超短波无线电信道模型特性评估¶
本演示的目的是评估 VHF 无线电信道模型在 30 至 80 MHz 频率范围内的性能。 首先，让我们声明信道的输入值。这些值如下
- 发射天线的高度、 接收天线的高度 发射天线增益 接收天线增益 发射信号功率 接收器灵敏度 发射器和接收器之间的距离
- 频率从 30 到 80 MHz，以 5 MHz 为增量、
- 森林区域的高度。
using Printf
# Исходные параметры
h_tx = 16.0 # Высота подъема антенны передатчика, м
h_rx = 16.0 # Высота подъема антенны приемника, м
G_tx = 1.64 # Коэффициент усиления антенны передатчика
G_rx = 1.64 # Коэффициент усиления антенны приемника
P_tx = 400.0 # Мощность передаваемого сигнала, Вт
sensitivity = 4e-6 # Чувствительность приемника, В
R = 1000.0 # Расстояние между передатчиком и приемником, м
frequencies = 30e6:5e6:80e6 # Частоты от 30 до 80 МГц с шагом 5 МГц
c = 3e8 # Скорость света, м/с
# Условия распространения
forest_height = 30.0; # Высота лесного массива, м
接收功率（received_power）函数根据无线电波在自由空间传播的模型计算接收到的信号功率。 接收功率函数根据无线电波在自由空间传播的模型计算接收到的信号功率。它的输入为 发射机功率 P_tx、发射机天线增益 G_tx 和接收机天线增益 G_rx、 信号波长 λ 和发射器与接收器之间的距离 R。计算公式 函数中使用的公式是基于弗里斯方程，该方程描述了在理想条件下信号的衰减情况：当信号衰减到一定程度时，发射机和接收机之间的距离会减小。 的衰减：接收到的信号功率与发射器功率和接收器功率的乘积成正比。 与发射机功率、天线增益和波长的平方的乘积成正比。 的平方成反比、 乘以 (4π)^2.该模型适用于在没有障碍物和额外衰减源的环境中估算信号功率。 在没有障碍物和额外衰减源的环境中，该模型可用于估算信号功率。
# Функция для расчета мощности принимаемого сигнала
received_power(P_tx, G_tx, G_rx, λ, R) = P_tx * G_tx * G_rx * λ^2 / ((4 * π)^2 * R^2)
计算结果为视线范围内的结果，未考虑森林中的衰减。
println("Моделирование радиоканала в зоне радиотени\n")
# Таблица результатов
@printf("%10s %15s %15s\n", "Частота (МГц)", "Длина волны (м)", "P_prm (Вт)")
@printf("%s\n", "-" ^ 45)
for f in frequencies
λ = c / f # Длина волны
P_prm = received_power(P_tx, G_tx, G_rx, λ, R)
@printf("%10.2f %15.4f %15.6e\n", f / 1e6, λ, P_prm)
end
总结没有考虑森林高度的表格，可以得出以下结论。
1.接收到的信号功率（P_prm）随着频率的增加而减小。 这是因为波长（λ）减小，而信号功率与波长的平方成反比。 与波长的平方成反比。 2.频率为 30 MHz 时，接收到的信号功率约为 6.81×10^-4 W。 6.81×10^-4 W，而在 80 MHz 时，接收到的信号功率会减小到 9.58×10^-5 W。 这种行为与无线电波在自由空间中传播的经典模型一致。 信号衰减取决于距离和频率。
让我们对森林区域进行计算。为此，让我们对之前实现的功能进行补充。 1.新函数根据频率和森林相对于天线的高度计算信号衰减。 如果天线低于森林的高度，则衰减较高。 如果天线位于森林上方，则衰减较小。 衰减用分贝 (dB) 表示，然后转换成乘数乘以信号强度。 2.接收到的信号功率 P_prm 乘以衰减系数，以考虑森林的影响。 3.现在，结果表显示了包括森林衰减在内的接收信号功率。
在信号穿过森林区域的情况下，该代码可以对无线电信道进行更真实的建模。
# Функция для расчета затухания в лесу
function forest_attenuation(f, forest_height, h_tx, h_rx)
# Упрощенная модель затухания в лесу
# Затухание зависит от частоты и высоты леса относительно высоты антенн
if h_tx < forest_height || h_rx < forest_height
# Если антенны находятся ниже высоты леса, затухание больше
attenuation = 0.1 * (forest_height - min(h_tx, h_rx)) * (f / 1e6) # Затухание в дБ
else
# Если антенны выше леса, затухание меньше
attenuation = 0.01 * (f / 1e6) # Затухание в дБ
end
return 10^(-attenuation / 10) # Преобразование из дБ в разы
end
println("Моделирование радиоканала в зоне радиотени с учетом высоты леса\n")
# Таблица результатов
@printf("%10s %15s %15s\n", "Частота (МГц)", "Длина волны (м)", "P_prm (Вт)")
@printf("%s\n", "-" ^ 45)
for f in frequencies
λ = c / f # Длина волны
P_prm = received_power(P_tx, G_tx, G_rx, λ, R)
# Учет затухания в лесу
attenuation_factor = forest_attenuation(f, forest_height, h_tx, h_rx)
P_prm_forest = P_prm * attenuation_factor
@printf("%10.2f %15.4f %15.6e\n", f / 1e6, λ, P_prm_forest)
end
在考虑森林高度的情况下，总结表格中的数据，可以得出以下结论。 1.对森林中的信号衰减进行修正后，接收到的信号功率会明显降低。 接收信号的功率。这是因为森林区域会产生额外的 衰减，尤其是在高频率下。 2.2. 30 MHz 时，信号功率降至 4.30×10^-8 W，80 MHz 时降至 6.04×10^-16 W。 森林中的衰减随着频率的增加而增加，导致信号功率呈指数级下降。 信号功率呈指数下降。例如，在 80 MHz 时，信号功率几乎变得微不足道。 变得微不足道。
结论¶
让我们通过比较结果来得出结论。 在不考虑森林的情况下，所有频率的信号功率都保持在足以接收的水平（高于接收器灵敏度 4×10^-6 W）。 在不考虑森林的情况下，所有频率的信号功率都保持在足以接收的水平（接收灵敏度高于 4×10^-6 W）。 2.考虑到森林的影响，所有频率的信号功率都远低于接收器的灵敏度，因此无法进行通信。 这强调了森林对无线电波传播的关键影响，尤其是在高频率下。
根据计算结果，可以考虑以下改善信道的建议。 1.为确保在森林地区的通信，有必要增加发射机功率、 或使用衰减较小的低频。 还可考虑将天线升至林地上方、 2. 还可以考虑将天线升高到林地之上，以尽量减少衰减的影响。