第5章 無線通信傳輸理論

第五章無線通信傳輸理論2/144第五章無線通信傳輸理論內(nèi)容提要無線電波傳播特征無線電波傳播損耗無線信道噪聲與衰落

無線通信的多址連接方式3/144信道的概念信道是通信中信息的傳輸通路，是通信理論中對發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間信息傳輸介質(zhì)的一個概括性的總稱，是任何通信系統(tǒng)不可缺少的部分。按傳輸特性參數(shù)隨外界因素影響變化的快慢，信道可分為恒參信道和變參信道。恒參信道：有線信道變參信道：無線信道4/144構(gòu)成無線傳輸系統(tǒng)的五點(diǎn)關(guān)鍵性問題：信源編碼以降低對信道傳輸帶寬的要求；信道編碼用于提高信道可靠性；調(diào)制以適用不同傳輸設(shè)備；加密，這不僅是為軍政通信的需要，在商業(yè)、乃至個人通信方面也是重要的；鏈路（或信道）容量的評價也是非常重要的問題。5/144鏈路（或信道）容量C是用來量度信道傳輸信息的能力的一個指標(biāo)。C為信道容量（bit/s），B為信道帶寬（Hz），S/N為信噪比，M表示進(jìn)制。

香濃證明了，只要數(shù)字通信的速率小于信道容量C，總存在一種編碼方法，能實(shí)現(xiàn)無誤碼的傳輸，反之，則不可能無誤碼傳輸。6/1445.1無線電波傳播特征頻率范圍波長頻段名稱波段用途3Hz～30kHz104～108m甚低頻VLF長波音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長距離導(dǎo)航30～300kHz104～103m低頻LF長波導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信0.3～3MHz103～102m中頻MF中波調(diào)幅廣播、移動陸地通信3～30MHz102～10m高頻HF短波移動無線電話、短波廣播、定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無線電30～300MHz10～lm甚高頻VHF米波電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛通信、導(dǎo)航、集群通信、無線尋呼0.3～3GHz100～10cm特高頻UHF分米波電視、空間遙測、雷達(dá)導(dǎo)航、點(diǎn)對點(diǎn)通信、移動通信3～30GHzl0～lcm超高頻SHF厘米波微波接力、衛(wèi)星通信、雷達(dá)30～300GHz10～1mm極高頻EHF毫米波雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)105～107GHz0.4～21μm紅外、可見光、紫外光通信7/144各種波段波的特性-1長波的穿射能力最強(qiáng)，電磁波靠地波傳播，但其收發(fā)信天線的占用場地很大，常用于海上通信。中波比較穩(wěn)定，主要用于廣播。短波在傳輸過程中，碰到電離層會發(fā)生反射現(xiàn)象因而其傳輸距離很遠(yuǎn)，故短波常用于遠(yuǎn)距離通信或廣播。但極易受電離層變化的影響，信號會時強(qiáng)時弱。8/144各種波段波的特性-2超短波的傳輸特性同光波一樣，是沿直線傳播的，要求通信雙方之間（兩微波站之間）沒有阻擋物，信號方能傳輸?shù)綄Ψ?。微波傳輸特性也和光波一樣，只能沿直線傳播即視距傳播，繞射能力弱，且在傳播中遇到不均勻的介質(zhì)時，將產(chǎn)生折射和反射。9/1445.1.1電波傳播所涉及到的地球大氣層

對流層平流層D層E層F1層F2層40~90KM90~110KM150KM250KM至1000KM10~20KM20~40KM電離層地球10/144對流層

地球大氣層中最低的一層，其平均高度達(dá)10～12km。在對流層中高度每升高1km，溫度約下降6.5℃，到對流層頂溫度大約已降到-56℃。在對流層中集中了大氣中90％以上的水和3/4以上的大氣質(zhì)量。對流層對電波傳播的影響主要取決于對流層本身的電氣特性，可用折射指數(shù)來描述。11/144平流層

從對流層頂?shù)?0km高度的大氣層。在20km以下平流層的溫度基本保持不變，所以又稱為同溫層。在20～50km高度范圍內(nèi)，其溫度在逐漸升高，到達(dá)50km時達(dá)到約0℃左右的最大值。12/144電離層

