二短波和超短波通信系统PPT课件
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10 lg PT 99.3% 20dB PTmed
ห้องสมุดไป่ตู้1）干涉衰落
并且，单纯靠增加发射功率来提高可通率是极 不经济的。近年来，在短波线路上广泛采用分集接 收技术、时频调制技术以及差错控制技术来对抗衰 落，使得正常的瑞利衰落信道上传输数据时，用不 太大的功率获得线路的高可通率。
（1）干涉衰落
★干涉衰落是一种快衰落
在非骚动短波传播期间，也就是不存在电离层 暴变的时期，电场强度的快变化主要来源于干涉衰 落，少量时刻也可能是由于极化衰落。
（1）干涉衰落
★衰落信号的振幅服从瑞利分布 通过长期的观察，证实了遭受快衰落的电场强度振幅服 从瑞利分布。可以证明，在瑞利分布条件下，到达或超过某 给定电场强度值的时间百分数T可由下式计算。
（3）极化衰落
极化衰落出现的概率远小于干涉衰落。粗略估 计，极化衰落仅占全部衰落的10%~15%。极 化衰落发生时，接收端的电压值均较未衰落时下 降3dB。为了避免这种极化衰落，可以采用几副 具有不同极化方式的接收天线，并且通过选择电 路接到接收机输入端。选择电路总使接收最强信 号的那副天线接到接收机输入端。这种方法称为 极化分集。
根据大量的测量值表明干涉衰落的速率大约为 10~20次/min，衰落深度可达40dB（低于中值），偶 尔达80dB。衰落持续时间通常在4~20ms范围内，是一 种快衰落，与吸收衰落有明显的差别。持续时间的长短可 用于判别是吸收衰落还是干涉衰落。
4．衰落
（2）吸收衰落 产生吸收衰落的原因是D层衰减特性的慢变化， 其时间最长可以持续1小时或更长，因此吸收衰落 属于慢衰落。由于吸收衰落是电离层吸收的变化 引起的，所以它有年、月、季节和昼夜的变化。 吸收衰落有下列特征：
一、短波信道和超短波信道的特性
（一）短波和超短波传播的形式 （二）短波在电离层中的传播特性 （三）改进无线传输质量的主要措施
（二）短波在电离层中的传播特性
1．最高可用频率（MUF） 2．传输模式 3．多经传播 4．衰落 5．相位起伏（多普勒频移） 6．静区
7．昼夜间信号差别
（二）短波在电离层中的传播特性
（1）干涉衰落
我们把功率增加的倍数称为 “功率余量”，也称“对快衰落 的防护度”，通常用分贝表示。 因此，也可以这样说，为了保证 90%的可通率，留有的功率余量 为：
10 lg PT 90% 10 lg 6.6 8.2dB PTmed
（1）干涉衰落
同理，若要求可通率达到 99.3%，功率余量就应增加到 20dB,即要求功率增加100倍， PT=10000W。由此可以看出， 对于短波线路，由于快衰落的存 在，可通率受到一定的限制。
（2）吸收衰落
接收点信号幅度的变化比较慢，其周期从几分 钟到几小时（包括日变化）。
对短波整个频段的影响程度是相同的（不存在 频率选择性）。
克服吸收衰落，除了正确地选择频率外，在设 计短波线路时只能靠留功率余量来补偿电离层吸 收的增大。
4．衰落
（3）极化衰落 电波被电离层反射后，其极化已不再和发射天 线辐射时的相同。发射到电离层的平面极化射线 经电离层反射后，由于地磁场的作用，分为两条 椭圆极化射线，经合成形成接收地点的椭圆极化 波。椭圆长轴的大小和相位随着传播路径上电子 密度的随机变化而不断变化，导致接收信号强度 发生变化。
4．衰落
综上所述，分集接收是克服信号衰落的有效方法。短 波通信系统中，通常利用相距300米的两副天线获取两个 衰落近于不相关的信号样本，或者利用两个工作于不同频 率（频率相差在400Hz以上）的接收机获取两个衰落互不 相关的信号样本，然后按一定规则将两个信号样本相加 （合并），合成的信号电平将比较平稳，衰落程度将大为 减轻。上述利用两副不同位置的天线进行分集的方法称为 二重空间分集，而利用两个不同频率传输的方法称为二重 频率分集。增加所利用的天线或频率数目，可使分集重数 增加。
（1）干涉衰落
干涉衰落有下列特征。 ★具有明显的频率选择 性 即对不同频率的信号具 有不同的衰落特性，因此也 称“选择性衰落。通过试验 证明，当两个信号频率差值 大于400Hz时，他们的衰 落特性相关性就很小了。
（1）干涉衰落
根据此特点，可以 采用频率分集的方法克 服这种衰落。
