第五章短波通信系统5-1.ppt [修复的]

1、5.2 5.2 短波单边带通信技术短波单边带通信技术 第五章第五章 短波通信系统短波通信系统 5.1 5.1 现代短波通信概述现代短波通信概述 5.4 5.4 短波跳频通信技术短波跳频通信技术 5.3 5.3 短波自适应选频技术短波自适应选频技术 5.1 5.1 现代短波通信概述现代短波通信概述 5.1.1 5.1.1 短波通信的起源短波通信的起源 5.1.2 5.1.2 无线信道无线信道 5.1.3 5.1.3 短波通信信道传输特性短波通信信道传输特性 5.1.4 5.1.4 短波通信的特点短波通信的特点 5.1.1 5.1.1 短波通信的起源短波通信的起源 按照按照CCIR的规定，短波是指

2、频率为的规定，短波是指频率为 330MHz，波长为波长为100m10m的无线电波。的无线电波。 利用短波进行的无线电通信称为短波通信，利用短波进行的无线电通信称为短波通信， 又称为高频又称为高频(HF)通信。通信。 1. 1. 短波的定义短波的定义 2. 2. 短波通信短波通信 短波通信实际使用范围为短波通信实际使用范围为1.530MHz。 5.1.1 5.1.1 短波通信的起源短波通信的起源 1901年年12月马可尼实现了无线电波越洋传播，传播月马可尼实现了无线电波越洋传播，传播 距离达到距离达到3000km，实现了英国到北美的纽芬兰信息传递；，实现了英国到北美的纽芬兰信息传递； 科学家猜想

3、大气层有带电粒子层的缘故；科学家猜想大气层有带电粒子层的缘故； 1921，意大利罗马郊外发生一场大火，一台功率只，意大利罗马郊外发生一场大火，一台功率只 有几十瓦的业余短波无线电台发出呼救信号，信号被有几十瓦的业余短波无线电台发出呼救信号，信号被 1500km之外的哥本哈根的一些接收机收到，从此短波通信之外的哥本哈根的一些接收机收到，从此短波通信 收到人们的重视；收到人们的重视； 1924年，英国物理学家阿普尔顿证实了电离层的存年，英国物理学家阿普尔顿证实了电离层的存 在，并因此于在，并因此于1947年获得诺贝尔物理学奖。年获得诺贝尔物理学奖。 3. 3. 起源起源 5.1.2 5.1.2 无

4、线信道无线信道 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 电离层是指从距地面大约电离层是指从距地面大约60公里到公里到1000公公 里处于电离状态的高空大气层。里处于电离状态的高空大气层。 1.1.电离层的形成电离层的形成 电离电离：高空大气层在太阳辐射的作用下，：高空大气层在太阳辐射的作用下， 大气气体分子或原子中的电子游离出来，形成大气气体分子或原子中的电子游离出来，形成 离子和自由电子。离子和自由电子。 电离现象显著的区域称为电离现象显著的区域称为电离层电离层。 自由电子、正离子、负离子、中性分子和原 子等组成的等离子体。 电离源 太阳辐射的紫外线、X射线、高能带电微粒流

5、、 为数众多的微流星 其它星球辐射的电磁波以及宇宙射线等 只占全部大气质量的2左右，但因存在大 量带电粒子，所以对电波传播有极大影响。 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 2.2.电离层基本分层特性电离层基本分层特性 电离层中电电离层中电 离浓度相对分层离浓度相对分层 集中，较显著的集中，较显著的 有三层：有三层：D、E 、F。 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 D层：层： 6090km E层：层： 90150km ES层：层： 120km F1层：层： 150220km F2层：层： 2001000km 2.2.电离层基本分层特性电离层基本分层特

6、性 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 2.2.电离层基本分层特性电离层基本分层特性 D层层 太阳升起时出现，太阳落下后消失太阳升起时出现，太阳落下后消失 短波以天波传播时将穿过短波以天波传播时将穿过D层层 短波穿过短波穿过D层时严重衰减层时严重衰减 在白天，在白天，D层决定了短波传播的距离、层决定了短波传播的距离、 发射机功率和天线增益发射机功率和天线增益 ( (吸收层吸收层) ) 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 2.2.电离层基本分层特性电离层基本分层特性 E层层 电离开始后可反射高于电离开始后可反射高于1.5MHz1.5MHz的短波的短波

