現(xiàn)代通信-ch2

1、2022-3-24ECUST1第二章第二章 短波通信與超短波通信系統(tǒng)短波通信與超短波通信系統(tǒng)2022-3-24ECUST2短波通信：短波通信：利用波長(zhǎng)為利用波長(zhǎng)為100m100m10m10m（頻率為（頻率為3MHz3MHz30MHz30MHz）的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信，又稱高頻（的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信，又稱高頻（HFHF）無(wú)線電通信。）無(wú)線電通信。廣泛用于政府、軍事、氣象、導(dǎo)航、商業(yè)等。但實(shí)際上現(xiàn)廣泛用于政府、軍事、氣象、導(dǎo)航、商業(yè)等。但實(shí)際上現(xiàn)有的短波通信設(shè)備覆蓋了有的短波通信設(shè)備覆蓋了1.51.530MHz30MHz的范圍。的范圍。超短波通信：超短波通信：利用波長(zhǎng)為利用波長(zhǎng)為10m10m

2、1m1m（頻率為（頻率為30MHz30MHz300MHz300MHz）的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信。多用于電視、雷達(dá)、移動(dòng)電的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信。多用于電視、雷達(dá)、移動(dòng)電臺(tái)通信。臺(tái)通信。2022-3-24ECUST32022-3-24ECUST4 短波波段的電波有短波波段的電波有天波天波和和地波地波兩種傳播形式。兩種傳播形式。地波傳播損耗隨頻率的升高而增大，且與傳輸路徑狀況地波傳播損耗隨頻率的升高而增大，且與傳輸路徑狀況密切有關(guān)，只能在幾十公里以內(nèi)通信，不宜作長(zhǎng)距離通密切有關(guān)，只能在幾十公里以內(nèi)通信，不宜作長(zhǎng)距離通信。信。天波依靠電離層對(duì)電波的反射，可建立幾千公里的遠(yuǎn)距天波依靠電離層對(duì)電波的反

3、射，可建立幾千公里的遠(yuǎn)距離通信線路。在天波和地波作用距離之間的離通信線路。在天波和地波作用距離之間的( (幾十至一百幾十至一百多公里多公里) )區(qū)域內(nèi)，短波信號(hào)很弱，稱為區(qū)域內(nèi)，短波信號(hào)很弱，稱為寂靜區(qū)寂靜區(qū)。在距離超過(guò)在距離超過(guò) 200 km 200 km 時(shí)。電波傳播主要取決于天波。時(shí)。電波傳播主要取決于天波。2022-3-24ECUST5（一一）電離層的結(jié)構(gòu)和電特性電離層的結(jié)構(gòu)和電特性 電離層是地面上空的一個(gè)區(qū)域電離層是地面上空的一個(gè)區(qū)域。在該區(qū)域中，稀薄在該區(qū)域中，稀薄的空氣在太陽(yáng)紫外線作用下被充分地電離，它可反射或的空氣在太陽(yáng)紫外線作用下被充分地電離，它可反射或吸收無(wú)線電波，而這種作

4、用的大小與電子密度密切相關(guān)吸收無(wú)線電波，而這種作用的大小與電子密度密切相關(guān)。通常，將電離層又分為。通常，將電離層又分為 D D 、E E 和和 F F 三層：三層： D D 層：層：離地面高度離地面高度 606090 km90 km。它在白天太陽(yáng)照射下才。它在白天太陽(yáng)照射下才形成，夜間消失。形成，夜間消失。D D 層不足以反射短波，但都給穿透層不足以反射短波，但都給穿透 D D層的電波以較大的吸收損耗。所以層的電波以較大的吸收損耗。所以 D D 層又稱為層又稱為吸收層吸收層。隨著頻率的降低，吸收損耗加大。當(dāng)工作頻率低于某一隨著頻率的降低，吸收損耗加大。當(dāng)工作頻率低于某一 “最低可用頻率最低可用

5、頻率”時(shí)，將使通信中斷。時(shí)，將使通信中斷。 2022-3-24ECUST6E E 層：層：高度高度 100100120 km120 km。與。與 D D 層一樣，在太陽(yáng)照射下層一樣，在太陽(yáng)照射下形成，能對(duì)短波起反射作用。但夜間形成，能對(duì)短波起反射作用。但夜間 E E 層近于消失，失層近于消失，失去對(duì)短波的反射作用。去對(duì)短波的反射作用。 F F 層：層：對(duì)短波有良好的反射作用，也稱對(duì)短波有良好的反射作用，也稱反射層反射層。它對(duì)短。它對(duì)短波的遠(yuǎn)距離傳播起重要的作用。波的遠(yuǎn)距離傳播起重要的作用。F F 層又分為層又分為 F1 F1 和和 F2 F2 層：層：F1 F1 層高度為層高度為 170170

6、220 km220 km，電子密度較，電子密度較 F2 F2 層低，層低，夜晚明顯減弱；夜晚明顯減弱；F2 F2 層高度在層高度在 225225450 km450 km左右，夜間雖左右，夜間雖不完全捎失，但電子密度較白天降低一個(gè)量級(jí)，保持了不完全捎失，但電子密度較白天降低一個(gè)量級(jí)，保持了對(duì)短波的反射作用。對(duì)短波的反射作用。圖圖2-12-1可以用來(lái)很好地說(shuō)明電離層的特性可以用來(lái)很好地說(shuō)明電離層的特性 2022-3-24ECUST7圖圖2-l 2-l 電離層各層高度與電子密度的關(guān)系電離層各層高度與電子密度的關(guān)系 2022-3-24ECUST8 （二二）多徑傳播多徑傳播 在短波的電離層反射傳播過(guò)程中

