电波传播模型介绍分析

广播与电视技术２００６年第１２期57数字电视信号，码流同样采用伪随机码，接收天线选用适于

移动接收的鞭状全向天线。移动测试路线的选择应当包括市

区路段、隧道、凹槽以及高速公路等有代表性的移动接收路径。

针对地面数字电视传输系统移动测试，广播电视规划院

专门开发了基于地理信息系统（ＧＩＳ）的自动测试记录软件，

在整个测试过程实时测量和记录接收信号电平、误码率和车

速。该系统还具有自动统计功能，可以实现测试信息以及车

辆位置信息在电子地图上的可视化、一体化和集成化显示，

极大地方便了移动测试。图３、图４为测试记录软件记录的

移动测试记录曲线（包括信号电平、误码率和车速）以及接收电平示意图。

测试时，测试车根据路况以各种速度行驶，由测试记录软件记录场强、每秒接收比特、误码、误码率、移动路线、每

秒的位置、速度等数据，用录像机记录四画面合成器的图像，

包括行进过程中的频谱图、车速及周围环境。

６　室内移动测试

室内移动测试用于测试被测系统在室内移动接收条件下

的接收效果。室内移动测试在低码率模式下进行，发射台发

送垂直极化数字电视信号，码流采用伪码；接收天线选用适

合于移动接收的鞭状无方向性天线；由测试记录软件记录每

秒的接收比特、误码、误码率；用ＧＰＳ记录移动路线，每秒

的位置等数据，并存入计算机。

（收稿日期：２００６－１０－２６）▲１　引言

无线电波主要在大气、真空以及水下空间等无线信道中

传播，相对于有线信道，无线信道为信号的传播和接收带来了灵活性和机动性，但无线信道的开放性也使电波的传播更

为复杂多变。地面电视广播发射的无线电波以大气作为无线

信道进行信号的传递，考虑障碍物等因素，无线电波在传播

过程中将受到路径损耗、阴影衰落和多径衰落的影响［１］。由

于在地面电视广播规划的覆盖和干扰分析过程中，需要对信

号场强进行预测，因此针对无线电波的传播特性，建立相关

电波传播模型对地面电视广播规划非常关键。

２　电波传播模型

地面电视广播涉及到的频段主要是米波（ＶＨＦ）和分米电波传播模型介绍分析

◎何剑辉 冯景锋 李熠星国家广电总局广播电视规划院

【提要】　地面电视广播发射的无线电波以大气作为无线

信道进行信号的传递。在地面电视广播规划的覆盖和

干扰分析过程中，需要对信号场强进行预测，因此针对

无线电波的传播特性，建立相关电波传播模型对地面

电视广播规划非常关键。本文简要介绍几种地面电视

广播规划计算所使用到的电波传播模型。

【关键词】　电波传播模型 地面数字电视 规划波（ＵＨＦ），国际电信联盟无线电通信部门（ＩＴＵ－Ｒ）等国际

组织和相关研究机构对相应频段的电波传播特性进行了深入

的研究。根据研究得到的传播曲线和相关算法，可以综合得

出相应的电波传播模型，便于用计算机替代繁杂的人工计算

进行场强预测和覆盖干扰分析。以ＩＴＵ－Ｒ建议书为依据而计

算机化的电波传播模型主要包括３７０模型、１５４６模型和５２６

模型等等。

２．１　３７０模型３７０模型基于ＩＴＵ－Ｒ　Ｐ．３７０建议书［２］。３７０建议书于１９５１

年开始制定，１９９５年１０月通过了该建议书的最后一个版本

Ｐ．３７０－７。３７０建议书是在模拟地面电视广播时代得到了世界

相关国家和地区的广泛应用，我国１９９３年颁布的“彩色电视

广播覆盖网技术规定”（ＧＢ／Ｔ１４４３３－９３）也采用３７０建议书

的传播曲线和方法进行场强预测。

３７０建议书针对一个半波振子１ｋＷ有效辐射功率，提供

了不同频段、不同传播路径、不同时间概率的电波传播曲线图共２１张。根据这些曲线图可以获取不同参数（见表１）情