7、出现在太阳升起时出现在太阳升起时, ,中午达到最大值，中午达到最大值， 之后逐渐减小之后逐渐减小; ;太阳降落后，对短波传太阳降落后，对短波传 播不起作用播不起作用 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 2.2.电离层基本分层特性电离层基本分层特性 ES层层 具有很高的电子浓度，能将高于短波具有很高的电子浓度，能将高于短波 波段的电波反射回来波段的电波反射回来 (偶发偶发E层层) 偶尔发生偶尔发生 如何利用尚待研究如何利用尚待研究 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 F层层 白天有两层：白天有两层：F1层和层和F2层层 F1层夜间消失，常出现于夏季层夜

8、间消失，常出现于夏季 F2层层电子浓度电子浓度白天大夜间小、冬大夏小白天大夜间小、冬大夏小 适合远距离短波通信适合远距离短波通信 ( (反射层反射层) ) 2.2.电离层基本分层特性电离层基本分层特性 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 电离层各层高度与电子密度的关系 电子浓度随高电子浓度随高 度增加而增加；度增加而增加； D、E层夜间层夜间 消失；消失； F层中午层中午(白天白天) 有两层；有两层；F1层夜间层夜间 消失。消失。 (太阳黑子变化周期太阳黑子变化周期11年年,黑子数增加黑子数增加 大大) 3. 3. 电离层的变化电离层的变化 规则变化规则变化 日夜变化日夜

9、变化 季节变化季节变化 1111年变化年变化 随地理位置变化随地理位置变化 ( 白天大夜间小中午最大值白天大夜间小中午最大值) ( 夏季大冬季小，但夏季大冬季小，但F2相反相反) (赤道附近赤道附近 大，两极大，两极 小）小） 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 3. 3. 电离层的变化电离层的变化 不规则变化不规则变化 偶发偶发E E层层 电离层突扰电离层突扰 ( (太阳耀斑引起太阳耀斑引起 D层强烈吸收造成层强烈吸收造成 “短波消逝短波消逝” ） 电离层暴电离层暴 ( (太阳黑子 增太阳黑子 增 多引起的电离层异多引起的电离层异 常，在常，在F2区表现得区表现得 最为

10、明显。最为明显。 ） 5.1.2.1 5.1.2.1 电离层的特性电离层的特性 5.1.2.2 5.1.2.2 无线电波的传播形式无线电波的传播形式 短波信号的折射、反射、散射短波信号的折射、反射、散射 电离层电子密度电离层电子密度 随高度增加而增加，介随高度增加而增加，介 电常数和折射率随高度增加而变小，因而电波电常数和折射率随高度增加而变小，因而电波 会发生折射甚至反射。会发生折射甚至反射。 电离层电子密度的非均匀性还会造成电波电离层电子密度的非均匀性还会造成电波 的散射。的散射。 （1）电波具有反射和折射的特性 当电波由一种介质传到另一种介质时，在两种介质的 分界面上，传播的方向要发生变

11、化，产生反射和折射。 （2）电波具有绕射的特性 电波在传播过程中有绕过障碍物的能力。其绕射能力 与电波波长和地形有关，波长越长，其绕射能力越强；波长 越短，其绕射能力越弱。 （3）电波具有扩散的特性 电波离开信源越远，能量越分散，场强越弱，这种现 象称为电波的扩散。 电波在电离层中的折射和反射 设想电离层由无数平行薄层构成，各层中设想电离层由无数平行薄层构成，各层中 电子浓度是均匀的电子浓度是均匀的。 2 1 81 r N n f 电波通过每一薄片层时折射一次。电波通过每一薄片层时折射一次。 各层的电子浓度各层的电子浓度N随高度增加而增加，电随高度增加而增加，电 离层的等效相对介电常数离层的等

12、效相对介电常数 、折射率、折射率n n亦发生亦发生 改变，它们与电波频率的关系是：改变，它们与电波频率的关系是： r 电波在电离层中的折射和反射 0 1 2 3 0011 sinsinsin mm nnn n电波传播方式 根据电波的频率（波长）的不同，无线电波 主要有以下四种传播方式：地波传播、天波传播、 视距传播、散射传播。 5.1.2.2 5.1.2.2 无线电波的传播形式无线电波的传播形式 （1）地波传播 地波传播方式是指无线电波沿地球表面传播。它主要用于中波以 上的波段的近距离通信。 （2）天波传播 发射天线向空中发射电波，由高空电离层反射后到达接收点，这 种方式称为天波传播。它是短波

13、通信的主要传播方式。 （3）视距传播 直接波传播方式是指电波在发射天线和接收天线能互相“看见”的 距离内的一种传播方式，故也称为视距传播。其传播的路径基本是直 线。一般有两种形式，一种是地对地的视距传播，一种是地对空的视 距传播。 （4）散射传播 这种传播方式是利用对流层及电离层的不均匀性对电波的散射作 用而实现的超视距传播。主要用于超短波和微波的远距离通信。 (a) 射线 (b) (c) 电离层 (d) 对流层 图 无线电波的主要传播方式 （a） 直射传播; （b） 地波传播; （c） 天波传播; （d） 散射传播 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 地波：地波： 1.

