GMDSS通信設(shè)備與業(yè)務(wù)：第2章 電波的傳播

1、第2章 電波的傳播,概要 2.1 電波輻射與傳播 2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn) 2.3 無線電通信的基本概念,2.1 電波輻射與傳播,一.電波的形成與波段劃分 1.電波的形成交替變化的電磁場向前波動的過程。 2.無線電波的傳播速度 v = (波長)f (頻率) = 3x108 m/s 3.無線電波波段的劃分,無線電波波段的劃分,船用通信波段： MF/HF （中波/短波）1.627.5 MHz VHF（超短波） 156174 MHz 衛(wèi)星船載設(shè)備（分米波） 1.51.6 GHz 衛(wèi)星岸基設(shè)備（厘米波） 46 GHz,返回,二. 電波按傳播途徑分類 1.地波傳播:電波沿地球表面?zhèn)鞑?波長越長繞射距

2、離越遠(yuǎn)。,特點(diǎn)：,波長越長，繞射能力強(qiáng)。,地表電性能參數(shù)變化不大，地波傳播比較穩(wěn)定。,波長越長，損耗越小；波長越短，損耗越大。,極長波超長波長波: =1km100km； 傳播幾千幾萬km 中波(MF): =100m1000m； 傳播幾百km 短波(HF): =10m100m； 傳播100km 超短波(VHF)微波: 10m； 不能以地波形式傳播,2.空間波傳播:電波在空間沿直線或經(jīng)地面反射傳播或經(jīng)衛(wèi)星中繼傳播。收發(fā)天線高度越高,視距越大，傳播距離越遠(yuǎn)。,注意：,超短波(VHF)和微波(衛(wèi)通頻率)可以空間波傳播,短波(HF)、中波(MF)及波長更長的波段不能以空間波形式傳播,空間波的視距傳播,3

3、.電離層波(天波):電波經(jīng)電離層反射達(dá)到接收端。,電離層:,距地面60 300km大氣層 中區(qū)域,太陽紫外線輻射,離子和自由電子,特點(diǎn)：白天光照強(qiáng)電離度大電子和離子的濃度大,電離作用,形成電離層,夜晚光照弱電離氣體分子復(fù)合機(jī)會多電子和離子的溶度小,電離層劃分: D E F1 F2層,D層白天出現(xiàn)夜間消失。,F層夏季分為F1層與F2層，F(xiàn)1層白天存在晚上消失。,fmin最低可用頻率 fmax最高可用頻率 f天波最佳工作頻率,電離層對電波的衰減,邊界：,完全穿透電離層,被電離層完全吸收,f 吸收,f吸收,可以通過電離層反射,短波波段（HF）,夜間的中波（MF）,太陽活動對電離層的影響,2.2 各波

4、段電波傳播的特點(diǎn),一、長波（LF：1km 10km）,二、中波 （MF：100 m- 1km）,夜間 地波與天波并存,E層對天波反射,但存在衰落。 主要由于天、地波在接收點(diǎn)疊加造成的。,白天 以地波傳播(幾百km),不能以天波傳播,D 層對 MF波吸收。,長波：以地波傳播，工作穩(wěn)定。,現(xiàn)象：夜間能聽到遠(yuǎn)的電臺 ，但聲音忽大忽小 ？ 主要就是由天地波的疊加相位差引起,2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn),三、短波（HF：10m- 100m）,特點(diǎn)：,傳播：地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。,地波傳播距離近，陸地不超過100 km,海上超過150km； 天波傳播距離遠(yuǎn) ，但信號不穩(wěn)定； 存在衰落現(xiàn)象

5、：不同路徑電波在接收點(diǎn)處疊加（ 短波電臺密集，相互干擾大）； 盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）；,存在衰落現(xiàn)象：不同路徑電波在接收點(diǎn)處疊加 （ 短波電臺密集，相互干擾大）,盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）,2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn),三、短波（HF：10m- 100m）,特點(diǎn)：,傳播：地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。,主要靠電離層傳播，遠(yuǎn)距離通信不需要較大的發(fā)射功率； 短波波長較小不需要很大的天線系統(tǒng)； 同一頻率的短波信號夜間要比白天傳播的距離要遠(yuǎn)【白天需要穿過F1層，夜間F1層消失】,MF/HF通信時(shí)頻段的選擇原則,通信現(xiàn)象： 直線傳播 -VHF 中繼通信-衛(wèi)通,四、超短波和微波,超短波（波長10m1m，頻率

6、30MHz300MHz）-VHF,微波 （波長1m1mm，頻率300MHz300GHz）-衛(wèi)通頻率,傳播：靠空間波傳播； 傳播距離取決于天線高度和發(fā)射功率。 （視距）,2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn),上次課內(nèi)容復(fù)習(xí),2. 電波輻射與傳播（頻率劃分、傳播途徑）,3. 各波段電波傳播的特點(diǎn)（中波MF與短波HF）,1. GMDSS船載設(shè)備配備要求與實(shí)施,2.3 無線電通信的基本概念,一、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成,信源,信道,信宿,發(fā)射 設(shè)備,接收 設(shè)備,語音 圖像 文字,語音 圖像 文字,一、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成,信源,信道,信宿,發(fā)射 設(shè)備,接收 設(shè)備,語音 圖像 文字,電信號,語音 圖像 文字,電信號,噪

