《近距离丛林中超短波电波传播的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《近距离丛林中超短波电波传播的研究（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 .一一一一 W T , 9 X A t * X * 9 f * a j LI一一摘要 无线电传播特性问题是一切无线电业务，在进行其系统设计和质量评价时的一个基本问题。随着电子系统水平的不断提高，在许多情况下空间传播信道特性已成为提高系统功能与精度的主要限定因素;同时，许多系统的运行需要有本地区甚至实时的传播环境参数的支持， 尤其是新体制的确定，往往需要有传播机制和特性参数作为依据。 因通信业务的不同而使用的频段亦不相同。以往都是把使用的频段和电波传播路径状态对照加以分析， 而在以移动体为对象的无线电通信业务方面，传播特性和移动体种类和传播路径状态、环境有很大的关系，因此，对电波特性传播的研究
2、和总结积累的工作是相当重要的。 本文主要给出在平原地带丛林环境下短波、超短波的衰减特性分析和预测模型的理论推倒。在此环境下，当发射机和接收机之间的水平距离增加到一定范围时， 沿空气、 树冠界面的侧面波在总场中占 主导地位， 而在这之前透射波和多次反射波在总场中占 主导地位。 本文基于普通电波传播模型，主要研究超短波在丛林条件下的传播特性以 及修正补偿因子，提出了特定的丛林地区传播模型， 并给出了较详细的分析， 进而和现有模型进行了对比 分析， 可以为特定地区的通信系统提供设计参考。关镇词 电波传播;传输损耗;侧面波Ab s t r a c t P r o p a g a t i o n o f
3、 e l e c t r o m a g n e t i c w a v e a s o n e o f t h e m o s t i m p o rt a n t p a rt s i nw i r e l e s s s y s t e m , w h i c h e x i s t s i n a l l k i n d s o f r a d i o w a v e t r a n s m i t t i n g a n dr e c e i v i n g s y s t e m . T h e r e s e a r c h f o r e l e c t r o m a g n
4、 e t i c p r o p a g a t i o n s p r o p e rt y i so n e o f t h e m o s t i m p o rt a n t f o u n d a t i o n s i n e l e c t r o n s y s t e m e n g i n e e r i n g . Wi t h t h ed e v e l o p m e n t o f e l e c t r o n i c s y s t e m , i n m o s t s i t u a t i o n , s p a c e p r o p a g a t
5、i o n c h a n n e l sp r o p e rt y h a s b e c a m e t h e d e t e r m i n a n t f a c t o r t o i m p r o v e t h e s y s t e m s f u n c t i o n a n dp r e c i s i o n . A t t h e s a m e t i m e , m o s t s y s t e m s o p e r a t i o n n e e d s l o c a l r e g i o n e v e n r e a lt i m e p r
6、o p a g a t i o n p a r a m e t e r s s u p p o rt . E s p e c i a l l y w h e n a n e w s y s t e m i se s t a b l i s h e d , i t a l w a y s n e e d s p r o p a g a t i o n m e c h a n i s m s p r o p e rt y a s t h e f o u n d a t i o n .I n t h i s a rt i c l e , a n a n a l y s i s i s g i v e
7、 n f o r t h e r e s u l t s o f V H F a n d H F a t t e n u a t i o np r o p e rt y a n d m o d e l s r a t i o c i n a t i o n . I n t h i s s i t u a t i o n , w h e n t h e d i s t a n c e b e t w e e nt h e t r a n s m i t t e r a n d t h e r e c e i v e r o v e r s t e p s s o m e e x t e n s
8、i o n , t h e l a t e r a l w a v e w h i c hs k i m s a l o n g t h e t r e e t o p s i s i n d o m i n a n t s t a t u s i n t h e f i e l d , a n d b e f o r e t h a tt r a n s mi s s i o n wa v e a n d r e fl e c t e d wa v e d o -i n n t e t h e f i e l d . T h i s t h e s i s g a v e s o m e p
9、 r o p a g a t i o n a n a l y s i s a n d p r e d i c t i o n m o d e l o fu l t r a - s h o rt w a v e i n j u n g l e a r e a . U n d e r t h e s e s i t u a t i o n s , t h e L a t e r a l w a v e a t t r e ec r o w n w i l l p l a y a n r o l e i n p r o p a g a t i o n w h e n t h e r e i s a
10、c e rt a i n d i s t a n c e b e t w e e nT X a n d R X p o i n t , b e f o r e t h i s p o i n t , d i r e c t w a v e a n d r e fl e c t w a v e i s t h e m a j o r i t yi n p r o p a g a t i o n . B a s e d o n n o r m a l p r o p a g a t i o n m o d e l , a j u n g l e m o d e l w a s p r e s e
11、n t e d i n t h i st h e s i s a n d s o m e a n a l y s i s w a s g i v e n i n d e t a i l . T h e r e s u l t s w e r e c o m p a r e d w i t ht h e r e f e r e n c e a n d a l l o f t h e s e r e s u l t s a r e r e f e r e n c e t o s y s t e m d e s i g n i n s p e c i f i ca r e a.K e y w o r