14、55 MHz。 5.1.3.1 短波传播方式短波传播方式 短波通信实际使用范围为短波通信实际使用范围为1.530MHz。 天波天波 地表面波地表面波 直接波直接波 地面反射波地面反射波 地波地波 电离层电离层 n1 地波传播形式地波传播形式 地波传播形式的频率范围大约是频率范围大约是1.5MHz30MHz。地 波传播的特点是：信号比较稳定，基本上不受气象条件的 影响，但随着频率的升高，地波的衰减迅速增大，传播距 离和传播路径上媒介的电参数密切相关。不宜用做无线电 广播或远距离通信。 地波传播情况主要取决于地面条件。一方面是地面的 不平坦性；二是地面的地址情况。因为地表面导电特性在 短时间内变化

15、小，故电波传播稳定可靠。 短波沿路地传播是衰减很快，只有距离发射天线很近 的地方才能收到，因此近距离陆地通信和长距离点与点之 间的通信，如船舶助航用。 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 2 天波传播形式天波传播形式 天波靠电离层反射传播，可以进行远距 离传播，可以超越丘陵地带，还可以在地波 传播无效的很短的距离内建立无线电通信线 路。所以对于短波通信线路，天波传播较地 波传播更有意义。 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 （1） 传输模式传输模式 电波到达电离层，可能发生三种情况：被电离 层完全吸收、折射回地球、穿过电离层进入外层空 间，这些情况的

16、发生与频率密切相关。 此外，天波传播的形式还受到电波进入电离层 的入射角的影响，对于较远距离的通信，应选择较 大的入射角，反之，应选较小入射角。但是如果入 射角太小，电波就会穿过电离层而不会折射回地球， 如果入射角太大，电波在到达电离密度大的较高电 离层之前就会被吸收，因此，入射角应选择保证电 波能返回地面而又不被吸收的范围。 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 最高可用频率的英文缩写为MUF，它是指在实 际通信中，能被电离层反射回地面的最高频率。 对应于电离层各分层的

17、电子密度，都存在一个 相应的最高频率fv，也称为临界频率。 在此频率时，该层对垂直入射的（入射角=00） 电波将起到反射作用；而当频率高于fv时，垂直入射 的电波将穿出该层，因此不能为收发用户提供短波 通信链路。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 如果电波是以00的入射角斜射电离层，频率 为fv的电波不会穿出该层，而当为更高的某一频率 fob时才穿出该层。 fob被称为入射角为时的最高 可用频率，它可表示为： 显然， fob fv。 secff obv （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短

18、波信道传输特性短波信道传输特性 在给定通信距离和反射点高度的情况下，fob 与 fv关 系式可表示为式2-1：式中fv为电波垂直入射时的最高反 射频率，也称临界频率；为电波斜射至电离层的入射角； d为通信线路的长度；h为电波反射点处电离层的虚高。 2 sec1 2 d fff obvv h h d 式式2-1 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 若给定通信线路的通信距离为2000km，在不同 斜射频率下（即以fob为参数），按照式2-1计算， 可得到一组fv-h的曲线（实线）；然后在给定的通 信线路上测量，可以得到该线路的频高

19、图，即实测 的f-h的曲线（虚线）。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 在设计短波通信线路时，工作频率应采用接近在设计短波通信线路时，工作频率应采用接近 fMUF频率。其原因如下：频率。其原因如下： 低频电波将受到较大的吸收损耗；同时，对于低频电波将受到较大的吸收损耗；同时，对于 较低频率的电波，电离层的各个分层都可能对它较低频率的电波，电离层的各个分层都可能对它 产生反射，多经传播效应严重。产生反射，多经传播效应严重。

