卫星广播通信中的雨衰减研究及抗衰落策略

本文介绍了影响I0GHz以上频段卫星广播通信系统面临的主要电波传播问题,重点介绍了无线电气象、雨衰减统计预报、雨衰减动态特性等方面的研究进展.基于我国统计数据建立的电波环境数字地图是进行可靠电波传播效应预测的基础,新提出的雨衰减统计预报模式具有更高的预测精度,基于我国站点实测数据建立的衰落斜率预报模型更能符合我国区域的电波传播特性.文章对当前主要的抗衰落策略进行了介绍和对比.在高频段卫星广播通信系统中更合理的利用电波传播研究成果,采用合理的抗衰落策略,可以优化系统设计和资源配置、提高系统性能.     

C波段蒸发波导传播衰落特征的试验研究

海洋蒸发波导是海上超视距传播的主要机制，对于海上无线电系统的设计和运行具有重要影响.利用在我国南海开展的蒸发波导环境下的C波段微波超视距传播试验数据，对比分析了不同传播距离下的路径损耗和信号快衰落分布特征.试验结果表明:随着传播距离的增大，路径损耗逐渐接近对流层散射传播损耗，主要传播机制也逐渐从蒸发波导传播向对流层散射传播过渡；5 min采样的接收信号电平快衰落分布接近为广义瑞利分布，衰落深度和衰落幅度均小于瑞利分布.所得结果对利用蒸发波导的通信系统设计具有参考价值.     

基于雨胞分布的视距链路雨衰减预报模型

基于指数雨胞分布,推导得到路径调整因子,提出了一种新的视距链路雨衰减预报模型.利用ITU-R视距链路雨衰减数据库数据回归得到了预报模型中的参数.通过和ITU-R模型以及近几年发展的几种雨衰减模型比较表明,这一模型较其他模型具有更好的预测精度.     

单台地基卫星导航接收机测量对流层斜延迟

针对传统差分GPS技术和探空技术在监测对流层方面的局限性,如效率低、成本高、可移动性差等缺点,给出基于精密单点定位方法实现单台地基卫星导航接收机测量对流层斜延迟的方法。精密单点定位方法克服了传统方法的局限性。以单台地基GPS接收机的观测数据为例进行处理,获取对流层斜延迟,并与基于探空数据由射线描迹方法获得的对流层斜延迟进行对比。对比显示单站地基GPS接收机的测量结果与探空的结果大小相符,有很强的相关性,且相关系数都在0.99以上。结果表明:该方法是正确可行的。     

地空路径水凝物交叉极化特性研究

水凝物的交叉极化预报模式对10GHz以上频段使用正交极化频率复用的卫星通信系统设计具有重要意义.基于ITU-R与OPEX数据库的地空雨致交叉极化数据和二阶小变量近似的预报模式,给出了一种改进的雨致交叉极化预报模式.与其它模式比较表明,这一模式的预测精度有明显提高.     

降雨的雷达体反射率研究

利用点匹配法计算了不同雨滴谱分布的降雨雷达体反射率，结果表明M—P分布与我国实测雨滴谱的结果比较接近，同时进一步分析了降雨雷达体反射率的频率、极化特性等。根据计算结果，研究得到了体反射率的新解析公式，其与点匹配法计算的结果有较好的一致性。     

5G毫米波短距离链路雨衰减特性分析

雨衰减严重影响第5代(the 5th Generation,5G)移动通信系统性能.在路径长度小于1 km的短距离链路情况下,现有雨衰减预测模型调整因子大于1,导致预测雨衰减随路径变短而增大,无法支撑毫米波短距离链路系统设计.通过分析国际电信联盟无线电通信部(Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union,ITU-R)短距离链路雨衰减试验数据,发现湿天线衰减与路径雨衰减相当,得到毫米波短距离链路必须考虑湿天线衰减的结论.建立了湿天线衰减与降雨率的关系模型,分频段对模型参数进行了拟合,拟合结果与实测数据吻合得较好.提出了考虑湿天线衰减的短距离雨衰减建模新思路,可解决短距离雨衰减预测问题.研究结果有助于提高5G毫米波系统余量设计的可靠性.     

对流层散射最坏月转换模式研究

针对目前的最坏月预测模型无法有效反映对流层散射传输损耗的最坏月时间概率分布随地域和气象气候条件变化的特点,结合ITU-R P.617-3和ITU-R P.841-4建议书给出的最坏月预测模型,提出了一种对流层散射传输损耗最坏月时间概率预测方法。通过合理的数学推演和数值优化,该方法得到了对流层散射最坏月与年平均传输损耗的时间概率转换与地面折射率Ns的对应关系。该方法不仅解决了上述2种ITU模型的缺点,而且更加简单实用,适用范围更广。随后,为了验证该方法的准确性和全球适用性,利用该方法模拟了全球对流层散射数据库中各实验链路典型概率(50%、90%、99%)下的最坏月传输损耗,并与实测值和ITU-R P.841模型进行了对比验证。研究结果对对流层散射传播的发展和应用有一定的参考价值。     

基于灰色系统理论的雨衰减短期预报方法研究

雨衰减对10GHz以上频段的无线通信有很大的影响,在使用卫星通信系统时必须采取合理的策略以补偿降雨造成的衰减。为了给星地链路的自适应功率控制技术提供保障,首次将灰色系统理论应用在雨衰减短期预报中,分析给出了选择灰色系统模型和参数的原则。最后选取海口站Ka 频段地空链路的实测数据进行了验证,利用获得的雨衰减数据对未来间隔1s 和5s 的时刻进行预测,结果表明,基于灰色系统的雨衰减预测和实测数据吻合较好。     

风向对蒸发波导环境特性影响的研究

海上蒸发波导环境特性在具体应用时很少考虑风向的影响.应用伪折射率模式,对我国东海和南海部分近海海域的数据分析表明,在我国近海海域,陆地风(离岸风)和海面风(向岸风)对蒸发波导的环境特性有一定的影响,影响程度随季节和海域的变化而不同.蒸发波导环境与传播试验场地的选择及其试验数据的处理应考虑风向的影响.