電波傳播理論徐立勤db09

1、9-19-2 接收信號(hào)的衰落接收信號(hào)的衰落在無(wú)線電通信中，接收點(diǎn)后的信號(hào)電在無(wú)線電通信中，接收點(diǎn)后的信號(hào)電平不穩(wěn)定的、隨時(shí)間變化的變化。平不穩(wěn)定的、隨時(shí)間變化的變化。 發(fā)射天線發(fā)出的信號(hào)功率電平是恒定的；發(fā)射天線發(fā)出的信號(hào)功率電平是恒定的； 射頻信號(hào)通過(guò)空間傳播到達(dá)接收點(diǎn)后，信號(hào)電平卻可能是射頻信號(hào)通過(guò)空間傳播到達(dá)接收點(diǎn)后，信號(hào)電平卻可能是不穩(wěn)定的、隨時(shí)間變化的；不穩(wěn)定的、隨時(shí)間變化的； 接收信號(hào)衰落期間，信號(hào)電平有時(shí)可高于自由空間電平；接收信號(hào)衰落期間，信號(hào)電平有時(shí)可高于自由空間電平； 但絕大多數(shù)情況下，接收信號(hào)電平都遠(yuǎn)低于自由空間接收但絕大多數(shù)情況下，接收信號(hào)電平都遠(yuǎn)低于自由空間接收電平，

2、甚至低電平，甚至低4050db以上。以上。 衰落是無(wú)線通信中一個(gè)重要的、嚴(yán)重的問(wèn)題。電波傳播引衰落是無(wú)線通信中一個(gè)重要的、嚴(yán)重的問(wèn)題。電波傳播引起的信號(hào)衰落現(xiàn)象對(duì)無(wú)線通信的質(zhì)量、對(duì)工程實(shí)施與設(shè)備起的信號(hào)衰落現(xiàn)象對(duì)無(wú)線通信的質(zhì)量、對(duì)工程實(shí)施與設(shè)備研制的技術(shù)難度以及投資成本等方面都會(huì)帶來(lái)極大影響。研制的技術(shù)難度以及投資成本等方面都會(huì)帶來(lái)極大影響。9-3 固定通信中接收信號(hào)衰落的本質(zhì)固定通信中接收信號(hào)衰落的本質(zhì)傳播介質(zhì)的亦即大氣傳播介質(zhì)的亦即大氣的折射指數(shù)的隨機(jī)變化。的折射指數(shù)的隨機(jī)變化。大氣是個(gè)時(shí)變介質(zhì)，而在其中傳播的不同射線的的相位和幅度甚至極大氣是個(gè)時(shí)變介質(zhì)，而在其中傳播的不同射線的的相位和幅

3、度甚至極化都與介質(zhì)特性有關(guān)，因此接收點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)必然隨介質(zhì)的變化而變化都與介質(zhì)特性有關(guān)，因此接收點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)必然隨介質(zhì)的變化而變化，這就出現(xiàn)信號(hào)的衰落。如果大氣是穩(wěn)定的，衰落現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生?；@就出現(xiàn)信號(hào)的衰落。如果大氣是穩(wěn)定的，衰落現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。 移動(dòng)通信中接收信號(hào)衰落的本質(zhì)移動(dòng)通信中接收信號(hào)衰落的本質(zhì)大氣的折射指數(shù)的隨大氣的折射指數(shù)的隨機(jī)變化以及移動(dòng)用戶的運(yùn)動(dòng)機(jī)變化以及移動(dòng)用戶的運(yùn)動(dòng)移動(dòng)用戶高速運(yùn)動(dòng)引起的電波傳播邊界條件和射線路徑的快速變化是移動(dòng)用戶高速運(yùn)動(dòng)引起的電波傳播邊界條件和射線路徑的快速變化是產(chǎn)生移動(dòng)通信中接收信號(hào)衰落的重要原因。例如在城市移動(dòng)通信中，產(chǎn)生移動(dòng)通信中接收信號(hào)衰落的重

4、要原因。例如在城市移動(dòng)通信中，在不同的街道、不同的位置，城市建筑對(duì)電波的阻擋和反射是不一樣在不同的街道、不同的位置，城市建筑對(duì)電波的阻擋和反射是不一樣的，甚至多徑射線的數(shù)目也不一樣。因此，當(dāng)移動(dòng)用戶的在快速運(yùn)動(dòng)的，甚至多徑射線的數(shù)目也不一樣。因此，當(dāng)移動(dòng)用戶的在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳播條件隨之發(fā)生快速的變化，從而引起接收信號(hào)的變化，即出時(shí)，傳播條件隨之發(fā)生快速的變化，從而引起接收信號(hào)的變化，即出現(xiàn)所謂的信號(hào)衰落。現(xiàn)所謂的信號(hào)衰落。信號(hào)衰落的本質(zhì)信號(hào)衰落的本質(zhì)無(wú)線電波傳播損耗的變化引起的。無(wú)線電波傳播損耗的變化引起的。9-4 信號(hào)的衰落和損耗：信號(hào)的衰落和損耗：無(wú)線電波由發(fā)射天線到接收天線，在傳播過(guò)程中

5、要遭受自由空間損耗無(wú)線電波由發(fā)射天線到接收天線，在傳播過(guò)程中要遭受自由空間損耗以及地面、地物的繞射損耗和反射損耗以及大氣及其沉降物（如雨、以及地面、地物的繞射損耗和反射損耗以及大氣及其沉降物（如雨、霧、沙塵等）對(duì)電波的吸收和散射以及大氣層結(jié)引起的多徑傳播也會(huì)霧、沙塵等）對(duì)電波的吸收和散射以及大氣層結(jié)引起的多徑傳播也會(huì)使無(wú)線電波產(chǎn)生損耗。使無(wú)線電波產(chǎn)生損耗。 自由空間損耗自由空間損耗因?yàn)榭臻g擴(kuò)散引起功率通量密度隨距離因?yàn)榭臻g擴(kuò)散引起功率通量密度隨距離的增加而降低所引起的損耗。的增加而降低所引起的損耗。 傳輸損耗傳輸損耗收、發(fā)設(shè)備之間（包括天線以及饋線）的所收、發(fā)設(shè)備之間（包括天線以及饋線）的所有

6、的損耗（包括天線的增益的影響）有的損耗（包括天線的增益的影響） 信號(hào)衰落（信號(hào)衰落（傳播損耗傳播損耗）在收發(fā)點(diǎn)之間的傳播過(guò)程中除在收發(fā)點(diǎn)之間的傳播過(guò)程中除了自由空間損耗之外的附加損耗。也就是僅僅因?yàn)閭鞑ッ搅俗杂煽臻g損耗之外的附加損耗。也就是僅僅因?yàn)閭鞑ッ劫|(zhì)的隨機(jī)變化所引起的那部分信號(hào)的衰落（不包括自由空質(zhì)的隨機(jī)變化所引起的那部分信號(hào)的衰落（不包括自由空間的損耗以及天線和饋線的影響。）間的損耗以及天線和饋線的影響。）9-5 信號(hào)衰落（傳播損耗）信號(hào)衰落（傳播損耗） 的數(shù)學(xué)表示：的數(shù)學(xué)表示： 在非自由空間傳播條件下，接收信號(hào)的功率電平在非自由空間傳播條件下，接收信號(hào)的功率電平 可以表示為：可以表示

7、為： 或或 其中其中 自由空間接收功率自由空間接收功率 自由空間損耗自由空間損耗 對(duì)于確定的電路發(fā)射功率、天線增益、饋線損耗、和自由對(duì)于確定的電路發(fā)射功率、天線增益、饋線損耗、和自由空間損耗都是恒定的?？臻g損耗都是恒定的。 信號(hào)衰落（傳播損耗）代表傳播路徑上傳播介質(zhì)和物體對(duì)信號(hào)衰落（傳播損耗）代表傳播路徑上傳播介質(zhì)和物體對(duì)電波的損耗，是自由空間損耗之外的附加損耗。電波的損耗，是自由空間損耗之外的附加損耗。 傳播損耗的隨機(jī)變化才引起了接收信號(hào)的衰落。傳播損耗的隨機(jī)變化才引起了接收信號(hào)的衰落。（9.1）（2.38）（10.1）9-6 描述通信質(zhì)量好壞的幾個(gè)概念：描述通信質(zhì)量好壞的幾個(gè)概念： 通信等

