不同頻率的降雨氣候視距衰減率分析

【摘 要】為了測(cè)算無(wú)線電波不同頻率的降雨氣候視距衰減率，采用曲線擬合的方法，分析了干燥空氣、不同水汽密度、不同降雨量對(duì)無(wú)線電波衰減率的影響，研究了視距衰減率的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)仿真得到了視距衰減率隨頻率、降雨量等的變化關(guān)系，從而指導(dǎo)后續(xù)站點(diǎn)覆蓋規(guī)劃。

【關(guān)鍵詞】頻譜資源 干燥空氣 水汽密度 降雨量 視距衰減率

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2017.08.003 中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2017）08-0017-04

引用格式：許光斌. 不同頻率的降雨氣候視距衰減率分析[J]. 移動(dòng)通信， 2017，41（8）： 17-20.

Analysis of Rainfall Climate LOS Attenuation Rate of Different Frequencies

XU Guangbin

[Abstract] In order to calculate the rainfall climate LOS attenuation rate of different frequencies， the method of curve fitting was adopted to analyze the impacts of dry air， different vapor densities and different rainfalls on radio wave attenuation rate and investigate the mathematical model of LOS attenuation rate. The change of LOS attenuation rate with frequency and rainfall was derived through simulation to guide the subsequent site coverage planning.

[Key words]spectrum resource dry air water vapor density rainfall LOS attenuation rate

1 引言

頻譜資源是無(wú)線通信十分稀缺的資源，由于中低頻段比高頻段可以傳播更遠(yuǎn)距離，因此目前國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的是3 GHz以下的中低頻段。但是，隨著通信技術(shù)不斷地發(fā)展和業(yè)務(wù)速率的提升，中低頻段的可用頻譜越來(lái)越稀缺。為了滿足不斷增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，在提升頻譜利用率的同時(shí)，還需要開(kāi)拓空閑的更高頻段的頻譜資源（如6 GHz及以上的頻譜）來(lái)滿足未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）的業(yè)務(wù)需求，利用高頻段進(jìn)行通信也是滿足5G高速業(yè)務(wù)需求的重要手段，所以高頻段衰減成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。由于各頻段無(wú)線電波對(duì)于不同環(huán)境、天氣的衰減率也不相同，如干燥空氣、空氣濕度、降雨以及沙塵天氣等對(duì)視距衰減率都有影響[1-3]，因此在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中需對(duì)強(qiáng)度衰減率進(jìn)行分析，從而指導(dǎo)站點(diǎn)規(guī)劃。

2 強(qiáng)度衰減率分析

2.1 空氣強(qiáng)度衰減率

無(wú)線電波在空氣中傳播時(shí)，不僅受到空氣壓力、水汽壓力等的影響，而且也受到溫度的影響。設(shè)干燥空氣壓力為p，水汽壓力為e，則：

e=ρT/216.7 （1）

其中，ρ為水汽密度，單位為g/m3；T為溫度，單位為K。

總空氣壓力為：

ptot=p+e （2）

其中，p、e、ptot單位均為hPa。

無(wú)線電波在干燥空氣中的衰減率γo及在水汽中的衰減率γw（f， rp， ρ， rt）近似計(jì)算分別如式（3）和（4）所示[4-6]，單位為dB/km。

其中，f為頻率，單位為GHz；t為溫度，單位為℃。

根據(jù)各參數(shù)值，溫度取常溫20 ℃，水汽密度取7.5 g/m3，p取1013 hPa，可通過(guò)Matlab仿真得到如圖1所示的不同頻率特征衰減。

其中，無(wú)線電波在干燥空氣中隨頻率的增加波動(dòng)較大，并出現(xiàn)多個(gè)峰值；在低頻段，無(wú)線電波在水汽中的衰減率比在干燥空氣中要小，但在高頻段則相反，隨頻率變化波動(dòng)較大，也出現(xiàn)多個(gè)峰值；在空氣中的總衰減率為干燥空氣導(dǎo)致的衰減率與水汽導(dǎo)致的衰減率相加，出現(xiàn)波動(dòng)多峰值情況。

隨著水汽密度的不同，無(wú)線電波在空氣中的總衰減率也不同。

隨著水汽密度的增加，衰減率增加較為明顯。

2.2 雨水衰減率

2.3 視距衰減率

在降雨天氣時(shí)，無(wú)線電波視距衰減率為：

Fr=γo+γw+γR （14）

隨著降雨量的增加，導(dǎo)致衰減率增速比頻率增大導(dǎo)致的衰減率增速要快。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展以及業(yè)務(wù)需求的提升和低頻頻譜資源的稀缺，未來(lái)5G采用的頻率比2G/3G/4G都要高，并且采用的頻譜更寬、更高，覆蓋站點(diǎn)也越來(lái)越密，由于密集組網(wǎng)時(shí)很多都為視距傳輸，所以對(duì)視距傳輸?shù)乃p率進(jìn)行分析很有必要。本文對(duì)不同頻率在干燥空氣、水汽和降雨氣候的衰減率進(jìn)行分析，并通過(guò)仿真得到結(jié)果，從而直觀地看到各頻率的視距衰減率與頻率、干燥空氣、水汽密度和降雨量的關(guān)系，同時(shí)也可作為后續(xù)5G頻率選取以及站點(diǎn)規(guī)劃的參考。對(duì)于降雪、沙塵天氣的衰減率，后續(xù)可進(jìn)行更進(jìn)一步的研究和分析。

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