60～2000km高度的大氣層。對流作用很小，由于太陽的紫外輻射、X射線以及某種程度的宇宙線的作用下使大氣電離，形成大量的自由電子和離子，對無線電波傳播產(chǎn)生影響。傳輸損耗較小，適用于高頻無線電波的傳播。磁層

在電離層以上，是地球磁場所支配的空間區(qū)域。其正對太陽一側(cè)，磁層可達(dá)到10個地球半徑

高度，其背對太陽一側(cè)，則有一個長達(dá)數(shù)十

甚至上百個地球半徑的尾巴。13/1445.1.2無線電波在空間的傳播模式

電磁波在其橫向平面中場值的大小和方向都不變，則稱為均勻平面波。為簡化起見，下面只討論均勻平面波在自由空間中的傳播情況。 在無邊界（開放）的無限空間中，電磁波的場結(jié)構(gòu)只有橫電磁波TEM。20151022廣電14/1445.1.3電波傳播的方式及特性

無線電波由發(fā)射天線輻射到空間的各區(qū)域后，可依不同的路徑到達(dá)接收天線處。15/1445.1.3電波傳播的方式及特征地面波傳播是指無線電波沿著地球表面的傳播，簡稱地波。主要適用于長波和中波波段。特點(diǎn)：信號比較穩(wěn)定，但電波頻率愈高，地面波隨距離的增加衰減愈快。16/144天波傳播是指電波由高空電離層反射回來而到達(dá)地面接收點(diǎn)的傳播方式。長、中、短波都可以利用天波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。17/1445.1.3電波傳播的方式及特征散射傳播利用對流層或電離層中介質(zhì)的不均勻性或流星通過大氣時的電離余跡對電磁波的散射作用來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播的。主要用于超短波和微波遠(yuǎn)距離通信。18/1445.1.3電波傳播的方式及特征視距（直射）傳播

指在發(fā)射天線和接收天線間能相互“看見”的距離內(nèi)，電波直接從發(fā)射端傳播到接收端(有時包括有地面反射波)的一種傳播方式，又稱直接波傳播。視距傳播的應(yīng)用可分為三類情況：地面上的視距傳播；地面上與空中目標(biāo)之間的視距傳播；空間通信系統(tǒng)之間的視距傳播。19/144電波傳播特性-1電磁波傳播的共同特性直線傳播反射與折射干涉繞射20/144電波傳播特性-2直線傳播電磁波在均勻媒質(zhì)中沿直線傳播在均勻媒質(zhì)中，電磁波各射線的傳播速度相同,傳播方向不變.21/144電波傳播特性-3反射與折射 當(dāng)電波由一種媒質(zhì)傳播到另一種媒質(zhì)時，在兩種媒質(zhì)的交界面上，傳播方向會發(fā)生改變，產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象。并遵守光學(xué)的折射和反射定律。22/144電波傳播特性-4電波的干涉

由同一電波源所產(chǎn)生的電磁波，經(jīng)過不同的路徑到達(dá)某接收點(diǎn)場強(qiáng)由不同路徑的電波合成，這種現(xiàn)象叫做波的干涉，也稱作多徑效應(yīng)。接收點(diǎn)的場強(qiáng)是由直射波和地面反射波合成的。23/144電波傳播特性-5繞射現(xiàn)象

電波在傳播過程中有一定的繞過障礙物的能力，這種現(xiàn)象稱為繞射。

當(dāng)障礙物的大小確定后，波長越長，電波的繞射能力越強(qiáng)，波長越短，繞射能力越弱24/1445.2無線電波傳播損耗能量的擴(kuò)散與吸收自由空間傳播損耗的計算自由空間傳播條件下收信功率的計算大氣吸收損耗雨霧引起的散射損耗大氣折射的引起損耗電離層、對流層閃爍的引起損耗多經(jīng)傳播引起損耗25/144當(dāng)電磁波離開天線后，便向四面八方擴(kuò)散，隨著傳播距離增加，空間的電磁場就越來越弱假設(shè)發(fā)射天線置于自由空間（一個沒有能夠反射、折射、繞射、散射和吸收電磁波的無限大的真空中），若無方向性天線，輻射功率為PT瓦，則距離輻射源d米處的電場強(qiáng)度有效值為：5.2.1能量的擴(kuò)散與吸收26/144