8、級(jí)通信等級(jí)好、正常、差、通信中斷等。好、正常、差、通信中斷等。通信中斷指標(biāo)是傳播電路設(shè)計(jì)中最常遇到的需要滿足的指標(biāo)。通信中斷指標(biāo)是傳播電路設(shè)計(jì)中最常遇到的需要滿足的指標(biāo)。在模擬通信的情況下，通信中斷與特定的門限電平或門限載噪比相對(duì)在模擬通信的情況下，通信中斷與特定的門限電平或門限載噪比相對(duì)應(yīng)，低于該門限時(shí)，就要發(fā)生通信中斷；應(yīng)，低于該門限時(shí)，就要發(fā)生通信中斷；在數(shù)字通信中，通信中斷是用某個(gè)特定的誤碼率來(lái)體現(xiàn)的，通常定義，在數(shù)字通信中，通信中斷是用某個(gè)特定的誤碼率來(lái)體現(xiàn)的，通常定義，當(dāng)誤碼率小于當(dāng)誤碼率小于1103時(shí)意味著通信中斷。時(shí)意味著通信中斷。 中斷誤碼率（門限誤碼率）中斷誤碼率（門限誤碼

9、率）1103的誤碼率。的誤碼率。中斷誤碼率是與一定的門限接收電平或一定的門限載噪比相對(duì)應(yīng)的。中斷誤碼率是與一定的門限接收電平或一定的門限載噪比相對(duì)應(yīng)的。 中斷率（中斷概率）中斷率（中斷概率）可能出現(xiàn)通信中斷的時(shí)間百分?jǐn)?shù)可能出現(xiàn)通信中斷的時(shí)間百分?jǐn)?shù) 傳播可靠度傳播可靠度不發(fā)生傳播中斷的時(shí)間百分?jǐn)?shù)不發(fā)生傳播中斷的時(shí)間百分?jǐn)?shù)電波傳播的介質(zhì)和環(huán)境的變化使得接收信號(hào)是隨時(shí)間隨機(jī)變化的。電波傳播的介質(zhì)和環(huán)境的變化使得接收信號(hào)是隨時(shí)間隨機(jī)變化的。9-7嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，無(wú)線電通信傳播電路的通信質(zhì)量應(yīng)該是這樣來(lái)嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，無(wú)線電通信傳播電路的通信質(zhì)量應(yīng)該是這樣來(lái)表達(dá)的：接收信號(hào)電平（或載噪比）大于某一規(guī)定值的時(shí)表達(dá)的：

10、接收信號(hào)電平（或載噪比）大于某一規(guī)定值的時(shí)間概率（時(shí)間百分?jǐn)?shù)）應(yīng)該大于所要求的值；或者說(shuō)，某間概率（時(shí)間百分?jǐn)?shù)）應(yīng)該大于所要求的值；或者說(shuō)，某一規(guī)定時(shí)間百分?jǐn)?shù)（累積時(shí)間概率）被超過(guò)的接收信號(hào)電一規(guī)定時(shí)間百分?jǐn)?shù)（累積時(shí)間概率）被超過(guò)的接收信號(hào)電平應(yīng)該大于為達(dá)到某一通信質(zhì)量水平所要求的最低接收信平應(yīng)該大于為達(dá)到某一通信質(zhì)量水平所要求的最低接收信號(hào)電平（門限電平）。號(hào)電平（門限電平）。在公用在公用gsm體制的移動(dòng)通信中，接收信號(hào)的載噪比大于體制的移動(dòng)通信中，接收信號(hào)的載噪比大于9db的時(shí)間概的時(shí)間概率應(yīng)該大于率應(yīng)該大于98；或者說(shuō)，在；或者說(shuō)，在98的時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的載噪比應(yīng)該大的時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的載

11、噪比應(yīng)該大于于9db。在數(shù)字微波接力通信中，對(duì)于在數(shù)字微波接力通信中，對(duì)于2500km的參考電路，接收信號(hào)誤碼率大的參考電路，接收信號(hào)誤碼率大于于1103的總時(shí)間概率應(yīng)該小于的總時(shí)間概率應(yīng)該小于0.054，或者說(shuō)，接收信號(hào)誤碼率，或者說(shuō)，接收信號(hào)誤碼率小于小于1103的總時(shí)間概率應(yīng)該大于的總時(shí)間概率應(yīng)該大于99.46。通信質(zhì)量等級(jí)與通信可靠度相關(guān)聯(lián)，合理地控制著傳播電通信質(zhì)量等級(jí)與通信可靠度相關(guān)聯(lián)，合理地控制著傳播電路的整體通信質(zhì)量水平。路的整體通信質(zhì)量水平。9-8 無(wú)線電鏈路通信質(zhì)量的概念的數(shù)學(xué)公式表示無(wú)線電鏈路通信質(zhì)量的概念的數(shù)學(xué)公式表示-1： 用接收信號(hào)的功率電平或載噪比表示用接收信號(hào)的

12、功率電平或載噪比表示 或或 接收信號(hào)的功率電平或載噪比（隨機(jī)變量）接收信號(hào)的功率電平或載噪比（隨機(jī)變量） 為保證通信質(zhì)量所要求的最低接收信號(hào)為保證通信質(zhì)量所要求的最低接收信號(hào) 功率電平（門限電平，保護(hù)電平）功率電平（門限電平，保護(hù)電平） 或允許的最低載噪比（門限載噪比）或允許的最低載噪比（門限載噪比） 通信電路所要求達(dá)到的通信可靠度通信電路所要求達(dá)到的通信可靠度 隨機(jī)變量隨機(jī)變量 大于或等于大于或等于 的時(shí)間百分?jǐn)?shù)的時(shí)間百分?jǐn)?shù)（9.2）（9.3）9-9 無(wú)線電鏈路通信質(zhì)量的概念的數(shù)學(xué)公式表示無(wú)線電鏈路通信質(zhì)量的概念的數(shù)學(xué)公式表示-2： 用傳播損耗（信號(hào)衰落）表示用傳播損耗（信號(hào)衰落）表示 傳播

13、損耗（信號(hào)衰落）傳播損耗（信號(hào)衰落） 為達(dá)到某一通信質(zhì)量等級(jí)所要求的最大傳播損耗為達(dá)到某一通信質(zhì)量等級(jí)所要求的最大傳播損耗 傳播電路上所要求的傳播可靠度傳播電路上所要求的傳播可靠度 傳播損耗傳播損耗 的時(shí)間百分?jǐn)?shù)的時(shí)間百分?jǐn)?shù) 自由空間接收電平自由空間接收電平 為達(dá)到某一通信質(zhì)量等級(jí)所要求的最低接收電平為達(dá)到某一通信質(zhì)量等級(jí)所要求的最低接收電平 （門限電平）（門限電平）（9.4）（9.5）9-10 通信質(zhì)量與信號(hào)衰落關(guān)系：通信質(zhì)量與信號(hào)衰落關(guān)系： 在通信電路與通信設(shè)備已經(jīng)確定的情況下，通信質(zhì)量等級(jí)在通信電路與通信設(shè)備已經(jīng)確定的情況下，通信質(zhì)量等級(jí)以及傳播電路的通信可靠度完全取決于接收信號(hào)的衰落。

14、以及傳播電路的通信可靠度完全取決于接收信號(hào)的衰落。 衰落越嚴(yán)重，能達(dá)到規(guī)定通信質(zhì)量等級(jí)的時(shí)間百分?jǐn)?shù)就越衰落越嚴(yán)重，能達(dá)到規(guī)定通信質(zhì)量等級(jí)的時(shí)間百分?jǐn)?shù)就越小，可靠性就越差。小，可靠性就越差。 對(duì)于移動(dòng)通信，除了要考慮接收信號(hào)的時(shí)間可變性之外，對(duì)于移動(dòng)通信，除了要考慮接收信號(hào)的時(shí)間可變性之外，還要考慮地點(diǎn)可變性，也就是說(shuō)，接收信號(hào)電平隨地點(diǎn)隨還要考慮地點(diǎn)可變性，也就是說(shuō)，接收信號(hào)電平隨地點(diǎn)隨機(jī)變化。機(jī)變化。 為此，與傳播電路的時(shí)間可靠度類似，我們可以引入地點(diǎn)為此，與傳播電路的時(shí)間可靠度類似，我們可以引入地點(diǎn)可靠度的概念，以描述接收信號(hào)隨地點(diǎn)的隨機(jī)變化特性?？煽慷鹊母拍睿悦枋鼋邮招盘?hào)隨地點(diǎn)的隨機(jī)變

15、化特性。 9-11 攜帶信息的射頻無(wú)線電波在隨機(jī)變化的介質(zhì)和環(huán)境中傳播攜帶信息的射頻無(wú)線電波在隨機(jī)變化的介質(zhì)和環(huán)境中傳播時(shí)，射頻信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)幅度、接收功率或功率通量密度都是時(shí)，射頻信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)幅度、接收功率或功率通量密度都是隨時(shí)間和地點(diǎn)變化的隨機(jī)的變量。隨時(shí)間和地點(diǎn)變化的隨機(jī)的變量。 除了幅度之外，接收信號(hào)的相位、極化、到達(dá)方向、傳播除了幅度之外，接收信號(hào)的相位、極化、到達(dá)方向、傳播速度在某種程度上也是隨機(jī)變化的，特別是相位。速度在某種程度上也是隨機(jī)變化的，特別是相位。 這些變化反過(guò)來(lái)又要影響信號(hào)的幅度。這些變化反過(guò)來(lái)又要影響信號(hào)的幅度。 我們將著重討論信號(hào)幅度的隨機(jī)變化，通常稱之為衰落。我們將著

