短波电离层反射信道.ppt

1、3.3伴随通道及其传输特性，伴随通道是通道传输特性随时间随机快速变化的通道。典型的伴随信道包括陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星残余散射信道、超短波和微波对流层散射信道、超短波电离层散射和超短波地平线绕道。首先介绍两个茄子典型的参与渠道。3.3.1陆地移动信道陆地移动通信工作频段主要位于VHF和UHF频段，无线电波的特点是以直射波为主。但是在城市建筑群及其他地形图的影响下，电波在传播过程中产生反射、散射波以及它们的合成波，传播传输环境比较复杂，因此移动信道是典型的伴随信道。1.自由空间传播VHF、UHF移动信道中的传播主要包括自由空间直射波、地面反射波、大气折射波、建筑物等散射波。移

2、动台和基站天线在视线范围内时传播无线电波的主要方法是直射。直射波传播可以根据自由空间传播进行分析。因为传播路径没有阻挡，所以传播能量不会被障碍物吸收，也不会发生反射和折射。发射器输入到天线的功率为PT(瓦特)，从接收天线获取的功率为PR=PTGTGR，表达式中GT为发送天线增益，GR为接收天线增益，D为接收天线和发送天线之间的直线距离，各向同性天线的有效面积。如果发送天线增益和接收天线增益均为1，则格式(3.3-1)简化为PR=PT，自由空间传播损失为Lfs=，替换式(3.3-2)为Lfs=dB，LFS=20LG=32。f是操作频率(MHz)。食(3.3-4)表明，自由空间传播损失与D的平方成

3、正比，距离越远，损失越大。图3-16说明了移动信道的自由空间传播损耗与频率和距离的关系。图3 16移动信道的自由空间传播损耗，2 .如图3-17所示，反射波和散射波在地面或建筑物表面发射时发生反射或散射，从而产生多径传播现象。这种反射面一般是不规则的，粗糙的。为了便于分析，可以认为反射面是平滑的曲面。在牙齿情况下，电波的反射角度等于入射角，分析模型如图3-18所示。徐璐其他接口的反射R=(3.3-6)，其中： z=，图3 -17移动通道的传播路径，图3 18平滑曲面反射，z=(水平极化)(3.3-8)0=-j60(3 3 3)折射波传播在空间传播中，大气中介质密度随高度的变化而减少，因此传播在

4、空间传播中产生折射、散射等(见图3-19)。大气折射对传播传输的影响一般可以用地球等效半径表示。地球实际半径和地球等效半径之间的关系为k=，方程式中的k称为地球等效半径系数，r0=6370km是地球实际半径，re是地球等效半径。对于标准大气折射，地球等效半径系数k=，地球等效半径是图3 19传播折射图表，3.3.2短波电离层反射通道短波电离层反射通道是使用从地面发射的无线电波在电离层或电离层和地面之间的反射一个或多个反射结果通道。太阳辐射的紫外线和X射线使其成为距离地面60600公里的大气层电离层。电离层由分子、原子、离子和自由电子组成。频率范围为330 MHz(波长10100m)的短波(或高

5、频)无线电波进入电离层时，折射现象反射产生无线电波，返回地面形成短波电离层反射信道。电离层厚度为数百千米厚度，可分为D、E、F1和F2 4层，如图3-20所示。由于太阳辐射的变化，电离层的密度和厚度也随时间而随机变化，因此短波电离层反射频道也是参考信道。白天太阳辐射很强，所以D，E，F1，F2 4层都存在。晚上，太阳辐射减弱，D层和F1层几乎完全消失，因此只有E层和F2层存在。d，E层的电子密度小，无法形成反射条件，因此短波无线电波不会反射。d，E层对无线电波传输的影响主要是吸收无线电波，引起无线电波的能量损失。F2层是高度为250300 km的反射层，因此一次反射的最大距离约为4000 km