上式表明：電場/磁場強(qiáng)度與傳播距離成反比，當(dāng)電波經(jīng)一段路徑傳播后，能量會受到衰減，這是由于輻射能量的擴(kuò)散而引起的。5.2.1能量的擴(kuò)散與吸收27/144無線傳輸損耗包括自由空間損耗、大氣吸收損耗、降雨引起的損耗以及由于折射、散射與繞射、電離層閃爍與多徑等引起的附加損耗最主要的就是自由空間傳播損耗，在整個傳輸損耗中占絕大部分。其他因素引起的損耗，可以在考慮自由空間損耗的基礎(chǔ)上加以修正。5.2.1能量的擴(kuò)散與吸收28/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗的計算若無方向性（也稱全向天線）天線的輻射功率為PT瓦時，則距輻射源d米處收點(diǎn)B處的單位面積上的電波平均功率，見圖5-25得：由天線理論知道，一個各向均勻接收的天線，其有效接收面積為一個無方向性天線在B點(diǎn)收到的功率為：

或

（5-11）（5-12）29/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗的計算圖5-25計算電波傳播損耗示意圖30/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗的計算自由空間的傳播損耗定義為：從式（5-13）可見，自由空間基本傳播損耗Lp只與頻率f和傳播距離有關(guān)d，當(dāng)頻率增加一倍或距離擴(kuò)大一倍時，[Lp]分別增加6dB。（5-13）31/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗的計算

若用發(fā)射天線的增益為GT

，接收天線的增益為GR

則式（5-13）應(yīng)改寫為：（5-14）32/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗的計算例5-1：某微波傳輸信道，發(fā)射天線的增益為22dB，接收天線的增益為18dB，收發(fā)距離為14500km，載波中心頻率為5.904GHz。求：(1)該信道的基本傳輸損耗為多少?(2)若發(fā)射功率為25w,接收機(jī)的接收到的功率為多少?33/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗的計算解：（1）該信道的基本傳輸損耗為：（2）接收機(jī)的接收到的功率為：34/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播條件下收信功率的計算無線通信中實(shí)際使用的天線均為定向天線，當(dāng)收發(fā)天線增益分別為[GR]（dB），[GT]（dB）；收發(fā)天線饋線系統(tǒng)損耗分別為[Lr]（dB），[Lt]dB）時，則自由空間傳播條件下，接收機(jī)接收功率為：（5-15）35/1445.2.2自由空間傳播損耗自由空間傳播條件下收信功率的計算例5-2：已知發(fā)射功率PT=1W，發(fā)信頻率f=3800MHZ，收發(fā)距離為45km，[GT]=38dB，[GR]=40dB，饋線系統(tǒng)損耗[Lr]=1（dB），[Lt]=3（dB），求自由空間傳播條件下收信功率。解：將PT=1W換成電平值：36/1445.2.3自然現(xiàn)象引起的損耗大氣吸收損耗產(chǎn)生大氣吸收損耗的氣體主要是氧氣、水蒸氣以及水汽凝結(jié)物。原因有兩個：一是電波的吸收，即電波的電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；二是電波因水氣及凝結(jié)物產(chǎn)生的散射。水蒸氣的最大吸收峰在λ=1.3cm(f=23GHz）處；氧的最大吸收峰在λ=0.5cm(f=60GHz）處。微波工作頻率小于12GHz時，和自由空間傳播損耗相比，可以忽略不計。37/1445.2.3無線電波傳播損耗大氣吸收損耗圖5-26水蒸氣和氧吸收衰減38/1445.2.3無線電波傳播損耗雨霧引起的散射損耗降雨引起的電波傳播損耗的增加稱為雨衰，雨衰是由于雨滴和霧對無線電波能量的吸收和散射產(chǎn)生的。雨霧中的小水滴能散射電磁波能量而造成散射衰耗，如圖5-27所示。從圖中曲線（e）可見，在濃霧情況下，波長大于4cm(7500MHz)、站距為50km的散射損耗約為3.3dB。一般來說，10GHz以下頻段，雨霧的散射衰耗還不太嚴(yán)重，通常兩站之間的衰耗也只有幾分貝。但是10GHz以上頻段，中繼站之間距離將主要受降雨衰耗所限制，在20GHz（波長為1.5cm）以上時，中繼站站距只好縮減到幾千米。因此，在設(shè)計微波或者衛(wèi)星等通信系統(tǒng)時，為考慮降雨引起的影響，應(yīng)事先留有2dB左右的發(fā)射功率余量。39/1445.2.3無線電波傳播損耗雨霧引起的散射損耗圖5-27雨霧的散射損耗40/1445.2.3無線電波傳播損耗大氣折射引起損耗在大氣層中，離地球表面越高，空氣密度越低，對電波的折射率也隨之減小，使電磁波在大氣層中的傳播路徑出現(xiàn)彎曲。于是地球站在幾何上直線對準(zhǔn)的只是在衛(wèi)星實(shí)際位置上方的一個虛的衛(wèi)星位置。由于大氣層的不穩(wěn)定因素，如溫度的變化、云層和霧等導(dǎo)致了大氣密度分布的不連續(xù)變化和起伏，使傳播路徑產(chǎn)生了隨機(jī)的、時變的彎曲，從而引起接收信號的起伏。在低仰角的情況下，由于星—地傳播路徑與地面視距微波的路徑近于平行，折射還可能形成相互干擾。41/1445.2.3無線電波傳播損耗電離層、對流層閃爍引起的損耗電離層內(nèi)存在電子密度的隨機(jī)不均勻性而引起閃爍，其強(qiáng)度大致與頻率的平方成反比。因此，電離層閃爍會對較低頻段（1GHz以下）的電波產(chǎn)生明顯的散射和折射，從而引起信號的衰落。比如，對于200MHz的工作頻率，電離層閃爍使信號損耗有10％的時間大于6dB。42/1445.2.4多徑傳播引起損耗地面和環(huán)境設(shè)施對信號的反射，可形成信號的多徑傳播。對于天線高度低，增益小的移動終端更容易出現(xiàn)這樣的情況。信號通過多徑信道到達(dá)接收端時，由于不同路徑的信號延時不一樣，接收端多徑信號可能同相疊加，合成信號增強(qiáng)，也可能各個多徑信號反相抵消，合成信號被減弱，從而形成接收信號的衰落。43/1445.2.4多徑傳播引起損耗