16、重討論信號(hào)幅度的隨機(jī)變化，通常稱之為衰落。 接收信號(hào)幅度衰落的特性用衰落深度、衰落持續(xù)時(shí)間或衰接收信號(hào)幅度衰落的特性用衰落深度、衰落持續(xù)時(shí)間或衰落頻率、衰落的頻率選擇性等參數(shù)來(lái)描述。落頻率、衰落的頻率選擇性等參數(shù)來(lái)描述。9-12 衰落深度衰落深度由于衰落的原因，接收信號(hào)電平相對(duì)于自由由于衰落的原因，接收信號(hào)電平相對(duì)于自由空間接收電平而言被衰減的分貝數(shù)，它表示接收信號(hào)電平空間接收電平而言被衰減的分貝數(shù)，它表示接收信號(hào)電平衰落幅度的大小。衰落幅度的大小。 時(shí)間被超過(guò)的電平。接收信號(hào)電平有時(shí)間被超過(guò)的電平。接收信號(hào)電平有 的時(shí)間高于這個(gè)值，有的時(shí)間高于這個(gè)值，有 的時(shí)間低于這個(gè)值，或者說(shuō)，的時(shí)間低于

17、這個(gè)值，或者說(shuō)，接收信號(hào)電平高于這個(gè)值的時(shí)間概率為接收信號(hào)電平高于這個(gè)值的時(shí)間概率為 ，低于，低于這個(gè)值的時(shí)間概率為這個(gè)值的時(shí)間概率為 接收電平的概率分布函數(shù)。接收電平的概率分布函數(shù)。 9-13 接收信號(hào)電平隨時(shí)間變化的衰落現(xiàn)象的一個(gè)樣品示意圖：接收信號(hào)電平隨時(shí)間變化的衰落現(xiàn)象的一個(gè)樣品示意圖： 考慮到接收信號(hào)電平除與時(shí)間有關(guān)外，它而且還是地點(diǎn)的考慮到接收信號(hào)電平除與時(shí)間有關(guān)外，它而且還是地點(diǎn)的隨機(jī)函數(shù)，所以，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，在確定的時(shí)域和空域，接收隨機(jī)函數(shù)，所以，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，在確定的時(shí)域和空域，接收信號(hào)電平有信號(hào)電平有 的時(shí)間和的時(shí)間和 的地點(diǎn)高于某個(gè)值，這個(gè)的地點(diǎn)高于某個(gè)值，這個(gè)值可以表示為值可以

18、表示為 。 9-14 時(shí)間不被超過(guò)的衰落深度時(shí)間不被超過(guò)的衰落深度 的數(shù)學(xué)定義：的數(shù)學(xué)定義： 時(shí)間不被超過(guò)的衰落深度也可以說(shuō)是時(shí)間不被超過(guò)的衰落深度也可以說(shuō)是 時(shí)間時(shí)間被超過(guò)的衰落深度。被超過(guò)的衰落深度。 被稱為衰落深度小于的時(shí)間概率，被稱為衰落深度小于的時(shí)間概率， 則則被稱為衰落深度大于的時(shí)間概率。被稱為衰落深度大于的時(shí)間概率。 時(shí)間不被超過(guò)的衰落深度時(shí)間不被超過(guò)的衰落深度 等于自由空間接收電等于自由空間接收電平平 與與 時(shí)間被超過(guò)的電平時(shí)間被超過(guò)的電平 之差。之差。 當(dāng)討論有用信號(hào)時(shí)，通常使用當(dāng)討論有用信號(hào)時(shí)，通常使用 時(shí)間不被超過(guò)的衰落深時(shí)間不被超過(guò)的衰落深度；度； 當(dāng)討論干擾信號(hào)時(shí)，通

19、常更傾向于使用當(dāng)討論干擾信號(hào)時(shí)，通常更傾向于使用 時(shí)間時(shí)間被超過(guò)的衰落深度。被超過(guò)的衰落深度。 （9.6）9-15 深衰落和淺衰落深衰落和淺衰落根據(jù)衰落深度的差別，衰落事件常常根據(jù)衰落深度的差別，衰落事件常常被分為深衰落和淺衰落。深而快的衰落通常服從瑞利分布，被分為深衰落和淺衰落。深而快的衰落通常服從瑞利分布，淺而慢的衰落則常常服從正態(tài)分布。淺而慢的衰落則常常服從正態(tài)分布。 衰落深度衰落深度 大于某個(gè)確定值大于某個(gè)確定值 的總概率可以表示為：的總概率可以表示為： 淺衰落出現(xiàn)概率淺衰落出現(xiàn)概率 深衰落的出現(xiàn)概率深衰落的出現(xiàn)概率 淺衰落條件下衰落深度淺衰落條件下衰落深度 大于大于 的條件概率的條件

20、概率 深衰落條件下衰落深度深衰落條件下衰落深度 大于大于 的條件概率的條件概率 在工程實(shí)踐中，常常會(huì)為信號(hào)的衰落留有相當(dāng)大的電平余在工程實(shí)踐中，常常會(huì)為信號(hào)的衰落留有相當(dāng)大的電平余量，以使在淺衰落時(shí)不會(huì)產(chǎn)生通信中斷。所以在只考慮深量，以使在淺衰落時(shí)不會(huì)產(chǎn)生通信中斷。所以在只考慮深衰落的情況下，上式第一項(xiàng)對(duì)總概率的貢獻(xiàn)可以忽略，只衰落的情況下，上式第一項(xiàng)對(duì)總概率的貢獻(xiàn)可以忽略，只需要關(guān)心上式的第二項(xiàng)。需要關(guān)心上式的第二項(xiàng)。（9.7）9-16 只需考慮深衰落時(shí)，衰落深度大于某個(gè)確定值的總概率：只需考慮深衰落時(shí)，衰落深度大于某個(gè)確定值的總概率：由于在深衰落的情況下，接收信號(hào)服從瑞利分布，所以有由于在

21、深衰落的情況下，接收信號(hào)服從瑞利分布，所以有在只關(guān)心深衰落的情況下，影響衰落深度的關(guān)鍵是深衰落在只關(guān)心深衰落的情況下，影響衰落深度的關(guān)鍵是深衰落的出現(xiàn)概率的出現(xiàn)概率 。（9.8）（9.9）9-17 描述衰落現(xiàn)象參數(shù)還有衰落的持續(xù)時(shí)間、衰落頻率以及衰描述衰落現(xiàn)象參數(shù)還有衰落的持續(xù)時(shí)間、衰落頻率以及衰落的電平變化率。落的電平變化率。 衰落的持續(xù)時(shí)間或衰落頻率以及衰落的電平變化率直接影衰落的持續(xù)時(shí)間或衰落頻率以及衰落的電平變化率直接影響信號(hào)在無(wú)線電路上的傳輸質(zhì)量、通信的質(zhì)量和通信的可響信號(hào)在無(wú)線電路上的傳輸質(zhì)量、通信的質(zhì)量和通信的可靠度，例如中斷的時(shí)間長(zhǎng)短、無(wú)誤碼秒的時(shí)間、中斷發(fā)生靠度，例如中斷的時(shí)

22、間長(zhǎng)短、無(wú)誤碼秒的時(shí)間、中斷發(fā)生的次數(shù)等等，也影響到分集合成方式的選擇。的次數(shù)等等，也影響到分集合成方式的選擇。9-18 衰落持續(xù)時(shí)間衰落持續(xù)時(shí)間從衰落深度開(kāi)始大于某個(gè)確定值起到衰從衰落深度開(kāi)始大于某個(gè)確定值起到衰落深度恢復(fù)到該值時(shí)止，一次衰落所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。所落深度恢復(fù)到該值時(shí)止，一次衰落所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。所以，衰落持續(xù)時(shí)間顯然與所對(duì)應(yīng)的衰落深度值有關(guān)，另外以，衰落持續(xù)時(shí)間顯然與所對(duì)應(yīng)的衰落深度值有關(guān)，另外還與頻率、電路長(zhǎng)度、當(dāng)?shù)貧夂?、季?jié)和時(shí)間有關(guān)。還與頻率、電路長(zhǎng)度、當(dāng)?shù)貧夂?、季?jié)和時(shí)間有關(guān)。 衰落頻率衰落頻率衰落深度低于某一確定值衰落深度低于某一確定值 的衰落在單位時(shí)間的衰落在單位時(shí)

