《通信原理,第十二讲
§ 3,3 随参信道及其传输特性
随参信道是指信道传输特性随时间随机快速变化的信道。 常见的随参信道有陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波及微波对流层散射信道、超短波电离层散射以及超短波超视距绕射等信道。
一,随参信道举例
a) 陆地移动信道
陆地移动通信工作频段主要在 VHF 和 UHF 频段，电波传播特点是以直射波为主。但是，由于城市建筑群和其它地形地物的影响，电波在传播过程中会产生反射波、散射波以及它们的合成波，电波传输环境较为复杂，因此移动信道是典型的随参信道。
i,自由空间传播
当移动台和基站天线在视距范围之内，这时电波传播的主要方式是直射波。
设发射机输入给天线功率为
T
P (W)，则接收天线上获得的功率为
2
4
=
d
GGPP
RTTR
π
λ
(3.3-1)
式中，
T
G 为发射天线增益，
R
G 为接收天线增益,d 为接收天线与发射天线之间直线距离，
π
λ
4
2
为各向同性天线的有效面积。当发射天线增益和接收天线增益都等于 1 时，式 (3.3-1)简化为
2
4
=
d
PP
TR
π
λ
(3.3-2)
自由空间传播损耗定义为
R
T
fs
P
P
L = (3.3-3)
代入式 (3.3-2)可得
2
4
=
λ
πd
L
fs
(3.3-4)
用 dB 可表示为
[]
λ
πd
L
fs
4
lg20= fd lg20lg2044.32 ++= (dB) (3.3-5)
式中,d 为接收天线与发射天线之间直线距离，单位为 km； f 为工作频率，单位为 MHz。
ii,反射波与散射波
当电波辐射到地面或建筑物表面时，会发生反射或散射，从而产生多径传播现象，如图 3-17 所示。
图 3-17 移动信道的传播路径
iii,折射波
电波在空间传播中，由于大气中介质密度随高度增加而减小，导致电波在空间传播时会产生折射、散射等，如图 3-19 所示。大气折射对电波传输的影响通常可用地球等效半径来表征。地球的实际半径和地球等效半径之间的关系为
0
r
r
k
e
= (3.3-10)
式中,k 称为地球等效半径系数,kmr 6370
0
= 为地球实际半径，
e
r 为地球等效半径。在标准大气折射情况下，地球等效半径系数
3
4
=k,此时地球等效半径为
kmkrr
e
84936370
3
4
0
=×==
图 3-19 电波折射示意图
b) 短波电离层反射信道
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电离层，或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道。 离地面 60~600 km 的大气层成为电离层。电离层是由分子、原子、离子及自由电子组成。当频率范围为 3~30MHz 的无线电波射入电离层时，由于折射现象会使电波发生反射，返回地面，从而形成短波电离层反射信道。
电离层厚度有数百千米，可分为 D,E,F
1
和 F
2
四层，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随机变化，因此短波电离层反射信道也是随参信道。在白天，由于太阳辐射强，所以 D,E,F
1
和 F
2
四层都存在。
在夜晚，由于太阳辐射减弱,D 层和 F
1
层几乎完全消失,F
2
层是反射层一次反射的最大距离约为 4000km。
图 3-20 电离层结构示意图
由于电离层密度和厚度随时间随机变化,因此短波电波满足反射条件的频率范围也随时间变化。通常用最高可用频率给出工作频率上限。最高可用频率是指当电波以
0
角入射时，能从电离层反射的最高频率，可表示为
00
sec?ff
MUF
= (3.3-11)
式中，
0
f 为 0
0
=? 时能从电离层反射的最高频率 (称为临界频率 )。
在白天，电离层较厚,F
2
层的电子密度较大，最高可用频率较高。在夜晚，
电离层较薄,F
2
层的电子密度较小，最高可用频率要比白天低。
短波电离层反射信道最主要的特征是多径传播，多径传播有以下几种形式
(1) 电波从电离层的一次反射和多次反射；
(2) 电离层反射区高度所形成的细多径；
(3) 地球磁场引起的寻常波和非寻常波；
(4) 电离层不均匀性引起的漫射现象。
以上四种形式如图 3-21 所示。
图 3-21 多径形式示意图
