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5G移动通信关键技术探索摘要文章研究了地空微波传播的特性,分析在海上卫星移动通信中微波传播损耗的原因,并计算由平静海面反射与散射信号造成的衰落。仿真计算结果表明平静海面造成的信号衰落值比较小,在设计卫星通信链路时在信号自由空间传播损耗的基础上留出一定余量即可。关键词地空微波通信;传输损耗;信号衰落受地理条件等因素限制,地面蜂窝通信系统不可能做到全球无缝覆盖。如海洋、极区、沙漠、山区还没有地面通信网的覆盖,因而野外勘探、飞机飞行、船舰航行、旅游探险、海上或野外紧急搜救等活动需要一种不受地域等条件限制的通信手段,在这方面卫星通信独具优势。卫星通信具有超大覆盖范围、超远通信距离、通信容量大、不受地理条件限制、性能稳定等优点,能解决航空、航海与偏远地区用户通信需求。卫星通信几乎包括地面通信业务的所有类型[1]。卫星通信的无线电信号要穿越大气层中对流层、同温层、电离层,所以卫星通信中主要使用微波频段。卫星通信是微波通信的一种方式,微波的传播特性决定卫星通信的效果,分析研究微波传播特性对于卫星通信有着重要的意义。本文根据微波传播特点,分析卫星移动通信中微波在海上传播的损耗,探索精确预测海上卫星移动通信中微波传播衰减的方法[2]。 1卫星通信系统卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波,在两个和多个地球站之间进行的通信。它是在微波通信和航天技术基础上发展起来的无线通信技术[3]。 11世界卫星通信系统低轨道卫星通信系统距地面700~1500。低轨道卫星通信系统由于卫星轨道低,信号传播时延短,其链路损耗小。中轨道卫星通信系统距地面10000左右,传输时延要大于低轨道卫星,但覆盖范围也更大。高椭圆轨道距地面最近点为10000~21000左右,最远点为40000~50000。同步轨道卫星通信系统距地面35786,即同步静止轨道[4]。凡是移动的卫星和固定的终端、固定的卫星和移动的终端或二者均移动的通信系统,均称为卫星移动通信系统。已建成并投入应用的通信系统主要有铱星系统、全球星系统、轨道通信系统、国际移动卫星系统等。 12国内卫星通信系统1970年我国第一颗卫星-1发射成功,1984年发射第一颗试验通信卫星,1997年我国发射第三代通信卫星-3。到2005年,我国已建成国内卫星通信网,初步解决边远地区通信问题。继卫星通信系统后,我国开始建设卫星导航系统。北斗卫星导航系统已经有20多年开发历史,预计2020年完成。其优点有定位与通信相结合,定位与位置报告同时完成。中国北斗通信链路可组成任意形式的差分信息,满足高精度用户需求。北斗卫星导航系统不仅具有与系统相同的全球导航定位功能,而且还具有全球搜寻援救功能。北斗卫星导航系统由27颗卫星+5颗卫星+3颗卫星构成,共有35颗卫星,以提供全球覆盖[5-6]。 2微波传播特性卫星通信的主要频段属于微波频段。微波频段从300~300,包括很宽的频率域。微波频段又分成若干个子频段,如频段的频率范围为112~170,频段的频率范围为395~585,频段的频率范围为124~180,频段的频率范围为265~400等。卫星微波通信主要采用空间直射波,即无线电波的传播路径中完全没有任何阻碍。在卫星通信中,无线电波穿过大气层沿倾斜路径传播[2]。 21引起微波传播损耗的因素。影响微波传播的因素主要是大气层中的对流层,对流层中的气体成分特别是水汽、水凝体雨、雾、雪、雹、沙尘等因素会引起微波衰减。如果忽略空气的影响,可以认为无线电波是在自由空间中传播,要计算自由空间传播损耗。如果考虑大气层对无线电波的折射、吸收、散射等作用,传输损耗还要包括大气吸收损耗、降雨损耗和电离层闪烁造成的损耗等[2-4]。 211自由空间传播损耗卫星发射的信号经过自由空间传播后,地球接收站接收到的功率为24λπ=1其中是为天线发射功率,为发射天线增益,为接收天线增益,λ为波长,为距离。 24πλ为自由空间传播损耗,通常表示为32452020=++2为传输损耗,单位;为工作频率,单位;为发射点与接收点之间的距离,单位。地球站与卫星间的距离一般取40000[2-4]。 212大气吸收损耗微波在大气中传播时,大气中的水汽和氧气会吸收微波的能量,造成衰减。大气吸收主要发生在10以上的频段。当频率低于10,仰角大于5度,大气吸收影响基本可以忽略。 213降雨损耗雨滴是造成卫星通信系统性能降低的主要原因之一。降雨会吸收与散射无线电波,削弱信号电平、增加噪声温度、削弱交叉极化鉴别。对于10以上的频率,雨衰减是严重的,对10以下的无线电波雨衰减效应比较小。目前,宽带卫星通信系统主要采用、频段以获得较宽的可用带宽和较小的地面站天线口径,但这些频带的电波传播特性受降雨损耗的影响较大[1]。 214电离层闪烁造成的损耗电离层的电子密度不均匀且随时变化,会引起穿越电离