23、間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)。同樣，衰落頻率顯然與所對(duì)應(yīng)的衰落深度內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)。同樣，衰落頻率顯然與所對(duì)應(yīng)的衰落深度值有關(guān)，另外還與頻率、電路長(zhǎng)度、當(dāng)?shù)貧夂?、季?jié)和時(shí)值有關(guān)，另外還與頻率、電路長(zhǎng)度、當(dāng)?shù)貧夂?、季?jié)和時(shí)間有關(guān)。間有關(guān)。 電平變化率電平變化率對(duì)于某一特定的電平，在確定的短時(shí)間間對(duì)于某一特定的電平，在確定的短時(shí)間間隔內(nèi)單位時(shí)間電平的變化值。在不同的衰落深度上，電平隔內(nèi)單位時(shí)間電平的變化值。在不同的衰落深度上，電平的變化率是不一樣的。一般說(shuō)來(lái)，電平變化率隨衰落深度、的變化率是不一樣的。一般說(shuō)來(lái)，電平變化率隨衰落深度、頻率、和電路長(zhǎng)度的增加而增加。頻率、和電路長(zhǎng)度的增加而增加。9-19 快衰落快衰落衰

24、落持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、衰落頻率高、電平變化率大衰落持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、衰落頻率高、電平變化率大的衰落?？焖ヂ涞牡湫颓闆r如多徑干涉形成的深衰落。的衰落?？焖ヂ涞牡湫颓闆r如多徑干涉形成的深衰落。 慢衰落慢衰落衰落持續(xù)時(shí)間短、衰落頻率低、電平變化率小衰落持續(xù)時(shí)間短、衰落頻率低、電平變化率小的衰落。慢衰落的典型情況如固定通信電路的繞射衰落。的衰落。慢衰落的典型情況如固定通信電路的繞射衰落。 閃爍衰落閃爍衰落一種衰落幅度很淺但衰落頻率卻很高的衰落一種衰落幅度很淺但衰落頻率卻很高的衰落現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 接收信號(hào)電平圍繞中值有數(shù)分貝的小幅度快速變化。接收信號(hào)電平圍繞中值有數(shù)分貝的小幅度快速變化。 衰落的持續(xù)時(shí)間比較短，一般為幾

25、分之一秒到數(shù)秒鐘，衰衰落的持續(xù)時(shí)間比較短，一般為幾分之一秒到數(shù)秒鐘，衰落的頻率比較高，通常為每秒鐘數(shù)次到數(shù)秒鐘一次。落的頻率比較高，通常為每秒鐘數(shù)次到數(shù)秒鐘一次。 這種小幅度的快速起伏對(duì)于具有較大衰落儲(chǔ)備的特性系統(tǒng)這種小幅度的快速起伏對(duì)于具有較大衰落儲(chǔ)備的特性系統(tǒng)并不會(huì)產(chǎn)生破壞性的影響，但是對(duì)于衰落儲(chǔ)備不多的通信并不會(huì)產(chǎn)生破壞性的影響，但是對(duì)于衰落儲(chǔ)備不多的通信系統(tǒng)，如衛(wèi)星通信系統(tǒng)，閃爍衰落的影響就必須考慮。系統(tǒng)，如衛(wèi)星通信系統(tǒng)，閃爍衰落的影響就必須考慮。9-20根據(jù)衰落與頻率的關(guān)系，接收信號(hào)的衰落現(xiàn)象可以分為在根據(jù)衰落與頻率的關(guān)系，接收信號(hào)的衰落現(xiàn)象可以分為在帶寬內(nèi)的衰落與頻率無(wú)關(guān)的帶寬內(nèi)的

26、衰落與頻率無(wú)關(guān)的平衰落平衰落和與頻率有關(guān)的和與頻率有關(guān)的頻率選頻率選擇性衰落擇性衰落。9-21 平衰落平衰落接收信號(hào)帶寬內(nèi)總功率電平的衰減值，不必計(jì)接收信號(hào)帶寬內(nèi)總功率電平的衰減值，不必計(jì)較帶寬內(nèi)衰落深度與頻率的依賴關(guān)系。較帶寬內(nèi)衰落深度與頻率的依賴關(guān)系。 對(duì)于模擬通信和窄帶數(shù)字通信，通常就只需要考慮接收信對(duì)于模擬通信和窄帶數(shù)字通信，通常就只需要考慮接收信號(hào)平衰落效應(yīng)的影響。號(hào)平衰落效應(yīng)的影響。 平衰落的影響是降低了接收信號(hào)的總功率電平，降低了載平衰落的影響是降低了接收信號(hào)的總功率電平，降低了載噪比和信噪比，因此而使通信質(zhì)量變壞，甚至造成通信中噪比和信噪比，因此而使通信質(zhì)量變壞，甚至造成通信中

27、斷。斷。 平衰落是傳統(tǒng)意義上的衰落，可以用加大發(fā)射功率、提高平衰落是傳統(tǒng)意義上的衰落，可以用加大發(fā)射功率、提高天線增益、減少路徑損耗、降低接收機(jī)噪聲和干擾噪聲等天線增益、減少路徑損耗、降低接收機(jī)噪聲和干擾噪聲等方法來(lái)抵消它的破壞性影響。方法來(lái)抵消它的破壞性影響。 利用空間分集和頻率分集等辦法可以減少發(fā)生衰落的概率利用空間分集和頻率分集等辦法可以減少發(fā)生衰落的概率和降低衰落的深度，提高接收信號(hào)的載噪比。和降低衰落的深度，提高接收信號(hào)的載噪比。9-22 頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落在信號(hào)的帶寬內(nèi)，不同頻率點(diǎn)上的衰在信號(hào)的帶寬內(nèi)，不同頻率點(diǎn)上的衰落深度是不一樣的?？梢杂脷w一化的傳輸函數(shù)來(lái)描述。落深度

28、是不一樣的?？梢杂脷w一化的傳輸函數(shù)來(lái)描述。頻率選擇性衰落實(shí)際上是接收信號(hào)帶寬內(nèi)的色散效應(yīng)。比如一個(gè)整齊頻率選擇性衰落實(shí)際上是接收信號(hào)帶寬內(nèi)的色散效應(yīng)。比如一個(gè)整齊的矩形脈沖信號(hào)通過(guò)空間傳播到達(dá)接收點(diǎn)之后接收信號(hào)的形狀將會(huì)有的矩形脈沖信號(hào)通過(guò)空間傳播到達(dá)接收點(diǎn)之后接收信號(hào)的形狀將會(huì)有所彌散且頂部變得圓滑。所彌散且頂部變得圓滑。接收信號(hào)在時(shí)間域的展開(kāi)稱為脈沖響應(yīng)，接收信號(hào)在頻率域的展開(kāi)則接收信號(hào)在時(shí)間域的展開(kāi)稱為脈沖響應(yīng)，接收信號(hào)在頻率域的展開(kāi)則被稱為接收信號(hào)的譜密度分布函數(shù)。根據(jù)傅立葉變換，信號(hào)的脈沖響被稱為接收信號(hào)的譜密度分布函數(shù)。根據(jù)傅立葉變換，信號(hào)的脈沖響應(yīng)與信號(hào)的譜密度函數(shù)是彼此對(duì)應(yīng)的。

29、應(yīng)與信號(hào)的譜密度函數(shù)是彼此對(duì)應(yīng)的。 如果從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的傳輸過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生色散現(xiàn)象，則接收信號(hào)如果從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的傳輸過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生色散現(xiàn)象，則接收信號(hào)的譜密度函數(shù)的形狀與發(fā)射信號(hào)的譜密度函數(shù)的形狀是一樣的。的譜密度函數(shù)的形狀與發(fā)射信號(hào)的譜密度函數(shù)的形狀是一樣的。在深衰落特別是多徑傳播時(shí)，頻率選擇性衰落或者帶內(nèi)色散現(xiàn)象不可在深衰落特別是多徑傳播時(shí)，頻率選擇性衰落或者帶內(nèi)色散現(xiàn)象不可避免地存在。對(duì)于模擬通信和窄帶數(shù)字通信，通常就只需要考慮接收避免地存在。對(duì)于模擬通信和窄帶數(shù)字通信，通常就只需要考慮接收信號(hào)平衰落效應(yīng)的影響。信號(hào)平衰落效應(yīng)的影響。9-23 頻率選擇性衰落的描述頻率選擇性衰落的描