§ 3,3 随参信道及其传输特性
随参信道是指信道传输特性随时间随机快速变化的信道。 常见的随参信道有陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波及微波对流层散射信道、超短波电离层散射以及超短波超视距绕射等信道。
一,随参信道举例
a) 陆地移动信道
陆地移动通信工作频段主要在 VHF 和 UHF 频段，电波传播特点是以直射波为主。但是，由于城市建筑群和其它地形地物的影响，电波在传播过程中会产生反射波、散射波以及它们的合成波，电波传输环境较为复杂，因此移动信道是典型的随参信道。
i,自由空间传播
当移动台和基站天线在视距范围之内，这时电波传播的主要方式是直射波。
设发射机输入给天线功率为
T
P (W)，则接收天线上获得的功率为
2
4
=
d
GGPP
RTTR
π
λ
(3.3-1)
式中，
T
G 为发射天线增益，
R
G 为接收天线增益,d 为接收天线与发射天线之间直线距离，
π
λ
4
2
为各向同性天线的有效面积。当发射天线增益和接收天线增益都等于 1 时，式 (3.3-1)简化为
2
4
=
d
PP
TR
π
λ
(3.3-2)
自由空间传播损耗定义为
R
T
fs
P
P
L = (3.3-3)
代入式 (3.3-2)可得
2
4
=
λ
πd
L
fs
(3.3-4)
用 dB 可表示为
[]
λ
πd
L
fs
4
lg20= fd lg20lg2044.32 ++= (dB) (3.3-5)
式中,d 为接收天线与发射天线之间直线距离，单位为 km； f 为工作频率，单位为 MHz。
ii,反射波与散射波
当电波辐射到地面或建筑物表面时，会发生反射或散射，从而产生多径传播现象，如图 3-17 所示。
图 3-17 移动信道的传播路径
iii,折射波
电波在空间传播中，由于大气中介质密度随高度增加而减小，导致电波在空间传播时会产生折射、散射等，如图 3-19 所示。大气折射对电波传输的影响通常可用地球等效半径来表征。地球的实际半径和地球等效半径之间的关系为
0
r
r
k
e
= (3.3-10)
式中,k 称为地球等效半径系数,kmr 6370
0
= 为地球实际半径，
e
r 为地球等效半径。在标准大气折射情况下，地球等效半径系数
3
4
=k,此时地球等效半径为
kmkrr
e
84936370
3
4
0
=×==
图 3-19 电波折射示意图
b) 短波电离层反射信道
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电离层，或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道。 离地面 60~600 km 的大气层成为电离层。电离层是由分子、原子、离子及自由电子组成。当频率范围为 3~30MHz 的无线电波射入电离层时，由于折射现象会使电波发生反射，返回地面，从而形成短波电离层反射信道。
电离层厚度有数百千米，可分为 D,E,F
1
和 F
2
四层，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随机变化，因此短波电离层反射信道也是随参信道。在白天，由于太阳辐射强，所以 D,E,F
1
和 F
2
四层都存在。
在夜晚，由于太阳辐射减弱,D 层和 F
1
层几乎完全消失,F
2
层是反射层一次反射的最大距离约为 4000km。
图 3-20 电离层结构示意图
由于电离层密度和厚度随时间随机变化,因此短波电波满足反射条件的频率范围也随时间变化。通常用最高可用频率给出工作频率上限。最高可用频率是指当电波以
0
角入射时，能从电离层反射的最高频率，可表示为
00
sec?ff
MUF
= (3.3-11)
式中，
0
f 为 0
0
=? 时能从电离层反射的最高频率 (称为临界频率 )。
在白天，电离层较厚,F
2
层的电子密度较大，最高可用频率较高。在夜晚，
电离层较薄,F
2
层的电子密度较小，最高可用频率要比白天低。
短波电离层反射信道最主要的特征是多径传播，多径传播有以下几种形式
(1) 电波从电离层的一次反射和多次反射；
(2) 电离层反射区高度所形成的细多径；
(3) 地球磁场引起的寻常波和非寻常波；
(4) 电离层不均匀性引起的漫射现象。
以上四种形式如图 3-21 所示。
图 3-21 多径形式示意图