12、 d sw a v e p r o p a g a t i o n , P r o p a g a t i o n a t t e n u a t i o n , L a t e r a l w a v en哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章 绪论1 . 1课题背景 无线电传播特性问题是一切无线电业务，在进行其系统设计和质量评价时的一个基本问题.因通信业务的不同而使用的频段亦不相同。以往都是把使用的频段和电波传播路径状态对照加以分析，而在以移动体为对象的无线电通信业务方面，传播特性和移动体种类和传播路径状态、环境有很大的关系，因此，对电波特性传播的研究和总结积累的工作是相当重要的。 移动
13、通信的种类繁多，包括陆地通信、海面通信，卫星通信等等多种形式，通信方式不同，其电波传播方式也不相同。 本文主要给出在平原地带丛林环境下超短波的衰减特性分析和预测模型的理论推倒。国际上不少学者对森林环境电波传播进行了理论研究， 一些国家和地区也相继开展了实验研究和提出适用于一定范围上的经验模式。1 .2电波传播方式 无线电波在传播信道中主要以直射波，折射波，天波，地表面波传输，但在本文中主要研究的是超短波频段的野外环境传播特性， 通信距离在5 0 k m之内，这样的环境对于天波来说是盲点区， 所以在本文中略去讨论。公 (地 二 线灿A _kO O ,图1 - 1 典型的传播通路发射机天线发出 的
14、 无线电 波， 可依不同的 路径到 达接收机， 当f 3 0 M H z哈尔滨工业大学工学硕士学位论文时， 典型的传播通路如图1 - 1 所示， 其中包含以下几种主要的电波传播方式: I .直射波:沿路径从发射天线直接到达接收天线的电波为直射波，它是短波和超短波频段的主要传播方式 2 .反射波: 沿路径的电波经过地面反射到达接收机， 称为地面反射波。一般讲，当电波传播中遇到不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多时，就会产生镜面反射。 3 .地表面波:沿路径传播的电波称为地表面波，就是电波沿着地球表面到达接收点的传播方式。电波在地球表面上传播，以绕射方式可以到达视线范围以外。地面对表
15、面波有吸收作用，吸收的强弱与电波的频率，地面的性质等因素有关。 4 . 大气折射波:当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的 垂直梯度d n / d h 。 这种由 大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，成为大气对电波的折射。 5 .绕射波: 当接收机和发射机之间的无线路径物体边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。当发射机和接收机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波的弯曲。在高频波段，绕射与反射一样，依赖于物体的形状，以及绕射波的振幅， 相位和极化情况。 6
16、. 散射波:当波穿行的介质中存在与无线电波波长可比的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。 散射波产生于粗糙表面，小物体或其它不规则物体。1 . 2 . 1 直射波 因为直射波传播可按照自由空间传播考虑，因此研究直射波路径损耗，关键在于研究自由空间的传播模型。所谓自由空间传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。自由空间的传播模型应用于预测接收机和发射机之间是完全无阻挡路径时的接收信号场强。在实际情况下，只 要地面 上空的大 气层是各向同 性的 均匀媒质， 其相对介电常 数 ， 和相对导磁率# ; 都等于1 ， 传播路径上没有障碍物阻挡， 到达 接收天 线的 地
17、面反射 信号场强可以忽略不计，在这样的情况下，电波可看作自由空间传播。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1 . 2 .2 双波模式 对移动通信来讲，一般通信距离都小于视距距离，所以在有效的传播距离内，移动台所接收到的信号不仅仅是直射波。在分析超短波传播特性时，往往以光滑平面传播特性为参考，而后进一步分析复杂的地形地貌。最基本的是对双波模式的研究， 即移动台接收到的是直射波和地面反射波的合成波。 当电波传播中遇到两种不同的介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多， 就会产生镜面反射。 通常在考虑电波对于反射地面来说按平面波处理，则电波的人射角等于反射角。不同的反射界面特性用反射系数来表示，它定
18、义为反射波场强与人射波场强的比值。1 .2 . 3 绕射波 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。绕射使得无线信号绕地球曲线表面传播，能够传播到阻挡物后面，接收场衰减十分迅速， 但当接收机的灵敏度足够大的时候， 绕射波依然可以被接收。 绕射现象可以由惠更斯原理解释，它说明波前上的所有点可作为产生次级波的点源这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前。绕射由次级波的传播进人阴影区而形成。阴影区绕射波场强为阻挡物所有次级波的矢量和。1 .2 A移动通信电波传播的多普勒效应 相干时间和多普勒扩展是描述信道时间特性方面的重要参数。 当移动台以恒定速度v ， 在长度为d 的路程上从X开
19、往Y ， 移动台在X ,Y的路程差为A 1 = d c o s O = v A t c o s 6 . A t 是移动台从X到Y所需的时间， 8 是移动台在X , Y处与人射波的夹角。由于移动台和发射台距离很远，所以可以近似认为在 X , Y处的8 是相同的。 所以由路程差造成的接收信号的相位变化值为:A 中 =2 角虹2 n v 山c os 沙 凡( 1 一 1 )则频率变化值，即多普勒频移:= 上 A -4 二2 7 t A t登 c o s o= v_ - f c o s B( 1 - 2 ) 一 a 5I = J k S f iE 3Y 一一 式中 .f 载波频率 c 真空中光速 但在
20、实际野外环境中， 对于短波超短波， 如果取频率上限几 二 3 0 0 MH z .汽车时速为5 0 k m，则对应的频移最大为 1 3 . 8 H z ，对应于短波超短波频率则可以忽略，所以此问题在本文中将不再进一步讨论。1 . 2 . 5 粗糙不平坦地面的电波传播 在实际工程环境中，反射地面并非理想状态中的镜面反射，而是具有一定粗糙程度的非光滑表面在各个方向上有不同程度的散射，这种表面的粗糙性影响了波的传播和散射。粗糙面的散射间题涉及到电磁波与粗糙界面及随机媒质的相互作用，其分析方法和计算都十分复杂。为了能够预测在粗糙平面上传播的无线电信号的特征，首先应该制定出各种粗糙平面的准则。通常采纳的