7、，電波可以通過(guò)不在短波的電離層反射傳播過(guò)程中，電波可以通過(guò)不同的路徑到達(dá)接收端。在圖同的路徑到達(dá)接收端。在圖 2-2 2-2 中示出可能的一些反射中示出可能的一些反射傳播模式，反射主要在傳播模式，反射主要在 E E 、F2 F2 和大地之間。和大地之間。 電波通過(guò)多條路徑傳播到接收端的現(xiàn)象稱為多徑傳電波通過(guò)多條路徑傳播到接收端的現(xiàn)象稱為多徑傳播播，所建立的通信線路又稱為多徑信道。它對(duì)通信系統(tǒng)，所建立的通信線路又稱為多徑信道。它對(duì)通信系統(tǒng)的性能有較大的影響：的性能有較大的影響：使接收信號(hào)使接收信號(hào)( (起伏起伏) )衰落；衰落；信道帶寬變窄。信道帶寬變窄。2022-3-24ECUST9圖圖2-2

8、 2-2 電離層可能出現(xiàn)的傳播模式電離層可能出現(xiàn)的傳播模式 2022-3-24ECUST10（三三）最高可用頻率最高可用頻率 對(duì)于電離層各分層的電子密度，都存在一個(gè)相應(yīng)的對(duì)于電離層各分層的電子密度，都存在一個(gè)相應(yīng)的最高頻率最高頻率 ，稱為臨界頻率。在此頻率時(shí)該層對(duì)垂直，稱為臨界頻率。在此頻率時(shí)該層對(duì)垂直入射波的電波將起反射作用；而當(dāng)頻率高于入射波的電波將起反射作用；而當(dāng)頻率高于 時(shí)，垂直時(shí)，垂直入射的電波將穿出該層。如果電波是以入射角入射的電波將穿出該層。如果電波是以入射角 斜射斜射( ( ，入射角定義見圖，入射角定義見圖2-2)2-2)電離層，頻率為電離層，頻率為 的電波不會(huì)穿出該層，而是更

9、高的某一頻率的電波不會(huì)穿出該層，而是更高的某一頻率 才穿出該才穿出該層。層。 被稱為在入射角為被稱為在入射角為 時(shí)的最大可用頻率時(shí)的最大可用頻率。 cfcf 0cfmufmuf2022-3-24ECUST11最大可用頻率可以表示為：最大可用頻率可以表示為： seccmuff (2-1) (2-1) 在設(shè)計(jì)短波通信線路時(shí)，工作頻率采用接近于最高在設(shè)計(jì)短波通信線路時(shí)，工作頻率采用接近于最高可用頻率?？捎妙l率。 在實(shí)際應(yīng)用中，由于電離層特性的不規(guī)則變化，為在實(shí)際應(yīng)用中，由于電離層特性的不規(guī)則變化，為避免電波可能穿透電離層而不被反射回地面，通常將工避免電波可能穿透電離層而不被反射回地面，通常將工作頻率

10、取在作頻率取在(0.8(0.80.9)0.9) 。muf2022-3-24ECUST12（四四）線路傳播損耗線路傳播損耗 短波傳播線路的損耗短波傳播線路的損耗 L L 包括：包括： 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 ， 電離層吸收損耗電離層吸收損耗 ， 地面反射損耗地面反射損耗 系統(tǒng)額外損耗系統(tǒng)額外損耗 。 L aLgLpL2022-3-24ECUST13（四四）線路傳播損耗線路傳播損耗 首先推導(dǎo)自由空間傳播損耗首先推導(dǎo)自由空間傳播損耗 的公式的公式。 設(shè)發(fā)射功率為設(shè)發(fā)射功率為 且發(fā)射天線各向均勻輻射。以發(fā)且發(fā)射天線各向均勻輻射。以發(fā)射點(diǎn)為圓心，射點(diǎn)為圓心，d d 為半徑的球面上的單位面積的接

11、收功率為半徑的球面上的單位面積的接收功率 為（參見圖為（參見圖2-32-3） L tP0P204 dPPt （2-22-2） 圖圖2-3 2-3 球面上的功率流球面上的功率流 2022-3-24ECUST14若接收天線的有效面積為若接收天線的有效面積為 S S，在接收天線無(wú)方向性時(shí)有，在接收天線無(wú)方向性時(shí)有 42 S（2-32-3） 其中，其中， 為電波波長(zhǎng)，有效面積為電波波長(zhǎng)，有效面積 S S 的天線接收功率的天線接收功率為為 RPSPPR0 （2-42-4） 定義天線無(wú)方向性時(shí)的自由空間傳播損耗定義天線無(wú)方向性時(shí)的自由空間傳播損耗 為為 L 2244 cdfdPPLRt（2-5a2-5a）

12、 其中，其中， 為電波頻率；為電波頻率；c c為光速為光速。 f2022-3-24ECUST15考慮到考慮到 于是，以分貝計(jì)的自由空間損耗于是，以分貝計(jì)的自由空間損耗為為： skmc/1035 )(lg20)(lg2044.32)(MHzfkmddBL （2-5b2-5b） 在圖在圖2-42-4的短波電離層反射信道中，電波在發(fā)射和接的短波電離層反射信道中，電波在發(fā)射和接收收A A、B B兩點(diǎn)之間的實(shí)際傳播路徑兩點(diǎn)之間的實(shí)際傳播路徑長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為 r r ，所以自由空，所以自由空間損耗表示為間損耗表示為：)(lg20)(lg2044.32)(MHzfkmrdBL （2-62-6） 2022-3-2

