摘 要：由于雨衰是影響衛(wèi)星通信的重要因素，根據(jù)武警部隊(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)建設(shè)的需要，基于ITU-R制定的雨衰計(jì)算模型，選取6個(gè)典型城市進(jìn)行雨衰計(jì)算，得到雨衰對(duì)Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響，分析得出地星路徑仰角越小，海拔越低，降雨率越大，降雨造成的信號(hào)衰減越大。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；Ku波段；雨致衰減；EIRP

Rain Attenuation Estimation and Analysis of the Armed Police Force Satellite Communication 

ZHOU Yanqiu，JIA Fang，LI Ping

(Armed Police Force Engineering College，Xi′an，710086，China)

Abstract：The rain attenuation is the main reason affecting satellite communication.Based on the requirement of armed police force satellite communication，using the ITU-R rain attenuation forecasting model，the article calculates the rain attenuation of six representative cities.By the result，it analyzes the main factors which affect the rain attenuation.The conclusion is that the rain attenuation will be graver，with the smaller antenna elevation，the lower altitude and the bigger rainfall.The article could be used as the reference for EIRP of armed police force satellite communication.

Keywords：satellite communication system;Ku band;rain attenuation;EIRP

1 引 言

武警衛(wèi)星通信網(wǎng)的建設(shè)是適應(yīng)新時(shí)期武警部隊(duì)信息化發(fā)展的需要，電波傳播研究表明，對(duì)于Ku波段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，雨衰是影響通信質(zhì)量的重要因素。電波由于雨滴吸收和散射而產(chǎn)生衰減，就是降雨衰減，簡(jiǎn)稱雨衰。由圖1可以看出電波傳播所受的各種天氣的影響中，降雨衰減是最為重要的。

雨衰的大小與雨滴直徑和電磁波的波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)電磁波波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于雨滴的直徑時(shí)，降雨衰減主要是雨滴的吸收衰減，散射衰減則發(fā)生在雨滴直徑較大或者波長(zhǎng)較短時(shí)。當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)和雨滴直徑越接近時(shí)衰減越大，特別在10 GHz以上頻段，雨衰的影響會(huì)非常明顯，而且衰減值隨頻率和雨強(qiáng)的增加而增大。由于武警衛(wèi)星通信網(wǎng)所用頻率正是Ku波段，因此在通信鏈路的設(shè)計(jì)中必須考慮降雨對(duì)電波傳播的影響，由此來確定國(guó)內(nèi)各地球站的設(shè)備，即天線增義和系統(tǒng)功率。通信網(wǎng)的建設(shè)必須保證全國(guó)范圍內(nèi)的通信，由于我國(guó)幅員遼闊，地理面貌多種多樣，各地的降雨情況有很大的不同，這就要求在研究雨衰時(shí)，必須針對(duì)不同地區(qū)的降雨情況進(jìn)行雨衰分析。

2 Ku波段地面-衛(wèi)星通信線路雨致衰減計(jì)算

根據(jù)武警部隊(duì)各總隊(duì)所在地區(qū)特點(diǎn)，同時(shí)考慮我國(guó)的地理形式，選取6個(gè)典型城市進(jìn)行Ku波段的雨衰分析，分別為：海口、昆明、福州、北京、烏魯木齊、哈爾濱。這里計(jì)算衛(wèi)星鏈路上的雨衰采用ITU關(guān)于斜路徑降雨損耗的計(jì)算方法^［1］。



3 武警衛(wèi)星通信系統(tǒng)雨致衰減分析

從以上的計(jì)算結(jié)果中看出雨致衰減受很多方面的影響，對(duì)于武警衛(wèi)星通信網(wǎng)的建設(shè)，必須綜合考慮經(jīng)緯度，海拔，降雨率等各個(gè)方面的影響，由此可以得到不同地球站EIRP的變化和天線口徑的比較。其中:

