是指在微波波段，由於波長短，電波具有類似於光的特性，所以遠距離微波通信必須採用中繼方式，以實現超視距傳播。但實際上電波的傳播要受到地形和氣候的影響，引起信號的反射、折射、繞射、散射和吸收等現象，導致信號產生衰落，從而降低了信號的傳輸質量。
基本介紹
- 中文名： 衰落現象
- 外文名：Fading phenomena
- 套用學科：通信
衰落現象
在微波波段，由於波長短，電波具有類似於光的特性，所以遠距離微波通信必須採用中繼方式，以實現超視距傳播。但實際上電波的傳播要受到地形和氣候的影響，引起信號的反射、折射、繞射、散射和吸收等現象，導致信號產生衰落，從而降低了信號的傳輸質量。
一、產生衰落的原因
1. 多徑傳播引起的干涉衰落———K型衰落
（1）地面反射
當大氣折射指數呈垂直梯度變化時，如果假定電波仍沿直線傳播，那么根據等效地球半徑分析方法，等效地球半徑係數K應作相應的變化。由於K值的變化，地球凸起高度也相應變化，這時反射點會沿著變化的地球凸起表面移動，這樣反射波的行程由於反射點的移動而發生變化，即波的相位發生變化。當反射波的相位與直射波的相位相反時，合成場強顯著減弱，形成干涉衰落。衰落持續的時間可達幾分鐘，甚至幾小時。尤其是反射點落在水面或者比較平滑的地面上時，這種干涉衰落是比較嚴重的。
（2）大氣中的多徑傳播
當大氣中出現逆變層而形成大氣波導時，或者出現突變層產生反射時，都能發生多徑傳播。這時電波沿著幾條路徑傳播，各路徑電波之間存在著由行程差而引起的相位差，以及由不同反射條件而引起的相位差，同時各條傳播路徑的電波場強的振幅也不相同，於是在接收端形成多徑傳播干涉衰落。在微波波段,因電波的波長很短，由行程差?駐y引起的相位差 (2?仔/?姿)·?駐y較大，所以多徑傳播能夠造成比較顯著的衰落。
2. 大氣折射引起的繞射衰落
當大氣折射率呈梯度變化時，引起等效地球半徑係數K的變化，使得傳播空隙也發生變化，如果余隙減小得太多，會使直射波部分或全部受阻擋。由於微波的繞射能力很差，這種繞射衰落也將是很嚴重的。這種衰落的持續時間較長，從幾十分鐘到幾個小時不等。
3. 對波層超折射而形成的波導型衰落
當對流層不同高度的溫度、濕度和壓力變化反常時，大氣會產生逆變層而形成大氣波導，使電波軌跡發生超折射現象。這時電波會被大氣折射回地面，又從地面反射到大氣層，然後再折射回地面，如此反覆，形成波導型傳播，其結果使接收場強產生波導衰落。頻率越高，出現波導型衰落的可能性就越大。
4. 對流層中不均勻體造成的反射和散射衰
在對流層中，由於溫度、濕度和壓力不同，常會形成一些不均勻體。當電波照射到這些不均勻體時，會發生亂反射或散射。由於大氣中不均勻體的位置、形狀和大小都隨時間無規則的變化，反射波或散射波到達接收點的振幅和相位也要隨機地變化，這就形成了快速反射衰落或快速散射衰落，衰落時間很短，約為1秒或幾秒。這種衰落的起伏幅度很小，一般在較長的站距中才會比較顯著。
5. 雨霧降水等產生的吸收衰落
大氣中的氧分子和水汽分子以及雲霧中的水滴對微波都有吸收作用。降雨引起的衰減主要來自散射。這些吸收衰落和散射都隨頻率的升高而加重，一般在10GHz以上才顯得比較嚴重。
二、衰落變化的一般規律
衰落現象主要由上面講的幾個原因產生，但由於電波傳播受到地形、地物和氣象條件等多種因素的影響，出現衰落的情況就比較複雜。根據觀測和摸索的結果，可以得出如下有關衰落的一般特性。
