目前，針對海上移動信道特點，主要由兩種方法來解決海上移動信道傳輸損耗預測，一種是實測，一種是仿真測試，仿真測試雖然無法取代實際的海上測試，但卻為評估海上通信系統(tǒng)算法設(shè)計提供了一種有效地研究方法，能夠提高實測的成功率。參考文獻[1]認為海上無線電波可以看作自由空間傳播；參考文獻[2]在福建漳州對海面1 800 MHz信號進行了岸海的海上無線傳播特征的測試;參考文獻[3]提出Okumura-Hata模型和ITM模型的海上移動信道傳輸損耗預測。參考文獻[4]指出路徑損耗預測利用ITM模型更合適。但是沒有考慮以下兩個方面:(1)接收機周圍環(huán)境的影響因素對電磁波傳輸?shù)挠绊? (2)以上兩個模型都不能預測路徑長度在1 km以內(nèi)的場強。

　　針對以上兩點問題，本文提出了基于改進的ITM信道傳輸模型進行海上電波傳播的損耗中值預測。改進的方法主要是利用雙徑模型雨衰模型對ITM模型進行修正。通過仿真實驗平臺驗證該模型的有效性。

1 ITM模型

　　ITM模型預測了在自由空間中由地形的非規(guī)則性造成的中值傳輸衰落。該模型的中值傳輸損耗為距離的分布函數(shù)[5]，如下：

　　在ITM模型式(1)中，利用地貌地形的路徑幾何學和對流層的繞射性預測中值傳輸衰落。在1≤d≤dLS的視距范圍內(nèi)，采用地面雙線模型計算；在 dLS≤d≤dx 的超視距范圍內(nèi)，采用繞射機制[6]；在d≥dx更遠的距離上(超過無線電電平線)，則采用前向散射理論。超視距的路徑參考衰落Acr是繞射衰落Ad或者散射衰落As中較小者，當繞射和散射損耗的距離相等時定義為dx[7]。

2 ITM的改進模型

　　2.1 雙徑傳播預測模型

　　基于在1 km范圍內(nèi)的海面一般只存在一條較強的直射波信號和一條海面反射波，且傳輸距離較短可以看做平面?zhèn)鬏敚疚奶岢霾捎秒p徑傳播模型， 此模型在預測海上1 km范圍內(nèi)的大尺度信號強度時是非常準確的[8]，如圖1所示。

　　視距和地面反射的路徑差：

　　式(2)中，r1、r2是收發(fā)端與反射點間的距離，ht、hr是收發(fā)端天線高度，d是收發(fā)端間距。

　　因此，兩電場成分的相位差為：

　　式(4)非常重要，它為雙徑模型提供了精確的接收電場強度，Erec是接收場強，Efs是自由空間場強值。

　　當d遠遠大于天線高度時，上式可簡化為：

　　式(6)表明，當距離d很大時，接收功率隨距離增大呈4次方衰減，這比自由空間中的損耗要快得多，表示路徑增益。

　　2.2 雨衰

　　海洋環(huán)境下，降雨量普遍很大。電磁波進入雨層中會引起衰減，這就是雨衰。研究表明對于頻率高于1 GHz的電波，雨衰是影響其傳播的重要因素[8-10]。

　　采用HPM(High Power Microwave)模型,適用于350 GHz以下頻率的電波[14]。具體算法如下：在長度為r0的路徑上，雨衰AR與傳播路徑中降雨衰減率R(dB/km)有以下關(guān)系：

　　式(8)中，下標H、V分別表示響應參數(shù)在水平極化、垂直極化條件下的值，θ為路徑仰角，τ為極化傾角(水平極化時為0°；垂直極化為 90°；圓極化為 45°)。

　　設(shè)路徑仰角θ=20°，τ為0°(水平極化)，頻率1≤f≤20 GHz,可以得出在此條件下降雨衰減率R與f電波頻率的關(guān)系曲線，如圖2所示。

3 仿真分析

　　本文對ITM模型進行改進，通過加入雙徑模型來計算1 km傳輸范圍以內(nèi)的信道傳輸損耗，同時考慮到雨衰的影響。

　　利用Matlab仿真平臺進行仿真分析，如圖3所示。

　　采用參考文獻[2]的實測數(shù)據(jù)環(huán)境轉(zhuǎn)換為計算機的模擬環(huán)境，利用Matlab仿真平臺進行仿真分析，改進的ITM模型和標準ITM模型的對比圖如圖4所示。

　　由圖4可知，改進后的ITM模型的損耗預測與實測數(shù)據(jù)相吻合，平滑掉幾個測試數(shù)據(jù)野值點后仿真曲線與實測曲線一致，在65 km處均出現(xiàn)變陡增大拐點。與未改進的ITM模型相比較，其測量范圍更大，更具有普遍性，更接近實測環(huán)境。

　　本文通過分析海上移動信道的傳輸路徑損耗特性，提出基于ITM模型的改進修正傳輸模型，在1 km路徑距離內(nèi)采用雙徑模型預測損耗作為補充，充分考慮環(huán)境天氣的影響因素，加入雨滴衰落的預測。通過對本文提出算法的仿真，發(fā)現(xiàn)其改進后的ITM模型符合實測數(shù)據(jù)環(huán)境，提高了預測海上移動信道傳輸路徑損耗的準確度。因此，在海上進行信道傳輸損耗預測時，宜采用改進的ITM模型，可使預測計算更接近實際。

　　參考文獻

　　[1] 王向敏.海上大氣波導的預測方法 [D]. 南京：南京信息工程大學, 2007.

　　[2] 何群, 黃云鵬. 關(guān)于海面無線傳播模型的探討[J]. 郵電設(shè)計技術(shù), 2004(2):011.

　　[3] MO H, CHEN B, SHEN C. Radio propagation predictionmodel for maritime mobile communication[C]. WirelessCommunications and Applications(ICWCA 2012), IET Inter-national Conference on. IET, 2012.

　　[4] JEON S, YIM Z, SEO J S. Path loss model for couplingloop interference with multiple reflections over single fre-quency network[J]. IETE Technical Review, 2012, 29(6)：499-500.

　　[5] TSE D. Fundamentals of wireless communication[M]. Cam-bridge:Cambridge university press, 2005.

　　[6] 肖蒙, 劉佳佳, 林俊亭, 等. 高速鐵路的 GSM—R 無線傳播模型校正[J].電子技術(shù)應用, 2012,38(2):113-116.

　　[7] LONGLEY A G, RICE P L. Prediction of troposphericradio transmission loss over irregular terrain[R].A computermethod-1968. Institute for Telecommunication Science Bou-lder Co, 1968.

　　[8] SHIFENG K, HONGGUANG W. Analysis of microwaveover-the-horizon propagation on the sea[C]. MicrowaveConference, 2009. APMC 2009. Asia Pacific. IEEE, 2009:1545-1548.

　　[9] SHARMA D, SINGH R K. Validation of modified approachto estimate the propagation path loss in urban area to sus-tain the QoS during dust storms[J]. Wireless Communica-tion, 2013,5(1):5-11.