電波衰落

微波在空間傳輸中將受到大氣效應和地面效應的影響，導致接收機接收的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現象稱為衰落。

基本介紹

• 中文名：電波衰落
• 衰落的分類：閃爍衰落，K 型衰落
• 影響：造成通信的中斷
• 克服衰落：利用地形地物削弱反射波的影響。

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（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。