實(shí)際應(yīng)用中，總是將收發(fā)天線對準(zhǔn)，以便收方接收到較強(qiáng)的直射波，但由惠更斯原理，總會有一部電波折射到地面；若發(fā)射天線方向性不尖銳，也會有電波折射到地面。這時，接收點(diǎn)除收到直射波外，還收到地面反射的波（反射角等于入射角）。44/1445.2.4多徑傳播引起損耗P45/1445.2.4多徑傳播引起損耗直射波電場強(qiáng)度的瞬時值為反射波到達(dá)R處場強(qiáng)的瞬時值為其中46/1445.2.4多徑傳播引起損耗接收點(diǎn)場強(qiáng)

47/1445.2.4多徑傳播引起損耗衰落因子Lr：將合成電場強(qiáng)度有效值E與自由空間的直射波電場強(qiáng)度有效值E0之比稱為地面反射引起的衰落因子

一般入射角很小，約φρ≈

180o；而ρ≈1（全反射），于是20151027卓越48/1445.2.4多徑傳播引起損耗Lr—Δr的關(guān)系曲線49/1445.2.4多徑傳播引起損耗 當(dāng)Δr＝λ/2、3λ/2…時，反射點(diǎn)P相當(dāng)于在第一、第三…等奇數(shù)號費(fèi)涅爾區(qū)的邊緣，接收處的合成場強(qiáng)是直射波（它是第一費(fèi)涅爾區(qū)）與同相的反射波相加，合成場強(qiáng)最大。當(dāng)Δr＝1λ、2λ…時，P點(diǎn)在第二、第四…等偶數(shù)費(fèi)涅爾區(qū)的邊緣，接收處的合成場強(qiáng)是直射波與反相反射波相加，合成場強(qiáng)最小。50/1445.2.5無線傳播模型自由空間傳播模型平坦大地的繞射模型粗糙大地上的傳播模型Longley-Rice傳播模型51/1445.2.2無線傳播模型自由空間傳播模型應(yīng)用于頻率范圍為0~300GHz，是最簡單的幾何光學(xué)模型。在某些環(huán)境中，假定有用信號只是由于在自由空間傳播產(chǎn)生傳播損耗，這時在大氣中的傳播就等效于自由空間傳播。它只與頻率f和距離d有關(guān)平坦大地的繞射模型適合大于視距的傳播范圍，對有用信號的預(yù)測需要考慮地球的曲率。粗糙大地上的傳播模型

