【正文】 射波的行程差嚴(yán)重影響到接收效果。這樣，在具體的兩站之間，必須考慮隨 K的變化影響到 的接收效果。當(dāng) K減小，地球凸起高度增大，余隙減小。 第 3章 112 余隙的大小決定了允許通過(guò)的菲涅爾區(qū)的數(shù)目。也即最小菲涅爾區(qū)半徑 確定傳播余隙的一條原則 ： 在一個(gè)傳播段上，相應(yīng)于最小 K值的傳播余隙應(yīng)在 。 衰落影響信號(hào)傳播的穩(wěn)定性和系統(tǒng)可靠性。 快衰落 ：持續(xù)時(shí)間短的叫快衰落，一般發(fā)生在幾秒到幾分鐘之間。 第 3章 116 衰落的發(fā)生是隨機(jī)的 ,無(wú)法預(yù)知某一時(shí)間信號(hào)的具體規(guī)律 ,只能掌握統(tǒng)計(jì)規(guī)律。對(duì)流層中的大氣常發(fā)生的體積大小不等，無(wú)規(guī)則的漩渦運(yùn)動(dòng)，這些稱為大氣湍流。當(dāng)微波射線射到不均勻的塊式層狀物上來(lái)時(shí)，將使電波向周圍輻射，形成對(duì)流層散射。由于這種衰落是由于多徑產(chǎn)生的，且衰落持續(xù)時(shí)間短，電平變化小，因此稱之為閃爍衰落。 第 3章 119 ② K型衰落（多徑衰落） 。由于這種衰落與行程差 Δr有關(guān)，而 Δr是隨大氣的折射參數(shù) K值的變化而變化的，故稱為 K型衰落。除了地面的反射以外，大氣中有時(shí)出現(xiàn)的突變層也能對(duì)電磁波產(chǎn)生反射和散射，也可以造成電波的多徑傳輸，在接收點(diǎn)產(chǎn)生干涉型衰落。由于氣象的影響，大氣層中會(huì)形成不均勻的結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波通過(guò)這些不均勻?qū)訒r(shí)將產(chǎn)生超折射現(xiàn)象，稱為大氣波導(dǎo)傳播。 第 3章 121 大氣波導(dǎo)傳播 第 3章 122 平衰落及其瑞利分布特性 衰落對(duì)視距傳播的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是信號(hào)的 接收電平下降 ，二是由于衰落的頻率選擇性作用而引起 傳輸波形的失真 。一定條件下，可以忽略頻率選擇性影響，而認(rèn)為信號(hào)傳輸帶寬內(nèi)具有相同的衰落電平，這種衰落稱為 平衰落 。 衰落深度給出了電波傳輸?shù)?中斷電平 ，衰落持續(xù)時(shí)間決定了 中斷時(shí)間 。 由于信號(hào)進(jìn)行多徑傳播達(dá)到接收點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)自不同傳播的路徑，各條路徑延時(shí)時(shí)間是不同的，而各個(gè)方向分量波的疊加，產(chǎn)生了接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，從而形成信號(hào)衰落快而且深，我們把這種衰落稱為 瑞利衰落 。 CBr dfWWKQP0?第 3章 126 衰落不僅與接收功率有關(guān)，還與當(dāng)?shù)氐臍庀?、季?jié)、地理環(huán)境等因素有關(guān)，表現(xiàn)在公式里的常數(shù)因子不同。 在收信電平等于自由空間條件下的收信電平時(shí)，我國(guó)的計(jì)算公式： ??????????????海面、湖面、沼澤平原山區(qū)、丘陵218910hh10KQ dK QfP r ?第 3章 127 衰落深度的計(jì)算 衰落深度 又稱為 衰落儲(chǔ)備 、 衰落容限 ，是指為了保證某個(gè)限定的誤碼率指標(biāo)，一個(gè)中繼段（或設(shè)備）具有的抗衰落的 儲(chǔ)備量 ，或者說(shuō)能夠忍受的衰落深度。 0WW第 3章 128 衰落深度的計(jì)算 衰落深度 又稱為 衰落儲(chǔ)備 、 衰落容限 ，是指為了保證某個(gè)限定的誤碼率指標(biāo)，一個(gè)中繼段（或設(shè)備）具有的抗衰落的 儲(chǔ)備量 ，或者說(shuō)能夠忍受的衰落深度。 