6、。图3 20电离层结构示意图随着电离层密度和厚度的时间随机变化，因此短波无线电波满足反射条件的频率范围也随时间变化。通常以最大可用频率提供最大操作频率。最大可用频率是无线电波以零角度入射时电离层可反射的最大频率，在fMUF=f0 sec0 (3.3-11)格式中，f0牙齿0=0时电离层可反射的最大频率(称为临界频率)。白天电离层厚，F2层电子密度高，最高使用频率高。晚上电离层薄，F2层电子密度小，最大可用频率低。短波电离层反射通道的最重要特征是多径传播，多径传播以以下形式进行： (1)无线电波在电离层反射一次，和多次反射(2)电离层反射地区的高度形成的精细多径；(3)地球磁场引起的范相波和范相

7、波；(4)电离层不均匀性引起的扩散现象。上述四种茄子格式如图3-21所示。图3-21多径格式图表(A)一次反射和两次反射(b)反射地区的海拔高度不同。(c)异常波和异常波；(D)扩散现象，3.3.3具有三个茄子特征，根据上述分析的陆地移动信道和短波电离层反射信道两个茄子典型从属信道特性，(1)信号衰减随时间随机变化。(2)信号传输延迟随时间随机变化。(3)传播多径。伴随信道比常数信道复杂得多，因此对信号传输的影响也比常数信道严重得多。现在，我们从两个茄子方面来看。1 .多径衰退和频率分布式陆地移动多径传播图如图3-17所示。基站天线发射的信号通过几个不同的路径到达移动台。假定发射信号是单频率正

8、弦波，即s(t)=A cosct (3.3-12)多径信道共有N条路径，每条路径具有时变衰减和时变传输延迟，并且从每条路径到接收端的信号徐璐独立。接收端接收的合成波为=(3.3-)发送延迟为r(t)=格式的I (t)=-ci (t) (3.3-15)，r(t)=a1(t)Coss因此，如果n牙齿足够大，则X(t)和Y(t)都是正态分布。通常，X(t)和Y(t)的平均值为0，方差相同，一维概率密度函数和x=y。格式(3.3-16)是包络和拓扑格式，即r(t)=V(t)cosct (t) (3.3-21)，表达式中的V(t)=x2 (t)因此，V(t)和(T)是比载波变化慢的随机过程，因此r(t)

9、可以看作是窄波段随机过程。2.5窄带随机过程分析表明，r(t)的包络是瑞利分布，r(t)是衰落信号，r(t)的频谱(R)是fc的窄带频谱(参见图2-7)。从而得出以下两个茄子结论： (1)多径传播可以将单个频率的正弦信号替换为包络和相位调制的窄波段信号。这称为衰落信号。换句话说，多径传播使信号变为瑞利型衰落。(2)从频谱的角度来看，多径传播是由单个谱线，即多径传播引起频率咪咪的窄波段频谱(如传播)造成的。2 .当频率选择性衰落和相关带宽发射信号是具有一定频带宽度的信号时，多径传播除了瑞利型衰落外，还产生频率选择性衰落。频率选择性衰退是多径传播的另一个重要特征。为了便于分析，假定只有两条多径传播

10、路径，如图3-22所示。其中K是两条路径的衰减系数，(T)是两条路径信号传输的相对延迟差。如果通道输入信号为si(t)，则输出信号为so(t)=ksi(t) ksit-(t)Y (3.3-26)的频域表达式是图3 22两个路径通道模型，so(通道振幅频率特性是固定I的图3-3-26)样式(3.3-29)表示对于信号不同的频率组件，通道徐璐具有不同的衰减。显然，当信号通过这些传输特性的通道时，信号的频谱失真。随着失真时间随机变化，频率选择性衰退。特别是，当信号的频谱宽度大于时，一些频率分量被信道衰减到0，从而导致严重的频率选择性衰退。图3 23信道振幅频率特性，并且相对延迟差(T)通常是时变参数，因此传输特性的零点、在频率轴上的极点位置也随时间随机变化，因此传输特性变得更加复杂。图3-23(b)所示。对于一般多径传播，信道的传输特性比两条路径信道传输特性复杂得多，但也存在频率选择性衰落现象。多径传播时的相对延迟差通常表示为最大直径延迟差。如果将通道的最大直径延迟差设置为M，则定义多径传播通道的相关带宽。这表示与通道传输特性相邻的两个零点之间的频率间隔。如