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5G海面覆盖立体组网方案研究

0引言

700MHz频段作为国内通信最低频段，具备传播损耗低、覆盖面广、穿透力强、组网成本低等优势［1］，且这些优势在5G时代尤为突出。与中高频段相比，700MHz能够实现更广的5G信号覆盖。

中国是海洋大国，近年来沿海渔业、航运、海上旅游业发展迅速，海域数据通信需求日益增多。但因海

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收稿日期：2023-01-13

域辽阔，覆盖成为主要限制因素，用常规的网络建设手段难以实现良好的广域覆盖。700MHz频段相比其他5G频段具有更低的频率，有更好的覆盖，700MHz相比4G频段有更大的带宽，可以提供更高的容量和峰值速率。因此700MHz频段更加符合海面超远覆盖需求。

1传播模型建立

SPM模型

由于海面传播损耗很小，信号可以传播到很远的

海面上。此时，地球不能再看作平面，即考虑地球曲率将对信号传播产生影响。对于海面超远覆盖，海面传播模型为如图1的分段模型，此模型即为视距模型［2］。其中，H为站点天线距离海平面高度，H为接收

系数大，电磁波反射损耗较大。因此，需要针对海面特点，改进传播模型。

改进SPM模型

雨衰

t r

机距离海平面高度，d、d和d分别为海面传播模型A、

雨衰是雨滴对电磁波的吸收与散射造成的电磁

1 2

B和C段距离，Re为地球等效半径（8500km）。

A段 B段 C段

波衰减［4］。根据参考文献［5］，kRβ为传播路线各点的

降雨衰减率，传输距离为?，其中指数β和k为HPM

（HighPowerMicrowave）模型［6］中的指数，降雨衰减与

dd

d

HH1 2 d

H

H

t

r

dkm=d+d1+d2Hr

路线各点降雨衰减率kRβ的关系为

?

? ∫

Re

Re β

α

图1海面视距模型

电波传播模型是用来预测电磁波传播损耗的模型，其参数受地貌、环境等因素影响很大，因此需要针对不同区域使用不同的传播模型参数。常用的海面电磁波传播模型是基于COST231-Hata模型提出的

L= kRβd? （1）

0

其中，L?为雨衰，R为当地降雨强度。从式（1）可以看出，传播距离越大、降雨强度越大，雨水对电磁波

的衰减就越大。

反射损耗

在海面电磁波传播的前段，海面上的信号可以看作由直射波和反射波组成，采用反射模型［7］来计算信号的反射损耗。设基站高度为Hb，接收机天线高度为Hm，基站和接收机间的直线传输距离为d，电磁波波长为λ，根据参考文献［5］可以得到反射损耗为：

λ(????)ì (4π)2 ü

λ

(

?

?

?

?

)

SPM模型［3］，将模型中的各参数设置为经验值，并设置接收机天线高度H为5m，电磁波频率f为700MHz，

Lr=10lgí

?

?2?2cos

?

y

4πHbHm?

tλd ?

t

（2）

m c

SPM模型在基站天线有效高度Hb为30m的条件下仿

当H为30m，H为5m时，f为700MHz和f为2.6

b m c c

真结果和实际海面测试数据对比如图2所示。

GHz反射衰落损耗仿真曲线如图3所示。由图3可以

看出，700MHz在前1km的反射损耗较大，2.6GHz在

100

80

60

路径损耗

链路仿真

前3km反射损耗较大。

180

L/d

L/dB

20

0.

0.01

5.15

12.33

-20

-40

16.252

16.25

20.93

26.95

33.25

39.46

45.73

52.04

58.44

64.86

71.55

图2SPM模型仿真结果与实际海面测试对比

160

140

L/dB

L/dB

100

80

60

0.0

0.01

700MHz 2.6GHz

0.330.650.971.291.611.932.252.572.893.213.533.85从图2可以看出，SPM模型仿真曲线与海面实际测试损耗在前5km的误差较大，在5km后总体趋势相似，但是SPM模型仿真值略小于实际测试损耗。分析其中原因，可能是受海面

0.33

0.65

0.97

1.29

1.61

1.93

2.25

2.57

2.89

3.21

3.53

3.85

距离/km

图3海面反