20、（2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 从图中可以看出，这两条曲线存在有许多交点，从图中可以看出，这两条曲线存在有许多交点，所有的这所有的这 些交点表示在给定的斜射频率上，可能存在的传播路径些交点表示在给定的斜射频率上，可能存在的传播路径。 E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 例如：例如：fob为为14MHz，对，对F2来讲存在两条传播路径，它们来讲存在两条传播路径，它们 的反射点分别标为的反射点分别标为1和和1。 E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MU

21、F） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 反射点反射点1的高度为的高度为380km，反射点，反射点1的高度为的高度为680km。 E E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 通过反射点通过反射点1反射而到达接收端的信号要比反射点反射而到达接收端的信号要比反射点1 反射来的信号强，这是因为两条路径所受的衰减不同。反反射来的信号强，这是因为两条路径所受的衰减不同。反 射点射点1所通过的路径，除了由于通过所通过的路径，除了由于通过D、E、F1层而遭到层而遭到 衰减外，和反射点衰减外，和反射点1的路径相比，在的路

22、径相比，在F2层内传播更长的距层内传播更长的距 离，因而多了一定的附加衰减。离，因而多了一定的附加衰减。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 若斜射频率若斜射频率fob改为改为18MHz，对，对F2来讲仍然存在两条来讲仍然存在两条 传播路径，它们的反射点分别标为传播路径，它们的反射点分别标为2和和2。反射高度分别。反射高度分别 为为340km和和460km。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 从图中可以看出，和这个斜射频率相应的从图中可以看出，和这个斜射频率

23、相应的fv-h曲线，曲线， 和频高图中（虚线）和频高图中（虚线）E、F1层曲线不存在交点。层曲线不存在交点。 E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 这表明这表明fob=18MHz时，电波已不可能利用时，电波已不可能利用F1层和层和E层层 反射，而只是穿过它们，然后由反射，而只是穿过它们，然后由F2层反射。层反射。 E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 同样的道理，同样的道理，2点反射在接收端的信号较点反射在接收端的信号较2点反射的点反射的 强，但由于两者的

24、反射高度相差不太大，所以其场强的差强，但由于两者的反射高度相差不太大，所以其场强的差 别将小于别将小于fob=14MHz时的情况。时的情况。 E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 继续升高斜射频率，当斜射频率继续升高斜射频率，当斜射频率fob为为20MHz，只存，只存 在在F2层的一个反射点层的一个反射点3，反射高度，反射高度h=370km。 E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 也就是说当也就是说当fob=20MHz时，只有一条传播路径。继续时，只有一条

25、传播路径。继续 升高斜射频率，曲线族和频高曲线不再存在交点，这说明升高斜射频率，曲线族和频高曲线不再存在交点，这说明 电波将穿过电波将穿过F2层，不再返回地面。层，不再返回地面。 E （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 由此可见，反射点由此可见，反射点3时斜射电波能否返回地面的临界时斜射电波能否返回地面的临界 点，与该点相对应的点，与该点相对应的fv就是就是F2层的临界频率，与该点相对层的临界频率，与该点相对 应的应的fob就称为就称为F2层的最高可用频率（层的最高可用频率（MUF）。）。 E （2） 最高可用频率（最高可用频

26、率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 总结以上结论，可以得到以下重要概念。 （1）MUF是指给定通信距离下的最高可用频率。 若通信距离改变了，计算所得的曲线族和实测频高 图都将发生变化，从而使临界点的位置发生变化， 对应的MUF值也就改变了。显然MUF还和反射层的电 离密度有关，所以凡影响电离密度的诸因素，都将 影响MUF的数值。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 （2）当通信线路选用MUF作为工作频率时，由 于只有一条传播路径，所以在一般情况下，有可能 获得最佳接收。 （2） 最高可用频率

27、（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 （3）MUF是电波能返回地面和穿出电离层的临界值。考 虑电离层的结构随时间的变化和保证获得长期稳定的接收， 在确定线路的工作频率时，不是取预报的MUF值，而是取低 于MUF的频率OWF， OWF称为最佳工作频率。一般情况下 OWF=0.85MUF。选用OWF之后，能保证通信线路有90%的可通 率。由于工作频率较MUF下降了15%，接收点的场强较工作在 MUF时损失了10-20dB,可见为此付出的代价也是很大的。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特

28、性 由于电离层的电子密度受太阳辐射影响很大， 白天和夜晚的最高可用频率相差甚大，工作频率也 需要进行相应的调整。下图示出了最高可用频率一 天内的变化，作为简单的取值方法，而为了更好的 适应电离层参数变化引起的传输特性随机起伏，实 时地选用最佳工作频率是合适的。下图画出了MUF和 WOF及建议选用的日频和夜频。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 04812162024 t/h 3 4 5 6 9 20 f/MHz 最高可用频率最高可用频率最高可用频率最高可用频率 工作频率工作频率 建议选用的工作建议选用的工作 频率频率 日频日