適合于世界特定地區(qū)和特別粗糙大地上的傳播。52/1445.2.2無線傳播模型Longley-Rice傳播模型

Longley-Rice模型應(yīng)用于頻率范圍為40MHz～100GHz，不同種類的地形中點(diǎn)對點(diǎn)的通信系統(tǒng)。這個模型是統(tǒng)計模型，可用來估算地波和對流層散射的傳播衰減，使用地形地貌的路徑幾何學(xué)和對流層的繞射性，預(yù)測中值場強(qiáng)和估計信號隨時間與空間的變化。按照Longley-Rice模型可做成一個計算機(jī)程序，用以計算通過不規(guī)則地形，頻率在20MHz到10GHz之間的大尺度中值傳輸損耗。Longley-Rice模型有兩種使用方式，點(diǎn)到點(diǎn)預(yù)測方式和區(qū)域預(yù)測方式。53/1445.3無線信道噪聲與衰落

信道噪聲衰落原因與分類抗衰落技術(shù)54/1445.3.1信道噪聲與噪聲指標(biāo)分配信道噪聲

信道中的噪聲是客觀存在，且基本上難以消除的。信道噪聲能夠干擾有用信號，降低通信的可靠性，對通信效果帶來損害。 噪聲的種類很多，也有多種分類方式。55/1445.3.1信道噪聲與噪聲指標(biāo)分配按噪聲來源分人為噪聲 人為噪聲是指人類活動所產(chǎn)生的對通信造成干擾的各種噪聲。其中包括工業(yè)噪聲和無線電噪聲。如各種電器開關(guān)通斷時產(chǎn)生的短脈沖、熒光燈閃爍產(chǎn)生的脈沖串、其他無線電系統(tǒng)產(chǎn)生的信號等。自然噪聲 自然噪聲是指自然界存在的各種電磁波源所產(chǎn)生的噪聲。如雷電、磁暴、太陽黑子、銀河系噪聲、宇宙射線等。 有時候也把上述兩類噪聲統(tǒng)稱為外部噪聲，這類噪聲對信號形成的干擾，大多數(shù)帶有突發(fā)性短促脈沖性質(zhì)，其頻譜可以覆蓋整個無線電波段，但其能量譜密度主要集中在20MHz以下頻段，對工作在米波頻段以上頻段的通信系統(tǒng)不會形成干擾。內(nèi)部噪聲 內(nèi)部噪聲是指通信設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。它來源于通信設(shè)備的各種電子器件、傳輸線、天線等。

56/1445.3.1信道噪聲與噪聲指標(biāo)分配信道噪聲按噪聲性質(zhì)分

單頻噪聲

單頻噪聲主要是無線電干擾，頻譜特性可能是單一頻率，也可能是窄帶譜。單頻噪聲的特點(diǎn)是一種連續(xù)波干擾。

脈沖噪聲

脈沖噪聲是在時間上無規(guī)則的突發(fā)脈沖波形。包括工業(yè)干擾中的電火花、汽車點(diǎn)火噪聲、雷電等。脈沖噪聲的特點(diǎn)是以突發(fā)脈沖形式出現(xiàn)、干擾持續(xù)時間短、脈沖幅度大、周期是隨機(jī)的且相鄰?fù)话l(fā)脈沖之間有較長的安靜時間。由于脈沖很窄，所以其頻譜很寬。但是隨著頻率的提高，頻譜強(qiáng)度逐漸減弱?？梢酝ㄟ^選擇合適的工作頻率、遠(yuǎn)離脈沖源等措施減小和避免脈沖噪聲的干擾。57/1445.3.1信道噪聲與噪聲指標(biāo)分配