30、述歸一化的傳輸函數(shù)歸一化的傳輸函數(shù) 歸一化的傳輸函數(shù)歸一化的傳輸函數(shù) 的定義的定義 正常情況下場(chǎng)強(qiáng)幅度的譜密度函數(shù)正常情況下場(chǎng)強(qiáng)幅度的譜密度函數(shù) 頻率選擇性衰落期間的場(chǎng)強(qiáng)幅度的譜密度函數(shù)頻率選擇性衰落期間的場(chǎng)強(qiáng)幅度的譜密度函數(shù) 對(duì)于無(wú)衰落且無(wú)額外衰減的情況，其歸一化傳輸函數(shù)是與頻率無(wú)關(guān)的對(duì)于無(wú)衰落且無(wú)額外衰減的情況，其歸一化傳輸函數(shù)是與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)常數(shù)1；當(dāng)無(wú)衰落且額外衰減為恒定值時(shí)，此時(shí)歸一化傳輸函數(shù)是平行于頻率當(dāng)無(wú)衰落且額外衰減為恒定值時(shí)，此時(shí)歸一化傳輸函數(shù)是平行于頻率軸的一條直線。軸的一條直線。當(dāng)發(fā)生頻率選擇性衰落時(shí)，情況就不一樣了，一般情況下傳輸函數(shù)是當(dāng)發(fā)生頻率選擇性衰落時(shí)，情況就不

31、一樣了，一般情況下傳輸函數(shù)是一條曲線，也就是說(shuō)傳輸函數(shù)是頻率的函數(shù)。一條曲線，也就是說(shuō)傳輸函數(shù)是頻率的函數(shù)。（9.10）9-24 接收信號(hào)電平在時(shí)間域的脈沖響應(yīng)接收信號(hào)電平在時(shí)間域的脈沖響應(yīng) 為相對(duì)于正常傳播時(shí)的時(shí)延為相對(duì)于正常傳播時(shí)的時(shí)延 以相對(duì)功率的形式表示的傳輸函數(shù)以相對(duì)功率的形式表示的傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)傳輸函數(shù) 的實(shí)質(zhì)意義是，接收點(diǎn)射頻信號(hào)功率譜密的實(shí)質(zhì)意義是，接收點(diǎn)射頻信號(hào)功率譜密度相對(duì)于自由空間功率譜密度的衰減值，亦即射頻接收信度相對(duì)于自由空間功率譜密度的衰減值，亦即射頻接收信號(hào)的相對(duì)功率譜密度。號(hào)的相對(duì)功率譜密度。 （9.11）（9.12）9-25 一個(gè)頻率選擇性衰落期間傳輸函數(shù)的

32、樣品示意圖一個(gè)頻率選擇性衰落期間傳輸函數(shù)的樣品示意圖微波信號(hào)分析儀或頻譜分析儀可用于測(cè)試接收信號(hào)的傳輸微波信號(hào)分析儀或頻譜分析儀可用于測(cè)試接收信號(hào)的傳輸函數(shù)。函數(shù)。9-26 頻率選擇性衰落對(duì)通信質(zhì)量的影響：頻率選擇性衰落對(duì)通信質(zhì)量的影響： 頻率選擇性衰落很嚴(yán)重時(shí)，也就是接收信號(hào)帶內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)頻率選擇性衰落很嚴(yán)重時(shí)，也就是接收信號(hào)帶內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重的色散現(xiàn)象，這反演到時(shí)域，將使原本規(guī)整的信號(hào)波形重的色散現(xiàn)象，這反演到時(shí)域，將使原本規(guī)整的信號(hào)波形變得異常彌散，這對(duì)于高速率寬帶數(shù)字通信將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變得異常彌散，這對(duì)于高速率寬帶數(shù)字通信將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干擾，引起誤碼和誤判。的碼間干擾，引起誤碼和誤判。 在

33、寬帶數(shù)字通信中，平衰落不能真正反映衰落對(duì)通信質(zhì)量在寬帶數(shù)字通信中，平衰落不能真正反映衰落對(duì)通信質(zhì)量的全部影響。有時(shí)平衰落深度并不很深，但是如果頻率選的全部影響。有時(shí)平衰落深度并不很深，但是如果頻率選擇性衰落嚴(yán)重的話，還是會(huì)出現(xiàn)很高的誤碼率。所以在實(shí)擇性衰落嚴(yán)重的話，還是會(huì)出現(xiàn)很高的誤碼率。所以在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于寬帶高速率數(shù)字通信系統(tǒng)，既要考慮際工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于寬帶高速率數(shù)字通信系統(tǒng)，既要考慮平衰落的影響，也要考慮頻率選擇性衰落的影響。于是，平衰落的影響，也要考慮頻率選擇性衰落的影響。于是，便引入了所謂的凈衰落儲(chǔ)備的概念，它是考慮帶內(nèi)色散效便引入了所謂的凈衰落儲(chǔ)備的概念，它是考慮帶內(nèi)色散效應(yīng)

34、之后的實(shí)際有效的衰落儲(chǔ)備。應(yīng)之后的實(shí)際有效的衰落儲(chǔ)備。9-27衰落按其產(chǎn)生的機(jī)理可以分為衰落按其產(chǎn)生的機(jī)理可以分為遮蔽和阻擋衰落遮蔽和阻擋衰落、地反射衰地反射衰落落、多徑干涉衰落多徑干涉衰落、平均折射效應(yīng)衰落平均折射效應(yīng)衰落和和閃爍衰落閃爍衰落等。等。 遮蔽和阻擋衰落遮蔽和阻擋衰落由于無(wú)線電波傳播的路徑被地面地形由于無(wú)線電波傳播的路徑被地面地形和地面覆蓋物阻擋且阻擋的程度隨時(shí)間或隨路徑發(fā)生變化和地面覆蓋物阻擋且阻擋的程度隨時(shí)間或隨路徑發(fā)生變化而引起的衰落。而引起的衰落。在固定通信中，當(dāng)電路余隙不足時(shí)，地面、地物對(duì)電波的阻擋必然引在固定通信中，當(dāng)電路余隙不足時(shí)，地面、地物對(duì)電波的阻擋必然引起繞射

35、損耗。隨著大氣條件的變化，電路余隙的變化導(dǎo)致繞射衰落也起繞射損耗。隨著大氣條件的變化，電路余隙的變化導(dǎo)致繞射衰落也隨之變化。繞射衰落是緩變的，可能在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)都隨之變化。繞射衰落是緩變的，可能在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)都遠(yuǎn)低于正常的接收電平，引起長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)中斷。避免繞射衰落的辦遠(yuǎn)低于正常的接收電平，引起長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)中斷。避免繞射衰落的辦法就是保持傳播電路具有足夠的余隙。法就是保持傳播電路具有足夠的余隙。在地面陸地移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)用戶在地面行進(jìn)時(shí)，移動(dòng)用戶與基站在地面陸地移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)用戶在地面行進(jìn)時(shí)，移動(dòng)用戶與基站之間的傳播電路常?？赡苁艿铰愤厴?shù)木的遮蔽和地面建筑物的阻擋

36、，之間的傳播電路常?？赡苁艿铰愤厴?shù)木的遮蔽和地面建筑物的阻擋，而且在移動(dòng)用戶處在不同位置將遭受不同的阻擋（繞射）損耗和遮蔽而且在移動(dòng)用戶處在不同位置將遭受不同的阻擋（繞射）損耗和遮蔽衰減，所以用戶在移動(dòng)時(shí)接收信號(hào)將出現(xiàn)衰落。衰減，所以用戶在移動(dòng)時(shí)接收信號(hào)將出現(xiàn)衰落。9-28 地反射衰落地反射衰落由于直接射線與地面或水面反射射線的合由于直接射線與地面或水面反射射線的合成所產(chǎn)生的二射線干涉衰落。成所產(chǎn)生的二射線干涉衰落。 如果地反射強(qiáng)烈使反射系數(shù)接近于如果地反射強(qiáng)烈使反射系數(shù)接近于 1 且直接射線與反射射且直接射線與反射射線的相位相反時(shí)，接收信號(hào)將遭受很嚴(yán)重的衰減；當(dāng)直接線的相位相反時(shí)，接收信號(hào)將

37、遭受很嚴(yán)重的衰減；當(dāng)直接射線與反射射線的相位相同時(shí)，可以使接收信號(hào)電平高于射線與反射射線的相位相同時(shí)，可以使接收信號(hào)電平高于正常接收電平。正常接收電平。 隨著大氣折射條件的變化，直接射線和地反射射線之間的隨著大氣折射條件的變化，直接射線和地反射射線之間的相位關(guān)系和幅度出現(xiàn)緩慢的改變，從而引起信號(hào)的衰落。相位關(guān)系和幅度出現(xiàn)緩慢的改變，從而引起信號(hào)的衰落。這種衰落總體上是緩慢變化的，可以長(zhǎng)時(shí)間使接收信號(hào)電這種衰落總體上是緩慢變化的，可以長(zhǎng)時(shí)間使接收信號(hào)電平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常接收電平，所以地反射衰落也是應(yīng)該盡力平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常接收電平，所以地反射衰落也是應(yīng)該盡力避免的。避免的。 克服地反射衰落的最有效措施是

