33变参信道及其对信号传输的影响
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重庆大学通信工程学院
散射通信
数字通信原理
由于散射体既不受电离层变化的骚扰，又不怕雷 电等恶劣天气的影响，即便在太阳黑子活动情况 异常或是在磁爆、核爆炸等恶劣情况下，大气中 的散射体也始终存在，因而散射通信具有抗破坏 能力强、抗干扰性强、通信距离远、通信稳定可 靠、保密性强等特点，尤其适合用在近海跨越海 峡、海湾和岛屿及用于内陆跨越沙漠、高山、湖 泊、沼泽和人烟稀少的边远地区的通信。 散射通信设备已广泛用于建立永久性固定通信干 线。散射设备还被用于装车，使其成为能在现场 迅速开通或转移的移动散射站，成为民用机动通 信的重要手段。 散射通信适合在野战条件下使用，目前在军事领 域内也被广泛采用。
数字通信原理
电离层是离地面60－2000公里的高空大气层， 太阳光中的紫外线照射高空大气使之发生电离， 形成电离层。
电离层一般分为四层，60－80公里为D层，160 －120公里为E层，200公里左右为F1层，350－ 400公里为F2层。
D层只有在白天日照时才存在，主要对长波起反射作用， 而对短波和中波则起吸收作用 E层主要由氧原子电离形成，可反射中波和短波，白天 晚上都存在 利用F层的反射作用，可进行短波远距离通信，通信距 离为1000－2000公里
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信号在媒质中的传播
数字通信原理
电离层
由发射点出发的电波可
能经多条路径到达接 收点——多径传播
单跳 双跳
发
收
发
对流层散射区 收
每条路径信号的衰耗和时延随电离层或对流层的变化机理随机变化；多 径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成(矢 量和)，虽然每条路径信号的振幅和相位的变化可能是缓慢的，但合成信 号则可能产生快速、剧烈、复杂的变化。
Hale Waihona Puke Baiduitcit 第i条路径的随机相位
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
n
n
R (t) itc o sitc o sc t its inits inc t
i 1
i 1
i t,i t
缓慢变化的随机过程
i t cos i t
i
t
s
in
i
t
分别是的cosφi(t)和 sinφi(t)的包络
中心极限定理 Xc t ,Xs t
是高斯随机变量
R(t)是窄带高斯过程 V(t)一维服从瑞利分布 φ(t)一维服从均匀分布
平稳高斯过程
重庆大学通信工程学院
分析说明
数字通信原理
信号的包络服从瑞利分布的衰落，通常称之为瑞 利型衰落。
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变参信道传输媒质的特点
数字通信原理
对信号的衰耗随时间的变化而变 传输的时延随时间而变 多径传播
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3.3 变参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
1 变参信道 2 变参信道对信号传输的影响
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变参信道对信号传输的影响
数字通信原理
频率弥散与快衰落 频率选择性衰落和时间弥散 慢衰落
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
X
c
(t
)
n i 1
i
t cosi
t
n
X
s
(t
)
i 1
i t sin i t
R(t)XctcosctXstsinct Vtcosctt
V t 合成波R(t)的包络
t 合成波R(t)的相位
Vt Xc2tXs2t
t
tg1
Xs Xc
t t
流星的出现是离散的，流星余迹也是不连续 的，但流星的出现非常频繁，统计表明，每 昼夜进入地球大气层的流星在1010以上，尽 管余迹时间短暂且不连续，但由于数量很多， 仍可利用它进行通信。
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变参信道
数字通信原理
对流层散射 流星余迹散射 电离层反射和散射
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电离层反射和散射
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变参信道
数字通信原理
对流层散射 流星余迹散射 电离层反射和散射
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流星余迹散射
数字通信原理
流星经常出现在离地面70－130公里的高空， 流星运动的速度和动能都比较大，在与大气 的碰撞过程中，足以使部分流星发生物理电 离，形成一个柱形的电离区——流星余迹， 这个柱形电离区存在的时间大约在1秒以上， 利用它可以进行散射通信。
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
可用变参信道传送单频信号来说明频率弥散 快衰落现象
发射波
经过n条路径传播后 的接收信号
A cos ct
n
R(t) i tcosc t i t i1
n
i tcosc ct i t i1
i t
i t
第i条路径的接收信号振幅，随时间不同而随机变化 第i条路径的接收信号时延，随时间不同而随机变化
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
i t,i t 变化缓慢
V t
t
变化缓慢
R(t)是窄带随机过程
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
可见
从波形上看，多径传播的结果使确定的单一载频信号 Vcosωct变成了包络和相位都随机变化的窄带信号， 这种信号称为衰落信号；通常将由于电离层浓度变化 等因素所引起的信号衰落称为慢衰落；而把由于多径 效应引起的信号衰落称为快衰落
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
可见
从频谱上看，多径传播引起了频率弥散（色 散），即由单个频率变成了一个窄带频谱。
分析说明
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分析说明
数字通信原理
任意时刻t
Xct,Xst 是n个随机变量之和
if n
足够大
在“和”中的每一个随机变量可以认为是独立地出现的 且具有均匀分布特性
当发射天线辐射的电波作用于这些不均匀气团时， 由于介电常数的不同，必然产生折射和散射，这 时，电磁波传播方向不再与以前一致，而是向四 面八方发散。对流层散射的传播距离可达500－ 600公里远。
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平流层
数字通信原理
从对流层顶到离地面60公里左右的高空大 气层叫平流层，它处于对流层与电离层之 间 平流层散射距离可达600－1000公里。
33变参信道及其对信号传输的影响
对流层
数字通信原理
从地面开始到10－16公里的高空（两极为10公 里，赤道为16公里）叫对流层
对流层是大气的最低层，对流层中的湿度、压力、 水气都是随温度变化的
由于地表情况不同（地理条件不同），经常会出 现大气湍流——形成一个个大气旋涡，各涡流单 元拥有不同的介电常数，对电磁波的折射率也不 同。
散射通信
数字通信原理