7、聲源,外部,內(nèi)部,內(nèi)部,信源（信息發(fā)送方）： 要傳遞的信息（語音、圖像、文字）轉(zhuǎn)化為電信號。,信宿（信息接受方） ： 將電信號轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所要傳遞的信息（語音、 圖象、文字）。,一、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成,信源,信道,信宿,發(fā)射 設(shè)備,接收 設(shè)備,語音 圖像 文字,電信號,語音 圖像 文字,電信號,噪聲源,外部,內(nèi)部,內(nèi)部,發(fā)射設(shè)備:將原始電信號完成某種變換（調(diào)制），然后送入信道。,接收設(shè)備:將發(fā)射端傳來的電信號經(jīng)反變換（解調(diào)）恢復(fù)出源信號。,一、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成,信源,信道,信宿,發(fā)射 設(shè)備,接收 設(shè)備,語音 圖像 文字,電信號,語音 圖像 文字,電信號,噪聲源,外部,內(nèi)部,內(nèi)部,信道：傳輸信號

8、的通道（有線或無線）。,其中通信系統(tǒng)信道帶寬應(yīng)大于等于要傳輸?shù)男盘柕挠行挕?一、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成,信源,信道,信宿,發(fā)射 設(shè)備,接收 設(shè)備,語音 圖像 文字,電信號,語音 圖像 文字,電信號,噪聲源,外部,內(nèi)部,內(nèi)部,噪聲源:內(nèi)部噪聲和外部噪聲。,內(nèi)部噪聲：由系統(tǒng)本身產(chǎn)生的噪聲，發(fā)射與接收設(shè)備中電路器件產(chǎn)生,外部噪聲：從系統(tǒng)外部信道引入的一切無用信號，信道中的干擾,1、模擬通信 (MF / HF / VHF RT),二、無線電通信的分類,利用正弦波幅度、頻率或相位的變化來模擬原始信號變化，以達(dá)到通信的目的。,定義：,特點(diǎn)：,信號的狀態(tài)（幅值、頻率、相位）隨時(shí)間連續(xù)變化,原始信息變換成模擬

9、信號作為傳輸載體,系統(tǒng)抗干擾能力弱,保密性差,設(shè)備不易進(jìn)行大規(guī)模集成,2、數(shù)字通信 (NBDP、 DSC、 Inmarsat B/C/F ),定義：,用數(shù)字信號對載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的通信方式。,特點(diǎn)：,信息的狀態(tài)隨時(shí)間離散變化。,對于在時(shí)間上連續(xù)變化的信息，可通過采樣量化變成離散的狀態(tài)， 再編碼成數(shù)字信息進(jìn)行傳輸，在接收端還原成連續(xù)變化的信息， 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信。,抗干擾能力和檢糾錯(cuò)能力很強(qiáng)，無噪聲累積。,便于加密處理，保密性高。,設(shè)備同計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合，易于大規(guī)模集成化。,二、無線電通信的分類,三、 無線電通信中的調(diào)制與解調(diào),1. 定義：,基帶信號：信息源信號經(jīng)電路轉(zhuǎn)換而得到的電信號。,射

10、頻信號：將信息源加載到一定頻率上得到的電磁波。,調(diào)制：發(fā)射端 基帶信號 射頻信號 解調(diào)：接收端 射頻信號 基帶信號,頻譜搬移,在模擬通信系統(tǒng)中：,基帶信號通常又被稱為調(diào)制信號,攜帶調(diào)制信號的高頻射頻信號被稱為載波,調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號或稱已調(diào)波,2. 為什么要進(jìn)行調(diào)制？,三、 無線電通信中的調(diào)制與解調(diào)的概念,基帶信號頻率低，天線無法滿足要求,基帶信號的頻率范圍相同，導(dǎo)致接收機(jī)相互串線干擾,天線尺寸應(yīng)至少為被輻射信號波長的十分之一,語音信號的頻率為300-3000 Hz,其波長：1001000 km,天線高度：10100 km,3. 調(diào)制類型,三、 無線電通信中的調(diào)制與解調(diào)的概念,模擬系統(tǒng),

11、振幅調(diào)制（調(diào)幅） AM,頻率調(diào)制（調(diào)頻） FM,相位調(diào)制（調(diào)相） PM,數(shù)字系統(tǒng),移幅鍵控 ASK （Amplitude Shift Keying） Morse,移頻鍵控 FSK （Frequency Shift Keying） DSC/ NBDP,移相鍵控 PSK （Phrase Shift Keying）Inmarsat衛(wèi)星,為了確保信號在通信系統(tǒng)中不失真地傳輸，相應(yīng)通信系統(tǒng)的帶寬應(yīng)大于等于要傳輸基帶信號的信號帶寬。,四、信號與噪聲的基本概念,1. 信號的帶寬與系統(tǒng)帶寬,基帶信號：,信息源信號經(jīng)電路轉(zhuǎn)換而得到的電信號，通信系統(tǒng)所要傳輸?shù)碾娦盘枴?信號在頻率特性（頻域）上分布的范圍稱為信號的