38、控制地反射點(diǎn)的位置，在克服地反射衰落的最有效措施是控制地反射點(diǎn)的位置，在空間分集的情況下選擇合適的天線高度分集間隔。空間分集的情況下選擇合適的天線高度分集間隔。9-29 多徑干涉衰落多徑干涉衰落由于無(wú)線通信的多徑傳播引起的多射線由于無(wú)線通信的多徑傳播引起的多射線之間的干涉衰落。之間的干涉衰落。 在無(wú)線通信中，絕大多數(shù)情況是多射線在接收點(diǎn)合成引起在無(wú)線通信中，絕大多數(shù)情況是多射線在接收點(diǎn)合成引起的多徑干涉衰落。的多徑干涉衰落。 所謂的多徑或多射線，除直接射線之外，大氣層結(jié)、地面所謂的多徑或多射線，除直接射線之外，大氣層結(jié)、地面和地面覆蓋物的反射和散射射線，這些射線經(jīng)歷不同的傳和地面覆蓋物的反射和

39、散射射線，這些射線經(jīng)歷不同的傳播路徑（故名多徑傳播），具有不同的幅度和相位，在接播路徑（故名多徑傳播），具有不同的幅度和相位，在接收點(diǎn)合成統(tǒng)一的接收信號(hào)。收點(diǎn)合成統(tǒng)一的接收信號(hào)。 由于相位的相干引起的多徑干涉衰落具有幅度深、變化快由于相位的相干引起的多徑干涉衰落具有幅度深、變化快的特點(diǎn)，這是無(wú)線電通信最常見(jiàn)、最重要的衰落現(xiàn)象。的特點(diǎn)，這是無(wú)線電通信最常見(jiàn)、最重要的衰落現(xiàn)象。9-30 平均折射效應(yīng)引起的衰落（淺衰落）平均折射效應(yīng)引起的衰落（淺衰落）由于聚焦與散焦由于聚焦與散焦效應(yīng)、到達(dá)角與出射角起伏效應(yīng)所產(chǎn)生的。效應(yīng)、到達(dá)角與出射角起伏效應(yīng)所產(chǎn)生的。 大氣密度和水汽密度空間分布的大尺度不均勻性，

40、導(dǎo)致大大氣密度和水汽密度空間分布的大尺度不均勻性，導(dǎo)致大氣折射指數(shù)空間分布的大尺度不均勻性，使得無(wú)線電射線氣折射指數(shù)空間分布的大尺度不均勻性，使得無(wú)線電射線在大氣中傳播時(shí)產(chǎn)生聚焦或散焦現(xiàn)象，聚焦時(shí)無(wú)線電信號(hào)在大氣中傳播時(shí)產(chǎn)生聚焦或散焦現(xiàn)象，聚焦時(shí)無(wú)線電信號(hào)增強(qiáng)，散焦時(shí)則信號(hào)減弱；增強(qiáng)，散焦時(shí)則信號(hào)減弱； 沿射線路徑折射指數(shù)空間分布隨時(shí)間的變化會(huì)引起無(wú)線電沿射線路徑折射指數(shù)空間分布隨時(shí)間的變化會(huì)引起無(wú)線電波到達(dá)角和出射角的變化，在這種情況下，如果天線的波波到達(dá)角和出射角的變化，在這種情況下，如果天線的波瓣圖比較尖銳，由于射線與天線波瓣圖的耦合作用，必然瓣圖比較尖銳，由于射線與天線波瓣圖的耦合作用

41、，必然會(huì)引起接收信號(hào)電平的起伏。會(huì)引起接收信號(hào)電平的起伏。 這些平均折射效應(yīng)引起的衰落是在整個(gè)射線傳播路徑上累這些平均折射效應(yīng)引起的衰落是在整個(gè)射線傳播路徑上累計(jì)的整體效應(yīng)，基本上都屬于變化比較緩慢的淺衰落效應(yīng)。計(jì)的整體效應(yīng)，基本上都屬于變化比較緩慢的淺衰落效應(yīng)。對(duì)于留有較大衰落儲(chǔ)備的通信系統(tǒng)，這種衰落不會(huì)對(duì)通信對(duì)于留有較大衰落儲(chǔ)備的通信系統(tǒng)，這種衰落不會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生多大的破壞性影響；但對(duì)于像衛(wèi)星通信這樣衰落儲(chǔ)備產(chǎn)生多大的破壞性影響；但對(duì)于像衛(wèi)星通信這樣衰落儲(chǔ)備低的無(wú)線通信系統(tǒng)，這種影響使重要的。低的無(wú)線通信系統(tǒng)，這種影響使重要的。9-31 閃爍衰落閃爍衰落由于大氣密度、水汽密度、水凝體（雨、霧

42、、由于大氣密度、水汽密度、水凝體（雨、霧、云）和沙塵的小尺度不均勻性引起的信號(hào)衰落。云）和沙塵的小尺度不均勻性引起的信號(hào)衰落。 射頻接收信號(hào)的衰落，除了深衰落和淺衰落外，事實(shí)上，射頻接收信號(hào)的衰落，除了深衰落和淺衰落外，事實(shí)上，還存在另一種幅度淺而衰落頻率高的衰落分量，這種衰落還存在另一種幅度淺而衰落頻率高的衰落分量，這種衰落我們稱之為閃爍衰落。我們稱之為閃爍衰落。 閃爍衰落是閃爍衰落總是圍繞信號(hào)的中值作小幅度的快速閃爍衰落是閃爍衰落總是圍繞信號(hào)的中值作小幅度的快速隨機(jī)變化。隨機(jī)變化。9-32 接收信號(hào)的衰落是隨機(jī)事件，不是確定性的事件。隨機(jī)事接收信號(hào)的衰落是隨機(jī)事件，不是確定性的事件。隨機(jī)事

43、件沒(méi)有確定性的規(guī)律，但是服從統(tǒng)計(jì)性規(guī)律，它不能預(yù)測(cè)件沒(méi)有確定性的規(guī)律，但是服從統(tǒng)計(jì)性規(guī)律，它不能預(yù)測(cè)事件的結(jié)果一定是什么，卻可以預(yù)測(cè)事件出現(xiàn)某一結(jié)果的事件的結(jié)果一定是什么，卻可以預(yù)測(cè)事件出現(xiàn)某一結(jié)果的可能性有多大，或有多大的可能性實(shí)現(xiàn)事件的某一結(jié)果?？赡苄杂卸啻螅蛴卸啻蟮目赡苄詫?shí)現(xiàn)事件的某一結(jié)果。 相對(duì)于確定性的事件的確定性規(guī)律而言，隨機(jī)事件的統(tǒng)計(jì)相對(duì)于確定性的事件的確定性規(guī)律而言，隨機(jī)事件的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律是另一種類型的規(guī)律。性規(guī)律是另一種類型的規(guī)律。 描述隨機(jī)事件的最基本手段是概率分布函數(shù)和概率分布密描述隨機(jī)事件的最基本手段是概率分布函數(shù)和概率分布密度函數(shù)。它們之間具有微分和積分的關(guān)系。度函數(shù)

44、。它們之間具有微分和積分的關(guān)系。 在統(tǒng)計(jì)性規(guī)律中，隨機(jī)變量的中值、平均值和最可幾值是在統(tǒng)計(jì)性規(guī)律中，隨機(jī)變量的中值、平均值和最可幾值是表征隨機(jī)變量數(shù)字特性的最常使用的三個(gè)特征值。表征隨機(jī)變量數(shù)字特性的最常使用的三個(gè)特征值。 隨機(jī)變量的均方根偏差或標(biāo)準(zhǔn)偏差反映隨機(jī)變量的離散特隨機(jī)變量的均方根偏差或標(biāo)準(zhǔn)偏差反映隨機(jī)變量的離散特性，標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，隨機(jī)變量的分布越離散。性，標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，隨機(jī)變量的分布越離散。9-33有關(guān)衛(wèi)星陸地移動(dòng)通信中路邊樹(shù)木和建筑物的遮蔽效應(yīng)將有關(guān)衛(wèi)星陸地移動(dòng)通信中路邊樹(shù)木和建筑物的遮蔽效應(yīng)將在第在第20章中討論，本節(jié)著重討論地面固定通信業(yè)務(wù)中地形章中討論，本節(jié)著重討論地面固定通

