不同频率的降雨气候视距衰减率分析

【摘 要】为了测算无线电波不同频率的降雨气候视距衰减率，采用曲线拟合的方法，分析了干燥空气、不同水汽密度、不同降雨量对无线电波衰减率的影响，研究了视距衰减率的数学模型，并通过仿真得到了视距衰减率随频率、降雨量等的变化关系，从而指导后续站点覆盖规划。

【关键词】频谱资源 干燥空气 水汽密度 降雨量 视距衰减率

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2017.08.003 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2017）08-0017-04

引用格式：许光斌. 不同频率的降雨气候视距衰减率分析[J]. 移动通信， 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

频谱资源是无线通信十分稀缺的资源，由于中低频段比高频段可以传播更远距离，因此目前国内外移动通信系统采用的是3 GHz以下的中低频段。但是，随着通信技术不断地发展和业务速率的提升，中低频段的可用频谱越来越稀缺。为了满足不断增长的移动数据业务需求，在提升频谱利用率的同时，还需要开拓空闲的更高频段的频谱资源（如6 GHz及以上的频谱）来满足未来移动通信系统（5G）的业务需求，利用高频段进行通信也是满足5G高速业务需求的重要手段，所以高频段衰减成为当前研究的热点。由于各频段无线电波对于不同环境、天气的衰减率也不相同，如干燥空气、空气湿度、降雨以及沙尘天气等对视距衰减率都有影响[1-3]，因此在网络规划中需对强度衰减率进行分析，从而指导站点规划。

2 强度衰减率分析

2.1 空气强度衰减率

无线电波在空气中传播时，不仅受到空气压力、水汽压力等的影响，而且也受到温度的影响。设干燥空气压力为p，水汽压力为e，则：

e=ρT/216.7 （1）

其中，ρ为水汽密度，单位为g/m3；T为温度，单位为K。

总空气压力为：

ptot=p+e （2）

其中，p、e、ptot单位均为hPa。

无线电波在干燥空气中的衰减率γo及在水汽中的衰减率γw（f， rp， ρ， rt）近似计算分别如式（3）和（4）所示[4-6]，单位为dB/km。

其中，f为频率，单位为GHz；t为温度，单位为℃。

根据各参数值，温度取常温20 ℃，水汽密度取7.5 g/m3，p取1013 hPa，可通过Matlab仿真得到如图1所示的不同频率特征衰减。

其中，无线电波在干燥空气中随频率的增加波动较大，并出现多个峰值；在低频段，无线电波在水汽中的衰减率比在干燥空气中要小，但在高频段则相反，随频率变化波动较大，也出现多个峰值；在空气中的总衰减率为干燥空气导致的衰减率与水汽导致的衰减率相加，出现波动多峰值情况。

随着水汽密度的不同，无线电波在空气中的总衰减率也不同。

随着水汽密度的增加，衰减率增加较为明显。

2.2 雨水衰减率

2.3 视距衰减率

在降雨天气时，无线电波视距衰减率为：

Fr=γo+γw+γR （14）

随着降雨量的增加，导致衰减率增速比频率增大导致的衰减率增速要快。

3 结束语

随着通信技术的快速发展以及业务需求的提升和低频频谱资源的稀缺，未来5G采用的频率比2G/3G/4G都要高，并且采用的频谱更宽、更高，覆盖站点也越来越密，由于密集组网时很多都为视距传输，所以对视距传输的衰减率进行分析很有必要。本文对不同频率在干燥空气、水汽和降雨气候的衰减率进行分析，并通过仿真得到结果，从而直观地看到各频率的视距衰减率与频率、干燥空气、水汽密度和降雨量的关系，同时也可作为后续5G频率选取以及站点规划的参考。对于降雪、沙尘天气的衰减率，后续可进行更进一步的研究和分析。

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