29、频 9MHz 夜频夜频 4.5MHz 为了更形象地看出斜射频率与传播路径的关系， 根据前面的频高图画出不同斜射频率可能传播路径 示意图： （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 从图中可以看出，在某一给定的通信距离上， 所选用的频率高于MUF时，就穿出电离层，不再返回 地面（图中粗线）。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 所选用的频率低于MUF时，则存在两条传播路径。 由于这两条路径所需射线的仰角不同，分别称为高仰角 射线和低仰角射线，1、2对应的是高仰角射线，

30、1、2 对应的是低仰角射线。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 随着工作频率逐渐接近MUF，高仰角和低仰角两 条射线越来越接近，当工作频率选用MUF时，两条射 线重合，出现了单径传播。 （2） 最高可用频率（最高可用频率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道传输特性短波信道传输特性 1.1.短波信道的多径效应短波信道的多径效应 多径效应是指发射信号沿多条路径到达接多径效应是指发射信号沿多条路径到达接 收端相互干涉的现象。收端相互干涉的现象。 a. 天波和地波天波和地波b. 不同仰角不同仰角 5.1.3.2 5.1.3.

31、2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 1.1.短波信道的多径效应短波信道的多径效应 多径效应是指发射信号沿多条路径到达接多径效应是指发射信号沿多条路径到达接 收端相互干涉的现象。收端相互干涉的现象。 c. 不同层的反射不同层的反射d. 多跳多跳 F层层 E层层 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 1.1.短波信道的多径效应短波信道的多径效应 多径效应是指发射信号沿多条路径到达接多径效应是指发射信号沿多条路径到达接 收端相互干涉的现象。收端相互干涉的现象。 e. 散射散射 干涉区干涉区 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 1

32、.1.短波信道的多径效应短波信道的多径效应 细多径效应细多径效应 粗多径效应粗多径效应 指除散射外其它模式形成的多径传播现象。指除散射外其它模式形成的多径传播现象。 指电离层不够光滑、不均匀对电波产生漫指电离层不够光滑、不均匀对电波产生漫 反射（散射）而形成的多径传播现象。反射（散射）而形成的多径传播现象。 一般只引起信号电平变化不引起波形失真。一般只引起信号电平变化不引起波形失真。 除使信号电平变化外，还造成波形失真。除使信号电平变化外，还造成波形失真。 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 短波在电离层传播过程短波在电离层传播过程 中，由于多径传播等原因，中

33、，由于多径传播等原因， 使接收端的信号出现叠加使接收端的信号出现叠加 （干涉），接收信号的强度（干涉），接收信号的强度 出现忽大忽小的随机起伏，出现忽大忽小的随机起伏， 称为衰落。多径干涉是引起称为衰落。多径干涉是引起 衰落的主要原因，此外电离衰落的主要原因，此外电离 层特性的变化等因素也会引层特性的变化等因素也会引 起衰落。起衰落。 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 衰落有快衰落和慢衰落之分，连续出现持续时 间仅几分之一秒的信号起伏称为快衰落；持续时间 比较长的衰落（1小时或者更长）称为慢衰落。根据 衰落产生的原因，可分为以下3种衰落。干

34、涉衰落、 吸收衰落、极化衰落。 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 （1）干涉衰落）干涉衰落 若从线路发送端发射恒定幅度的高频信号，由于多径若从线路发送端发射恒定幅度的高频信号，由于多径 传播，到达接收端的射线不是一条，而是多条。传播，到达接收端的射线不是一条，而是多条。 这些射线通过不同的路径，到达接收端的时间不同，这些射线通过不同的路径，到达接收端的时间不同， 传播的距离不同，遭受的衰减不同，所以到达接收端后的传播的距离不同，遭受的衰减不同，所以到达接收端后的 幅度也各不相同。幅度也各不相同。 再者由于电离层的电子密度、高度均是随机变化的

35、，再者由于电离层的电子密度、高度均是随机变化的， 电波射线轨迹也随之变化，这使得同一信号由多径传播到电波射线轨迹也随之变化，这使得同一信号由多径传播到 达接收端后信号之间不能保持固定的相位差，使合成的信达接收端后信号之间不能保持固定的相位差，使合成的信 号振幅随机起伏。这种衰落由到达接收端的若干个信号干号振幅随机起伏。这种衰落由到达接收端的若干个信号干 涉造成，故称涉造成，故称“干涉衰落干涉衰落”。 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 （1）干涉衰落）干涉衰落 干涉衰落有下列特征。 具有明显的频率选择 性 即对不同频率的信号具 有不同的衰落特