起伏噪聲

起伏噪聲是一種連續(xù)波隨機(jī)噪聲，包括熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲。對其特性的表征可以采用隨機(jī)過程的分析方法。起伏噪聲的特點(diǎn)是具有很寬的頻帶，并且始終存在，它是影響通信系統(tǒng)性能的主要因素。在以后各章分析通信系統(tǒng)抗噪聲性能時，都是以起伏噪聲為重點(diǎn)。

討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響58/1443熱噪聲 熱噪聲是由傳導(dǎo)媒質(zhì)中電子的隨機(jī)運(yùn)動而產(chǎn)生的，這種在原子能量級上的隨機(jī)運(yùn)動是物質(zhì)的普遍特性。在通信系統(tǒng)中，電阻器件噪聲、天線噪聲、饋線噪聲以及接收機(jī)產(chǎn)生的噪聲均可以等效成熱噪聲。熱噪聲均勻分布在0—1012Hz的頻率范圍內(nèi)，其電壓有效值為59/144其中k=1.38′10-23（J/K）－波茲曼常數(shù)T

－熱力學(xué)溫度（oK）R

－阻值（W）B

－帶寬（Hz）60/144功率譜密度為其中：h=6.6254×10-34(J/s)為普朗克常數(shù)。在頻率f＜0.2(KT/h)范圍內(nèi)，功率譜密度Pn(f)基本上是平坦的。在室溫(T=290K)條件下，f＜1000GHz時，功率譜密度Pn(f)基本上是平坦的。通常把這種噪聲按白噪聲處理。61/1445.3.2衰落原因與分類引起衰落的原因衰落的分類62/1445.3.2衰落原因與分類引起衰落的原因兩大類氣象條件的不平穩(wěn)變化引起大氣折射的慢變化，雨霧衰減以及大氣中不均勻體的散射等引起的衰落；多徑傳播引起的衰落。這時到達(dá)接收天線的幾條射線在垂直天線口面上的相位不可能完全相同，產(chǎn)生相互疊加干擾，使合成信號產(chǎn)生或深或淺的衰落。63/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類按衰落周期的時間長短分：慢衰落——常由大氣折射的緩慢變化引起快衰落——與大氣中存在的波導(dǎo)、薄層以及湍流等引起的多徑傳播有關(guān)

64/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類圖5-15衰落示意圖65/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類工程應(yīng)用中常按快衰落產(chǎn)生的機(jī)制分為：①K型衰落②波導(dǎo)型衰落③閃爍衰落④散射型衰落⑤大氣雨霧的吸收衰落66/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類①K型衰落

K型衰落是一種由地面反射的多徑干涉形成，常發(fā)生在水面和開闊平面地上的電波中。由于直射波與地面反射波（或在某種情況下的繞射波）到達(dá)接收端因相位不同互相干涉造成的電波衰落。這種相位不同是隨等效地球半徑因子K變化的，故稱K型衰落也稱多徑衰落。67/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類②波導(dǎo)型衰落

不均勻結(jié)構(gòu)形成大氣波導(dǎo)，有較強(qiáng)的反射波到底接收端。68/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類③閃爍衰落閃爍衰落是由于對流層中的大氣無規(guī)則的漩渦運(yùn)動而形成的一些不均勻氣團(tuán)所引起的散射衰落，69/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類④散射型衰落

散射型衰落由傳播路徑上的大氣層中不均勻體的散射所引起，其典型的衰落圖形如圖5-16(d)所示。70/1445.3.2衰落原因與分類衰落的分類⑤大氣雨霧的吸收衰落

由大氣和雨霧的吸收所引起的衰落稱為吸收衰落，它的特點(diǎn)是直射波產(chǎn)生衰減，所以信號電平總是低于而不會高出自由空間電平。71/1445.3.3抗衰落技術(shù)分集技術(shù)空間分集頻率分集自適應(yīng)均衡技術(shù)

