一种由信噪比确定短波无线电最大跳数的方法

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  摘 要:短波的频率范围3MHz-30MHz,传播途径分为地波和天波两种。其中地波,只适用于短距离通信。因此短波通信的主要传播路径是天波。天波的传播是利用电离层的多次反射实现全球通信的.信噪比是描述信号中有效成分与噪声成分的比例关系参数。研究跳数与信噪比的关系极为重要。本文重点介绍由信噪比确定跳数的方法。
  1短波无线电传输损耗
  根据输电损耗的各种物理原因,通过合理的假设,可以得到以下公式:
  Lb=L0+La+LR (1)
  1.1自由空间基本传输损耗L0
  电磁波在空气中传播时会失去能量,这是由于传播较远的距离,能量扩展到更大的面积上造成的,基本表达式为:
  L0=32.45+20lgf(MZz)+20lgd(km)dB [1](2)
  f为工作频率,d为电波传播的实际路径长度
  2 确定最大跳数方法
  2.1一次跳跃的极限距离
  当发射角度与地面平行时所能达到的距离最远,取电离层F层距离地面的平均距离为300Km计算,如图X所示的模型[2]。
  各参数在图中标出,x为一跳距离的一半,y是地球表面到一跳直线距离的垂线距离,θ1是跳跃的直线距离和地球半径的夹角,θ2 是电离层反射点与地球表面的切线与一跳直线距离所成的夹角。
  由图X中参数列出以下方程:
  (3)
  根据方程(1)可以解得 x≈1900 (km) 所以我们得知短波一跳的最远距离为3800km。
  2.2 确定信噪比
  在此问题中,约束条件为信号强度低于可用信噪比(SNR)之前,即
  SNR≥10 (4)
  此外,接收灵敏度和3个因素有关系,即带宽范围内的热噪声、系统的噪声系数、系统把有用信号拿出所需要的最小信噪比。所以我们可以得到接收灵敏度的表达公式为
  S=10lg(Ktb)+NF+SNR [3] (5)
  S 为接收灵敏度,k为玻尔兹曼常数,T 为绝对温度,B 为信号带宽,NF 为系统噪声系数。
  我们已经知道自由空间损耗
  L0=32.45+20lgf(MHz)+20lgd(km)dB
  同时我们也知道发射功率减去接收灵敏度为空间自由损耗,所以可得公式
  L0=P-S (6)
  P为发射功率
  综合上面的方程,我们可以建立非线性规划的数学方程
  max
  (7)
  使用MATLAB解決该非线性规划的数学模型,可得结果
  N=19
  所以在信号强度低于10dB的可用信噪比(SNR)之前所能完成的最大跳数为19跳。
  参考文献:
  [1]张一品, 李越, 甘文道. 短波电台信道模型仿真研究[J]. 军民两用技术与产品, 2016(8):66-67.
  [2]邹国良, 叶建成. 实现地球空间极地短波通信设计与仿真研究[J]. 计算机仿真, 2015, 32(5):226-229.
  [3]https://baike.baidu.com/item/%E6%8E%A5%E6%94%B6%E7%81%B5%E6%95%8F%E5%BA%A6/768866?fr=aladdin
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