对流层传播问题是科学规划和设计地空通信系统的必要因素,为了使5G通信系统可靠地工作,必须首要分析毫米波在对流层大气中传播路径上所有因素的影响。传播预测是保证系统在恶劣气象条件下通信的重要保障,所以在研究毫米波在对流层中的传播时,必须首先深入研究对流层传播的环境,才能为通信系统的设计提供参考,从而采取有效的预防措施以保证通信系统能够正常高效地运行。本文首先研究了毫米波在对流层大气中地传播,分析了氧分子和水分子的吸收作用、云雾和降雨对其衰减作用以及闪烁的影响,根据提供的预报模型进行了衰减量的预测,然后提出了复合衰减模型,并结合在5G通信条件下的路径损耗模型,计算了视距和非视距情况下的总衰减,最后计算了5G通信情况下系统的容量和误码率。主要研究成果包括:1.基于ITU建议书,运用简单近似法和逐线累加法,针对更宽的频率范围计算其在大气环境中的传播损耗,其中包括大气的特征衰减、天顶衰减和高低仰角情况下的倾斜路径衰减。经过计算,发现大气的气体吸收作用有很强的选择性。还分析了压强、温度和水汽密度对大气气体衰减影响的程度,发现压强、温度和水汽密度都是影响大气衰减的因素,其中水汽密度的影响最大。2.基于ITU建议书,用瑞利近似法计算了毫米波在云雾中的特征衰减,并对云雾沿倾斜路径的衰减及衰减量的预测进行计算分析并加以补充。考虑到降雨强度的影响,计算了降雨条件下毫米波的降雨特征衰减、高低仰角情况下的倾斜路径衰减和衰减量的预测。经过分析云的液态水密度和降雨率的大小对衰减的影响发现,在高频率时,降雨量的大小对衰减的影响最大。3.基于ITU建议书考虑到了湿度和温度引起折射率变化,导致毫米波在大气中传播时出现闪烁衰减。介绍和对比了ITU、Karasawa和Vande Kamp三种闪烁模型,分析了各因素对闪烁衰减的影响,并对ITU闪烁衰减模型进行了补充,并将计算的频率提升到1000GHz,对闪烁衰减量作出了预测。通过计算发现,对于低频甚至高达1000GHz的毫米波的闪烁衰减值很小,在实际通信中几乎可以忽略不计。4.考虑多源大气效应引起的复合衰减,提出了复合特征衰减模型以及随超过时间百分比变化的复合衰减量的预测。并结合5G通信特点,介绍了修正的FS、SUI、CI、FI和Dual-slop模型,最后提出了考虑气象因素的情况下城区的总路径损耗模型,并计算了数字通信系统的容量和误码率。结果表明视距和非视距衰减都和频率、天线高度和路径长度及路径选择有关,其中路径损耗指数的影响最大,Dual-slop模型的计算结果比较符合实际测量数据。5G通信系统的容量很大,调制的进制数对5G的通信影响比较大,可根据具体情况进行选择。