1. 波長越短、站距越長，衰落越嚴重。因為波長短了，大氣的吸收和雨霧的衰減會增大，多經傳播各射線之間的相位延遲範圍更大，在大氣突變層界面上容易產生反射。站距大了，電波投射到反射面的角度變小，使反射係數增大，當折射變化時，地球凸起變化增大，使傳播余隙的變化加大。
2. 夜間比白天嚴重，夏季比冬季嚴重。這是因為白天在太陽照射下空氣的對流較好，大氣混合得比較均勻；冬季的氣象變化比夏季緩慢一些。
3. 晴天時比陰天、風雨天氣時嚴重。因為在前者情況下，大氣比較容易形成分層結構，而且形成後不易消散。特別是在晴天的早晨，容易形成大氣波導。
4. 水上傳輸路徑比陸地傳輸路徑嚴重。因為水上路徑容易形成濕度隨高度劇烈下降的折射條件，以致較易產生大氣波導。此外，水面的反射係數大，由此產生的干涉衰落也嚴重。
5. 平地傳輸路徑比山區傳輸路徑嚴重。因為前者易於形成大氣分層，地面反射係數也較大。
三、抗衰落技術
解決衰落問題的方法就是採用各種抗衰落技術，一般對付平坦衰落，可以通過信號的放大或採用備用波道倒換的方法；而對付頻率選擇性衰落則要採用分集接收（DiversityReception）技術和自適應均衡技術
1、分集接收
所謂分集接收，就是採用不同的方法接收同一信號，不同方法接收的信號互為補償，從而使在接收端信號的衰落影響得以減小。分集接收是一種比較有效的抗衰落措施。常用的分集接收方法有頻率分集和空間分集兩種。
（1）頻率分集接收
當採用兩個以上波道（每一波道採用不同的工作頻率）同時工作時，叫做頻率分集接收。由衰落公式：V= 2|sin2л/λ|Δ知：當某一波道（即某一工作頻率）的微波信號發生衰落時，另一波道的微波信號不一定發生衰落。波道倒換的結果使接收信號維持比較穩定。
頻率分集接收的優點是效果比較顯著，只需要使用一付天線。缺點是多頻段利用不經濟。
（2） 空間分集接收
空間分集接收是利用不同高度的兩副天線，接收同一頻率的微波信號以達到克服衰落的目的。由於衰落因子與反射波和直射波的行程差有關，當採用不同高度的天線接收同一信號時，電波到達不同天線的行程差不一樣。因此當某一副天線收到的電波發生衰落時，另一副天線收到的電波不一定同時發生衰落，採用信號合成的方法就可以克服衰落的影響。
2、自適應均衡技術
自適應均衡技術是在色散信道上消除碼間干擾的一種有效措施；可以較好地克服較大容量的數字微波通信系統的多徑衰落。實踐證明，一個高性能的數字微波信道往往是把空間分集和自適應均衡技術配合使用的，以便最大限度地降低通信中斷的時間。
（1） 中頻自適應均衡器
中頻自適應均衡器是在中頻上用頻域的方法校正多徑衰落引起的幅度特性畸變的一種均衡器。圖 6.28 是中頻自適應均衡器的衰落特性和均衡特性，其中（a）示出了因多徑傳播造成的頻率選擇性衰落特性，凹陷點的頻率及其陡度隨時間而變；（b）是均衡器應具有的均衡特性。
（2）基帶時域自適應均衡器
理論和實踐都已證明，基帶自適應均衡是能使碼間干擾減小到最小程度的一種有效方法。從原理上講，用基帶時域均衡器能夠均衡基帶時域的任何波形失真。但是在數字調製相干解調系統中，它必須在相干載波恢復環正常工作的條件下才能發揮作用。基帶自適應時域均衡器，對於因多徑衰落引起的相干載波恢復的性能惡化是無能為力的，因為它是後續單元。因此，在數字微波通信系統中，傳播條件特別差的地段，如長距離經過水域的通信，需在空間分集、中頻自適應均衡的基礎上，再加上基帶時域均衡技術。