0WW第 3章 129 數(shù)字微波的衰落深度是從衰落概率的角度進(jìn)行計(jì)算的，定義式為： 已知衰落深度為 Fd時(shí)，深衰落發(fā)生的概率為 10/ 10 dFr dK QfP??????????xrd PPlg10F允許中斷的概率衰落概率第 3章 130 例 34 某平原地區(qū)的數(shù)字微波通信線路，用于數(shù)據(jù)傳輸，線路長(zhǎng)度為1000km，通信頻率為 7GHz，全線路誤碼率為 106時(shí)的中斷概率為 %，該中繼段站距為 40km，求衰落深度。 解：水面的 KQ值為 中斷概率為 986090 ??????5103210/10????????????? dFrdK QfP第 3章 133 頻率選擇性衰落 當(dāng)發(fā)送的信號(hào)是具有一定頻帶寬度的信號(hào)時(shí)，多徑傳播會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落。 令發(fā)送信號(hào)為 f (t)，其頻譜函數(shù)為F(w)。 )( 0ttKf ? )( 0 ??? ttKfcr???第 3章 135 直 射 波輸 入B反 射 波Σr τ ( t )A輸 出第 3章 136 當(dāng)這兩條傳輸路徑的信號(hào)合成后得 ： 相應(yīng)于它的傅氏變換對(duì)為 因此，信道的傳遞函數(shù)為 其幅頻特性為 )()()( ?????? oo ttKfttKftR? ?????? jtj eeKFRtR ?? ??? 1)()()( 0? ??????? jtj eKeFRH o ?? ??? 1)( )()(2c o s2)1()1()(??? ????? KeKeKeH jjtj o ????? ???第 3章 137 兩條路徑傳播時(shí)選擇性衰落特性 當(dāng)一個(gè)傳輸信號(hào)的頻譜寬于 1/ 時(shí)，將致使某些頻率分量被衰落，這種現(xiàn)象稱為頻率選擇性衰落，簡(jiǎn)稱選擇性衰落。 )(t?頻 率 選 擇 性 衰 落 2F r e q u e n c y ( M H z )接收功率電平(dBm)頻 率 選 擇 性 衰 落 1第 3章 139 上述概念可推廣到一般的多徑傳播中去。 設(shè)信道的最大時(shí)延差為 ，則相鄰兩個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔為： 這個(gè)頻率間隔通常稱為多徑傳播信道的相關(guān)帶寬。 第 3章 141 頻率選擇性衰落對(duì)微波通信的影響 ?引起帶內(nèi)失真 ?使交叉極化鑒別率下降 ?使系統(tǒng)原有的衰落儲(chǔ)備值下降 第 3章 142 引起帶內(nèi)失真 帶內(nèi)失真會(huì)導(dǎo)致解調(diào)后數(shù)字信號(hào)的波形失真，波形失真又會(huì)造成碼間干擾。 決定頻率選擇性衰落程度的基本參數(shù)是兩條射線的振幅比 r和路徑時(shí)延差 τ0。 第 3章 143 使交叉極化鑒別率下降 一種極化狀態(tài)的微波信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)傳輸后，其極化面可能會(huì)受到影響，并使一部分能量成為與之正交的極化狀態(tài)，這對(duì)頻率相同的正交極化波道造成干擾，稱為交叉極化干擾。 第 3章 144 ：接收端某波道接收的與發(fā)送端相同極化的信號(hào)功率； ：接收端某波道接收的交叉極化干擾信號(hào)功率 XPD越大，表示一種極化經(jīng)過(guò)傳輸轉(zhuǎn)化成正交極化狀態(tài)的能量越小。數(shù)字微波通信系統(tǒng)經(jīng)常用到有效衰落儲(chǔ)備的概念：它表示與自由空間傳播條件相比，當(dāng)考慮頻率選擇性衰落時(shí)，為了在不超過(guò)門限誤碼率時(shí)系統(tǒng)仍能工作，所必須留有的電平余量。 