13、4ECUST16由由 2-4 2-4 所示的電波傳播示所示的電波傳播示意圖，可得意圖，可得 r r 為為圖圖2-4 2-4 天波傳播距離示意圖天波傳播距離示意圖 cos2sin)1 (2RdRhRr 其中，其中， 為電波射線仰角，為電波射線仰角，d d 是通信距離；是通信距離；R R 為地球半為地球半徑（等于徑（等于 6378 km6378 km）；）； 為電離層高度。為電離層高度。 h 2022-3-24ECUST17 吸收損耗吸收損耗 主要由主要由 D D 和和 E E 層產(chǎn)生。它的數(shù)值難層產(chǎn)生。它的數(shù)值難以準(zhǔn)確計(jì)算以準(zhǔn)確計(jì)算。即使是采用經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算過(guò)程也十分復(fù)即使是采用經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算過(guò)

14、程也十分復(fù)雜。電波發(fā)射仰角越小，有利于降低吸收損耗。工作頻雜。電波發(fā)射仰角越小，有利于降低吸收損耗。工作頻率越高，吸收損耗越小。通常，吸收損耗在率越高，吸收損耗越小。通常，吸收損耗在 6 625 dB 25 dB 之間。注意它與天頂角（反射區(qū)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間）有關(guān)，夜之間。注意它與天頂角（反射區(qū)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間）有關(guān)，夜晚晚D D、E E層消失，吸收損耗近于層消失，吸收損耗近于0 0。 地面反射損耗地面反射損耗 與地面狀況、仰角和工作頻率有與地面狀況、仰角和工作頻率有一定關(guān)系。作為工程計(jì)算，可取一次地面反射的反射損一定關(guān)系。作為工程計(jì)算，可取一次地面反射的反射損耗為耗為 20dB20dB，而海面的反射損耗

15、可忽略不計(jì)。，而海面的反射損耗可忽略不計(jì)。 aLgL2022-3-24ECUST18 所謂系統(tǒng)額外損耗所謂系統(tǒng)額外損耗 是指除上面三種損耗之外，是指除上面三種損耗之外，還有一些尚未為人們所完全認(rèn)識(shí)和難以準(zhǔn)確計(jì)算的損耗還有一些尚未為人們所完全認(rèn)識(shí)和難以準(zhǔn)確計(jì)算的損耗，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為系統(tǒng)額外損耗系統(tǒng)額外損耗。 額外損耗的數(shù)值與緯度、季節(jié)、本地時(shí)間和通信距額外損耗的數(shù)值與緯度、季節(jié)、本地時(shí)間和通信距離有關(guān)，通常由統(tǒng)計(jì)得到。同時(shí)，還應(yīng)考慮系統(tǒng)裕量離有關(guān)，通常由統(tǒng)計(jì)得到。同時(shí)，還應(yīng)考慮系統(tǒng)裕量( (由由于上述吸收損耗為中值，且系統(tǒng)額外損耗也是隨時(shí)間而于上述吸收損耗為中值，且系統(tǒng)額外損耗也是隨時(shí)間而變化的

16、，必須留有一定裕量變化的，必須留有一定裕量) )以保證較高的可通率。在中以保證較高的可通率。在中緯度地區(qū)，可取緯度地區(qū)，可取151518dB(18dB(含裕量含裕量) )。 pL2022-3-24ECUST19（五五）干擾干擾 在短波波段的干擾主要有在短波波段的干擾主要有大氣噪聲大氣噪聲，工業(yè)干擾工業(yè)干擾和和電臺(tái)干擾電臺(tái)干擾。天。天電電( (雷電雷電) )是大氣噪聲的主要來(lái)源，它對(duì)長(zhǎng)波的干擾最強(qiáng)，中、短波是大氣噪聲的主要來(lái)源，它對(duì)長(zhǎng)波的干擾最強(qiáng)，中、短波次之，對(duì)特高頻的干擾可忽略。次之，對(duì)特高頻的干擾可忽略。 工業(yè)干擾由各種電氣設(shè)備和電力網(wǎng)產(chǎn)生。在工業(yè)區(qū)，工業(yè)干擾工業(yè)干擾由各種電氣設(shè)備和電力網(wǎng)

17、產(chǎn)生。在工業(yè)區(qū)，工業(yè)干擾強(qiáng)度遠(yuǎn)大于大氣噪聲的干擾，是線路干擾的主要來(lái)源。當(dāng)接收機(jī)位強(qiáng)度遠(yuǎn)大于大氣噪聲的干擾，是線路干擾的主要來(lái)源。當(dāng)接收機(jī)位于工業(yè)城市內(nèi)時(shí)，應(yīng)將允許的最低接收信號(hào)功率提高于工業(yè)城市內(nèi)時(shí)，應(yīng)將允許的最低接收信號(hào)功率提高10 dB10 dB，方能，方能正常工作。正常工作。 電臺(tái)干擾在短波通信中往往是十分嚴(yán)重的問(wèn)題，這是因?yàn)槎滩娕_(tái)干擾在短波通信中往往是十分嚴(yán)重的問(wèn)題，這是因?yàn)槎滩l段窄，用戶日益增多所致。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有相應(yīng)的考慮，比如采頻段窄，用戶日益增多所致。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有相應(yīng)的考慮，比如采取實(shí)時(shí)選額取實(shí)時(shí)選額( (信道自動(dòng)切換信道自動(dòng)切換) )，采用定向天線等。，采用定向天線等