（1）干涉衰落
★衰落信号的振幅服从瑞利分布
4．衰落 短波在电离层传播过程中， 由于多径传播等原因，使接收端 的信号出现叠加（干涉），接收 信号的强度出现忽大忽小的随机 起伏，称为衰落。多径干涉是引 起衰落的主要原因，此外电离层 特性的变化等因素也会引起衰落。
4．衰落
衰落有快衰落和慢衰落之分，连续出现持 续时间仅几分之一秒的信号起伏称为快衰落； 持续时间比较长的衰落（1小时或者更长）称 为慢衰落。根据衰落产生的原因，可分为以下 3种衰落。干涉衰落、吸收衰落、极化衰落。
4．衰落
（1）干涉衰落
若从线路发送端发射恒定幅度的高频信号，由于多径传播， 到达接收端的射线不是一条，而是多条。
这些射线通过不同的路径，到达接收端的时间不同，传播 的距离不同，遭受的衰减不同，所以到达接收端后的幅度也各不 相同。
再者由于电离层的电子密度、高度均是随机变化的，电波 射线轨迹也随之变化，这使得同一信号由多径传播到达接收端后 信号之间不能保持固定的相位差，使合成的信号振幅随机起伏。 这种衰落由到达接收端的若干个信号干涉造成，故称“干涉衰 落”。
T 100e0.693( E Emed )2
（1）干涉衰落
T 100e0.693( E Emed )2
式中 E为给定的电场强度值； Emed为电场强度中值。
根据上式，可画出瑞利衰落下接收端电场强度的 概率分布曲线。
（1）干涉衰落
（1）干涉衰落
从曲线上可以查到：电场强 度达到或超过中值的时间为整个 观察时间的50%。若降低给定值 E，如E=0.39Emed,低于中值 8.2dB，此时T=90%；若 E=0.1Emed,低于中值20dB，此 时， T=99.3%。
（1）干涉衰落
此曲线图在短波线路设计中 非常有用，可以用它来计算为提 高线路可通率所需要额外增加的 功率。例如已经计算出保证50% 可通率需要的发射功率为100W， 现要求可通率提高至90%，即保 证在90%的时间内，线路保持原 有的通信质量，发射机应增加多 少功率呢？
（1）干涉衰落
从右图曲线上可以查到，当 可通率T=90%时，接收端的电场 强度E将跌落到中值Emed的0.39 倍，接收功率跌落到中值的0.15 倍，所以要达到原有的通信质量， 发射机功率应增加1/0.15=6.6倍。 即发射功率PT=660W。
ห้องสมุดไป่ตู้1）干涉衰落
并且，单纯靠增加发射功率来提高可通率是极 不经济的。近年来，在短波线路上广泛采用分集接 收技术、时频调制技术以及差错控制技术来对抗衰 落，使得正常的瑞利衰落信道上传输数据时，用不 太大的功率获得线路的高可通率。
（1）干涉衰落
★干涉衰落是一种快衰落
在非骚动短波传播期间，也就是不存在电离层 暴变的时期，电场强度的快变化主要来源于干涉衰 落，少量时刻也可能是由于极化衰落。
（1）干涉衰落
★衰落信号的振幅服从瑞利分布 通过长期的观察，证实了遭受快衰落的电场强度振幅服 从瑞利分布。可以证明，在瑞利分布条件下，到达或超过某 给定电场强度值的时间百分数T可由下式计算。
（3）极化衰落
极化衰落出现的概率远小于干涉衰落。粗略估 计，极化衰落仅占全部衰落的10%~15%。极 化衰落发生时，接收端的电压值均较未衰落时下 降3dB。为了避免这种极化衰落，可以采用几副 具有不同极化方式的接收天线，并且通过选择电 路接到接收机输入端。选择电路总使接收最强信 号的那副天线接到接收机输入端。这种方法称为 极化分集。
根据大量的测量值表明干涉衰落的速率大约为 10~20次/min，衰落深度可达40dB（低于中值），偶 尔达80dB。衰落持续时间通常在4~20ms范围内，是一 种快衰落，与吸收衰落有明显的差别。持续时间的长短可 用于判别是吸收衰落还是干涉衰落。
4．衰落
（2）吸收衰落 产生吸收衰落的原因是D层衰减特性的慢变化， 其时间最长可以持续1小时或更长，因此吸收衰落 属于慢衰落。由于吸收衰落是电离层吸收的变化 引起的，所以它有年、月、季节和昼夜的变化。 吸收衰落有下列特征：
一、短波信道和超短波信道的特性
（一）短波和超短波传播的形式 （二）短波在电离层中的传播特性 （三）改进无线传输质量的主要措施
（二）短波在电离层中的传播特性
1．最高可用频率（MUF） 2．传输模式 3．多经传播 4．衰落 5．相位起伏（多普勒频移） 6．静区
7．昼夜间信号差别
（二）短波在电离层中的传播特性
（1）干涉衰落