21、确定粗糙程度的准则是“ 瑞利准则” 。 从地面起伏情况对电波传播的影响来看，波长与地面起伏高度之比具有决定性意义。1 .2 . 6 有植被地面的电波传播 在郊区、农村和山区等地形，植被是影响无线电波传播的重要因素。 在野外环境中，丛林植被环境则是尤为重要的地形环境。对于植被环境，按照树木的品种类型，木质结构，生长的地理地貌，气候温度可以对无线电波造成不同的影响;就基站和移动台本身而言所处的高度和位置，例如，移动台处于丛林中但低于丛林的高度或是高于丛林的高度，或是移动台行驶于丛林间的公路，等不同的接收状态，将会接收到不同特性的无线电波。1 .2 . 7 多径效应 无线信号在经过短时间或短距离传播
22、后， 其幅度快速衰落，以致大尺度路径的影响可以忽略不计，这种衰落为小尺度衰落。无线信道的多径性导致小尺度衰落效应的产生。在城区，建筑群或室内无线电波传播特性研究中多径效应占重要地位， 但在郊区野外环境下， 无线电波传播以大尺度衰落为主，而多径效应可以忽略，所以该问题在本文中 将不再继续深人研究。 总之，对于超短波在近距离移动通信的研究，其主要的传播途径为:在哈尔滨工业大学工学硕士学位论文一般情况下存在直射波、 地面反射波， 而当遇到山峰丘陵地带时存在绕射波，在丛林地貌下主要是以侧面波形式传播。这些情况将分别在第二章中分别讨论。1 .3本文主要研究内容及意义电波传播是无线通信中一个重要的基本问题
23、，是保证无线通信可靠性重要基础。本文主要研究超短波在丛林条件下的传播特性以及修正补偿因子，同时对这样地区的通信网络建设提出设计参考。1 .4本文结构 本文的第 I 章，即本章中介绍了本课题的背景、研究意义及主要研究内容;本文的第 2章，介绍了近距离条件下电波传播的模式分析;本文的第 3章介绍了植被覆盖条件下的电波传播特点。并分析计算了该条件下通信覆盖的计算过程中的修正和补偿方法。 第四章分析了无线信道传播中抗干扰的措施，来提高系统的通信可靠性。一- 一一一里, X T- 鳖叁 壁 里 璧 里3z 一 一 一一 一第2 章 近距离超短波通信路径传播模式的分析2 . 1视距内通信中超短波传播概述
24、短波是指频率为3 一 3 0 MH z 电波， 超短波是指3 0 -3 0 0 M H z 电波， 其地面视距传播的基本模式是收发点间的直射波传播，主要应用于接力通信。当短波以天波形式传播时，经过一次反射可以得到1 0 0 - A O O O k m的跳跃距离，所以在5 0 k m的范围内为天波传播的盲区。2 . 1 . 1 大气中的电波传播 在实际移动信道中，电波在低层大气中传播。由于低层大气并不是均匀介质，它的密度随高度变化，因此会产生折射及吸收现象，在超短波波段的折射现象尤为突出，它将直接影响视线传播的极限距离。 当 一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不
25、同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度d n / d h 。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象， 称为大气对电波的折射。 在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率n 与相对介电常数C r 的关系， = 褥( 2 - 1 ) 众所周知，大气的相对介电常数与密度、温度、湿度和气压有关。大气高度 不同，E r 也不同，即d n 1 d h 是不同的。 根据折射定律，电波传播速度 ，与大气折射率n 成反比，即式中 .光速。 大气折射对电波传播的影响， 在工程上通常用“ 地球等效半径” 来表征即 认为电波依然按照直线方向 行进，只是地球的实际半径凡 (
26、6 .3 7 X 1 护 m )哈尔滨工业大学工学硕士学位论文变成了 等效半径尺，R . 与R o 之间的 关系为1( 2 - 2 )1 +R od od 六式中 k 地球等效半径系数 当d n / d h 凡。 在 标准 大 气 折射 情况下， 即当咧d h - - 4 X 1 0 -8 ( 1 / m ) ,因而 k 1 ,等效地球半径系数k= 兰 3由上可知等 效 地 球 半 径尺= 8 5 0 0 k m .，大气折射有利于超视距的传播，即增加了视线距离。2 . 1 . 2 超短波及其传播特点 超短波主要靠空间波方式传播。空间波一般是由直射波和地面反射波组成的，它的最大传播距离为视线距
27、离。当 考虑大气折射时，实际有效传播距离d 用图2 - 1 计算。由 于地球的 等效半径尺远远大于天线高度， 不难证明，自 发射天线顶点A到 切点C 的 距离峨为: d , 二2 R ,h , ( 2 - 3 )图2 - 1视线传播极限距离哈尔滨工业大学工学硕士学位论文同理，由 切点C到接收天线顶点B的距离d , 为 d : 二 召 2 R , h ,( 2 - 4 )所以，视线距离的极限距离d为、 一 、 1 十 d 2 司 乏 兀 俩+ 扳)( 2 - 5 )在 标准大气折 射下， 取R , = 8 5 0 0 k m ， 所以 。 4 .1 2 俩十 仄)式中 k 发 射天线的 高度 (
28、 m ) h 2 接收天线的高度( m ) 注意d 的单位为k m 。 为增加其传播距离， 可采取架高发射、接力通信等措施。所以，若基站天线和移动台天线高度分别为通信距离为 1 8 .4 k m，只能作近距离通信。( 2 - 6 )接收天线和5 m，则极限2 .2直射波的研究 虽然电波在空间中不受阻挡，没有反射，折射，绕射，散射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。设一点源天线( 即无方向性天线) 置于自由空间中，( W) ， 均匀分布在以点源为中心的球面上。 离开天线d为4 r d 2 ( m 2 ) ， 则有:若天线辐射功率为P , (
29、 m)处的球面面积S = 君 / 4 r d 2( 2 - 7 )式中 S 球面的平均功率流密度 ( W / m 2 )采用国际制单位，有:g0-(36yr )* 1”一F/m哈尔滨工业大学工学硕士学位论文U o = 4 y r * 1 0 - H / m所以有:Z o = u o / E , = 1 2 0 A 2式中 。 自由空间中介电系数料 。 磁导率 Z o 波阻抗则电场强度和磁场强度有效值之间关系为: E o = Z o H , = 1 2 0 i rH o故功率流密度 IS I= 1E * H I一 E ,2 / 1 2 0 7r由 ( 2 - 7 )和 ( 2 - 8 )可得:
30、E o 司3 0 P , / d ( V / m )( 2 - 8 )( 2 - 9 )若用天线增益为G , 的 方向 性天线取代各向同 性天线， 则上述公式改写为E o = J 3 0 P , G , l d ( V / m )( 2 - 1 0 ) S = P ,G , / 4 ; rd z ( W / m z ) ( 2 - 1 1 ) 接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积，即 只= S A R ( 2 - 1 2 )式中 A R 接收 天线的 有效面 积人与 接收天 线的 增 益G , 的 关系为 矛 _A R =-c : , 4兀( 2 - 1 3 )一
31、一一一尝理笼翌选才些之些二一一式 中兰一 各 向 同 性 天 线 的 有 效 面 积 4 兀由上式可得，自由空间中距发射机 d 处天线的接收功率只 ( d ) 二( 2 - 1 4 )式中 君 发射功率 P , (d 接收 功率 G , 发射天线增益 G , 接收天线增益 乙 一与传播无关的系统损耗因子 又 波长 ( m)由 上式可 见， 如果q= G , = 1 , L = 1 ， 则自 由 空间传播损耗气可定义为。 _ = .L , _ ( 4 ,T d 丫“ P , 戈A )( 2 - 1 5 )以分贝表示，则气= 1 0 1 g聋 一 ，O lg( 49a1 )( 2 - 1 6 )或