36、性，因此也 称“选择性衰落。通过试验 证明，当两个信号频率差值 大于400Hz时，他们的衰落特 性相关性就很小了。 （1）干涉衰落）干涉衰落 衰落信号的振幅服从瑞利分布 在非骚动短波传播期间，也就是不存在电离层暴变的时 期，电场强度的快变化主要来源于干涉衰落，少量时刻也可 能是由于极化衰落。 （1）干涉衰落）干涉衰落 衰落信号的振幅服从瑞利分布 通过长期的观察，证实了遭受快衰落的电场强度振幅服 从瑞利分布。可以证明，在瑞利分布条件下，到达或超过某 给定电场强度值的时间百分数T可由下式计算。 2 0.693() 100 med E E Te （1）干涉衰落）干涉衰落 2 0.693() 100

37、med E E Te 式中式中 E为给定的电场强度值；为给定的电场强度值； Emed为电场强度中值。为电场强度中值。 根据上式，可画出瑞利衰落下接收端电场强度的概率分布根据上式，可画出瑞利衰落下接收端电场强度的概率分布 曲线。曲线。 （1）干涉衰落）干涉衰落 干涉衰落是一种快衰落干涉衰落是一种快衰落 根据大量的测量值表明干涉衰落的速率大约为根据大量的测量值表明干涉衰落的速率大约为 1020次次/min，衰落深度可达，衰落深度可达40dB（低于中值），偶（低于中值），偶 尔达尔达80dB。衰落持续时间通常在。衰落持续时间通常在420ms范围内，是一范围内，是一 种快衰落，与吸收衰落有明显的差别。

38、持续时间的长短种快衰落，与吸收衰落有明显的差别。持续时间的长短 可用于判别是吸收衰落还是干涉衰落。可用于判别是吸收衰落还是干涉衰落。 （2）吸收衰落 产生吸收衰落的原因是D层衰减特性的慢变化， 其时间最长可以持续1小时或更长，因此吸收衰落属 于慢衰落。由于吸收衰落是电离层吸收的变化引起 的，所以它有年、月、季节和昼夜的变化。吸收衰 落有下列特征： 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 （2）吸收衰落）吸收衰落 接收点信号幅度的变化比较慢，其周期从几分 钟到几小时（包括日变化）。 对短波整个频段的影响程度是相同的（不存在 频率选择性）。 克服吸收

39、衰落，除了正确地选择频率外，在设 计短波线路时只能靠留功率余量来补偿电离层吸收 的增大。 短波在传播过程中存在多径效应，不仅使接收点的 信号振幅发生随机变化，也使信号的相位起伏不定。即 使只存在一条射线，也就是单一模式传播的条件下，由 于电离层经常性的快速运动以及反射层高度的快速变化， 使得传播路径的长度不断变化，信号的相位也会发生变 化，使信号的频率结构发生变化，频谱产生畸变。这种 频率发生变化，畸变的现象称为多普勒频移。 3.3.多普勒频移多普勒频移 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 多普勒频移在日出和日落期间呈现出更大的数值， 此时很容易影响采用小频移

40、的窄带电报的传输。此外， 在发生磁暴时，将产生更大的多普勒频移。在电离层平 静的夜间，一般不存在多普勒效应，而在其他时间，多 普勒频移大约在12Hz的范围内。当发生磁暴时，频移 最高可达6Hz。以上给出的26Hz的多普勒频移是对于 单跳模式传播而言的。若电波按多跳模式传播，则总频 移值按下式计算： fn f tot 3.3.多普勒频移多普勒频移 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 fn f tot 式中，式中，n为跳数；为跳数；f为单跳多普勒频移；为单跳多普勒频移；ftot 为总频移值。为总频移值。 3.3.多普勒频移多普勒频移 5.1.3.2 5.1.3.2

41、 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 4. 4. 相位起伏和频谱扩展相位起伏和频谱扩展 相位起伏指在时域上接收信号相位的起伏变 化。 短波信道的时变性使信号在时域表现为信号 幅值和相位的起伏（衰落），在频域表现为信号 的多普勒频移和频率扩展。 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 信道相干时间信道相干时间TK 可在不同的时间间隔可在不同的时间间隔t上上发射两个相同频率的发射两个相同频率的 正弦波正弦波(窄带窄带)信号并计算相应接收信号的相关函数信号并计算相应接收信号的相关函数 R(t)，其非零值持续时间，其非零值持续时间TK即为信道的相干时间即为信道的相干时间