我们把功率增加的倍数称为 “功率余量”，也称“对快衰落 的防护度”，通常用分贝表示。 因此，也可以这样说，为了保证 90%的可通率，留有的功率余量 为：
10 lg PT 90% 10 lg 6.6 8.2dB PTmed
（1）干涉衰落
同理，若要求可通率达到 99.3%，功率余量就应增加到 20dB,即要求功率增加100倍， PT=10000W。由此可以看出， 对于短波线路，由于快衰落的存 在，可通率受到一定的限制。
（2）吸收衰落
接收点信号幅度的变化比较慢，其周期从几分 钟到几小时（包括日变化）。
对短波整个频段的影响程度是相同的（不存在 频率选择性）。
克服吸收衰落，除了正确地选择频率外，在设 计短波线路时只能靠留功率余量来补偿电离层吸 收的增大。
4．衰落
（3）极化衰落 电波被电离层反射后，其极化已不再和发射天 线辐射时的相同。发射到电离层的平面极化射线 经电离层反射后，由于地磁场的作用，分为两条 椭圆极化射线，经合成形成接收地点的椭圆极化 波。椭圆长轴的大小和相位随着传播路径上电子 密度的随机变化而不断变化，导致接收信号强度 发生变化。
4．衰落
综上所述，分集接收是克服信号衰落的有效方法。短 波通信系统中，通常利用相距300米的两副天线获取两个 衰落近于不相关的信号样本，或者利用两个工作于不同频 率（频率相差在400Hz以上）的接收机获取两个衰落互不 相关的信号样本，然后按一定规则将两个信号样本相加 （合并），合成的信号电平将比较平稳，衰落程度将大为 减轻。上述利用两副不同位置的天线进行分集的方法称为 二重空间分集，而利用两个不同频率传输的方法称为二重 频率分集。增加所利用的天线或频率数目，可使分集重数 增加。
（1）干涉衰落
干涉衰落有下列特征。 ★具有明显的频率选择 性 即对不同频率的信号具 有不同的衰落特性，因此也 称“选择性衰落。通过试验 证明，当两个信号频率差值 大于400Hz时，他们的衰 落特性相关性就很小了。
（1）干涉衰落
根据此特点，可以 采用频率分集的方法克 服这种衰落。
（1）干涉衰落
★衰落信号的振幅服从瑞利分布
4．衰落 短波在电离层传播过程中， 由于多径传播等原因，使接收端 的信号出现叠加（干涉），接收 信号的强度出现忽大忽小的随机 起伏，称为衰落。多径干涉是引 起衰落的主要原因，此外电离层 特性的变化等因素也会引起衰落。
4．衰落
衰落有快衰落和慢衰落之分，连续出现持 续时间仅几分之一秒的信号起伏称为快衰落； 持续时间比较长的衰落（1小时或者更长）称 为慢衰落。根据衰落产生的原因，可分为以下 3种衰落。干涉衰落、吸收衰落、极化衰落。
4．衰落
（1）干涉衰落
若从线路发送端发射恒定幅度的高频信号，由于多径传播， 到达接收端的射线不是一条，而是多条。
这些射线通过不同的路径，到达接收端的时间不同，传播 的距离不同，遭受的衰减不同，所以到达接收端后的幅度也各不 相同。
再者由于电离层的电子密度、高度均是随机变化的，电波 射线轨迹也随之变化，这使得同一信号由多径传播到达接收端后 信号之间不能保持固定的相位差，使合成的信号振幅随机起伏。 这种衰落由到达接收端的若干个信号干涉造成，故称“干涉衰 落”。
T 100e0.693( E Emed )2
（1）干涉衰落
T 100e0.693( E Emed )2
式中 E为给定的电场强度值； Emed为电场强度中值。
根据上式，可画出瑞利衰落下接收端电场强度的 概率分布曲线。
（1）干涉衰落
（1）干涉衰落
从曲线上可以查到：电场强 度达到或超过中值的时间为整个 观察时间的50%。若降低给定值 E，如E=0.39Emed,低于中值 8.2dB，此时T=90%；若 E=0.1Emed,低于中值20dB，此 时， T=99.3%。
（1）干涉衰落
此曲线图在短波线路设计中 非常有用，可以用它来计算为提 高线路可通率所需要额外增加的 功率。例如已经计算出保证50% 可通率需要的发射功率为100W， 现要求可通率提高至90%，即保 证在90%的时间内，线路保持原 有的通信质量，发射机应增加多 少功率呢？
（1）干涉衰落
从右图曲线上可以查到，当 可通率T=90%时，接收端的电场 强度E将跌落到中值Emed的0.39 倍，接收功率跌落到中值的0.15 倍，所以要达到原有的通信质量， 发射机功率应增加1/0.15=6.6倍。 即发射功率PT=660W。