頻域自適應(yīng)均衡器時域自適應(yīng)均衡器

72/1445.3.3抗衰落技術(shù)分集技術(shù)空間分集空間分集分為空間分集發(fā)送和空間分集接收兩個系統(tǒng)，下面以空間分集接收為例說明這種技術(shù)。在不同的空間位置設(shè)置幾副天線，同時接收同一個發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選擇其中較強(qiáng)的信號，這種工作方式稱為空間分集接收。有幾副接收天線就稱為幾重分集。在微波傳輸系統(tǒng)中最常用的是二重垂直空間分集接收，如圖5-19所示。73/1445.3.3抗衰落技術(shù)分集技術(shù)空間分集

圖5-19二重垂直空間分集接收74/1445.3.3抗衰落技術(shù)分集技術(shù)頻率分集采用兩個或兩個以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時發(fā)送和接收同一信號，然后進(jìn)行合成或選擇，以減輕衰落影響，這種工作方式叫做頻率分集接收。當(dāng)采均兩個微波頻率時，稱為二重頻率分集。頻率分集有同頻段分集和跨頻段分集兩種類型。75/1445.3.3抗衰落技術(shù)分集技術(shù)

頻率分集

同頻段分集：指發(fā)送和接收的兩個微波信號頻率f1和f2位于同一微波頻段之中，其分集系統(tǒng)的示意圖如圖5-20所示。圖5-20同頻段分集系統(tǒng)

76/1445.3.3抗衰落技術(shù)分集技術(shù)

頻率分集

跨頻段分集：指發(fā)送和接收的兩個微波信號頻率f1、f2分別處于不同的微波頻段之中，其分集系統(tǒng)的示意圖如圖5-21所示。圖5-21跨頻段分集系統(tǒng)20151027廣電

77/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)

頻域自適應(yīng)均衡器圖5-22(a)為一個工作在中頻的頻域自適應(yīng)均衡器，它是一個諧振頻率和回路Q值可變的中頻諧振電路。該中頻諧振電路產(chǎn)生的與多徑衰落造成的幅頻特性相反的特性，可以抵消帶內(nèi)振幅偏差。圖5-22(b)是這種頻域均衡器的原理電路，均衡器電路用分布參數(shù)和變?nèi)荻O管構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，當(dāng)改變變?nèi)荻O管的節(jié)電容時，可改變電路的中心諧振頻率。78/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)

頻域自適應(yīng)均衡器圖5-22中頻可變調(diào)諧的自適應(yīng)均衡器79/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)

頻域自適應(yīng)均衡器首先由掃描信號對均衡前的頻譜在帶內(nèi)進(jìn)行掃描，由f凹檢出器將幅頻特性凹陷點(diǎn)的頻率檢出，并送到控制電路。再在均衡后的中頻頻譜中將帶內(nèi)的3個頻率點(diǎn)(f-

，f0

，f+)的信號由振幅偏差檢出器檢出，也送達(dá)控制電路。80/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)

頻域自適應(yīng)均衡器控制電路（由微處理器實(shí)現(xiàn)）根據(jù)3個頻率點(diǎn)檢出電壓的振幅同f凹檢出信號比較，可判斷出帶內(nèi)振幅特性是正向傾斜，是負(fù)向傾斜，還是落入了如圖5-22(a)所示的凹陷區(qū)。由這一判決信息去控制均衡電路的諧振頻率fr和回路陡度（Q值），再經(jīng)過這種反復(fù)的檢測與跟蹤控制，使均衡器幅頻特性與信道特性動態(tài)地形成互補(bǔ)特性，從而使均衡后的特性保持基本恒定，如圖5-22(b)所示。81/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)時域自適應(yīng)均衡器在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)誤碼率的主要原因是在收端取樣判決點(diǎn)處其前后信號對取樣判決樣值的干擾，稱為碼間干擾。故通常采用時域自適應(yīng)均衡器以消除(減小)取樣判決點(diǎn)處的碼間干擾。下面例舉的是一種應(yīng)用較廣，加在基帶系統(tǒng)的由橫向?yàn)V波器構(gòu)成的自適應(yīng)均衡器，其結(jié)構(gòu)如圖5-23所示。82/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)

時域自適應(yīng)均衡器圖5-23橫向?yàn)V波器式均衡器結(jié)構(gòu)83/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)