32、 气 = 3 2 .4 4 + 2 0 1 g d ( !n n ) + 2 0 1 g f ( M H z ) ( 2 - 1 7 ) 自由空间是理想介质，是不会吸收电磁能量的。这里所说的自由空间损耗4 , ， 是指 球面 波 在传 播过 程中， 随 着 传 播 距离 增大， 电 磁波能 量自 然 扩散所致的， 反映了 球面波扩散损耗， 其大小只与频率f 距离d 有关。 当.f 或d 增大 一 倍时，气将分 别增加6 d B .2 . 3双波模型的研究在移动无线信道中，基站和移动台之间的单一直接路径很少是传播的唯哈尔滨工业大学工学硕士学位论文一物理方法。单独使用自由空间传播模型，在多数情况下
33、往往是不准确的。如下图所示的双线地面反射模型是基于几何光学的非常有用的传播模型，它是由直射路径来的直射波和反射路径来的反射波相叠加 ( 一般情况下，由于地面介质电导的存在，使地表面很快被衰减，以致地面波在实际传输模型中可以忽略) ， 便得到天线的接收功率。 该模型尤其在预测几千米范围的大尺度信号强度时是非常准确的。r ( 盆封帆)E t o nE r o r = 几“+ 气R (MMt#R)E, - Eh,90 _、上 卜 一d 图2 - 2双线地面反射模型图中 气 发 射天线高 度 h , 接收天线高度 E o 距离发射机d o 处场强 ( V / m )则对于d d o ，自 由 空间的
34、传播场强为:、十产、，!，尹d一c -/!、 叭/矛1、 E (d , t ) 二 两个波传播到达接收机机收到的视距成分的场强为且 d o c o s直射波经过距离d (d d o ) ( 2 - 1 8 )反射波经过距离d ; 接收E (d ,t ) = E od o d( 2 - 1 9 )地面反射的场强为E (d -, t)= Ed d ocos(Oc(t- dc 刀cos(fo(t- d1 1 c 刀( 2 - 2 0 )按照光学的镜面反射原理:-一一一一一一 oft .r .A T- 匕0 = * 9 f * 11 z e , = 0 o式中 e人射角0 o 反射角且有E a = R
35、 E ;E , = ( 1 + R 斌( 2 - 2 1 )式中 R 地面反射系数 当预测地面上不同信道的传播特性时，地球表面的反射系数和相位变化是很重要的因素。 在讨论地球表面均匀大气中的电波传播时， 水平极化波( 电场方向矢量在人射平面内)和垂直极化波 ( 电场方向矢量垂直于人射平面)的定义如图2 - 3 所示 ( 人射平面是指人射射线和分界面的法向矢量所构成的平面) 。图2 - 3 水平极化波和垂直极化波的反射和折射因为H 一 H o . = H a ,E a _ E o . = E .冲 1冲 I刀 xE . , c o s O , + E . , c o s O , = E o ,
36、c o s B ,( 2 - 2 2 )所以可得:哈尔滨工业大学工学硕士学位论文平行极化波R=E . , _E o ,7 / Z C O S O ， 一 77 17 1 2 C O S 19 , + 77 ,( 2 - 2 3 )阮一氏又 因 为 媒 质 的 特 性 阻 抗 。 一 E ,取磁导率拜 = 1 ，则有:一 二 c o s 0 ， 十 。 二 (1 一 s in 2 0 , )_ 。丫 。( 2 - 2 4 )E。一 c o s a , +E oE .2 。、一 k 1 一s i n Cr)E o式中 E 地面土壤的复介电常数 E a 自 由 空间 介电 常 数则土壤的相对复介电常
37、数= ， 一I( 2 - 2 5 )式中 口 地面土壤的电导率将自 由 空间的 复 介电 常数E o 的 值带人， 得到: 。 = ， 一 j 6 0 l , a式中 A 电 磁波 在自 由 空间中的 波长又由斯奈尔定律 ( 折射定律) : 气 s i n 伏= 权 s i n 伏可得平行极化波反射系数:( 2 - 2 6 )R = - E C o s 0 , +R = 乓c o s 氏+ ，/ E 一 s i n 。 一 s i n e2 0 ,( 2 - 2 7 )同理可求得垂直极化波反射系数:R =c o s 0 ; 一 了 。 一 s i n e 0 ;c o s 0 , + J E
38、一 s in e 0 ,( 2 - 2 8 )哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 平行极化波和垂直极化波的反射系数并不相同，且都为复数，所以反射波在幅度和相位上都不同于人射波。平行极化波在不同环境下的反射系数R值见表2 - 1 e 表2 - 1 a ) 平行极化波在不同环境下反射系数值 ( 短波频段) 事 0 * (M Hz)I 4 V4T A W S391 5 r = 4口二1 x 1 0 - 氏= 0 .6 00 .9 4 8 4 匕 1 .3 3 00 .9 5 2 5 乙0 .0 0 80 . 9 5 2 7 乙0 . 0 0 50 i = 1 0 .9 1 5 4 匕0 . 0 4 10
39、 . 9 2 2 1 匕0 . 0 1 40 . 9 2 2 5 匕0 . 0 0 80 , = 1 .5 0 . 8 7 5 8 匕0 .0 6 10 . 8 8 5 4 匕0 .0 2 10 .8 8 5 9 艺0 . 0 1 2 ， = 8a= 1 x 1 0 - 30 , = 0 .6 *0 .9 3 6 0 乙0 .0 2 00 . 9 3 8 3 匕 0 . 0 0 70 . 9 3 8 5 艺0 . 0 0 40 i =I -0 .8 9 5 6 艺0 .0 3 30 . 8 9 9 3 之0 . 0 1 10 .8 9 9 6 艺0 .0 0 70 , = 1 . 5 0 .8
40、 4 7 4 匕0 .0 5 00 . 8 5 2 6 匕0 .0 1 70 . 8 5 3 1 乙0 .0 1 0表2 - 1 b ) 平行极化波在不同环境下反射系数值 ( 超短波频段)漏弈，(M H z) 4 V43 06 03 0 0 ， = 4a=1 x 1 0 - 30 , = 0 .6 *0 .9 5 2 8 匕0 .0 0 2 40 .9 5 2 8 匕2 .4 * 1 0 30 .9 5 2 8 乙2 .5 - 1 0 - d8 =1 *0 .9 2 2 5 乙0 .0 0 4 10 . 9 2 2 5 艺0 .0 0 2 00 .9 2 2 5 匕4 . 1 * 1 0 a氏
41、= 1 .5 0 .8 8 6 0 乙0 .0 0 6 10 . 8 8 6 0 匕0 .0 0 3 00 .8 8 6 0 乙6 . 1 * l 0 4 ， = 8口=1 X 1 0 3氏= 0 .6 00 .9 3 8 6 乙0 . 0 0 2 00 .9 3 8 6 艺0 .0 0 1 00 .9 3 8 6 匕2 .0 * 1 0 - e0 , = r0 .8 9 9 7 匕0 .0 0 3 40 . 8 9 9 7 艺0 . 0 0 1 70 .8 9 9 7 匕3 . 4 - 1 0 - 40 , = 1 .5 0 . 8 5 3 3 匕0 .0 0 5 10 . 8 5 3 3
42、匕0 . 0 0 2 60 . 8 5 3 3 艺5 . 1 1 0 a1 4-一一一一一一*. ,r . A = L S t it 4$ )z一一一一一一当 反 射区 为千 燥地区 时， 其性质在超短波 频段时 接近于介 质- 6 一 二 0。 ， 二 4 。 则。 。 = E ， 为 实数。 对于 垂直极化波， 当 人射角e 很大时， 其反射系 数的 模可近似为 1 ;同样对于平行极化波，当e ， 很大时， 其反射系数的模可近似为 1 。当反射区在海平面上时，电导率将起很大作用，E 二 将不再是实数，而是复数。对于垂直极化波，当人射角很大时，仍然有反射系数的模可近似为 1 ;但对于水平极化