45、信業(yè)務(wù)中地形和建筑物等對(duì)電波阻擋所引起的衰落。和建筑物等對(duì)電波阻擋所引起的衰落。 繞射損耗的特點(diǎn)：繞射損耗的特點(diǎn)：繞射損耗是與傳播電路上障礙點(diǎn)的余隙大小息息相關(guān)的，電路余隙越繞射損耗是與傳播電路上障礙點(diǎn)的余隙大小息息相關(guān)的，電路余隙越小繞射損耗越大，接收信號(hào)功率電平越低。小繞射損耗越大，接收信號(hào)功率電平越低。引起電路余隙變化的原因是無(wú)線電波的大氣折射效應(yīng)。當(dāng)出現(xiàn)超折射引起電路余隙變化的原因是無(wú)線電波的大氣折射效應(yīng)。當(dāng)出現(xiàn)超折射氣象條件時(shí)，射線離地面障礙物比較遠(yuǎn)，電路余隙較大，繞射損耗較氣象條件時(shí)，射線離地面障礙物比較遠(yuǎn)，電路余隙較大，繞射損耗較小或者為零，接收信號(hào)電平上升，達(dá)到較高的值；相反，

46、當(dāng)出現(xiàn)負(fù)折小或者為零，接收信號(hào)電平上升，達(dá)到較高的值；相反，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)折射的氣象條件時(shí)，射線向下彎曲，射線比較靠近障礙的頂部，電路余射的氣象條件時(shí)，射線向下彎曲，射線比較靠近障礙的頂部，電路余隙變小，繞射損耗增大，接收信號(hào)電平降低，甚至達(dá)到最低的谷值點(diǎn)，隙變小，繞射損耗增大，接收信號(hào)電平降低，甚至達(dá)到最低的谷值點(diǎn)，出現(xiàn)接收信號(hào)的衰落。出現(xiàn)接收信號(hào)的衰落。9-34繞射衰落只是在出現(xiàn)欠折射和負(fù)折射時(shí)才能發(fā)生。與此相應(yīng)的氣象條繞射衰落只是在出現(xiàn)欠折射和負(fù)折射時(shí)才能發(fā)生。與此相應(yīng)的氣象條件是，大氣折射指數(shù)梯度大于正常值（大約為件是，大氣折射指數(shù)梯度大于正常值（大約為-4010-6/km），接近于），接近

47、于零，甚至為正值；零，甚至為正值；出現(xiàn)繞射衰落時(shí)無(wú)線電波的射線曲率接近于零，甚至為負(fù)值，也就是出現(xiàn)繞射衰落時(shí)無(wú)線電波的射線曲率接近于零，甚至為負(fù)值，也就是說(shuō)，射線比較平直，甚至向下彎曲，以至于傳播電路的余隙變小。說(shuō)，射線比較平直，甚至向下彎曲，以至于傳播電路的余隙變小。繞射衰落是隨機(jī)事件，不是確定性的事件。由于某一確定地點(diǎn)的大氣繞射衰落是隨機(jī)事件，不是確定性的事件。由于某一確定地點(diǎn)的大氣折射指數(shù)梯度依賴于溫度、壓力和濕度沿高度的分布，是時(shí)間的隨機(jī)折射指數(shù)梯度依賴于溫度、壓力和濕度沿高度的分布，是時(shí)間的隨機(jī)變量，所以在傳播電路上不同地點(diǎn)的大氣折射指數(shù)梯度也是不一樣的，變量，所以在傳播電路上不同地

48、點(diǎn)的大氣折射指數(shù)梯度也是不一樣的，它是空間的隨機(jī)變量。這就使得傳播電路上障礙點(diǎn)的余隙大小也是隨它是空間的隨機(jī)變量。這就使得傳播電路上障礙點(diǎn)的余隙大小也是隨機(jī)的，因此與余隙大小息息相關(guān)的繞射衰落也必然是隨機(jī)的。機(jī)的，因此與余隙大小息息相關(guān)的繞射衰落也必然是隨機(jī)的。由于繞射衰落是傳播電路上各點(diǎn)大氣折射指數(shù)梯度的變化累積的總效由于繞射衰落是傳播電路上各點(diǎn)大氣折射指數(shù)梯度的變化累積的總效果，所以必須采用等效折射指數(shù)梯度計(jì)算繞射衰落，它是傳播路徑上果，所以必須采用等效折射指數(shù)梯度計(jì)算繞射衰落，它是傳播路徑上各點(diǎn)大氣折射指數(shù)梯度的平均值。各點(diǎn)大氣折射指數(shù)梯度的平均值。繞射衰落是緩變的，衰落的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，

49、從十幾分鐘到數(shù)小時(shí)，屬繞射衰落是緩變的，衰落的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從十幾分鐘到數(shù)小時(shí)，屬于慢衰落。于慢衰落。9-35 等效折射指數(shù)梯度等效折射指數(shù)梯度 傳播路徑上各點(diǎn)大氣折射指數(shù)梯傳播路徑上各點(diǎn)大氣折射指數(shù)梯度的平均值。度的平均值。 等效折射指數(shù)梯度等效折射指數(shù)梯度 和定點(diǎn)折射指數(shù)梯度和定點(diǎn)折射指數(shù)梯度 的關(guān)系：的關(guān)系：對(duì)于電路長(zhǎng)度對(duì)于電路長(zhǎng)度 小于小于20km的電路，的電路， 的分布與的分布與 的分布近似一樣。的分布近似一樣。對(duì)于電路長(zhǎng)度對(duì)于電路長(zhǎng)度 大于大于20km的電路，的電路， 的分布與的分布與 的分布有所不同。的分布有所不同。u 例如：據(jù)無(wú)線電探空儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出的定點(diǎn)折射指數(shù)梯度為例如：

50、據(jù)無(wú)線電探空儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出的定點(diǎn)折射指數(shù)梯度為 且且服從高斯分布，其均值為服從高斯分布，其均值為 ，方差為，方差為 ，則電路長(zhǎng)度大于，則電路長(zhǎng)度大于20km的傳的傳播電路上的等效折射指數(shù)梯度的均值播電路上的等效折射指數(shù)梯度的均值 和方差和方差 分別為分別為 參考距離參考距離9-36 一個(gè)典型的慢衰落樣品一個(gè)典型的慢衰落樣品1984年年10月月13日日07:1007:30在河南省新鄉(xiāng)市洪門電波觀測(cè)站至輝縣薊門山在河南省新鄉(xiāng)市洪門電波觀測(cè)站至輝縣薊門山29公里長(zhǎng)的公里長(zhǎng)的電路上測(cè)試到的結(jié)果，工作頻率為電路上測(cè)試到的結(jié)果，工作頻率為7.6ghz。9-37 由圖可以看出，衰落的出現(xiàn)和信號(hào)的恢復(fù)都是緩

51、變的過(guò)程，由圖可以看出，衰落的出現(xiàn)和信號(hào)的恢復(fù)都是緩變的過(guò)程，經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，即繞射衰落是緩變的，衰落的持續(xù)時(shí)間經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，即繞射衰落是緩變的，衰落的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從十幾分鐘到數(shù)小時(shí)，屬于慢衰落。較長(zhǎng)，從十幾分鐘到數(shù)小時(shí)，屬于慢衰落。 衰落期間接收信號(hào)電平總是低于自由空間接收電平，或者衰落期間接收信號(hào)電平總是低于自由空間接收電平，或者說(shuō)，相對(duì)于自由空間的傳播損耗總是正值。如果采用空間說(shuō)，相對(duì)于自由空間的傳播損耗總是正值。如果采用空間分集天線接收的話，還會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)天線接收到的信號(hào)具分集天線接收的話，還會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)天線接收到的信號(hào)具有明顯的同步衰落的趨勢(shì)，這是因?yàn)樵谪?fù)折射時(shí)，上、下有明顯的同

52、步衰落的趨勢(shì)，這是因?yàn)樵谪?fù)折射時(shí)，上、下天線的電路余隙都要變小，只是變小的程度有所不同而已，天線的電路余隙都要變小，只是變小的程度有所不同而已，所以用空間分集的辦法克服繞射衰落是其效果是不理想的。所以用空間分集的辦法克服繞射衰落是其效果是不理想的。 在我國(guó)，各定點(diǎn)折射指數(shù)梯度的累積分布實(shí)測(cè)曲線是根據(jù)在我國(guó)，各定點(diǎn)折射指數(shù)梯度的累積分布實(shí)測(cè)曲線是根據(jù)連續(xù)多年氣象探空數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的，具有一定的代表性。連續(xù)多年氣象探空數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的，具有一定的代表性。根據(jù)折射指數(shù)梯度的累積分布曲線，我們能夠預(yù)測(cè)發(fā)射繞根據(jù)折射指數(shù)梯度的累積分布曲線，我們能夠預(yù)測(cè)發(fā)射繞射衰落的概率或衰落的深度。射衰落的概率或衰落的深度

