电波传播理论(徐立勤)db

,20-1,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,基本要求：1.了解卫星通信的基本概念；2.了解卫星通信业务传播预测模型的基本概念。,第20章卫星通信业务传播预测模型,20-2,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,卫星通信的基本概念卫星通信利用人造卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信。卫星通信的频段：300MHz300GHz，1m1mm卫星通信过程示意图：,20-3,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,卫星通信的特点：通信距离远，且费用与通信距离无关；覆盖面积大，可进行多址通信；通信频带宽，传输容量大；机动灵活；通信链路稳定可靠，传输质量高。卫星通信的局限性：通信卫星使用寿命短；存在日凌中断和星蚀现象；传播时延大且存在回拨干扰；卫星通信技术复杂；高纬度地区通信效果不好，两极地区是盲区。,20-4,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,卫星通信系统的组成1通信卫星，通信地球站分系统，跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统。卫星通信系统的组成2空间段，地面段和控制段。卫星通信的分类：有源卫星和无源卫星；巨卫星，大卫星，中卫星，小卫星，微小卫星，纳卫星，皮卫星和飞卫星；地轨道卫星，中轨道卫星，高轨道卫星和地球同步轨道卫星；赤道轨道卫星，倾斜轨道卫星和极地轨道卫星。,20-5,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,卫星通信系统的分类：随机、相位和静止的；国际、国内和区域的；公用（商用）、专用和军用；固定业务（FSS）、移动业务（MSS）、广播业务（BSS）、科学实验及其它业务（如教学、气象、军事等）。频分多址、时分多址、码分多址、空分多址和混合多址；数字式和模拟式；特高频、（UHF）、超高频（SHF）、极高频（EHF）和激光。地球站的组成：天馈设备；发射机；接收机；信道终端设备；天线跟踪设备；电源设备。,20-6,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,卫星通信业务：卫星固定业务卫星陆地移动业务卫星海上移动业务卫星航空移动业务卫星声音和电视广播业务卫星无线电定位业务卫星陆地和水上导航业务卫星空间探索和研究业务等等。卫星通信业务几乎包括了地面无线电通信业务所涉及的所有业务。,20-7,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,20.1地空通信中的对流层传播效应模型,地空电路的传播损耗计算要考虑以下各项因素空间扩散损耗，氧气和水汽的吸收损耗，雨衰减，对流层闪烁衰落，电离层闪烁衰落，波束扩散损耗，大气噪声，去极化效应，以及站址分集改善等等相关因素。大气气体的吸收损耗与频率和地面水汽密度有关。对于地空倾斜路径，必须进行比较复杂的仰角修正。此外，大气等效高度或等效路径长度的的计算也是重要的。这些方面是与地面微波的吸收损耗计算完全不同的。雨衰减的计算可参考ITU-RREC.P.837，REC.P.838，REC.P.839。雨衰减与无线电波的频率、电波的极化、地空电路的仰角、地球站的经纬度和地球站所在地点的降雨率有关。电离层闪烁衰落与对流层闪烁衰落的计算见17.3和17.4节。基本传输损耗或传播损耗的计算是场强预测、功率通量密度预测和接收电平计算的基础。,20-8,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,20.1.1参数定义,地空电路的基本参数：平均年通信系统所要求的可靠度；地球站经度，地球站纬度，地球站海拔高度；卫星经度，卫星纬度，卫星高度；频率，极化方式，极化倾斜角；天线口面直径，天线效率；平均年地面气温，平均年地面水汽密度；平均年等效地球半径因子；平均年0.01%时间被超过的雨强，mm/h；分集地球站经度，分集地球站纬度，站址分集间距。,20-9,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,20.1.2地空电路的几何参数仰角、方位角、电路距离,卫星对地球站的仰角、方位角和距离可分别表示为：,（20.1）、（20.2）、（20.3）,20-10,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,信号幅度的闪烁通常是指幅度变化较小（大约低于10dB）的衰落现象，信号幅度围绕平均值起伏，大体遵守对数正态分布。当卫星通信线路的仰角低于4时，信号幅度的变化则服从雷利分布。对流层折射指数空间分布的不均匀性与随机变化是引起无线电波幅度起伏(或称闪烁)的基本原因。