12、帶寬。,信號帶寬：,系統(tǒng)帶寬：,系統(tǒng)為傳輸基帶信號所提供的工作頻率的范圍稱為系統(tǒng)帶寬。,2. 噪聲及其表示,概念,在通信系統(tǒng)的各個(gè)部分出現(xiàn)的任何不需要的電壓或電流信號統(tǒng)稱為噪聲。,分類,噪聲,內(nèi)部噪聲：設(shè)備內(nèi)部元器件所產(chǎn)生的無用信號,外部噪聲：從設(shè)備外部進(jìn)入設(shè)備的無用信號,工業(yè)干擾,天電干擾,宇宙干擾,電臺間干擾,信噪比的概念：【衡量信號質(zhì)量好壞】 指在通信系統(tǒng)某點(diǎn)信號的平均功率（S）與 噪聲的平均功率（N）之比，表示為S/N。,2. 噪聲及其表示,信噪比,信噪比越高，信號質(zhì)量越好，噪聲對系統(tǒng)的影響越小。,信噪系數(shù)NF ：【衡量元器件與系統(tǒng)性能】,設(shè)備,輸入信噪比 Si / Ni,輸出信噪比

13、So / No,噪聲系數(shù)NF大于1，且越接近1，系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲越小， 系統(tǒng)性能越好。,思考題 1電離層是怎樣劃分的？ 2中、短波傳播各有那些特點(diǎn)？ 3通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成如何？ 4. 簡述調(diào)制與解調(diào)？ 5. 解釋信噪比、噪聲系數(shù)的基本概念？,上次課內(nèi)容復(fù)習(xí),1. 電波輻射與傳播（頻率劃分、傳播途徑）,2. 各波段電波傳播的特點(diǎn)（中波MF與短波HF）,3.無線電通信的基本概念（組成、調(diào)制、解調(diào)、信噪比與噪聲系數(shù)）,2.1 電波輻射與傳播,一.電波的形成與波段劃分 1.電波的形成交替變化的電磁場向前波動的過程。 2.無線電波的傳播速度 v = (波長)f (頻率) = 3x108 m/s 3.

14、無線電波波段的劃分,無線電波波段的劃分,船用通信波段： MF/HF （中波/短波）1.627.5 MHz VHF（超短波） 156174 MHz 衛(wèi)星船載設(shè)備（分米波） 1.51.6 GHz 衛(wèi)星岸基設(shè)備（厘米波） 46 GHz,返回,2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn),一、長波（LF：1km 10km）,二、中波 （MF：100 m- 1km）,夜間 地波與天波并存,E層對天波反射,但存在衰落。 主要由于天、地波在接收點(diǎn)疊加造成的。,白天 以地波傳播(幾百km),不能以天波傳播,D 層對 MF波吸收。,長波：以地波傳播，工作穩(wěn)定。,現(xiàn)象：夜間能聽到遠(yuǎn)的電臺 ，但聲音忽大忽小 ？ 主要就是由天地波的

15、疊加相位差引起,2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn),三、短波（HF：10m- 100m）,特點(diǎn)：,傳播：地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。,地波傳播距離近，陸地不超過100 km,海上超過150km； 天波傳播距離遠(yuǎn) ，但信號不穩(wěn)定； 存在衰落現(xiàn)象：不同路徑電波在接收點(diǎn)處疊加（ 短波電臺密集，相互干擾大）； 盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）；,存在衰落現(xiàn)象：不同路徑電波在接收點(diǎn)處疊加 （ 短波電臺密集，相互干擾大）,盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）,2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn),三、短波（HF：10m- 100m）,特點(diǎn)：,傳播：地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。,主要靠電離層傳播，遠(yuǎn)距離通信不需要較大的發(fā)射功率； 短波波長較小不需要很大的天線系統(tǒng)； 同一頻率的短波信號夜間要比白天傳播的距離要遠(yuǎn)【白天需要穿過F1層，夜間F1層消失】,MF/HF通信時(shí)頻段的選擇原則,返回,2.3 無線電通信的基本概念,一、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成,信源,信道,信宿,發(fā)射 設(shè)備,接收 設(shè)備,語音 圖像 文字,語音 圖像 文字,三、 無線電通信中的調(diào)制與解調(diào),1. 定義：,基帶信號：信息源信號經(jīng)電路轉(zhuǎn)換而得到的電信號。,射頻信號：將信息源加載到一定頻率上得到的電磁波。,調(diào)制：發(fā)射端 基帶信號 射頻信號 解調(diào)：接收端 射頻信號 基帶信號,頻譜搬移,