53、。9-38 地反射損耗（第地反射損耗（第4章）章） 通常，可以認(rèn)為地反射系數(shù)是定值，但是，程差卻與傳播路徑上的大通常，可以認(rèn)為地反射系數(shù)是定值，但是，程差卻與傳播路徑上的大氣折射指數(shù)有關(guān)。氣折射指數(shù)有關(guān)。具體計(jì)算中折射指數(shù)梯度應(yīng)該取電路上的平均折射指數(shù)梯度。具體計(jì)算中折射指數(shù)梯度應(yīng)該取電路上的平均折射指數(shù)梯度。當(dāng)出現(xiàn)極端負(fù)折射時(shí)，地面障礙物對(duì)電波的阻擋引起的繞射損耗將其當(dāng)出現(xiàn)極端負(fù)折射時(shí)，地面障礙物對(duì)電波的阻擋引起的繞射損耗將其主要影響，此時(shí)，地反射可以不考慮。主要影響，此時(shí)，地反射可以不考慮。在正常折射、過(guò)折射和超折射的情況下，電路將由較大余隙，如果地在正常折射、過(guò)折射和超折射的情況下，電路

54、將由較大余隙，如果地反射沒(méi)有被抑制，那末，由于折射指數(shù)梯度的隨機(jī)變化，導(dǎo)致程差的反射沒(méi)有被抑制，那末，由于折射指數(shù)梯度的隨機(jī)變化，導(dǎo)致程差的變化，所以反射損耗將按式（變化，所以反射損耗將按式（9.17）發(fā)生隨機(jī)變化，從而引起接收信）發(fā)生隨機(jī)變化，從而引起接收信號(hào)的衰落，這就是地反射衰落。號(hào)的衰落，這就是地反射衰落。（9.12）9-39 地反射衰落地反射衰落由于折射指數(shù)梯度的隨機(jī)變化，導(dǎo)致程差由于折射指數(shù)梯度的隨機(jī)變化，導(dǎo)致程差以及反射損耗的隨機(jī)變化所引起接收信號(hào)的衰落。以及反射損耗的隨機(jī)變化所引起接收信號(hào)的衰落。 衰落的范圍在衰落的范圍在 與與 之間；當(dāng)直接射之間；當(dāng)直接射線與地反射射線同相時(shí)

55、，反射衰落為負(fù)值，接收信號(hào)增強(qiáng)，線與地反射射線同相時(shí)，反射衰落為負(fù)值，接收信號(hào)增強(qiáng)，而當(dāng)直接射線與地反射射線反相時(shí)，反射衰落達(dá)到最大值，而當(dāng)直接射線與地反射射線反相時(shí)，反射衰落達(dá)到最大值，接收信號(hào)達(dá)到最低的谷值。接收信號(hào)達(dá)到最低的谷值。 在出現(xiàn)反射衰落時(shí)，信號(hào)可以高出自由空間電平，高出的在出現(xiàn)反射衰落時(shí)，信號(hào)可以高出自由空間電平，高出的數(shù)值由地反射系數(shù)的大小而定，由于地反射系數(shù)的最大值數(shù)值由地反射系數(shù)的大小而定，由于地反射系數(shù)的最大值為為1，所以高出的值不會(huì)大于，所以高出的值不會(huì)大于6db。 反射衰落的最大深度也取決于地反射系數(shù)的大小，地反射反射衰落的最大深度也取決于地反射系數(shù)的大小，地反射系

56、數(shù)越大衰落越深，例如，地反射系數(shù)為系數(shù)越大衰落越深，例如，地反射系數(shù)為0.5和和0.9時(shí)，最大時(shí)，最大衰落深度分別為衰落深度分別為6和和20db，當(dāng)?shù)胤瓷湎禂?shù)為，當(dāng)?shù)胤瓷湎禂?shù)為0.95時(shí)，衰落深時(shí)，衰落深度更可以達(dá)到度更可以達(dá)到26db。嚴(yán)重的地反射可能給通信系統(tǒng)造成嚴(yán)。嚴(yán)重的地反射可能給通信系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損害。重的損害。9-40 地反射衰落與繞射衰落一樣，也是由沿線等效折射指數(shù)梯地反射衰落與繞射衰落一樣，也是由沿線等效折射指數(shù)梯度的變化引起的，只要等效折射指數(shù)梯度的變化引起的程度的變化引起的，只要等效折射指數(shù)梯度的變化引起的程差的變化可以與波長(zhǎng)比擬就可能會(huì)出現(xiàn)反射衰落。所以頻差的變化可以與波

57、長(zhǎng)比擬就可能會(huì)出現(xiàn)反射衰落。所以頻率越高越容易出現(xiàn)反射衰落。在微波頻段，地反射衰落的率越高越容易出現(xiàn)反射衰落。在微波頻段，地反射衰落的周期短，頻次高，數(shù)秒或數(shù)分鐘可以完成一次衰落。周期短，頻次高，數(shù)秒或數(shù)分鐘可以完成一次衰落。 除占優(yōu)勢(shì)的地面反射之外，在實(shí)際的情況中，還可能存在除占優(yōu)勢(shì)的地面反射之外，在實(shí)際的情況中，還可能存在許許多多的其它多徑射線以及散射波，如大氣層結(jié)的反射許許多多的其它多徑射線以及散射波，如大氣層結(jié)的反射引起的射線，側(cè)向地面反射、地面物體的反射以及山坡的引起的射線，側(cè)向地面反射、地面物體的反射以及山坡的反射等等都可以引起多徑射線和散射波。當(dāng)?shù)胤瓷洳ㄅc直反射等等都可以引起多徑

58、射線和散射波。當(dāng)?shù)胤瓷洳ㄅc直接射線相干涉而使合成場(chǎng)強(qiáng)削弱到一定程度而可以與其它接射線相干涉而使合成場(chǎng)強(qiáng)削弱到一定程度而可以與其它多徑射線或散射波的幅度相比擬時(shí)，這二次干涉將使信號(hào)多徑射線或散射波的幅度相比擬時(shí)，這二次干涉將使信號(hào)產(chǎn)生深而快的衰落。所以中等程度的地反射也是應(yīng)該盡可產(chǎn)生深而快的衰落。所以中等程度的地反射也是應(yīng)該盡可能避免的。能避免的。9-41 克服地反射衰落的根本辦法：克服地反射衰落的根本辦法： 在設(shè)計(jì)傳播電路時(shí)合理地選取發(fā)射和接收天線的高度，避在設(shè)計(jì)傳播電路時(shí)合理地選取發(fā)射和接收天線的高度，避免反射點(diǎn)落在水面或平坦的地面上，應(yīng)該使反射射線落在免反射點(diǎn)落在水面或平坦的地面上，應(yīng)該使

59、反射射線落在粗糙的地面上，或者利用地形、地物阻擋地反射射線。粗糙的地面上，或者利用地形、地物阻擋地反射射線。 在地形允許的情況下，使入射線或反射線與直接射線的夾在地形允許的情況下，使入射線或反射線與直接射線的夾角遠(yuǎn)大于天線波瓣的半功率角，也可削弱地反射引起的衰角遠(yuǎn)大于天線波瓣的半功率角，也可削弱地反射引起的衰落。落。 空間分集手段是克服地反射衰落的最后一個(gè)措施。空間分空間分集手段是克服地反射衰落的最后一個(gè)措施。空間分集在某種程度上可以降低地反射的影響，只要在設(shè)計(jì)空間集在某種程度上可以降低地反射的影響，只要在設(shè)計(jì)空間分集的時(shí)候確保在正常情況下分別從上、下天線出發(fā)的直分集的時(shí)候確保在正常情況下分別

60、從上、下天線出發(fā)的直接射線的相位差彼此反相。接射線的相位差彼此反相。9-42 地反射損耗的概率分布函數(shù)地反射損耗的概率分布函數(shù) 作為隨機(jī)變量的反射損耗的真數(shù)作為隨機(jī)變量的反射損耗的真數(shù) 假定地反射射線與直接射線之間的相位差在假定地反射射線與直接射線之間的相位差在02之間服之間服從均勻分布的情況下進(jìn)行的。從均勻分布的情況下進(jìn)行的。 在微波頻段，這要求地反射射線相對(duì)于直接射線的時(shí)延應(yīng)在微波頻段，這要求地反射射線相對(duì)于直接射線的時(shí)延應(yīng)該遠(yuǎn)大于該遠(yuǎn)大于1毫微秒（毫微秒（ns），這種要求并不總是能夠滿足的，），這種要求并不總是能夠滿足的，所以以上導(dǎo)出的分布函數(shù)并不總是正確的。所以以上導(dǎo)出的分布函數(shù)并不總