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城市地形對電波傳播的影響研究

來源:核心期刊咨詢網位置:電子信息論文時間:2020-04-23 10:1412

  摘 要:隨著科技的日新月異,我國通信技術得到飛速的發展,無線電波在人們的工作和生活中發揮越來越重要的作用。怎樣提升無線電波的應用質量,是相關部門一直探索的課題。為了掌握無線電波在移動通信中的傳播規律以及無線信道的特征,文章進行了城市地形對電波傳播影響的試驗,測量的對象是距離基站2.5 km處8個不同的測量點,測量目的是研究接收的信號電平狀態和規律,并對城市地形對電波傳播的影響進行研究。

  關鍵詞:城市地形;電波傳播;傳播模型;影響;研究
 

科技論文發表

  電波在空間里傳播的過程中,在傳播的距離和影響因素以及多徑傳播的綜合影響下,會導致傳播能力衰退,同時一些干擾信號和城市固有的噪音也可以導致無線電波出現損耗,因為受到外部環境的影響,移動信道所傳播的信號極其容易失真和丟失,由此,必須對移動通信中無線信道特征和無線電波傳播規律進行研究。以此研究數據結果為不同地物傳播環境中的城市無線通信工程提供理論依據。

  1 試驗的設計與實施方法

  1.1 電波傳播試驗設計和場強測量措施

  本試驗的范圍是在基站和指定的另一位置處對電壓電平值進行接收,測量的基站為廣州某區的152.7 MHz傳呼基站發射臺, 該基站高度為100 m,選取的8個測量點距離基站均為2.5 km,8個測試點分別為A,B,C,D,E,F,G,H點。每個測量點距離基站都是2.5 km,在實踐理論上達到在相等距離位置上測試結果的一致性,而如果不一致就是周圍環境和地形影響所致。測量使用的儀器為DS1150信號電平表, 該設備不僅能測量有線電視信號,更可以對空間中接收電壓電平信號進行測試,這個特征完全適合本文的試驗要求。進行測量的時候,測量儀器所置高度為1.5 m。在每個測量點每隔(1/2)對電壓電平的測量數據接收一次,每個測量點之間的距離為150 λ, 這樣的設計完全可以達到每個測量點300多個測量值,8個測量點得到的實測數據就達到2 500多個。測量過程中要做相關記錄,比如電平值的時間、地點、氣候和周邊的環境,另外記錄是否有高大的建筑物、建筑物的數量和高度、街道的寬窄度和走向等[1]。

  1.2 兩個電波實驗模型的規模效率

  1.2.1 電波公式模型

  Hata模型是依照電波傳播模型測試數據統計分析得出經驗公式,該模型測試的小區半徑為1~20 km,頻率為150~1 500 MHz的宏蜂窩系統,該公式模型傳播路徑損耗計算的經驗公式為:

  Lp(dB)=69.55+26.16logfc-13.82loghte-a(hre)+(44.9-6.55loghte)log d+ Ccell+ Cterrain.

  公式中基站天線有效高度為hte,而實際接收天線有效高度定義為hre,而移動臺天線和基站天線之間距離設定為d(km);α(hre)為移動通信天線有效高度修正因子α(hre)=8.29(log1.54hre)2-1.1.所測試小區類型的校正因子為Ccell,取Ccell=0 dB,Cterrain為地形校正因子。地形校正因子具有很強的分析能力,可以準確反映地形環境因素對路徑耗損的影響,例如建筑物、樹木、水域等因素,地形校正因子合理取值的途徑有兩種,其一是通過傳媒模型測試和校正得到,其二是人為進行設定。本文研究的主要內容就是地形校正因子和城市環境的關系。

  1.2.2 電波公式計算模型

  公式計算模型是歐元成本組成的代價工作委員會開發的公式模型的擴展版本,該模式的使用頻率在150~1 500 MHz之間,對于半徑大于1 km的小區的宏蜂系統尤其適用,其天線有效高度為30~200 m,實際接收有效天線高度在1~10 m之間。公式計算模型的路徑損耗計算的經驗公式為:

  Lp(dB)=46.3+33.9logfc-13.82loghte-a(hre)+(44.9-6.55loghb)log d+ CM+ Cterrain。其中,fc,hre,hte和d與前面講述的傳播預測模型中的含義相同。a (hre)依舊為移動通信天線高度修正因子a(hre)=(1.1logfc-0.7)hre-(1.56logfc-0.8)。大城市中心校正設定為CM,而此次電波實驗就是在大城市中心進行,從而地形校正因子為dB.Cterrain[2]。

  2 播試驗結果與分析

  2.1 2.5 km測試點測得的電壓電平值分布和衰減特征

  通過對8個測試點的測試,得出2 500多個電平值,采用矩陣實驗室軟件進行分析,得出測試結論,從測量的數據中看到,8個等距測點測得的接收電壓電平狀態大部分集中在50~75 dBμν的區域內,其分布的狀態與標準正態“鐘”形分布圖有非常好的擬合度,這充分顯示在2.5 km測量點測得的接收電平值為正態分布。為了將實驗數據進一步分析,必須把這次測量的電壓電平數據融合,做累計分布的曲線。從測試的圖譜和數據不難看出,正態分曲線分布與累計分布值有很好的吻合度,所以,正態分布狀態的擬合結果與所有電壓電平數據的整體分布極其相似,足以證明2.5 km測量點處的接收電平慢衰落過程,最有效地證明了此次試驗的準確性和真實性。

  2.2 分析城市地形對接收電平的影響因素

  通過對8個等距測試點進行測試得到2 500多個數據,但要對這些數值根據不同測量地點進行分類,對每個測量點接收電壓電平的均值以及方差進行分別統計,然后把各個測試點接收功率均值通過換算得出來。具體情形如下:F測試點與E測試點兩處的接收電壓電平數值最高,G測試點、H測試點、A測試點和B測試點這4處電壓電平的數值次之,而C測試點和D測試點兩處接收的電壓電平數值最低,數值最高的E測試點的電壓電平數值為?78.29 dB,而C測試點數值為?85.70 dB,C測試點的電壓電平值較E測試點低10.8%。經過進一步分析,證明E測試點附近建筑物之間的距離比較大,視野相對開闊,可以目測到發射臺,促使對電壓電平的接收值就高;而B測試點測量值為?81.37 dB,雖然四周的環境也很開闊,也可以看到發射臺,但這個測試點緊鄰交通要道,車流量特別大,車輛行駛過程中引擎點火產生的電磁波帶來很大的噪聲,嚴重干擾了對信號的接收,致使接收的數值很低同時測量值的方差也很大,其數值為9.023 7。C測試點和D測試點接收的電平值相對低,主要原因是這兩個地方建筑物較多,雖然建筑物不是特別高,但分布的密度大、街道相對狹窄、往來的車輛特別多,造成對電平的接收值很低。由此可以得出結論:測試點周邊的環境是否開闊、建筑物密集程度對接收電壓電平效果的好壞有決定性的影響。從實際測量看出,就算同一個測試點,由于車流帶來的影響不同,接收的信號分布也不一樣,呈現的方差也大。由此可見,在城市地形中,影響電波傳播效率的因素很多,不同的情況應采取不同的應對辦法[3]。

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