况下的场强预测值。图１为２１张传播曲线图之一，包含了３０～

２５０ＭＨｚ频段电波在陆路传播，５０％时间概率，５０％地点概

率，１０ｍ接收天线，地形崎岖度为５０ｍ情况下的一组传播曲

线，不同的曲线对应不同的发射天线有效高度。图１中虚线

所示为自由空间的传播曲线，相当于最大场强。数字电视标准、规划与测试Radio & TV Broadcast EngineeringDEC.2006

58３７０建议书的每一条传播曲线主要由视距以内和视距以

外两部分构成。视距以内的曲线部分在平滑地表的理论传播

曲线基础上，根据大量的实测数据进行修正得出。视距以外（２００ｋｍ以上）则根据大量的实测数据绘制相应部分曲线。两

段曲线之间的部分按照内插法将两段曲线平滑地连接起来。另外，由于大部分的实地测量都是在小于５００ｋｍ的范围内进

行的，这些传播曲线在大于此距离的部分用虚线表示，主要

用于指示可能的场强变化趋势。

除了对以上特定的参数提供场强预测以外，３７０建议书

对不同地形崎岖度（针对陆路传播路径）和不同地点概率提

供了相应的校正曲线；对发射天线有效高度、接收天线高度

在一定范围内的变化以及海洋陆路混合路径传播分别给出了

具体的场强修正算法；对气候条件的变化也给出了相应的校正因子。对于受障碍物影响的特殊地点和区域的场强预测，

３７０建议书还定义了地形遮蔽角［２］的概念，并给出了相应的校

正曲线。

将以上３７０建议书的传播曲线、校正曲线和相关修正算

法综合得到３７０模型，用于相应应用环境下的场强预测。３７０

建议书虽然已经于２００１年１０月撤销，但该建议书为后续电

波传播模型的更新发展打下了良好的基础。

２．２　１５４６模型１５４６模型基于ＩＴＵ－Ｒ　Ｐ．１５４６建议书［３］。１５４６建议书在

３７０建议书基础上研究提出，并用于替换３７０建议书，于２００１

年１０月正式生效。到目前为止，１５４６建议书的最新版本为

Ｐ．１５４６－２（０８／０５）。

１５４６建议书同样针对１ｋＷ有效辐射功率，提供了与图１

类似的不同频段、不同传播路径、不同时间概率的电波传播

曲线图共２４张。这些曲线图的产生方法与３７０建议书相同，

但对应的具体参数与３７０建议书有所不同（见表２）。

包括参数取值在内，１５４６建议书相对３７０建议书的主要差异体现在以下几个方面：

（１）　频率分为３０～３００ＭＨｚ、３００～１０００ＭＨｚ和１０００～

３０００ＭＨｚ三个频段，每个频段的传播曲线图分别对应

１００ＭＨｚ、６００ＭＨｚ和２０００ＭＨｚ典型频率，对应频段内其他频

率的曲线通过相应的内插外推修正算法获取；

（２）　增加１～５０％时间概率范围内的修正算法，但不适

用于５０％以上的时间概率；

（３）　对接收天线高度、距离、地点概率的修正方法更为严谨、科学；

（４）　取消了地形崎岖度的概念及相关修正；

（５）　适用距离范围扩大到１～１０００ｋｍ，包括了短距离

（１～１０ｋｍ）的场强预测；

（６）　在地点概率等参数的修正上，对模拟广播和数字广

播以及移动接收等分别提供了具体的修正参数。

除了以上差异和改进以外，１５４６建议书同样对海洋陆路

混合路径传播分别给出了具体的场强修正算法；对气候条件的变化也给出了相应的校正因子；同样利用地形遮蔽角的概表２　１５４６建议书场强预测曲线参数表１　３７０建议书场强预测曲线参数图１　在３０～２５０ＭＨｚ、陆路、５０％时间概率、５０％地点概率、ｈ２＝１０ｍ、Δｈ＝５０ｍ情况下的传播曲线数字电视标准、规划与测试广播与电视技术２００６年第１２期59念和相应的校正曲线对受障碍物影响的特殊地点和区域进行

