短波通信传播路径损耗分段预测方法
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作者:王志显
作者简介：王志显（1987―），男，本科，助理工程师，研究方向为短波通信。
摘要：在短波通信技术的应用与发展中，传播路径的损耗问题一直有待进一步解决。此类问题的存在不仅会对短波通信造成一定程度的干扰，同时也会对短波电台的通信造成了很大程度上的不良影响，使其在相应的应用领域中难以发挥出理想的应用效果。为实现损耗情况的准确预测，并为其损耗问题的合理解决提供科学参考，本文特对其传输路径损耗分段预测进行分析，以此来实现损耗的科学预测，为短波通信质量提升奠定坚实的技术基础。
关键词：短波通信 传播路径 传播损耗 分段预测
中图分类号：TN925
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-7753
由于短波通信环境比较复杂，加之电离层会对其产生较大干扰，所以在该技术的具体应用中，传输路径损耗问题也比较严重。为有效避免该类问题，一项关键措施就是做好其传输损耗的分段预测，包括地波段损耗、天波段损耗及通信盲区预测。这样才可以对其在各个路径中的传输损耗情况做到科学掌握，为其后续的优化调整提供科学的参考依据。
1短波通信概述
1.1 短波通信技术
短波通信技术就是让发射出去的电波从电离层经过，然后再反射到接收设备中的一种通信技术形式。其中，短波的波长为10～100m，频率为3～30MHz，具体应用中，为使其近距离通信优势得以充分发挥，通常会将其频率控制在1.5～30MHz。
1.2 短波通信技术应用的优势
在短波通信技术的具体应用中，其主要优势包括以下的几个方面。第一，短波属于唯一无法用有源中继体和网络枢纽进行制s的一种远程通信方式，在战争、灾难等情况下，即使是卫星和网络都遭到了破坏，短波通信技术依然可以正常使用[1]。第二，在一些其他信号无法覆盖到的范围内，如海洋、戈壁和偏远山区等，短波通信技术依然适用。第三，相比较卫星通信和网络通信而言，短波通信不需要进行相应的费用支付，所以其运行成本也更加低廉。
2 短波通信信道模型建立
在短波通信过程中，其地波信号主要沿着地球表面进行传播，气候因素不会对其产生影响，所以其传播效果也较为稳定，但是地面环境会对其传播距离产生一定的限制作用;天波信号主要通过电离层反射，之后再被接收端接收，因电离层对其具有较大影响，所以其稳定性比较差;除此之外，在天波传输中，其最小传播距离叫作跳距，如果地波传播中达到的距离最大值比这个跳距小，便会形成一段短波信号不能到达的区域，称之为盲区[2]。
具体的分段损耗预测中，为了让描述更加简便，可统一按照以下形式对短波通信进行建模：
其中，代表统一短波信道;t代表传播时间;代表总时延;N代表可分辨的多径簇数量;代表传播路径增益值，它是接收功率Pr与发射功率Pt之间的比值;代表信道中的各项衰落因子，包括损耗、多径衰落及阴影衰落等;代表各个簇路径中的时延。
如果需要对收发天线中的增益因素加以考虑，则可通过以下公式对传播路径增益值进行定义：
其中，L代表传播中的路径损耗;代表发射天线增益值;代表接收天线增益值。
为便于表述，可将该公式改写成以下的dB形式：
其中，还可以进一步进行分段扩建：
代表地波段路径中的传播损耗;其主要影响因素是信号频率以及地面环境;代表的是天波段路径中的传播损耗，其主要影响因素是电离层中的信号反射点位置。
3 短波通信传输中的路径损耗分段预测分析
3.1 在地波段传播中的损耗预测
在对上述模型进行改进之后，结合短波通信的地波传播参数，可通过以下方式来计算地波段路径中的短波传播损耗：
其中，f代表信号频率;代表发送天线自身的有效高度值;D代表收发电台间大圆距离;代表接收天线高度的修正量;A代表能量衰变因子，其计算公式为：
其中，x代表与传输距离、传输环境具有关联性的辅助参量。
另外，为实现短波通信适用范围的进一步扩大，使其达到20km及以上，则可以按照以下公式对做进一步的修正：
其中，代表阶跃函数;代表辅助参量，其计算公式如下：
通过这样的方式，便可对短波通信在地波段传播中的损耗进行科学预测。
3.2在天波段传播中的损耗预测
相比较地波段而言，天波段具有较为复杂的路径传播损耗情况，所以在预测中需要考虑到更多方面的因素，其计算公式如下：
其中，代表短波在天波段中的传播损耗;代表需要考虑到的极光以及其他形式的信号损耗因子;代表中间反射点位置地面反射中的消耗总和，其计算公式为：
其中，n代表短波信号在天波段传播中的跳数;
代表电离层所吸收掉的消耗，本次预测中，主要通过以下的公式来对其进行计算：
其中，代表太阳黑子数在十二个月中的平均滑动值;i110代表110km短波信号在位置的入射角;代表太阳天顶角，;
代表短波在自然空间内的传播损耗率，其公式如下：
其中，P代表短波的实际传播路径长度，其计算公式为：
其中，代表仰角，其表示公式如下：
其中，代表地球半径，h代表反射虚高;其具体数值需要按照短波反射点的具体位置来进行确定。
如果按照从低到高的顺序对电离层进行划分，则可以将其分成D、E、F这3层，其中的F层又可以按照F1及F2来进行划分。如果短波反射点处于E层，h的取值是110km;如果反射点处于F2层，h的取值将会复杂一些，具体取值中，需要将以及之间的比值、收发电台间大圆距离D以及跳距作为主要依据来进行预测。而在实际的短波天波段损耗预测中，反射点位置通常和E层可用频率最高值之间具有很大的关联性，如果短波信号频率比E层中的MUF高，其反射点便处在F2层[3]。
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