43、波，因为分子和分母中所含的两项均为复数，所以需要具体的计算，不能简单的近似为 1 。图 2 - 4给出了不同波段内海面情况反射系数的模和幅角与掠射角的关系，由图可知，当掠射角很小时，垂直极化波的反射系数的模对于任何频率下近似为 1 ，其相位差近似为兀;而对于水平极化波，对于不同频率、不同相角需要具体分析。厂下!P , I口阵 起仁 卜、 IO O R IHx口 又从 从、喊队门厂入 习 洲 尺、 ， 。 : 二玉厂丁 飞哭厂丁人洲知M N、 、二二P.岭厂叮、 ;女.丫 口厂二户洲曰I 节可阴叻140伪10080翻帅20一 习 匕 一匕一止 R 1 L 一. . J . . .M I呱 _ 一
44、 lI服一 刃以勺卜 划 IR . I!_ 、祠 岭尹N 1 瞪义习 门丽 黔 11叮 刁芯 决肠 翩门日 晰 1rRllo创0-507肠时以们妇012 7 4 5 5 . 5 喊.图2 - 4 微波 波 段内 反 射系 数的 模和 幅 角 与 平 角的 关系 ( 实线代表垂直极化波，虚线代表水平极化波)表2 - 2 列出了作为地形函 数的地面电导率和相对介电常数。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文相对介电常数 8 080-10-12-15一13-10形一水一水地一海-淡干地，沙地，沿海平坦陆地沼泽地，森林平地富饶的农业用地，低山牧场，中等山和人造林岩石地，陡峭的山勺1气群山城市，住宅区表2 -
45、2地面特性表电导率 ( S / m ) 5 8 * 1 0 - 2 * 1 0 - 8 * 1 0 - - l * 1 0 7 2 5 * 1 0 - 2 * 1 0 - 1 * 1 0 - 2 * 1 0 在图2 - 2 中，由直射波和反射波叠加的场强为 E . . (d , t ) = E (d , t ) + E ( d , t )E o d oc o sr cu, ， 一 d Il lC1 1d一，勺-dE-. d对于直射路径和反射路径差为:c o s( co c厂 ， 一 d 1 1 + R 、/ ( 2 - 2 9 )，因为两者行程不同，从而产生附加相移，其路程A d=d ， 一d
46、 =( 2 - 3 0 )当d 远远大于两天线高度和时(h , + h , y + d 一 4 (h , 一 ， , Y + d 2由泰勒级数近似化简:A = d ， 一 d 二 2 h ,h , d( 2 - 3 1 )则两电 场相 位差和到 达的时 延公 J 可 通过下列 关系 求得:2 1 rAti , =一 丁 一= 凡A co _ 4 t rh h ,( 2 - 3 2 )( 2 - 3 3 )当 d ( h , 士 h , ) 时 ， 可 以 近 似 得 到 d 二 d - d , 则E w 和E S 振 幅 基 本 相 同 ， 仅是相位不同，即:IEE 0- d 0 I IEEo
47、 d . I 二 1Eo d II d I d d 当t = d l c 时， 公式 ( 2 - 2 9 ) 变为:哈尔滨工业大学工学硕士学位论文、 “ ， -E o d od E o d oC O 4 U r 二 d 1 l + R l lJ lC o s 00d-口，勺-dE-. 一一、1.jc o s 9 , + RE o d o d二 且 丛c o s 9 . + R l d一“( 2 - 3 4 )其中， 在陆地环境下，当掠射角很小时， 对于垂直极化波反射系数R = - l ， 水平极化波反射系数R = 1 ( 1 ) 对于垂直极化波 R= 一 1 ,且E ( d , t ) 、E
48、( d , t ) 的相位差为B e + 7 t ，则E TOT (d ,，一 d 1,I c 一 Eo 00 COSB 一 1式中 d 发射机和接收机天线之间的平地距离距发射机d 处的电场为:1/ 乳I E. , (d ，一 l Ed oo (COS9, 一 ，) + (E o- d o s in则:氏-2!E m r 川=E o d o d2 一 2 c o s 氏= 2 且 d o s in二 2 E o d o 鱼d 2= E o d o 2 tt 里 必 r儿才d_ 4 j rE o d o 气 气 几( 2 - 3 5 )由 公 式P , (d ) =可得:P , G , G ,
49、.V伽了 d 2可知，d 处接收功率正比于电场的平方。结合上式， P , ( d ) = P G ,G ,其路径损耗 ( 单位d B ) 表示为:h , 2 h , 2( 2 - 3 6 ) P L (d B ) = 4 0 1 o g 一 ( 1 0 1 o g G , + 1 0 1 o g G , + 2 0 1 o g h , + 2 0 1o g h , ) ( 2 - 3 7 ) 由上式可知，当距离很大的时候，接收功率随距离成4 次方衰减，比自由空间衰减要快得多。注意，此时对比 较大的d 值，接收功率和路径损耗与频率无关。 ( 2 ) 对于水平极化波:R =1且E ( d , t
50、)E ( d , t )的 相位 差 为 e , ， 则E M T (d ,t 二 钊 二 E 0- d0-cos9, + 1d则有IJ才 乳、 。 卜 (等 。 。5。一 2(E0- d0 (cOS0,+ 1)d 卫0- s in 厂 E . d， 一 - 丁 万 ，= J 4一、 / 1 十c o s v ,= dE o d o c o s 9 ,d 2 _Ed二 Zes es 之 ， 二 d( 2 - 3 8 )其场强和距离成反比， 所以 该情况损耗可以按直射波估计， 见式 玩 = 3 2 .4 4 + 2 0 1 g d ( k m) + 2 0 1 g f ( M H z )( 2
51、- 3 9 )2 .4 陈礴物的影晌与绕射损耗的研究2 . 4 . 1 菲涅尔区的几何特征 发射机和接收机之间的情况如图2 - 5 ， 具有理想的无限宽度， 有效高度为h 的 阻 挡屏 放在距发射机d : 处， 距接收 机d : 处。图2 - 5刃形绕射几何特性图中 T 一 一 发射机一一一一一一一一羹塑型塑里垫里些 R 一接收机 很明 显， 波 从发 射机 经阻 挡屏的 顶端 到接收 机 传 播的 距离比 直 接视 距要长。 假 设h 这个近 似是正 确的。 图2 - 8 同心圆定义了菲涅尔区的边界 在移动系统中， 对次级波的阻挡产生了绕射损耗，即仅有一部分能量能绕过阻挡物。 即一些菲涅尔区
52、发出的次级波被阻挡， 根据阻挡体的几何特征，接收机所接受的能量是非阻挡菲涅尔区所贡献的能量的矢量和。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 参见图 2 - 9 ,障碍物阻挡传输路径，在发射机和接收机之间的附加路径延迟为半波长的整数倍的所有点构成一族椭圆。椭圆代表菲涅尔区。注意，菲涅尔区是以发射机和接收机为焦点的椭圆。图2 - 9 显示了不同刃形绕射的情况。一般来说，当阻挡体不阻挡第一菲涅尔区，则绕射损失最小，绕射影响忽略不计。.- 口夏 二 之 三之乡)飞组 咒 长弓牛万乡 资一曰 碑a ) a和h 均为正值. . . . .心 .仁 泣 已三三一-一. . . 一一 . . . . . ，. .一韭
53、吕 气 三 全 亏之 、 、不弃基务 二 b ) a和h 均为 0一一一一一尸 二了月二子泛 、又，. 电 . . . . . . 二鬓熟) c ) a和h 均为负 值图2 - 9 菲涅尔区对不同刃形绕射情况的 影响2 . 4 . 2 刃形绕射模型 在已知服务区内，估计电波由山或建筑物绕射引起的信号衰减是预测场强的关键。一般来说，精确估计绕射损耗是不可能的，实际预测是理论近似2 1哈尔滨工业大学工学硕士学位论文加上必要的经验修正。当遮掩由单个物体，如山或山脉引起，通过把阻挡体当成绕射刃形边缘来估计绕射损耗，这种情况下的绕射损耗可针对刃形后面( 称为半平面)场强的经典菲涅尔方法来估计。图2 -