18、。 2022-3-24ECUST20 （一一）多徑延時(shí)差多徑延時(shí)差 在短波電離層反射信道中，發(fā)端發(fā)射的電波可能通在短波電離層反射信道中，發(fā)端發(fā)射的電波可能通過(guò)多條途徑傳播到收端。由于不同路徑的長(zhǎng)度及其對(duì)電過(guò)多條途徑傳播到收端。由于不同路徑的長(zhǎng)度及其對(duì)電波的延時(shí)不同，信號(hào)到達(dá)收端的時(shí)間有先有后，其波的延時(shí)不同，信號(hào)到達(dá)收端的時(shí)間有先有后，其( (最大最大) )時(shí)間差稱為時(shí)間差稱為多徑延時(shí)差多徑延時(shí)差。它的大小決定了多徑傳播對(duì)通。它的大小決定了多徑傳播對(duì)通信系統(tǒng)性能影響的程度。信系統(tǒng)性能影響的程度。 多徑傳播可以通過(guò)采用最高可用頻率作為工作頻率多徑傳播可以通過(guò)采用最高可用頻率作為工作頻率的方法來(lái)消

19、除。由于電離層特性的隨機(jī)變化，在實(shí)際系的方法來(lái)消除。由于電離層特性的隨機(jī)變化，在實(shí)際系統(tǒng)中只能采用比最高可用頻率低一些的工作頻率。統(tǒng)中只能采用比最高可用頻率低一些的工作頻率。2022-3-24ECUST21 圖圖2-52-5中，示出了頻率、多徑延時(shí)差與通信距離的關(guān)中，示出了頻率、多徑延時(shí)差與通信距離的關(guān)系曲線。圖中縱坐標(biāo)系曲線。圖中縱坐標(biāo)MRFMRF稱為多徑縮減因子，它是工作頻稱為多徑縮減因子，它是工作頻率對(duì)最高可用頻率之比。由圖上曲線可以看出：率對(duì)最高可用頻率之比。由圖上曲線可以看出： (1)(1)若要多徑延時(shí)差小于若要多徑延時(shí)差小于0.5ms0.5ms，工作頻率不能低于最，工作頻率不能低于

20、最高可用頻率的高可用頻率的8585； (2)(2)通信距離在通信距離在(1000(10002000km)2000km)時(shí)，通常有各種反射時(shí)，通常有各種反射傳輸方式，并常常在大地與電離層間有多次反射存在。傳輸方式，并常常在大地與電離層間有多次反射存在。在通信距離很長(zhǎng)，比如在通信距離很長(zhǎng)，比如10000km10000km以上時(shí)，往往需要多跳才以上時(shí)，往往需要多跳才能到達(dá)收端，路徑傳播延時(shí)增大，于是多徑延時(shí)差也增能到達(dá)收端，路徑傳播延時(shí)增大，于是多徑延時(shí)差也增加。加。 2022-3-24ECUST22圖圖2-5 2-5 傳播距離與多徑延時(shí)差、多徑縮減因子關(guān)系傳播距離與多徑延時(shí)差、多徑縮減因子關(guān)系 2

21、022-3-24ECUST23（二二）衰落衰落 在短波電離層傳播過(guò)程中，由于多徑信號(hào)在接收端在短波電離層傳播過(guò)程中，由于多徑信號(hào)在接收端的疊加的疊加( (干涉干涉) )，使接收信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)起伏，稱為，使接收信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)起伏，稱為衰落衰落。多徑干涉是引起衰落的主要原因，此外電離層特性的變多徑干涉是引起衰落的主要原因，此外電離層特性的變化等因素也引起衰落?；纫蛩匾惨鹚ヂ?。 分集接收是克服信號(hào)衰落的有效方法。利用相距分集接收是克服信號(hào)衰落的有效方法。利用相距300m300m的兩副天線（排成與電波傳來(lái)方向平行）獲得兩個(gè)的兩副天線（排成與電波傳來(lái)方向平行）獲得兩個(gè)衰落不相關(guān)的信號(hào)，或者利用兩個(gè)工作于

22、不同頻率衰落不相關(guān)的信號(hào)，或者利用兩個(gè)工作于不同頻率( (頻率頻率差在差在400Hz400Hz以上以上) )的接收機(jī)獲取兩個(gè)衰落互不相關(guān)的信號(hào)的接收機(jī)獲取兩個(gè)衰落互不相關(guān)的信號(hào)，然后按一定規(guī)則將兩個(gè)信號(hào)相加，然后按一定規(guī)則將兩個(gè)信號(hào)相加( (合并合并) )，合成信號(hào)將，合成信號(hào)將比較平穩(wěn)，衰落程度將大為減輕。比較平穩(wěn)，衰落程度將大為減輕。 2022-3-24ECUST24 （三三）頻率預(yù)報(bào)頻率預(yù)報(bào) 短波電離層信道的工作頻率與多徑效應(yīng)的關(guān)系密切短波電離層信道的工作頻率與多徑效應(yīng)的關(guān)系密切，同時(shí)也與路徑損耗、線路干擾等有關(guān)。因此，選擇最，同時(shí)也與路徑損耗、線路干擾等有關(guān)。因此，選擇最佳的工作頻率（