時域自適應(yīng)均衡器下面用圖5-24(a)對此均衡原理簡單說明如下：首先由相關(guān)檢出電路從前后脈沖檢出相對某判決點(diǎn)(例如S0點(diǎn))要求的誤差，然后用誤差信號去控制加權(quán)電路，對產(chǎn)生碼間干擾的脈沖成分進(jìn)行加權(quán)，以便消除碼間干擾。往往取C0=1(標(biāo)準(zhǔn)化值)，其他加權(quán)系數(shù)在－1到＋1的范圍內(nèi)變化。84/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)時域自適應(yīng)均衡器圖5-24橫向?yàn)V波器式均衡器原理框圖85/1445.3.3抗衰落技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)時域自適應(yīng)均衡器時域自適應(yīng)均衡器能均衡空間分集和頻域自適應(yīng)均衡器沒有完全均衡的剩余波形失真。實(shí)際使用中，往往用頻域均衡器去實(shí)現(xiàn)粗均衡，所以常將時域自適應(yīng)均衡器與頻域自適應(yīng)均衡器聯(lián)合使用。從理論上講，這種方法可以均衡基帶領(lǐng)域中的任何波形失真。86/1445.4無線電波傳播損耗無線電波傳播損耗無線傳播模型87/1445.5無線通信的多址連接方式頻分多址（FDMA）方式時分多址（TDMA）方式碼分多址（CDMA）方式空分多址（SDMA）方式88/1445.5無線通信的多址連接方式無線多址連接的概念：

在兩點(diǎn)之間的同一條信道上同時傳送不同的多個信號而不互相干擾，這是信道的“多路復(fù)用”。目前常用的多路復(fù)用方式有頻分多路復(fù)用(FDM)、時分多路復(fù)用(TDM)、碼分多路復(fù)用（CDM）、空分多路復(fù)用（SDM）等方式。在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)互不干擾和影響的多邊通信稱為“多址通信”或“多址連接”。多址連接與多路復(fù)用是兩個不同的概念：多路復(fù)用是一條信道被不同信號共用的問題，在衛(wèi)星通信中一個站要同時傳輸多路信號，就要采用多路復(fù)用技術(shù)，這時主要考慮信號在基帶上的復(fù)合與分離。多址連接的目的是要實(shí)現(xiàn)多個站之間的相互通信問題，主要是在射頻信道上進(jìn)行分割。89/1445.5.1頻分多址（FDMA）方式頻分多址（FDMA，F(xiàn)requencyDivisionMultipleAccess）的技術(shù)核心是把傳輸頻帶劃分為較窄的且互不重疊的多個子頻帶，每個用戶都被分配到一個獨(dú)立的子頻帶中；各用戶采用濾波器，分別按分配的子頻帶從信道上提取信號，實(shí)現(xiàn)多址通信。圖5-28為頻分多址方式的原理圖。圖中f1、f2…fk為各個地球站所發(fā)射的載波頻率，Bd為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬。90/1445.5.1頻分多址（FDMA）方式圖5-28頻分多址方式的原理示意圖91/1445.5.1頻分多址（FDMA）方式FDMA方式的主要缺點(diǎn)：由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器同時放大多個不同頻率的載波，容易形成互調(diào)干擾；為了減少互調(diào)的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)發(fā)器要降低功率，從而減小了衛(wèi)星通信的容量；各上行載波的功率電平要求基本一致，否則會引起強(qiáng)信號抑制弱信號的現(xiàn)象，因此，大小站之間不易兼顧；為了防止串?dāng)_，各載波之間需要留存足夠的保護(hù)頻帶，隨著載波的增多，衛(wèi)星的頻帶利用率下降很多。92/1445.5.1頻分多址（FDMA）方式根據(jù)多路復(fù)用和調(diào)制方式的不同,分為如下幾種方式：①FDM／FM／FDMA方式②SCPC／FDMA方式③PCM／TDM／PSK／FDMA方式除了上面所提到的幾種調(diào)制方式外，還可以采用其它調(diào)制方式。具體采用哪種調(diào)制方式,要根據(jù)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的用途和要求來決定。93/1445.5.2時分多址（TDMA）方式時分多址（TDMA，TimeDivisionMultipleAcce