第 3章 146 對(duì)抗頻率選擇性衰落，僅靠增加平坦衰落儲(chǔ)備，系統(tǒng)性能的改善及其有限，解決的辦法是采用分集技術(shù)、自適應(yīng)均衡等技術(shù)，以改善系統(tǒng)的抗頻率選擇性衰落能力。 第 3章 149 常用方式 ?減少通信距離；增加發(fā)送功率；調(diào)整天線高度；選擇合適路由；波道變換 ?在移動(dòng)通信中采用微蜂窩、直放站； ?采用分集技術(shù)、均衡技術(shù)、瑞克技術(shù)、糾錯(cuò)技術(shù)等。 基本思想 ：分散得到幾個(gè) 統(tǒng)計(jì)獨(dú)立 的信號(hào)并集中這些信號(hào)，多路信號(hào)同時(shí)發(fā)生深衰落的可能性非常小，那么經(jīng)適當(dāng)?shù)暮喜⒑髽?gòu)成總的接收信號(hào)，就能使系統(tǒng)的性能大為改善。 首先要找出來(lái)自不同途徑的多徑信號(hào)，這些途徑可以是不同的空間、不同的極化、不同的頻率、不同的時(shí)間。 第 3章 152 分集技術(shù)包括分集發(fā)送和分集接收技術(shù)。接收信號(hào)的衰落相關(guān)系數(shù)越小，則分集接收的效果越好。 分集增益是指同一個(gè)時(shí)間累積時(shí)間百分比內(nèi)（較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)），分集接收與單一接收時(shí)的平均收信電平差。例如當(dāng)收信電平低于自由空間傳播電平 20dB時(shí)，單一接收和分集接收這同一收信電平，其衰落的累積時(shí)間百分比分別為 1%和 %，兩者的比值為 100，即分集改善度為 100。 ?站址分集：在不同的站址接收相同的信息。 第 3章 157 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(gè)系統(tǒng) 垂直空間分集（最常用）； 水平空間分集； 分集天線距離有一定要求。 第 3章 158 第 3章 159 頻率分集 ： 頻率分集是采用兩個(gè)或兩個(gè)以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時(shí)發(fā)送和接收同一信息，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 ，利用電磁波在不同頻率下的不同行程來(lái)減少或消除影響。 分為同頻段分集和跨頻段分集。 第 3章 160 極化分集 ：具體來(lái)講 , 在發(fā)射端的同一地點(diǎn)分別裝上垂直極化天線和水平極化天線 , 在接收端的同一位置也分別裝上垂直極化天線和水平極化天線 , 就可得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號(hào)。 第 3章 161 時(shí)間分集 ：使同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)只要各次發(fā)送的時(shí)間間隔足夠大，接收機(jī)將重復(fù)收到的同一信號(hào)進(jìn)行合并，就能減小衰落的影響。 交織技術(shù)： 在無(wú)線通信中由于發(fā)生深衰落或遇到突發(fā)干擾，誤碼的分布就不是平穩(wěn)、純隨機(jī)的，而是存在隨機(jī)誤碼和突發(fā)誤碼。 第 3章 162 分集接收信號(hào)的處理方式 選擇 式 合成： 選擇最好的支路作為輸出，其它支路丟棄 。 最小振幅偏差合成： 調(diào)整各個(gè)支路次徑（干涉波）的相位及幅度，使之反相抵銷 。 第 3章 163 ?最小振幅偏差合成分集接收 如圖 330所示為最小振幅偏差合成分集接收的原理方框圖。 第 3章 164 圖 330 最小振幅偏差合成分集接收的原理方框圖 第 3章 165 圖 331 同相與最小振幅偏差合成性能比較 第 3章 166 ?3. 這種分集接收方式是把上、下兩天線接收的信號(hào)分別經(jīng)過(guò)各自的接收機(jī)，變成中頻信號(hào)并解調(diào)成基帶信號(hào)后，由分集開(kāi)關(guān)盤(pán)進(jìn)行選擇倒換， ?4. 