23、一般取佳的工作頻率（一般取0.85 0.85 ）十分重要。）十分重要。 不同地區(qū)、不同時(shí)間的工作頻率的選取，可以根據(jù)不同地區(qū)、不同時(shí)間的工作頻率的選取，可以根據(jù) “頻率預(yù)報(bào)頻率預(yù)報(bào)”。國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)。國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)(CCIR)(CCIR)根據(jù)太陽(yáng)根據(jù)太陽(yáng)黑子活動(dòng)規(guī)律、季節(jié)等因素，在黑子活動(dòng)規(guī)律、季節(jié)等因素，在電信雜志電信雜志（Telecommunications JournalTelecommunications Journal）上提前幾個(gè)月發(fā)布）上提前幾個(gè)月發(fā)布“電電離層傳播基本指標(biāo)離層傳播基本指標(biāo)”。我國(guó)無(wú)線電管理委員會(huì)也提供。我國(guó)無(wú)線電管理委員會(huì)也提供E E層層和和F2F2層

24、的最高可用頻率層的最高可用頻率 的預(yù)報(bào)。的預(yù)報(bào)。 mufmuf2022-3-24ECUST25 在圖在圖2-62-6中，示出了其中一幅中，示出了其中一幅 F2 F2 層的層的 預(yù)報(bào)曲線預(yù)報(bào)曲線例子。它是在例子。它是在6 6月份，太陽(yáng)黑子月份，太陽(yáng)黑子1212個(gè)月滑動(dòng)平均值個(gè)月滑動(dòng)平均值 ，反射區(qū)在北緯，反射區(qū)在北緯 時(shí)，時(shí)，F(xiàn)2 F2 層的層的 一天內(nèi)隨時(shí)間變化的曲線族，曲線族的參變量為通信距一天內(nèi)隨時(shí)間變化的曲線族，曲線族的參變量為通信距離離 d d 。 在實(shí)際工程應(yīng)用中，這種長(zhǎng)在實(shí)際工程應(yīng)用中，這種長(zhǎng)( (早早) )期預(yù)報(bào)是有效的，期預(yù)報(bào)是有效的，但它是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律的平均值來(lái)預(yù)報(bào)，與信道的實(shí)

25、際特性但它是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律的平均值來(lái)預(yù)報(bào)，與信道的實(shí)際特性總是有偏差的，因此不是最佳的。實(shí)時(shí)地探測(cè)信道參數(shù)總是有偏差的，因此不是最佳的。實(shí)時(shí)地探測(cè)信道參數(shù)，并自動(dòng)地將信道切換到最好的信道上，并自動(dòng)地將信道切換到最好的信道上( (稱為自適應(yīng)實(shí)時(shí)稱為自適應(yīng)實(shí)時(shí)選頻選頻) )，才能獲得最佳的效果。，才能獲得最佳的效果。 muf100 R)3530(3530NkN muf2022-3-24ECUST26圖圖2-6 2-6 最高可用頻率預(yù)報(bào)曲線最高可用頻率預(yù)報(bào)曲線 2022-3-24ECUST27（一）單邊帶通信的特點(diǎn)（一）單邊帶通信的特點(diǎn) 在短波通信系統(tǒng)中，廣泛采用單邊帶通信技術(shù)。這在短波通信系統(tǒng)中，廣泛

26、采用單邊帶通信技術(shù)。這是因?yàn)?，調(diào)頻通信雖然抗干擾能力是因?yàn)椋{(diào)頻通信雖然抗干擾能力強(qiáng)，但所占帶寬較寬強(qiáng)，但所占帶寬較寬，不宜在頻帶有限，且已十分擁擠的短波波段采用。調(diào)，不宜在頻帶有限，且已十分擁擠的短波波段采用。調(diào)幅信號(hào)所占帶寬比調(diào)頻窄，但抗干擾能力差。目前只在幅信號(hào)所占帶寬比調(diào)頻窄，但抗干擾能力差。目前只在短波廣播中采用，它依靠加大廣播電臺(tái)的發(fā)射功率來(lái)彌短波廣播中采用，它依靠加大廣播電臺(tái)的發(fā)射功率來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷。然而，調(diào)幅信號(hào)畢竟仍有上、下兩個(gè)邊帶補(bǔ)這一缺陷。然而，調(diào)幅信號(hào)畢竟仍有上、下兩個(gè)邊帶，所占帶寬是基帶信號(hào)的兩倍。單邊帶調(diào)制信號(hào)帶寬只，所占帶寬是基帶信號(hào)的兩倍。單邊帶調(diào)制信號(hào)帶寬只有

27、調(diào)幅信號(hào)的一半，即只有上邊帶或下邊帶在頻帶十有調(diào)幅信號(hào)的一半，即只有上邊帶或下邊帶在頻帶十分擁擠的短波波段使用十分合適。分擁擠的短波波段使用十分合適。 2022-3-24ECUST28單邊帶通信與調(diào)幅通信系統(tǒng)相比有如下的特點(diǎn)：?jiǎn)芜厧ㄐ排c調(diào)幅通信系統(tǒng)相比有如下的特點(diǎn)： 1 1所占頻帶窄所占頻帶窄 2 2節(jié)省發(fā)射功率節(jié)省發(fā)射功率 3. 3. 便于實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用便于實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用 4 4技術(shù)要求高、技術(shù)要求高、設(shè)設(shè)備復(fù)雜備復(fù)雜 2022-3-24ECUST29（二二）單邊帶信號(hào)產(chǎn)生單邊帶信號(hào)產(chǎn)生 短波單邊帶通信系統(tǒng)主要用于電話通信。根據(jù)短波單邊帶通信系統(tǒng)主要用于電話通信。根據(jù)CCIRCCIR的規(guī)定，短

