计算等效发射天线高度：
S102、根据公式(2)计算等效接收天线高度：
S103、根据公式(3)计算等效发射机和接收机之间的水平距离即等效T-R水平距离：
S104、根据公式(4)计算路径损耗PLr：
PLr(dB)＝40lgd'-(10lgGt+10lgGr+20lght'+20lghr') (4)；
其中，上述公式(1)、(2)、(3)、(4)中：A＝3l2+12Re(ht+hr)，B＝-3l2+6Rel(ht-5hr)，ht为发射机高度，hr为接收机高度，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，l为T-R间地球球面长度，Re为地球半径，T为发射机，R为接收机。
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