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基于ITS模型的短波频段大功率广播台站场强预测分析

日期: 2021-03-30 浏览人数: 143 来源: 编辑:

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核心提示:  一般情况下,对于短波通信线路,天波传播比地波传播更有使用意义。这不仅仅因为天波传播是通过电离层反射传播进行远距离传播

  一般情况下,对于短波通信线路,天波传播比地波传播更有使用意义。这不仅仅因为天波传播是通过电离层反射传播进行远距离传播,还因为天波传播可以在无法使用地波传播的极短距离内建立无线电通信线路。通常,天波传播通过一次反射可以传输的最大地面距离高达4000km,通过多次反射可传输远达上万千米,甚至作环球传播。因而电离层反射传播是短波通信的主要方式。

  1993年,Vogler和Hoffmeyer根据Wagner和Basler等人的实验数据,推导出信道的传递函数、脉冲响应以及散射函数,并得出宽带信道的数学模型。1997年美国电信科学协会(ITS)在Vogler模型的基础上推出了ITS信道模型,它适合于宽带和窄带两种情况,其基本思想与Vogler模型的思想类似。ITS模型成为迄今为止理论最成熟的宽带建模方法,当然这种模型也存在着未解决的问题(见图1)。

  ITU-REC533是根据国际电信联盟(ITU)的ITU-RP.533建议书编写的短波天波通信性能预测计算软件的统称,主要用于指导不同季节、不同太阳黑子活动、不同通信时段和地理位置的短波天波通信链路规划与操作。ITU-D1/1数据是短波天波场强估计领域数十年来国际合作取得的成果,于1989年1月正式发布,主要包含1964年~1985年的21年中分布在全球的68个短波台站之间的82条地理路径在181条通信链路上,每小时的短波天波通信信号场强实测值的月中值。数据在时间跨度上包含了近两个太阳黑子周期,频率涵盖2.5MHz~25.8MHz范围,共38712个数据记录。本文将D1/1中的数据进行处理,去除了无效的数据记录,共得到16268条记录。每一条记录都包含了进行场强预测计算

  REC533软件在预测计算时需要输入的参数主要包含发射机和接收机相关参数,以及时刻、通信系统、通信需求和计算的相关参数等。其中,发射机和接收机相关参数、时刻参数和频率参数等数据可以从处理后的D1/1数据记录中直接获得。同时,根据D1/1数据归一化的说明,设置发射功率为1kW,收发天线dBi的全向点源,收发天线°,天线D增益数据在所有的方位角和仰角上的增益均为1。

  REC533的电离层系数数据需要通过指定数据文件的路径来确定使用的数据来源。在ITU发布的软件版本中,只提供了一套数据文件。REC533中的电离层系数数据与CCIR(Oslo)基本一致。REC533在计算链路性能时,当收发两点之间的链路大圆距离小于7000km时,采用与VOACAP类似的射线跳跃模型计算接收场强。当链路大圆距离大于9000km时,通过计算最低可用频率(LUF)和最高可工作频率(operationalMUF),再利用经验公式计算出接收场强。当链路大圆距离在7000km和9000km之间时,采用上述两种方法计算接收场强后进行平滑处理。

  REC533计算完成后输出的计算结果包括接收信号场强中值(DBU)、最高可用频率(MUF)和频率反射概率(MUF_Day)等22个参数。除了从输出文件中提取DBU值用于和实测统计数据进行对比外,本文以国家新闻出版广电总局五九四台(以下简称五九四台)为例,选取几个代表频点,利用ITS软件仿真计算五九四台发射站到各覆盖区的链路场强(单位:dBμV/m),如图2至图4所示,其中纵轴表示一天24小时(UTC时间),横轴表示链路距离,彩图表示场强大小。表1为初步估计所选择频点的可用时间和覆盖区的距离范围。

  由表1可知,五九四台在澳大利亚,印度和西亚三个链路方向,低频段(5MHz~8MHz)发射时,在北京时间10时~24时之间,场强值最高,而且覆盖范围广,可有效覆盖链路方向区域范围;高频段(17MHz~20MHz)发射时,在北京时间0~10时之间,场强值最高,而且覆盖范围广,可有效覆盖链路方向区域范围。

  通过与实测统计数据的对比,可以看到REC533在一定程度上能较为准确地预测短波天波传播的接收场强,可以用于开展短波频率规划和系统的效能预测。ITU-D1/1数据通过归一化处理简化了天线和发射功率的设置,但也为预测软件在实际通信场景下的使用带来困难。在实际环境中,需要正确设置有效发射功率、收发天线D增益图、天线方位角、接收噪声、接收门限信噪比、最小接收电平等众多参数。在系统设置中引入的误差将使预测准确性受到严重影响。为了有效使用预测软件,还需要开展针对实际通信系统的专题实验,收集数据,对预测软件的性能进行全面检验。

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关键词: 预测分析模型
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