28、波單邊帶通信系統(tǒng)中，電話信號(hào)帶寬為的規(guī)定，短波單邊帶通信系統(tǒng)中，電話信號(hào)帶寬為3003003000 Hz3000 Hz。 產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的最常用方法是產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的最常用方法是濾波法濾波法，如圖，如圖2-72-7所所示。信號(hào)經(jīng)過(guò)相乘器示。信號(hào)經(jīng)過(guò)相乘器( (通常為環(huán)形調(diào)制器通常為環(huán)形調(diào)制器) )與載波相乘，與載波相乘，產(chǎn)生位于載波上、下的兩個(gè)邊帶。兩個(gè)邊帶信號(hào)通過(guò)邊產(chǎn)生位于載波上、下的兩個(gè)邊帶。兩個(gè)邊帶信號(hào)通過(guò)邊帶濾波器后，抑制其中的一個(gè)邊帶，輸出所需的另一單帶濾波器后，抑制其中的一個(gè)邊帶，輸出所需的另一單邊帶信號(hào)。在圖示的例子中，濾波器抑制下邊帶，而通邊帶信號(hào)。在圖示的例子中，濾波器抑制下

29、邊帶，而通過(guò)上邊帶。過(guò)上邊帶。 2022-3-24ECUST30圖圖2-7 2-7 濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào) 2022-3-24ECUST31圖圖2-7 2-7 邊帶邊帶濾波濾波器的衰減特性器的衰減特性 阻帶阻帶阻帶阻帶通帶通帶過(guò)度帶過(guò)度帶40dB40dBf f0 0f fc cb/dBb/dB2022-3-24ECUST32 目前，短波單邊帶通信中很少采用只發(fā)射一個(gè)邊帶目前，短波單邊帶通信中很少采用只發(fā)射一個(gè)邊帶的單路電話系統(tǒng)，而常常采用上、下邊帶各自傳送一路的單路電話系統(tǒng)，而常常采用上、下邊帶各自傳送一路話音的所謂獨(dú)立邊帶制。在圖話音的所謂獨(dú)立邊帶制。在圖2-82-8中示出

30、了獨(dú)立邊帶的組中示出了獨(dú)立邊帶的組成方案和頻率變換過(guò)程。圖成方案和頻率變換過(guò)程。圖a a的方框圖中，環(huán)形調(diào)制器起的方框圖中，環(huán)形調(diào)制器起相乘作用，相乘作用，979799.7kHz99.7kHz和和100.3100.3103kHz103kHz的邊帶濾波器的邊帶濾波器通常采用石英晶體濾波器。由于調(diào)制后上、下邊帶間隔通常采用石英晶體濾波器。由于調(diào)制后上、下邊帶間隔只有只有600Hz600Hz，要在更高的載頻上用濾波器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)邊帶的，要在更高的載頻上用濾波器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)邊帶的分離十分困難。通常再采用頻率搬移的方法將頻率搬到分離十分困難。通常再采用頻率搬移的方法將頻率搬到線路頻譜上。線路頻譜上。 2022-

31、3-24ECUST33圖圖2-8 2-8 獨(dú)立邊帶制及其頻率搬移過(guò)程獨(dú)立邊帶制及其頻率搬移過(guò)程 2022-3-24ECUST34 （三）單邊帶通信系統(tǒng)的組成（三）單邊帶通信系統(tǒng)的組成 單邊帶通信系統(tǒng)如圖單邊帶通信系統(tǒng)如圖2-92-9所示。在發(fā)射機(jī)中，兩路電所示。在發(fā)射機(jī)中，兩路電話的獨(dú)立邊帶信號(hào)話的獨(dú)立邊帶信號(hào)( (載波為載波為 ) )將經(jīng)過(guò)兩次混頻將經(jīng)過(guò)兩次混頻( (混頻載混頻載波分別為波分別為 和和 ) )?；祛l器的數(shù)學(xué)模型也是相乘器，。混頻器的數(shù)學(xué)模型也是相乘器，起頻率搬移的作用。由于混頻器輸出除有用的信號(hào)分量起頻率搬移的作用。由于混頻器輸出除有用的信號(hào)分量外，還有不需要的邊帶和其他雜散

32、頻率分量，因此在混外，還有不需要的邊帶和其他雜散頻率分量，因此在混頻后有必要進(jìn)行濾波。頻后有必要進(jìn)行濾波。 接收機(jī)輸入信號(hào)的載頻為接收機(jī)輸入信號(hào)的載頻為( )( )。信號(hào)經(jīng)前。信號(hào)經(jīng)前端電路的預(yù)濾波、低噪聲高頻放大后，通過(guò)兩次混頻，端電路的預(yù)濾波、低噪聲高頻放大后，通過(guò)兩次混頻，中放濾波，再進(jìn)行解調(diào)。接收機(jī)的混頻和解調(diào)是發(fā)射機(jī)中放濾波，再進(jìn)行解調(diào)。接收機(jī)的混頻和解調(diào)是發(fā)射機(jī)中混領(lǐng)與調(diào)制的逆過(guò)程。中混領(lǐng)與調(diào)制的逆過(guò)程。 cf2f1fcfff 212022-3-24ECUST35圖圖2-9 2-9 單邊帶通信系統(tǒng)方框圖單邊帶通信系統(tǒng)方框圖 2022-3-24ECUST36（四）單邊帶通信系統(tǒng)的技術(shù)