42、。 短波信道短波信道Tk为为110s！ 在信道相干时间内在信道相干时间内 ，信道对于信号的响应，信道对于信号的响应 是非常相似的。是非常相似的。 R(t) t 0 K T 4. 4. 相位起伏和频谱扩展相位起伏和频谱扩展 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 多普勒扩展多普勒扩展fd 传送单一正弦波并计算其接收信号的频谱或传送单一正弦波并计算其接收信号的频谱或 功率谱，可得到信道的多普勒频移和多普勒扩展功率谱，可得到信道的多普勒频移和多普勒扩展fd 。多普勒扩展是。多普勒扩展是S(v)的主瓣宽度。的主瓣宽度。 1 d K f T 在收发信机无位移情况下在收发信机

43、无位移情况下, 一般短波信道的一般短波信道的 多普勒频移在多普勒频移在0.11Hz左右左右; 多普勒扩展在多普勒扩展在0.1 2Hz左右左右, 急剧衰落时可达到急剧衰落时可达到10100Hz。 S(v)为为R(t)的傅氏变换。的傅氏变换。 4. 4. 相位起伏和频谱扩展相位起伏和频谱扩展 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 短波传播的频率扩展 x(t)X(f) y(t) Y(f) t f 在一定条件下，电波会在地面和电离层之间 连续反射，有可能环绕地球后再度到达接收点。 5. 5. 环球回波环球回波 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的

44、基本特性 由天波的反射原理可知，入射角越小，反射线达到由天波的反射原理可知，入射角越小，反射线达到 的地点距发射点越近。当入射角小到一定值时，电波就的地点距发射点越近。当入射角小到一定值时，电波就 有可能穿透电离层而无反射。天线发射的同一频率的电有可能穿透电离层而无反射。天线发射的同一频率的电 波一般不是一条射线，而是一簇波束，在此波束中由于波一般不是一条射线，而是一簇波束，在此波束中由于 入射角度不同，有的反射的远，有的反射的近，有的穿入射角度不同，有的反射的远，有的反射的近，有的穿 透电离层而无反射。很显然，电波的最近反射点至发射透电离层而无反射。很显然，电波的最近反射点至发射 点之间是没

45、有反射电波的，这种现象称为天波的点之间是没有反射电波的，这种现象称为天波的越距越距。 6. 6. 短波传播中的寂静区短波传播中的寂静区 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 在进行短波通信时，天线发射的电波，除有天波传 播外，还有地波传播。一般来说，地波最远可达30公里， 而天波从电离层第一次反射落地（第一跳）的最短距离 约为100公里。可见30100公里之间的这一区域，地波 和天波都覆盖不到，形成了短波通信的寂静区，简称静 区，也称为盲区。盲区内的通信大多是比较困难的。车 载台均存在通信盲区问题。 6. 6. 短波传播中的寂静区短波传播中的寂静区 5.1.3.

46、2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 静区 静区是长期困扰短波“动中通”的一大难题。解决 通信盲区的方法有：一是增大电台的发射功率以延长地 波传播距离；二是采用较低的工作频率。由于静区的大 小与电波频率、电离层电子密度及发射功率有关。频率 越低，电子密度越大，发射功率越大，则静区越小。三 是采用高仰角天线，也称高射天线或喷泉天线，以缩短 天波第一跳落地的距离。仰角是指天线辐射波瓣与地面 之间的夹角。仰角越高，电波第一跳落地的距离越短， 盲区越少，当仰角接近90度时，盲区基本上就不存在了。 6. 6. 短波传播中的寂静区短波传播中的寂静区 5.1.3.2 5.1.3.2 短波

47、信道的基本特性短波信道的基本特性 1无线电干扰无线电干扰 无线电干扰分为外部干扰和内部干扰。外部无线电干扰分为外部干扰和内部干扰。外部 干扰是指接收天线从外部接收的各种噪声，如大干扰是指接收天线从外部接收的各种噪声，如大 气噪声、人为干扰、宇宙噪声等。内部干扰是指气噪声、人为干扰、宇宙噪声等。内部干扰是指 接收设备本身产生的噪声。在通信中对信号传输接收设备本身产生的噪声。在通信中对信号传输 产生影响的主要是外部干扰。产生影响的主要是外部干扰。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的无线电干扰短波信道中的无线电干扰 （1）大气噪声）大气噪声 在短波波段，大气噪声主要是天电干扰，具在短波波段

