介紹
衰落的大小與氣候條件,站距的長短有關。衰落的時間長短不一,程度不一。有的衰落持續時間很短,只有幾秒鐘,稱之為快衰落;有的衰落持續時間很長,幾分鐘甚至幾小時則稱之為慢衰落。衰落的出現將使得信號發生畸變。接收電平低於自由空間傳播電平的稱之為下衰落。而接收電平高於自由空間的傳播的電平時,則稱為上衰落。顯然慢衰落和下衰落對微波通信有很大的影響。
電波衰落 - 分類
從衰落的物理因素來看,可以分成以下幾種類型:
吸收衰落:就是大氣中的氧分子和水分子能從電磁波吸收能量,這就導致微波在傳播的過程中的能量損耗而產生衰耗。
雨霧引起的散射衰落:這是由於雨霧中的大小水滴能夠散射電磁波的能量,因而造成電磁波的能量損失而產生衰落。
波導型衰落:由於氣象的影響,大氣層中會形成不均勻的結構,當電磁波通過這些不均勻層時將產生超折射現象,稱為大氣波導傳播。若微波射線通過大氣波導,而收,發兩點在波導層外,造成通信的中斷。
閃爍衰落:對流層中的大氣常發生的體積大小不等,無規則的漩渦運動,這些稱為大氣湍流。大氣湍流形成的不均勻的塊式層狀物使介電係數ε與周圍的不同。當微波射線射到不均勻的塊式層狀物上來時,將使電波向周圍輻射,形成對流層散射。此時接收點也可以接收到多徑傳來的這種散射波,它們的振幅和相位是隨機的,這就使接收點的場強的振幅發生變化,形成快衰落。由於這種衰落是由於多徑產生的,因此稱之為閃爍衰落。這種衰落持續時間短,電平變化小,一般不會造成通信的中斷。
電波傳播有嚴重的衰落現象,移動台因而受到城市高大建築物的阻擋、反射、電離層的散射的影響,移動台收到的信號往往不是直接波,而是從各種途徑來的散射波(稱為多徑效應),這種合成信號的幅度與相位都是隨機的,其幅度是瑞利(Ravleigh)分布而相位在 [0-2π] 域內均勻分布,因此出現嚴重的衰落現象。
當移動台處於高速運動狀態時,加快了衰落現象。據分析移動通信的衰落可達30dB左右。這就要求移動
台具有良好的抗衰落能力。
電波衰落 - 信道
信道是對無線通信中傳送端和接收端之間的通路的一種形象比喻,對於無線電波而言,它從傳送端傳送到接收端,其間並沒有一個有形的連線,它的傳播路徑也有可能不只一條,但是我們為了形象地描述傳送端與接收端之間的工作,我們想像兩者之間有一個看不見的道路銜接,把這條銜接通路稱為信道。信道具有一定的頻率頻寬,正如公路有一定的寬度一樣。
無線信道中電波的傳播不是單一路徑,而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由於電波通過各個路徑的距離不同,因而各個路徑來的反射波到達時間不同,也就是各信號的時延不同。當傳送端傳送一個極窄的脈衝信號時,移動台接收的信號由許多不同時延的脈衝組成,我們稱為時延擴展。
同時由於各個路徑來的反射波到達時間不同,相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端迭加,有時迭加而加強(方向相同),有時迭加而減弱(方向相反)。這樣,接收信號的幅度將急劇變化,即產生了快衰落。這種衰落是由多種路徑引起的,所以稱為多徑衰落。
此外,接收信號除瞬時值出現快衰落之外,場強中值(平均值)也會出現緩慢變化。主要是由地區位置的改變以及氣象條件變化造成的,以致電波的折射傳播隨時間變化而變化,多徑傳播到達固定接收點的信號的時延隨之變化。這種由陰影效應和氣象原因引起的信號變化,稱為慢衰落。
而且,由於移動通信中移動台的移動性,如前所說那樣,無線信道中還會有都卜勒效應。在移動通信中,當移動台移向基站時,頻率變高,遠離基站時,頻率變低。我們在移動通信中要充分考慮“都卜勒效應”。雖然,由於日常生活中,我們移動速度的局限,不可能會帶來十分大的頻率偏移,但是這不可否認地會給移動通信帶來影響,為了避免這種影響造成我們通信中的問題,我們不得不在技術上加以各種考慮。也加大了移動通信的複雜性。
綜上所述,無線信道包括了電波的多徑傳播,時延擴展,衰落特性以及都卜勒效應,在移動通信中,我們要充分考慮這些特性以及解決的方案。
衰落的分類及對微波傳輸的影響
視距傳播衰落的主要原因是由大氣與地面效應引起的,從衰落髮生的物理原因看,可分為以下幾類:閃爍衰落、K型衰落、波導型衰落。
閃爍衰落
由於大氣中局部的不均勻體的存在,對電磁波的照射產生散射作用,在接收端因相位干涉而形成快衰落。這種衰落持續時間短,電平變化小,一般不足以造成通信的中斷。
K 型衰落
K型衰落又叫多徑衰落。這是由於多徑傳輸產生的干涉型衰落,它是由直射波和反射波在到達接收端時,由於行程差,使它們的相位不一樣,在疊加時產生的電波衰落。由於這種衰落與行程差Δr有關,而行程差Δr是隨大氣的折射參數K值的變化而變化的,甚至會造成通信中斷。
波導型衰落
由於氣象的影響,大氣層中會形成不均勻的結構,當電磁波通過這些不均勻層時將產生超折射現象(K <0),這種現象稱為大氣波導。若微波射線通過大氣波導,而收,發兩點在波導層外,如圖所示。則接收點的電場強度除了有直線波和地面反射波以外,還有“波導層”以外的反射波,形成嚴重的干擾型衰落,甚至造成通信的中斷。
衰落對微波傳輸的影響
主要表現在使得接收點收信電平出現隨機性的波動,這種波動有如下兩種情況:平衰落、頻率選擇型衰落
(1)在信號的有用頻帶內,信號電平各頻率分量的衰落深度相同,這種衰落被稱為平衰落,發生平衰落時,當收信電平低於收信機門限時,造成電路質量嚴重惡化甚至中斷。
(2)另一種情況是信號電平各頻率分量的衰落深度不同,這種衰落稱為頻率選擇型衰落,嚴重時造成電路中斷。
克服衰落的一般方法
1.利用地形地物削弱反射波的影響。
2.將反射點設在反射係數較小的地面。
3.利用天線的方向性。調整其天線角度,減小反射波進入接收端的成分,用損失部分接收電平來減小衰落及反射的影響
4.用無源反射板克服繞射衰落。
5.分集接收。一般常用的分集接收方法有兩種:頻率分集和空間分集。以往採用的波道備用的方法就是頻率分集接收。目前採用最多的是空間分集。