折射指数空间分布的不均匀性与随机起伏则来源于大气温度和湿度的空间不均匀性和随机起伏，最根本的原因是大气的湍流运动。对流层闪烁与水汽密度、频率、仰角和天线口径等参数有关。闪烁衰落深度随频率的增加和仰角的降低而增加。当电路仰角时对流层引起的时间被超过的闪烁衰落深度的计算公式：（20.5）（20.14）,20.1.3对流层闪烁衰落,20-11,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,波束扩散由于大气折射指数，随着高度的增加而按指数规律降低，射线在低高度和低仰角上弯曲得比较厉害，而在高高度和高仰角上弯曲比较轻微，所以引起射线波束的扩散。,20.1.4波束扩散损耗,20-12,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,散焦效应由于波束扩散使得在射线路径上不同位置波束截面内的功率通量密度是不同的的现象。这种传播效应，在30MHz100GHz的频率范围内，基本上与频率无关，而且仅当低仰角时这种传播效应才表现明显。波束扩散损耗可用以下经验公式计算：,（20.15）,20-13,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,在卫星通信中，在降雨严重的地区，常常采取站址分集（空间分集）的措施减少雨衰减的影响。所谓站址分集是指，设立两个地球站同时接收来自空间站的信号，两个地球站的（非相干）接收信号以某种合适的方式合成，以达到降低雨衰减影响的目的。这种方法之所以可行，是因为引起严重衰减的强降雨通常只是局限于数公里的区域内，若在数公里的强降雨区之外设立另一个地球站，它的接收信号就可能不会遭受强降雨的衰减。为了表达站址分集的效果，通常使用分集改善系数和分集增益两个不同的参数。,20.1.5站址分集改善系数与分集增益,20-14,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,分集改善系数在雨衰减数值相同的情况下，单站接收时所对应的时间百分数与分集接收时所对应的时间百分数之比，这反映了雨衰减的时间概率的降低，即时间百分数降低的数量级。分集改善系数与站址分集间距直接有关。分集增益在相同时间百分数的情况下，单站接收时雨衰减的值与分集接收时雨衰减的值之间的差值，它反映了采用站址分集之后雨衰减降低的分贝数。讨论卫星通信系统的可靠度时，通常会使用站址分集改善系数，可以清楚地说明站址分集对系统可靠度的改善。而在计算接收信号场强和电平的时候，往往使用分集增益这个参数。分集增益与频率、仰角、分集间距以及分集站方位有关。,20-15,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,20.2卫星海上移动业务中的海面反射引起的衰落,海上移动卫星通信的特点：作为海上移动台的船舶，其活动地域可以是很宽广的，甚至是全球的；在卫星海上移动通信业务中，海面的反射和散射传播效应具有很重要的影响。在卫星海上移动通信中，还必须考虑对流层影响，这包括包括大气气体的吸收以及雨、雾和云的吸收和散射引起的衰减。在超短波频段的低端，电离层的影响有时也是需要考虑的，这主要包括电离层引起的信号幅度闪烁以及电波极化面的法拉第旋转。,20-16,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,无线电波海面反射的几何图形：T点为船站天线所在的位置；是海面反射波的擦地角；图中的虚线表示船站的天线方向性图。,20-17,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,在海面上地空传播引起的时间不被超过的衰落深度：Nakagami-Rice分布中时间不被超过的衰落深度（图20.6）海面反射波相对于直接波的平均非相干功率海面的镜反射系数海面漫反射系数地反射射线方向的天线的相对增益,（20.25）,（20.26）,（图20.4）,（20.27）,20-18,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,20.3卫星航空移动业务中地面与水面反射引起的衰落,卫星航空移动业务的特点：航空移动业务的移动台（航空器）具有很高的高度和很大的速度，航空器与基站间的通信可以覆盖很大的空间范围，可包括地面和海面。卫星航空移动业务海面反射图：,20-19,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,地面（或海面）的反射和散射引起的衰落深度：Nakagami-Rice分布中时间不被超过的衰落深度（图20.6）海面反射波相对于直接波的平均非相干功率海面的镜反射系数海面漫反射系数地反射射线方向的天线的相对增益球面扩散系数（与海面移动通信不同）,（20.35）,（20.35）,（20.43）,（20.37）,（20.36）,（20.38）,20-20,电波传播理论,第20章卫星通信业务传播预测模型,20.4卫星陆地移动业务中地面树木和建筑物