在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中，不管采用哪一種空間分集接收方式，都會(huì)使系統(tǒng)的有效衰落儲(chǔ)備增加，即抗頻率選擇性衰落的能力增強(qiáng)，還能不同 第 3章 167 自適應(yīng)均衡技術(shù) 高性能的數(shù)字微波信道把空間分集和自適應(yīng)均衡配合使用。即通過(guò)均衡器消除時(shí)間和信道的選擇性。可分為時(shí)域均衡和頻域均衡兩種。 時(shí)域均衡 是使總沖擊響應(yīng)滿足無(wú)碼間干擾的條件 ，數(shù)字通信多采用時(shí)域均衡，而模擬通信則多采用頻域均衡。 均衡器頻域表達(dá)： 信道 時(shí)域響應(yīng) f(t)， 均衡器時(shí)域響應(yīng) heq(t)， 希望均衡后的信道響應(yīng)為： g(t)=f*(t)?heq(t)= ?(t) 就有： Heq(f)F*(f)=1 Heq(f)為均衡器頻域響應(yīng)， F(f)為信道頻域響應(yīng)。均衡器不能抵銷平衰落。均衡器對(duì)深衰落的頻譜及鄰近頻譜產(chǎn)生很大增益，從而增加噪聲。 格型均衡器 ；數(shù)值穩(wěn)定性好；收斂速度快。但算法相對(duì)復(fù)雜，且穩(wěn)定性差和收斂時(shí)間長(zhǎng)。 第 3章 176 均衡器算法 性能 算法性能參數(shù)： 收斂速度：算法進(jìn)入穩(wěn)定的迭代次數(shù)，即收斂時(shí)間； 失調(diào)：濾波器均方差與最優(yōu)的最小均方差的差距； 計(jì)算復(fù)雜度：完成迭代的 運(yùn)算次數(shù)； 數(shù)值特性：算法用數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于計(jì)算引起的誤差 ， 影響算法穩(wěn)定性。 第 3章 178 智能天線 智能天線是具有測(cè)向和波束成形能力的天線陣列，通過(guò)一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時(shí)獲取發(fā)送和接收站之間各個(gè)鏈路的方向特性。同時(shí)，智能天線技術(shù)利用各個(gè)用戶間信號(hào)空間特征的差異，通過(guò)陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)用戶信號(hào)而不發(fā)生相互干擾，使無(wú)線電頻譜的利用和信號(hào)的傳輸更為有效。它由 N個(gè)天線單元組成。 第 3章 181 根據(jù)采用的天線方向圖形狀，可以分為兩類： 第 3章 182 自適應(yīng)方向圖智能天線 它采用自適應(yīng)算法，其方向圖與變形蟲(chóng)相似，沒(méi)有固定的形狀，隨著信號(hào)及干擾而變化。但是它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度相對(duì)較慢。自適應(yīng)天線陣著眼于信號(hào)環(huán)境的分析與權(quán)集實(shí)時(shí)優(yōu)化上。雖然這主要是靠天線的方向特性，但它是從信號(hào)干擾比的處理增益來(lái)分析的，它帶來(lái)的好處是避開(kāi)了天線方向圖分析與綜合的數(shù)學(xué)困難，同時(shí)建立了信號(hào)環(huán)境與處理結(jié)果的直接聯(lián)系。 第 3章 184 自適應(yīng)天線自出現(xiàn)以來(lái)，已有 30多年。在大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)下，八十年代以后自適應(yīng)天線逐步進(jìn)入應(yīng)用階段，尤其用在通信對(duì)抗。 第 3章 185 2. 固定形狀方向圖智能天線 固定形狀方向圖智能天線在工作時(shí)，天線方向圖形狀基本不變。固定形狀波束智能天線對(duì)于處于非主瓣區(qū)域的干擾，是通過(guò)控制低的旁瓣電平來(lái)確保抑制的。 第 3章 186