54、1 0 说明了这种方法。 二 次 。 更 斯 源 一 去匕d 2 一 一，尺刃形障碍图2 - 1 0 刃形绕射几何图 ( 接收点R位于阴影区) 考虑 R为接收机，并位于阴影区形上所有二次惠更斯源的场强矢量和。( 绕射区) 。图 2 - 8中 R点的场强为刃刃形绕射波场强E d 为E dE o 一 F (v )= (12 j) Jexp(- jttt s)/2dt( 2 - 4 6 )式中 E 没有 地面 反 射和刃 形绕射的自 由 空间 场强 F (v ) 菲 涅尔 系 数菲 涅尔 系 数F (v ) 是由 公 式( 2 - 4 3 ) 定义的F r e s n e l - K i r c h
55、 o f f 绕射参数v 的函 数，对给定的地形地貌值，经常使用图表进行计算。 对比于自由空间，由刃形引起的绕射增益为:G d 沁) = 2 0 l o g IF (v l( 2 - 4 7 )实际 上， 图 表 或 数 值 解依赖 于 计 算绕 射 增益。 G d ( d B ) 的图 表表 示为， 的函 数，由图2 - 1 1 给出。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文口舀圳势备璐决曰图2 - 1 1 作为菲涅尔系数绕射参数v函数的刃形绕射增益公式 ( 2 - 4 7 )的近似解:G d (d B ) = 0吼沁) = 2 0 1o g ( 0 .5 一 0 .6 v )G d 恤) = 2 0
56、 1 o g ( 0 .5 e x p ( -0.9 5 v ) ) V-1一1 -v 2 .4 l v )2 . 4 .3 多皿刃形绕射 在很多情况下，特别是山区，传播路径上不止一个阻挡体，这样所有阻挡 体引 起的 绕射损耗都必须计算。B u l l i n g t o n 提出 用一个等效阻挡体代替一系列阻挡体，就可以使用单刃形绕射模型计算路径损耗，见图2 - 1 2 。 这种方法极大的简化了 计算并且给出了比 较好的接收信号强度的估计。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图2 - 1 2 等效于单个刃形的B u l l i n g t o n 结构2 . 5粗糙不平坦平面的电波传播的研究图2
57、- 1 3 显示了表面的粗糙度对两条能量射线所造成的影响的典型例子。 图2 - 1 3 使用瑞利准则的表面粗糙度模型研究两条射线到具有高度变化的凹槽和山脊特征的粗糙表面上的情形。人射 射线和 反射射线的 之间 角 称为 低掠角(9 ) ， 而两 条射线的 路径差4 1 是: A d =2 H s i n 6两条射线的相位差表示为:A 甲= P A d =2 7 c.- Ld =凡4 兀 泞 .-s i n口 凡( 2 一8 ) 当相位差 甲很小的时候，意味着反射表面的高度差也很小。并且可以认定表面是光滑的。 相反的条件即极端粗糙的表面， 则相位差 Y 二 兀， 具有哈尔滨工业大学工学硕士学位论
58、文相同的反射系数a ; ， 来自 两条反射射线的合成信号可以 表达为:a ,e W + a e i (,F , - ) = a ; - a ; = 0( 2 - 4 9 )则合成场为 0 。实际上，极度粗糙的值并不经常使用，一个比较随意选择的值是万 / 2 ，它能区别粗糙表面和光滑表面。用于粗糙度的瑞利准则为: 甲 兀/ 2如 果把 I = i c / 2 带 人 ( 2 - 4 8 ) 中， 则所得的 极限 值H ， 为:H, , =8 s i n BS = 2 H三 t a n 0则粗糙度的准则为:H HR例 如， 当9 二 0 .5 0 , A = 1 m， 则H R = 1 5 .3
59、m ,S = 2 竺 压 - 二在实际环境中因为低掠角(e ) 十分小， t a n 0如 图 2 - ( 2 - 5 0 )3 2 7 7 m1 4 ，所以可近似为e - 4 + k d，则有( 2 - 5 1 ) 表面粗糙度的计算主要受不规则度的高度的影响，而移动无线电信号的低掠角是相对比较小的， 有时也使用基于 Y = s / 4 或 P = i c / 8 的其他准则。图2 - 1 4实际环境中的近似情况第3 章 地面植被区的电波传播特性研究3 . 1丛林地区特点我国典型丛林地区 ( 如云南的西双版纳，海南岛的吊罗地区，广东粤北山区)特点:， 气 温 郭 年 平 均 气 温 2 4 .
60、6 0 C . _ 四 季 不 明 显 ， 只 有 干 、 湿 季 之 分 2 . 雨季长，湿度大。4 - 9 月为雨李。3 . 树密草深，荆棘丛生。林内能见度在 6米之内。一般树高 4 - 2 0米， 粗 1 0 - 6 0 厘米。4 . 山多坡陡， 支脉交连。 平地丛林最长不超过5 公里。 山高海拔5 0 0 - 1 0 0 0 米。5 . 雷电多，大气无线电噪声大。6 . 电离层昼夜变化剧烈。3 . 2 传播信道参数的预测3 . 2 . 1 预测模型 传播环境媒质电特性的空间与时间变化及其对不同频段和极化状态电波的相应，是电波在时、空、频域中传播特性变化的决定性因素。传播预测的关键，首先
61、在于大量积累有关媒质时空特性的实测资料，研究掌握其变化规律，建立合理的媒质模型;其次是在媒质模型和必要的传播参量实测统计数据基础上， 通过对信道传输函数的简化分析或数值模拟，建立实用的信道传播参数预测模型。 现将媒质特性预测模型与信道传播模型分析如下:1 . 媒质特性预测模型环境媒质特性在时空域中一般是逐点和瞬时随机变化的于一定时空区间的统计平均特性。在空间上随经纬度变化，模型总是对应特别是纬向变化大，高、中、低纬往往有很大差别;此外，与海洋、山脉、沙漠等相联系的局域性异常。 在时间上有昼夜、 季节以及太阳活动性相联系的 1 1 年周期性变化等。因此，要根据使用要求，在不同时空区间内建立既满足
62、精度要求又方哈尔滨工业大学工学硕士学位论文便的实用模型。 2 . 信道传播模型 各种工程应用的信道，对应于不同频段和不同极化特性的电波，并对应于由给定环境媒质条件所决定的特定传播模式。因此需要在上述媒质预测模型的基础上，针对各种特定信道，甚至针对特定的传播路径，建立相应的信道预测模型。3 . 2 . 2 影响因素 上述媒质特性预测模型与信道传播模型都是统计性的模型。在精度要求不高的条件下，采用统计平均模型利用其中可供简单调整的参数，即可进行预测修正。 具体的方法即可以采用简单的公式图表或绘制成终端数据处理软件。在高精度要求下，可能需要在各种平均预测模型的基础上，利用可供实测诊断的模型参数进行近
63、于实测的模拟预测。 电波传播信道一般是受大量环境因素影响的随机信道，并与系统及信号的参数密切相关。 不但物理模型复杂，且涉及大量参数与大量数据的统计分析，因此，发展的方向 是借助于电子计算机诊断预测和自 适应修正。3 .3无线电波在丛林地貌传播特性研究3 . 3 . 1 森林传播路径损耗的特点 很长时间以来，丛林环境中的无线电通信的发展由于植被地带比非植被地带有严重的传输损耗而被牵制。大量关于丛林环境下的传播机制的理论和实验研究，揭示了以下的传输损耗的特性:( 1 )对于固定高度的天线， 接收场和传输距离的平方成反比( 2 )植被环境将提供一个恒定的损耗 ( 被称为 “ 丛林损耗” ) ，这是