33、指標(biāo)（四）單邊帶通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 1. 1. 單邊帶發(fā)單邊帶發(fā)信信機(jī)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)的技術(shù)指標(biāo) （1 1）射頻輸出功率：饋送到天線上的最大高頻功率）射頻輸出功率：饋送到天線上的最大高頻功率 （2 2）互調(diào)失真比：輸出有用信號(hào)電壓與互調(diào)分量電）互調(diào)失真比：輸出有用信號(hào)電壓與互調(diào)分量電壓的比值。壓的比值。 （3 3）載波抑制比：載漏功率與等幅雙音信號(hào)額定輸）載波抑制比：載漏功率與等幅雙音信號(hào)額定輸出的峰包功率之比值，一般要求在出的峰包功率之比值，一般要求在-40dB-40dB以下。以下。 （4 4）邊帶抑制度：無(wú)用邊帶輸出電平與工作邊帶輸）邊帶抑制度：無(wú)用邊帶輸出電平與工作邊帶輸出電平之比值，一般要

34、求在出電平之比值，一般要求在-40dB-40dB以下。以下。 （5 5）副載波和諧波輻射：一般要求在）副載波和諧波輻射：一般要求在 -40-60dB-40-60dB。 （6 6）頻率穩(wěn)定度）頻率穩(wěn)定度 2. 2. 單邊帶單邊帶收信收信機(jī)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)靈敏度、選擇性等靈敏度、選擇性等2022-3-24ECUST372. 2. 單邊帶單邊帶收信收信機(jī)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)（1 1）靈敏度：反映收信機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。）靈敏度：反映收信機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。 定義為：當(dāng)終端負(fù)載在規(guī)定的信噪比條件下獲得一定義為：當(dāng)終端負(fù)載在規(guī)定的信噪比條件下獲得一定功率輸出時(shí)，天線上所需的最小電動(dòng)勢(shì)。一般為

35、定功率輸出時(shí)，天線上所需的最小電動(dòng)勢(shì)。一般為uVuV量量級(jí)。級(jí)。（2 2）選擇性：反映收信機(jī)從干擾信號(hào)中選出有用信號(hào)的）選擇性：反映收信機(jī)從干擾信號(hào)中選出有用信號(hào)的能力。能力。2022-3-24ECUST38（一一）短波信道多徑傳播對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懚滩ㄐ诺蓝鄰絺鞑?duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?前面對(duì)短波電離層反射信道的分折已經(jīng)表明，信道前面對(duì)短波電離層反射信道的分折已經(jīng)表明，信道存在嚴(yán)重的多徑效應(yīng)。它所引起的接收信號(hào)隨機(jī)起伏存在嚴(yán)重的多徑效應(yīng)。它所引起的接收信號(hào)隨機(jī)起伏( (衰衰落落) )，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅墚a(chǎn)生較大的影響，同時(shí)多徑傳，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅墚a(chǎn)生較大的影響，同時(shí)多徑傳播引起的碼間干擾還嚴(yán)重地限

36、制了數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率的播引起的碼間干擾還嚴(yán)重地限制了數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率的提高。提高。 為了說(shuō)明多徑傳播對(duì)所傳送數(shù)據(jù)信號(hào)波形的影響，為了說(shuō)明多徑傳播對(duì)所傳送數(shù)據(jù)信號(hào)波形的影響，假設(shè)信道存在有三條傳播路徑，它們的傳播損耗相等，假設(shè)信道存在有三條傳播路徑，它們的傳播損耗相等，但延時(shí)分別為但延時(shí)分別為 、 和和 。并假定所傳輸?shù)摹２⒓俣ㄋ鶄鬏數(shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)是寬度為數(shù)據(jù)信號(hào)是寬度為 T T 的的矩矩形波。形波。 2 2022-3-24ECUST39接收信號(hào)由來(lái)自三條路徑信號(hào)分量疊加而成，如圖接收信號(hào)由來(lái)自三條路徑信號(hào)分量疊加而成，如圖2-102-10所示。所示。圖圖2-10 2-10 多徑信號(hào)分量在收端的疊加

37、多徑信號(hào)分量在收端的疊加 2022-3-24ECUST40合成信號(hào)波形的寬度已展寬為合成信號(hào)波形的寬度已展寬為( )( )。下面我們分。下面我們分兩種情況來(lái)討論兩種情況來(lái)討論： 1. 1. 若若 ，也就是說(shuō)傳送的脈沖信號(hào)的寬度較，也就是說(shuō)傳送的脈沖信號(hào)的寬度較寬，接收合成信號(hào)波形的寬度并沒(méi)有明顯增加。但由于寬，接收合成信號(hào)波形的寬度并沒(méi)有明顯增加。但由于 是是msms量級(jí)量級(jí)( (參見圖參見圖2-5)2-5)，而短波載波，而短波載波( (頻率頻率2 230Mb)30Mb)周周期為期為usus量級(jí)，因此各條路徑信號(hào)的相位差仍將使接收合量級(jí)，因此各條路徑信號(hào)的相位差仍將使接收合成信號(hào)產(chǎn)生干涉性衰落