场强预测。１５４６建议书把以前米波和分米波段上用于广播和通信的

诸多电波传播建议书作了较大程度的融合，建议书的适用范

围得到了拓展。相对３７０建议书来说，１５４６建议书选取的传

播曲线图更为典型，相关修正算法更为科学合理，因此目前

世界上许多国家和地区都采用基于该建议书的１５４６模型进行

规划分析和双边协调。

２．３　５２６模型

３７０和１５４６模型主要基于平滑地表的电波传播理论（视距内部分）和大量的实测数据，因此对于不规则的地表和存

在大量障碍物的情况，３７０和１５４６模型并不是最佳的电波传

播模型。５２６模型基于ＩＴＵ－Ｒ　Ｐ．５２６建议书［４］，提供了绕射

（衍射）路径上场强的计算方法。５２６建议书于１９７８开始制

定，２００５年８月通过了该建议书的最新版本Ｐ．５２６－９。

５２６建议书处理电波传播绕射问题的方法主要适用于

３０ＭＨｚ以上频率，它把障碍物分成两类：地球的球面和具有

各种不同障碍物的不规则地形。地球球面对电波远距离传播的绕射损耗可以用留数级数公式建模求解。当电波在水平方

向远距离传播时，该级数第一项最重要，５２６建议书第３部

分提供了具体的数值计算和列线图计算两种方法来计算该项

数值。

对于较短电波传播路径中存在障碍物的不规则地形的绕

射分析、计算方法收录在５２６建议书的第４部分。当障碍物

的形状非常复杂时，难以给出精确的数学解，为此５２６建议

书将障碍物抽象成不同类型，针对不同情况提供了６种障碍

绕射损耗的详细计算方法：（１）　厚度可以忽略的单个刃锋障碍；

（２）　厚度有限的屏风障碍；

（３）　单个圆弧型障碍；

（４）　两个独立的刃锋障碍；

（５）　一个或多个障碍的通用方法；

（６）　有限传导的楔形障碍。

５２６建议书还提供了地球球面或障碍物表面是否平滑的

判定准则。５２６模型在运用过程中将首先判断电波传播路径上的平滑程度和障碍物状况，然后在路径损耗、地球球面绕

射损耗等损耗的基础上，计算特定的障碍物绕射损耗，从而

对电波在不规则地表的传播进行有效的场强预测。

２．４其他模型

对于地面电视广播，除了以上３种基于ＩＴＵ－Ｒ建议书的

电波传播模型以外，常用的还有Ｅｐｓｔｅｉｎ－Ｐｅｔｅｒｓｏｎ、Ｏｋｕｍｕｒａ－

Ｈａｔａ、Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ等模型。Ｅｐｓｔｅｉｎ－Ｐｅｔｅｒｓｏｎ模型主要针对绕

射损耗，把障碍物抽象成刃锋进行分析，该模型的相关分析和计算方法已被收录至５２６建议书。Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ模型是考虑地貌形态以及阴影区绕射等因素，根据大量实测数据拟合

的传播曲线建立的电波传播模型，该模型主要针对小区域的场强预测，除了用于地面电视广播以外更多地应用于无线移

动通信等领域。Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ模型也是针对不规则地形的电

波传播模型，在理论分析的基础上结合了大量的实测数据进

行修正，美国的地面数字电视规划采用的就是经过修正的

Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ模型。

３　结束语

在以上介绍的电波传播模型中，根据模型的建立方法可

以分为不同的类型：３７０、１５４６、Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ等模型同时参

考了理论公式和实测数据，属于混合模型；５２６和Ｅｐｓｔｅｉｎ－Ｐｅｔｅｒｓｏｎ模型主要建立在抽象化的理论分析基础上，属于物理

模型；而Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ模型是完全基于实测数据拟合的传播

曲线，属于经验模型。此外，根据各种模型所针对的电波传

播环境也可以进行分类，如３７０和１５４６模型主要针对大范围

区域平滑地形的场强预测；而５２６、Ｅｐｓｔｅｉｎ－Ｐｅｔｅｒｓｏ、Ｏｋｕｍｕｒａ－

Ｈａｔａ和Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ等模型主要针对不规则地形的场强预测。

因此，在地面数字电视实际应用过程中需要根据具体应用环

境和背景选择相应的电波传播模型，根据实际需求和条件还可以考虑对现有的电波传播模型进行必要的修正。最终的目

的是减小预测与现实的误差，尽可能地提高相关规划和分析

的参考价值。

参考文献

1　全子一．　图像信源压缩编码及信道传输理论与新

技术．北京：北京工业大学出版社．2006

2　ITU-R Recommendation P.370-7:VHF and UHF

propagation curves for the frequency range from 30MHz