目前，针对海上移动信道特点，主要由两种方法来解决海上移动信道传输损耗预测，一种是实测，一种是仿真测试，仿真测试虽然无法取代实际的海上测试，但却为评估海上通信系统算法设计提供了一种有效地研究方法，能够提高实测的成功率。参考文献[1]认为海上无线电波可以看作自由空间传播；参考文献[2]在福建漳州对海面1 800 MHz信号进行了岸海的海上无线传播特征的测试;参考文献[3]提出Okumura-Hata模型和ITM模型的海上移动信道传输损耗预测。参考文献[4]指出路径损耗预测利用ITM模型更合适。但是没有考虑以下两个方面:(1)接收机周围环境的影响因素对电磁波传输的影响; (2)以上两个模型都不能预测路径长度在1 km以内的场强。

　　针对以上两点问题，本文提出了基于改进的ITM信道传输模型进行海上电波传播的损耗中值预测。改进的方法主要是利用双径模型雨衰模型对ITM模型进行修正。通过仿真实验平台验证该模型的有效性。

1 ITM模型

　　ITM模型预测了在自由空间中由地形的非规则性造成的中值传输衰落。该模型的中值传输损耗为距离的分布函数[5]，如下：

　　在ITM模型式(1)中，利用地貌地形的路径几何学和对流层的绕射性预测中值传输衰落。在1≤d≤dLS的视距范围内，采用地面双线模型计算；在 dLS≤d≤dx 的超视距范围内，采用绕射机制[6]；在d≥dx更远的距离上(超过无线电电平线)，则采用前向散射理论。超视距的路径参考衰落Acr是绕射衰落Ad或者散射衰落As中较小者，当绕射和散射损耗的距离相等时定义为dx[7]。

2 ITM的改进模型

　　2.1 双径传播预测模型

　　基于在1 km范围内的海面一般只存在一条较强的直射波信号和一条海面反射波，且传输距离较短可以看做平面传输，本文提出采用双径传播模型， 此模型在预测海上1 km范围内的大尺度信号强度时是非常准确的[8]，如图1所示。

　　视距和地面反射的路径差：

　　式(2)中，r1、r2是收发端与反射点间的距离，ht、hr是收发端天线高度，d是收发端间距。

　　因此，两电场成分的相位差为：

　　式(4)非常重要，它为双径模型提供了精确的接收电场强度，Erec是接收场强，Efs是自由空间场强值。

　　当d远远大于天线高度时，上式可简化为：

　　式(6)表明，当距离d很大时，接收功率随距离增大呈4次方衰减，这比自由空间中的损耗要快得多，表示路径增益。

　　2.2 雨衰

　　海洋环境下，降雨量普遍很大。电磁波进入雨层中会引起衰减，这就是雨衰。研究表明对于频率高于1 GHz的电波，雨衰是影响其传播的重要因素[8-10]。

　　采用HPM(High Power Microwave)模型,适用于350 GHz以下频率的电波[14]。具体算法如下：在长度为r0的路径上，雨衰AR与传播路径中降雨衰减率R(dB/km)有以下关系：

　　式(8)中，下标H、V分别表示响应参数在水平极化、垂直极化条件下的值，θ为路径仰角，τ为极化倾角(水平极化时为0°；垂直极化为 90°；圆极化为 45°)。

　　设路径仰角θ=20°，τ为0°(水平极化)，频率1≤f≤20 GHz,可以得出在此条件下降雨衰减率R与f电波频率的关系曲线，如图2所示。

3 仿真分析

　　本文对ITM模型进行改进，通过加入双径模型来计算1 km传输范围以内的信道传输损耗，同时考虑到雨衰的影响。

　　利用Matlab仿真平台进行仿真分析，如图3所示。

　　采用参考文献[2]的实测数据环境转换为计算机的模拟环境，利用Matlab仿真平台进行仿真分析，改进的ITM模型和标准ITM模型的对比图如图4所示。

　　由图4可知，改进后的ITM模型的损耗预测与实测数据相吻合，平滑掉几个测试数据野值点后仿真曲线与实测曲线一致，在65 km处均出现变陡增大拐点。与未改进的ITM模型相比较，其测量范围更大，更具有普遍性，更接近实测环境。

　　本文通过分析海上移动信道的传输路径损耗特性，提出基于ITM模型的改进修正传输模型，在1 km路径距离内采用双径模型预测损耗作为补充，充分考虑环境天气的影响因素，加入雨滴衰落的预测。通过对本文提出算法的仿真，发现其改进后的ITM模型符合实测数据环境，提高了预测海上移动信道传输路径损耗的准确度。因此，在海上进行信道传输损耗预测时，宜采用改进的ITM模型，可使预测计算更接近实际。

　　参考文献

　　[1] 王向敏.海上大气波导的预测方法 [D]. 南京：南京信息工程大学, 2007.

　　[2] 何群, 黄云鹏. 关于海面无线传播模型的探讨[J]. 邮电设计技术, 2004(2):011.

　　[3] MO H, CHEN B, SHEN C. Radio propagation predictionmodel for maritime mobile communication[C]. WirelessCommunications and Applications(ICWCA 2012), IET Inter-national Conference on. IET, 2012.

　　[4] JEON S, YIM Z, SEO J S. Path loss model for couplingloop interference with multiple reflections over single fre-quency network[J]. IETE Technical Review, 2012, 29(6)：499-500.

　　[5] TSE D. Fundamentals of wireless communication[M]. Cam-bridge:Cambridge university press, 2005.

　　[6] 肖蒙, 刘佳佳, 林俊亭, 等. 高速铁路的 GSM—R 无线传播模型校正[J].电子技术应用, 2012,38(2):113-116.

　　[7] LONGLEY A G, RICE P L. Prediction of troposphericradio transmission loss over irregular terrain[R].A computermethod-1968. Institute for Telecommunication Science Bou-lder Co, 1968.

　　[8] SHIFENG K, HONGGUANG W. Analysis of microwaveover-the-horizon propagation on the sea[C]. MicrowaveConference, 2009. APMC 2009. Asia Pacific. IEEE, 2009:1545-1548.

　　[9] SHARMA D, SINGH R K. Validation of modified approachto estimate the propagation path loss in urban area to sus-tain the QoS during dust storms[J]. Wireless Communica-tion, 2013,5(1):5-11.