64、和通信 终端间的距离无关的损耗( 3 )该环境下的传输损耗将随着发射或接收天线的增高而减小，这将引出 高度增益效应的概念，这种效应与传输路径无关， 也与极化方式无关( 4 )森林环境中， 无线电波有明显的去极化效应。 对于性质 ( 1 )一( 3 ) ,实验数据已经对频段在 3 0 -1 0 0 MH z 、传输距离. 一 一. 一兜竖丝塑玺翅望塑竺一一 一一一一 第 4 章 无线信道抗干扰技术4 . 1跳频技术4 . 1 . 1 跳频概念 通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线对讲机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，
65、一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。 例如:电台的广播节目，一般是一个发射频率发送一套节目，不同的节目占用不同的发射频率。有时为了让听众能很好地收听一套节目，电台同时用几个发射频率发送同一套节目。 这样， 如果在某个频率上受到了严重干扰，听众还可以 选择最清晰的频道来收听节目，从而起到了抗干扰的效果。 但是这样做的代价是需要很多额谱资源才能传送一套节目。如果在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，而听众的收音机也跟随着不断地在这几个频率上调谐接收，这样，即使某个频率上受到了干扰，也能很好地收听到这套节目。 这就变成了一个跳频系统。 另外在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现
66、我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目 标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是 “ 打一枪换一个地方”的游击通信策略、 使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“ 转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清 “ 转移规律”时，就很难截获我方的通信内容. 因此，跳频通信具有抗千扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以在当前现代化的电子战中跳频通信已显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、 抗多径、 抗网间干扰和提高频谱利用率。 为了不让敌方知
67、道我们通信使用的频率， 需要经常改变载波频率， 即“ 打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但是若真的无规律可循的话，通信的双方 或友军) 也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。只有通信的双方才知道此跳频图案，而对敌方则是绝对的机密。所谓 “ 伪随机” ， 就是“ 假” 的随机， 其实是有规律性可循的， 但当敌方不知跳频图案时，就很难猜出其跳频的规律来。 图4 -1 所示为一个跳频图案。 图中横轴为时间， 纵轴为频
68、率。 这个时间与频率的平面叫作时频域。也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵轴上的频率段构成了棋盘格子。阴影线代表所布棋子的方案，就是跳频图案;它表明什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。跳吸带宽口! A.门门门口瓤门口蕊 雄门口姗口娜I i 6 ?瓤撇门姗口跳翔驻.时间上下卜时间 一图4 - 1 a ) 快跳频图案下11跳!二M粼姗熬a滩淞姗撇瀚瀚撇, M x除 舞 瀚 翻1一单舜佰道带宽!上下跳叮胜留时间 时间一 .， ，- 由卜图4 - 1 b ) 慢跳频图 案一一一 竺 塑 还 些 进 丑 垫 里 壑 些 二 图4 - 1 ( a ) 中 所示为一 快跳频图案，
69、它是在一个时间 段内 传送一个码位( 比特 ) 的 信 息。 通常 称 此时间 段叫 跳 频的 驻留 时 间， 称 频 率 段为 信道 带 宽。 图4 - 1 ( b ) 所示则是一慢跳频图案， 它是在一个跳频驻留 时间内 传送多个( 此处3 个) 码位( 比 特) 的信息。在时频域这个 “ 模盘” 上的一种布子方案就是一个跳频图案。当 通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。4 . 1 . 2跳频如何抗干扰 通信收、 发双方的跳频图案是事先约定好的， 或者是由发方通知收方的。这个跳频图案是敌方所不知道的。敌方若想于扰跳频通信，有几种策略可供选择: 干扰方式 1 : 在某一个频
70、率上施放长时间的大功率的干扰，即单频干扰。 干扰方式 2 :在某几个频率上施放长时间大功率的干扰，即多频干扰。 干扰方式 3 :在连续的几个频带上施放长时间大功率的干扰，称作部分频带来扰。 干扰方式4 :在不同时间内在不同的频率上施放大功率的干扰。 干扰方式5 :依照跳频图案的规律跟踪施放大功率的干扰。 这些干扰方式和跳频通信的关系正像二人对奕时相互 “ 出子” 一样，当双方的 “ 布子”落在时一频域棋盘内的同一小格时，则干扰有效。因此，跟踪跳频图案施放的干扰策略就是最佳的干扰跳频通信的策略了。 当收、发双方在空间上相距一定距离时，只要时频域上的跳额图案完全相重合，就表示收、发双方同步跳频地进
71、行通信。4 .2抗衰落技术 分集接收就是采用两种或两种以上的不同的方法接收同一信号，以减少衰减带来的影响，是一种有效的抗衰落的措施。 其基本思想是将接收到的信号分成多路的独立不相关信号，然后将这些不同能量的信号按不同的规则合并起 来。 分 集依目 的 分可以为 宏观分集( m a c r o s c o p i c ) 和 微观( m i c r o s c o p i c )分集。宏观分集是以克服长期衰落为目的的。按信号的传输方式可以分为显分集和隐分集两种。 显分集指的是构成明显分集信号的传输方式，多指利用多副天线接收信哈尔滨工业大学工学硕士学位论文号的分集。隐分集指的是分集作用含在传输信号
72、中的方式，在接受端利用信号处理技术实现分集，它包括交织编码技术，跳频技术等。隐分集一般用在数字移动通信中。显分集包括以下几种: 1 . 利用地形无源反射器抵抗衰落。在微波路由设计中，我们可以利用地形地物来阻挡反射波，使反射波不能直接到达接收机，从而达到减少衰落的目的。同时，也可以用无源反射器来改变微波的射线方向，绕开障碍物，达到克服绕射衰落。 2 . 极化分集。通过发射端的天线发射两个极化垂直的信号，接收端分集接收， 这样可以在一定程度上减少多径的影响。 不过， 极化会产生3 d B的衰减。因为发射端必须将能量分到两个不同的极化天线。 3 . 角度分集。当工作频率高于I O G H z 时，
73、从发射机到接收机的散射信号产生从不同方向 来的互不相关的信号。这样在同一位置有指向不同方向的两个或更多的有向天线能向合成器提供信号，达到克服衰落的目 的。 4 . 时间分集。 即在不同的时间内发相同的信号， 接收信号是互不相关的。 此外还可分为: 1 .空间分集空间分集。在接收端架几副高度不同的天线，利用电磁波到达各接收天线的不同行程来减少衰减。 这种方法通常应用在大通路的微波干线上。 实践表明，分集接收对相位干扰型衰落是非常有效的，但对绕射衰落，雨雾吸收衰落的抵抗作用不明显，这时只有依靠适当改变天线增大发信功率来实现。 2 .频率分集频率分集。用两个以上的频率同时传送一个信号，在接收端对不同