下面給出在不考慮其他因素的影響時(shí)，降雨率、海拔、仰角與雨衰值之間的關(guān)系圖，如圖2~圖4所示。

從計(jì)算結(jié)果和圖中可以看出對(duì)于Ku波段降雨率的影響是所有因素中最為重要的，我國(guó)的降雨率有明顯的地區(qū)分別，其中新疆，西藏，青海，甘肅等西北地區(qū)的降雨率，明顯低于海南，廣州，福建等東南沿海城市，這使得武警部隊(duì)在這些地區(qū)建站時(shí)，天線的口徑可以根據(jù)降雨衰減適當(dāng)增大或減小。比如烏魯木齊的降雨率為5 mm/h，降雨衰減為0.46 dB，?？诮涤曷蕜t為124 mm/h，降雨衰減為23.23 dB，所以為了克服雨衰，?？谔炀€增益要增大，EIRP值與天線口徑要隨之增大很多，而烏魯木齊則基本不用考慮雨衰的影響。

雨致衰減也會(huì)由于海拔高度的不同而不同，例如福州和昆明兩地的仰角相差為2°，但是海拔高度卻相差1 800多米，因此造成的雨衰差值達(dá)到11.85 dB，海拔高度越高，雨衰越小。武警衛(wèi)星通信網(wǎng)建站時(shí)，特別是設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)型的車載站，當(dāng)工作于山地，平原，盆地等具有不同海拔特性的地區(qū)時(shí)，EIRP值的設(shè)計(jì)要足夠大，能較好的抵消雨衰的影響。站點(diǎn)的配置要既能滿足通信質(zhì)量的要求，又不會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

除了以上兩點(diǎn)影響外，衛(wèi)星通信鏈路的雨衰還與地星路徑的仰角有關(guān)，仰角不同，雨衰下的斜路徑長(zhǎng)度就會(huì)不同，使得電波所受到的雨致衰減存在差別，仰角越大，路徑越短，雨衰值越小。武警衛(wèi)星通信網(wǎng)各總隊(duì)通信站最大仰角差位于?？诤凸枮I之間，為31.8°，當(dāng)兩站取相同降雨率(50 mm/h)和海拔高度(112.5 m)時(shí)，?？诘乃p值為7.59 dB，低于哈爾濱3.5 dB。但是由于?？诘慕涤曷适枪枮I的兩倍多，使得?？诘膶?shí)際雨衰高于哈爾濱12.14 dB。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)ITU-T規(guī)定的降雨衰減計(jì)算模型，選取“鑫諾一號(hào)”衛(wèi)星(110.5)，采用線極化方式，針對(duì)武警衛(wèi)星通信網(wǎng)所用Ku波段，計(jì)算了6個(gè)典型城市的降雨衰減，得到雨衰對(duì)Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響，分析了影響雨衰的主要因素，分別給出了地星路徑仰角，降雨率，海拔與雨衰之間的關(guān)系圖，分析得出地星路徑仰角越小，海拔越低，降雨率越大，則降雨衰減越大，對(duì)于我國(guó)的Ku波段武警衛(wèi)星通信系統(tǒng)，如何采取必要措施，減少降雨衰減對(duì)通信的影響，使得地面站的配置更加合理，既能滿足通信質(zhì)量的要求，又盡可能的節(jié)省資金，將是對(duì)國(guó)家和武警部隊(duì)都有著重要意義的問題，值得我們進(jìn)一步深入研究。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］張更新.衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)［M］.北京:人民郵電出版社，2001.

［2］Brussaard G.Atmospheric Modelling Millimetre Wave Propatation (Final Report)［R］ Eindhoven University of Technology.Netherlands，1991.

［3］仇盛柏，陳京華.我國(guó)典型地區(qū)不同積分時(shí)間降雨率的換算公式［J］.電波科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，12(1):112-117.

作者簡(jiǎn)介

周艷秋 女，1984年出生，碩士研究生。研究方向?yàn)槲⒉夹g(shù)與天線。

賈 方 男，1984年出生，碩士研究生。研究方向?yàn)闊o線數(shù)據(jù)通信。

李 萍 女，1957年出生，教授，研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槲⒉夹g(shù)與天線等。