48、，大气噪声主要是天电干扰，具 有以下特征。有以下特征。 1）天电干扰由大气放电产生。这种放电所）天电干扰由大气放电产生。这种放电所 产生的高频振荡的频谱很宽，对长波波段的干扰产生的高频振荡的频谱很宽，对长波波段的干扰 最强，中、短波次之；对超短波、微波的影响极最强，中、短波次之；对超短波、微波的影响极 小，甚至可以忽略。小，甚至可以忽略。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的无线电干扰短波信道中的无线电干扰 2）每一地区受天电干扰的程度视该地区是）每一地区受天电干扰的程度视该地区是 否接近雷电中心而异。在热带和靠近热带的区域，否接近雷电中心而异。在热带和靠近热带的区域， 因雷电较多，天

49、电干扰更严重。因雷电较多，天电干扰更严重。 3）天电干扰与接收地点产生的电场强度和）天电干扰与接收地点产生的电场强度和 电波的传播条件有关。在短波波段中，出现干扰电波的传播条件有关。在短波波段中，出现干扰 电平随频率的增高而加大的情况。这是由于天电电平随频率的增高而加大的情况。这是由于天电 干扰的场强不完全取决于干扰源产生的频谱密度，干扰的场强不完全取决于干扰源产生的频谱密度， 而且和干扰的传播条件有关。而且和干扰的传播条件有关。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的无线电干扰短波信道中的无线电干扰 （1）大气噪声）大气噪声 4）天电干扰虽然在整个电磁频谱上变化相）天电干扰虽然在整个电

50、磁频谱上变化相 当大，但是在接收不太宽的通频带内，实际上具当大，但是在接收不太宽的通频带内，实际上具 有和白噪声一样的频谱。有和白噪声一样的频谱。 5）天电干扰具有方向性。对于纬度较高的）天电干扰具有方向性。对于纬度较高的 区域，天电干扰由远方传播而来，而且带有方向区域，天电干扰由远方传播而来，而且带有方向 性。性。 （1）大气噪声）大气噪声 6）天电干扰具有日变化和季节变化。一般）天电干扰具有日变化和季节变化。一般 来说，天电干扰的强度冬季低于夏季，这是因为来说，天电干扰的强度冬季低于夏季，这是因为 夏天有更频繁的大气放电。在一天内，夜间的干夏天有更频繁的大气放电。在一天内，夜间的干 扰强于

51、白天，由于天电干扰的能量主要集中在短扰强于白天，由于天电干扰的能量主要集中在短 波的低频段，这正是夜间短波通信适合选用的频波的低频段，这正是夜间短波通信适合选用的频 段。段。 （2）人为噪声）人为噪声 人为噪声也称工业干扰，是由各种电气设备人为噪声也称工业干扰，是由各种电气设备 和电力网产生的。特别地，这种干扰的幅度除了和电力网产生的。特别地，这种干扰的幅度除了 和本地噪声源有密切关系外，也取决于供电系统，和本地噪声源有密切关系外，也取决于供电系统， 这是因为大部分人为噪声的能量是通过商业电力这是因为大部分人为噪声的能量是通过商业电力 网传送来的。网传送来的。 5.1.3.3 5.1.3.3

52、短波信道中的无线电干扰短波信道中的无线电干扰 （3）电台干扰）电台干扰 电台干扰是指和工作频率相近的其他无线电电台干扰是指和工作频率相近的其他无线电 台的干扰，包括有意识的干扰。由于短波和超短台的干扰，包括有意识的干扰。由于短波和超短 波频带较窄，而且用户越来越多，因此电台干扰波频带较窄，而且用户越来越多，因此电台干扰 成为影响短波、超短波通信顺畅的主要干扰源。成为影响短波、超短波通信顺畅的主要干扰源。 特别是在军事通信中电台干扰更严重，因此抗电特别是在军事通信中电台干扰更严重，因此抗电 台干扰成为设计短波、超短波通信系统需要考虑台干扰成为设计短波、超短波通信系统需要考虑 的首要问题。的首要问题。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的无线电干扰短波信道中的无线电干扰 2抗干扰措施抗干扰措施 对于上述各种外部干扰，在进行短波通信系统设计对于上述各种外部干扰，在进