由于散射体既不受电离层变化的骚扰，又不怕雷 电等恶劣天气的影响，即便在太阳黑子活动情况 异常或是在磁爆、核爆炸等恶劣情况下，大气中 的散射体也始终存在，因而散射通信具有抗破坏 能力强、抗干扰性强、通信距离远、通信稳定可 靠、保密性强等特点，尤其适合用在近海跨越海 峡、海湾和岛屿及用于内陆跨越沙漠、高山、湖 泊、沼泽和人烟稀少的边远地区的通信。 散射通信设备已广泛用于建立永久性固定通信干 线。散射设备还被用于装车，使其成为能在现场 迅速开通或转移的移动散射站，成为民用机动通 信的重要手段。 散射通信适合在野战条件下使用，目前在军事领 域内也被广泛采用。
数字通信原理
电离层是离地面60－2000公里的高空大气层， 太阳光中的紫外线照射高空大气使之发生电离， 形成电离层。
电离层一般分为四层，60－80公里为D层，160 －120公里为E层，200公里左右为F1层，350－ 400公里为F2层。
D层只有在白天日照时才存在，主要对长波起反射作用， 而对短波和中波则起吸收作用 E层主要由氧原子电离形成，可反射中波和短波，白天 晚上都存在 利用F层的反射作用，可进行短波远距离通信，通信距 离为1000－2000公里
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信号在媒质中的传播
数字通信原理
电离层
由发射点出发的电波可
能经多条路径到达接 收点——多径传播
单跳 双跳
发
收
发
对流层散射区 收
每条路径信号的衰耗和时延随电离层或对流层的变化机理随机变化；多 径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成(矢 量和)，虽然每条路径信号的振幅和相位的变化可能是缓慢的，但合成信 号则可能产生快速、剧烈、复杂的变化。
Hale Waihona Puke Baiduitcit 第i条路径的随机相位
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
n
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缓慢变化的随机过程
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中心极限定理 Xc t ,Xs t
是高斯随机变量
R(t)是窄带高斯过程 V(t)一维服从瑞利分布 φ(t)一维服从均匀分布
平稳高斯过程
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分析说明
数字通信原理
信号的包络服从瑞利分布的衰落，通常称之为瑞 利型衰落。
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变参信道传输媒质的特点
数字通信原理
对信号的衰耗随时间的变化而变 传输的时延随时间而变 多径传播
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3.3 变参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
1 变参信道 2 变参信道对信号传输的影响
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变参信道对信号传输的影响
数字通信原理
频率弥散与快衰落 频率选择性衰落和时间弥散 慢衰落
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
X
c
(t
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R(t)XctcosctXstsinct Vtcosctt
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t 合成波R(t)的相位
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流星的出现是离散的，流星余迹也是不连续 的，但流星的出现非常频繁，统计表明，每 昼夜进入地球大气层的流星在1010以上，尽 管余迹时间短暂且不连续，但由于数量很多， 仍可利用它进行通信。
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变参信道
数字通信原理
对流层散射 流星余迹散射 电离层反射和散射
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电离层反射和散射
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变参信道
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对流层散射 流星余迹散射 电离层反射和散射
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流星余迹散射
数字通信原理
流星经常出现在离地面70－130公里的高空， 流星运动的速度和动能都比较大，在与大气 的碰撞过程中，足以使部分流星发生物理电 离，形成一个柱形的电离区——流星余迹， 这个柱形电离区存在的时间大约在1秒以上， 利用它可以进行散射通信。
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
可用变参信道传送单频信号来说明频率弥散 快衰落现象
发射波
经过n条路径传播后 的接收信号
A cos ct
n
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第i条路径的接收信号振幅，随时间不同而随机变化 第i条路径的接收信号时延，随时间不同而随机变化
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
i t,i t 变化缓慢
V t
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变化缓慢
R(t)是窄带随机过程
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频率弥散与快衰落
数字通信原理
可见
从波形上看，多径传播的结果使确定的单一载频信号 Vcosωct变成了包络和相位都随机变化的窄带信号， 这种信号称为衰落信号；通常将由于电离层浓度变化 等因素所引起的信号衰落称为慢衰落；而把由于多径 效应引起的信号衰落称为快衰落
重庆大学通信工程学院
频率弥散与快衰落
数字通信原理
可见
从频谱上看，多径传播引起了频率弥散（色 散），即由单个频率变成了一个窄带频谱。
分析说明
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分析说明
数字通信原理
任意时刻t
Xct,Xst 是n个随机变量之和
if n
足够大
在“和”中的每一个随机变量可以认为是独立地出现的 且具有均匀分布特性
当发射天线辐射的电波作用于这些不均匀气团时， 由于介电常数的不同，必然产生折射和散射，这 时，电磁波传播方向不再与以前一致，而是向四 面八方发散。对流层散射的传播距离可达500－ 600公里远。
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平流层
数字通信原理
从对流层顶到离地面60公里左右的高空大 气层叫平流层，它处于对流层与电离层之 间 平流层散射距离可达600－1000公里。
33变参信道及其对信号传输的影响
对流层
数字通信原理
从地面开始到10－16公里的高空（两极为10公 里，赤道为16公里）叫对流层
对流层是大气的最低层，对流层中的湿度、压力、 水气都是随温度变化的
由于地表情况不同（地理条件不同），经常会出 现大气湍流——形成一个个大气旋涡，各涡流单 元拥有不同的介电常数，对电磁波的折射率也不 同。