智能化网络工程与通信应用技术

　　《智能化网络工程与通信应用技术》：　　3.波导型衰落　　各种气象条件的影响，如早晨地面被太阳晒热，夜间地面的冷却，以及海面和高气压地区都会导致大气层中出现不均匀结构。当电磁波通过对流层中这些不均匀结构时，大气层将产生超折射现象，形成大气波导。如果微波射线通过大气波导，且收、发两点在波导层下面，那么收信点的电场强度除了受到直射波和地面反射波影响，还可能受到波导层的反射波影响，形成严重的干涉性衰落，并往往造成通信中断。　　衰落对视距传播的影响主要有两个方面：一是收信电平下降，二是衰落的频率选择性导致传输波形失真。在多径衰落的情况下，严格来说这两种影响是同时存在的。但在一定条件下，如信号传输带宽较窄可以忽略频率选择性的影响。在信号传输带宽内具有相同的电平衰落深度，这种衰落称为平衰落。下面主要讨论平衰落的统计特性。　　描述衰落的统计特性可以有不同的方法。例如：可以连续记录收信电场强度（或收信电平）随着时间变化的分布曲线；也可将电场强度记录中低于某一电场强度的时间加起来，再除以总时间，得到低于该电场强度的时间分数或概率，绘出收信电场强度的累积分布曲线；等等。　　从微波接力通信系统的可靠性着眼，我们必须掌握衰落深度与衰落持续时间的概率分布情况。前者给出了电波传播的中断电平，后者给出了中断时间。应该强调指出，多径传播效应所引起的相位干涉现象，是视距传播衰落的主要原因。其衰落模型可以用一个固定的电场强度矢量与无穷多个相位独立的随机矢量的矢量和来描述。　　为了分析不同条件下电波传播的衰落特性，通常采用概率论的方法，引用能够近似表达这些衰落特性的多种分布函数，其中*常用的是瑞利分布。可以证明，上述矢量和的模服从广义瑞利分布。当衰落较严重时，相位干涉的随机矢量所占的比重很大，固定电场强度成分居次要地位，甚至处于极不明显地位，这时广义瑞利分布就趋于瑞利分布，其主要特征是衰落快且深。　　衰落裕量又叫衰落储备。数字微波通信中的衰落裕量与模拟微波线路参数的衰落裕量不同，这里是指衰落容限，即为了保证某个限定的误码率指标，中继端（设备）具有的抗衰落的储备量，或者说能忍受的衰落深度。而模拟微波的衰落裕量，是指在进行噪声指标分配时，对一个中继段留有的指标余量。　　对于大容量数字微波来说，信号一般属于宽带信号，宽带信号通过空间信道后，各频率分量经受不相关的衰减。在接收的合成信号中，某个小频带内的频率衰减过大，使得在整个频带内，不同频率的信号的衰落深度不同，这种现象称为多径衰落的色散特性。这种衰落就是频率选择性衰落。当产生这种衰落时，接收的信号功率电平不一定小，但其中某一些频率成分幅度过小，会使信号产生波形失真。数字微波对这种衰落反应敏感，由波形失真形成码间串扰，使误码率增加。所以，对数字微波电路设计来讲，克服频率选择性衰落是一个重要的课题。解决频率选择性衰落仅考虑增加发射功率是不行的，*好的解决办法是采用分集接收和自适应均衡技术。　　频率选择性衰落是由多径传播产生的干涉性衰落现象引起的，我们把多径传播归纳为两种类型：一种是直射波与地面反射波形成的多径；另一种是低空大气层大气造成的几种途径并存的多径。一般来说，**种是主要的，是必然发生的；第二种则居于次要地位，并不经常发生。但是，当地面反射波强度很弱，甚至很微弱时，第二种多径影响就将成为主要因素。　　因为多径干涉性衰落是由几条不同路径的电磁波相互干涉而产生的，所以从原理上讲，对其衰落模型的研究应该将几条波束进行合成处理。但是，在视距微波线路上三条以上波束互相干涉所造成的衰落，使微波电路质量变坏的概率较小。频率选择性衰落对微波通信系统传输质量会产生以下三个方面的影响。　　（1）信号的波形失真。带内失真会导致解调后数字信号的波形失真，波形失真又会造成码间干扰。有证据表明，在信号的通频带内，5～6dB的振幅就会使数字微波通信系统产生不被允许的高误码率，使系统性能降低。　　决定频率选择性衰落程度的基本参数是两条射线的振幅比和路径时延差。当路径时延差固定时，振幅比越接近1，衰落越严重；当振幅比一定时，路径时延差越大，信号的色散越严重。　　（2）交叉极化辨识率下降。一种极化状态下（如水平极化）的微波信号，经过信道传输，可能会受到大气层对电波传播的影响，使极化面受到损害，并使一部分能量成为与之正交的极化状态（如垂直极化）。采用同频（双极化）方案将引起频率相同、极化正交的两个波道之间的干扰，我们称之为交叉极化干扰。　　当然，交叉极化干扰可以由收发两端的天线馈线系统的特性产生，但这种情况往往是以一种背景干扰（噪声）的形式存在，并保持不变的。我们一般认为10GHz以下频段的交叉极化干扰主要由多径传播引起。　　（3）系统原有的衰落裕量值下降。当不考虑频率选择性衰落或系统传输的是窄带信号（频率选择性衰落可以忽略的情况下）时，系统的抗衰落能力是以平坦衰落裕量作为表征的。　　平坦衰落裕量是指与自由空间传播条件相比，当热噪声增加时（只考虑热噪声），在不超过误码率门限的情况下系统仍能工作所必须留有的电平余量。　　当考虑频率选择性衰落时，即对于大、中容量的数字微波通信系统而言，平坦衰落的概念已不适用。因为数字微波通信系统的传输带宽（由传输容量和调制方式决定）较宽，而且带宽越宽，频率选择性衰落的影响越严重，使系统实际具有的衰落裕量比平坦衰落裕量值低。当带内失真较严重时，有时衰落并不深，而且热噪声的影响也并不显著，却也有可能使误码率很快增加，当超过误码率门限时，通信中断。　　数字微波通信系统经常用到有效衰落裕量的概念。它表示与自由空间传播条件相比，当考虑频率选择性衰落时，在不超过误码率门限时系统仍能工作所必须留有的电平阈值。　　……