74、频率的信号进行合成，利用电磁波在不同频率下的不同行程来减少或消除影响。这种方法效率较好，且只需一副天线，但在频率十分紧张的无线频段，频率的使用效率就显得不太高了。 3 . 自 适应均衡技术另外还有一种就是信道均衡技术。所谓均衡就是接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，用来抵消信道的时变多径传播特性引起的干扰。即通过均衡器消除时间和信道的选择性。它用于解决符号间干扰的问题， 适用于信号不可分离多径的条件下， 且时延扩展远大于符号的宽度。可分为时域均衡和频域均衡两种。频域均衡指的是总的传输函数满足无失真传输的条件，即校正幅度特性和群时延特性。 时域均衡是使总冲击响应满足无码间干扰的条件，数字通信
75、多采用时域均衡，而模拟通信则多采用频域均衡。一一一一一一一一止垫壑纽生塑坠壑 结论 本文就无线电波传播的基本特性人手，对电波传播的特点加以总结。在外空间，收发天线之间的路径上一般没有遮挡物和可以产生反射的物体，因此接收信号是由一路直射信号组成。然而，当收发天线在地球上时，信号就会经过多路径从发射机到达接收机。这是由于地形对无线电波引起了反射、绕射和散射。反射使电波的一部分能量沿一个确定的方向折回大气中;绕射使电波的一部分能量沿一个弯折的方向绕过障碍物而到达其后面的地方;散射使电波的一部分能量被不规则的地形分散到各个方向。而本文是结合电波传播的 基本方式主要研究无线电波在平原丛林地貌内的传播特性
76、。 在这里对丛林环境下超短波频段内无线电特性的分析，主要是依靠对侧面波的研究。对与传播距离p l k m 的无线电波可以被看成准光学射线， 并且它的射线轨迹正好沿着丛林顶部轮廓传播。对于这种传播机制，侧面波将沿着自由空间和丛林的交界线传播，即使在由于山脉或其它环境所引起的地形曲率。通过理论研究推导以及一些实验数据的论证，可得到以下结论: ( 1 ) 传输损耗和距离的四次方成正比。 侧面波的场强是和传播距离的平方成反比的，而自由空间的直射波是和传播距离成反比，因而，侧面波要比直射衰减的速度快很多。另一方面， 侧面波在无损耗的空气媒质中传播，所以和在丛林中传播的反射波和折射波相比，它将不经历指数衰
77、减。 ( 2 ) 传输损耗和频率的平方成正比。 ( 3 ) 丛林环境中有天线高度增益效应， 这种效应几乎与频率无关、 与传输的总距离无关， 也与极化方式无关。 ( 4 ) 垂直极化波的 基本损耗比 水平极化波的 大。 现在所存在的理论设想和分析结果和可以获得的实验数据都有比较理想的验证， 通过实验验证充分的证明了这种针对于丛林的模型的简单性和可靠性。除了它方便的简易性，这种模型同样可以应用于具有复杂特性的丛林媒质，并给出理想的评价和阐释，这一点更加强了该模型的有效性。 参考文献1 T a m i r T .O n r a d i o w a v e p r o p a g a t i o n
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96、n t s , R a d i o S c i , V o 1 . 4 , N o . 2 , 1 9 6 9 , 3 0 7 . 3 1 84 4 T e w a r i , R . K . , a n d S . S w a r u p , A n e m p i r i c a l r e s u l t f o r t h e h e i g h t g a i n i n f o r e s t m e d i u m , ”I E E E T r a n s o n A n t e n n a s a n d P r o p a g a t i o n , V o 1 . 3 2
97、, N o . 1 1 , 1 9 8 4 , 1 2 6 5 - 1 2 6 84 5 T a i C h e n T o .D y a d i c G r e e n F u n c t i o n s i n E l e c t r o m a g n e t i c T h e o r y . N e w y o r k : I E E E I n c , 1 9 9 4 : 1 0 1 3 1 0 1 84 6张乃通， 徐玉滨， 谭学治， 沙学军， 移动通信系统， 哈尔滨工业大学出版 社，1 9 9 7 : 1 4 - -4 647哈尔滨工业大学工学硕士学位论文攻读学位期间发表的学术
98、论文1 .Q i a n g We i ,M C- 2 D- CDM AZ h a n g Z h o n g - z h a o , S h a X u e 一 u n , P e r f o r m a n c e A n a l y s i s o fw i t h O r t h o g o n a l R e s t o r e C o mb i n a t i o n ( O R C )S e l e c t i v e C h a n n e l , J o u r n a l o f H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l
99、 o g y，2 0 0 2O v e r F r e q u e n c y3 9 7 - 4 0 0 , No . 4 ,4 8一一一一一一一一一 u0 Sr A Z k t * = * 9 : 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 近距离丛林中超短波电波传播的研究 ，是本人在导师指导下，在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知， 论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作 者 签 字 线均日 期 :
100、V 193 年 月 日哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 近距离丛林中超短波电波传播的研究 系本人在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨工业大学所有， 本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨工业大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。尔滨工业大学，可以采用影印文的全部或部分内容。 保密口， 本学位论文属于 不保密 ( 请在以上相应方框内打、缩印或其他复制手段保存论文本人授权哈可以公布论年解密后适用本授权书。在/欧J ， )作者签名导师签名强P j敢 玄5
101、日 期 :2 8 11 年 石 月日 期 : 2 0 3 年 月哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 致 谢 本人在攻读工程硕士学位期间，在工作和学习上，得到了哈尔滨工业大学通信技术研究所各位老师的辛勤培养，尤其得到了导师张中兆教授及沙学军教授的悉心指导和亲切关怀。本课题从选题、论证、方案的确定、到具体课题的进行，以及论文的最后撰写，都倾注了导师张中兆教授及沙学军教授的心血。在此论文完成之际，特此向哈尔滨工业大学通信技术研究所的各位老师、张中兆教授及沙学军教授表示崇高的敬意和衷心的感谢。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文个人简历 本人于 1 9 9 1 年7 月毕业于郑州解放军信息工程学院 ( 大专) ，1 9 9 2 年分配到哈尔滨工业大学通信技术研究所工作至今，一直从事移动通信方面的科研工作，1 9 9 7 - 1 9 9 9 年在哈尔滨工业大学管理学院 ( 专转本) ， 获工学学士学位。