38、。成信號(hào)產(chǎn)生干涉性衰落。 TT 2022-3-24ECUST41 2 2若若 T T 較小，不滿足較小，不滿足 的條件。這時(shí)除出現(xiàn)接收信號(hào)的條件。這時(shí)除出現(xiàn)接收信號(hào)的衰落以外，接收信號(hào)脈沖寬度還明顯增大。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，的衰落以外，接收信號(hào)脈沖寬度還明顯增大。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，通常發(fā)送的脈沖寬度通常發(fā)送的脈沖寬度 T T為數(shù)據(jù)信號(hào)序列中相鄰碼元的間隔。因此，為數(shù)據(jù)信號(hào)序列中相鄰碼元的間隔。因此，接收脈沖信號(hào)寬度的展寬，意味著前、后碼元之間出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，接收脈沖信號(hào)寬度的展寬，意味著前、后碼元之間出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，稱為稱為碼間干擾碼間干擾。 由圖由圖2-52-5可見，短波電離層信道在最佳工作頻率可

39、見，短波電離層信道在最佳工作頻率( (最高可用頻率最高可用頻率的的8585) )時(shí)，時(shí)， 也在也在0.5ms0.5ms左右。若要左右。若要 ，比如，比如 T=5msT=5ms，相當(dāng)于數(shù)據(jù)傳輸速率為相當(dāng)于數(shù)據(jù)傳輸速率為200200波特波特( (即每秒傳送即每秒傳送200200個(gè)脈沖個(gè)脈沖) )，也就是說(shuō)，也就是說(shuō)，在短波信道上最多能以，在短波信道上最多能以200200波特速率傳輸數(shù)據(jù)，這是短波信道對(duì)波特速率傳輸數(shù)據(jù)，這是短波信道對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的嚴(yán)重限制。而對(duì)于以更高的速率傳輸，比如數(shù)據(jù)傳輸速率的嚴(yán)重限制。而對(duì)于以更高的速率傳輸，比如2400b/s 2400b/s 的信息速率傳輸時(shí)，必須采取一定的

40、技術(shù)措施。的信息速率傳輸時(shí)，必須采取一定的技術(shù)措施。 T T 2022-3-24ECUST42（二二）多路并行傳輸體制多路并行傳輸體制 短波信道中數(shù)據(jù)傳播的多路并行體制是將一個(gè)話路帶寬（短波信道中數(shù)據(jù)傳播的多路并行體制是將一個(gè)話路帶寬（3003003000Hz3000Hz）分為多個(gè)低速并行信道，它們以各自的副載波進(jìn)行低速）分為多個(gè)低速并行信道，它們以各自的副載波進(jìn)行低速率的數(shù)據(jù)傳輸。由于傳輸速率低，碼元間隔（或脈沖寬度）率的數(shù)據(jù)傳輸。由于傳輸速率低，碼元間隔（或脈沖寬度）T T 大，大，碼間干擾較小，而一個(gè)話路內(nèi)等效的數(shù)據(jù)速率并不低。碼間干擾較小，而一個(gè)話路內(nèi)等效的數(shù)據(jù)速率并不低。 CCIRC

41、CIR建議的短波單邊帶活路內(nèi)音頻電報(bào)體制，是一種多路并行建議的短波單邊帶活路內(nèi)音頻電報(bào)體制，是一種多路并行體制的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它以體制的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它以1515個(gè)副載波（間隔為個(gè)副載波（間隔為170Hz170Hz）分為）分為15 15 路路，每路傳送，每路傳送5050100100波特的電報(bào)。波特的電報(bào)。 多路并發(fā)體制避免了多徑傳播引起的碼間干擾，技術(shù)成熟、成多路并發(fā)體制避免了多徑傳播引起的碼間干擾，技術(shù)成熟、成本低，至今仍被廣泛采用。但發(fā)端多路信號(hào)并發(fā)，分散了發(fā)射機(jī)的本低，至今仍被廣泛采用。但發(fā)端多路信號(hào)并發(fā)，分散了發(fā)射機(jī)的功率。功率。 2022-3-24ECUST43（三三）串行傳輸體制串行傳輸體制 短波信道數(shù)據(jù)的串行體制是指在一個(gè)話路內(nèi)，以諸如短波信道數(shù)據(jù)的串行體制是指在一個(gè)話路內(nèi)，以諸如2400b2400bs s速率串行傳輸數(shù)據(jù)的方案。串行體制消除了并行體制中發(fā)射功率分速率串行傳輸數(shù)據(jù)的方案。串行體制消除了并行體制中發(fā)射功率分散的缺點(diǎn)，而且對(duì)發(fā)射機(jī)非線性互調(diào)失真不敏感。然而，由于信道散的缺點(diǎn)，而且對(duì)發(fā)射機(jī)非線性互調(diào)失真不敏感。然而，由于信道多徑傳播引起的碼間干擾十分嚴(yán)重，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以多徑傳播引起的碼間干擾十分嚴(yán)重，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以解決。解決。短波電離層信道特性的隨機(jī)變化，決定了克服其多徑效應(yīng)的短波電離層信道特性的隨機(jī)變化，決定了克服其多