迅速发展的对流层散射通信
多向散射通信系统构建及组网形式
１引 言
２多 向散射 通 信 系统 的 构 建
随 着 电 子 技 术 的 飞速 发 展 ，对 流 层散 射通 信 作 为重 要 的
一
种无线通信手段 也获得了很大 的发展 ，尤其 是近几年正在 ２ １构 建 形 式 ．
多 向 无线 通 信 系 统典 型 配 置 有 ２种 ： 中 ， Ｎ ￣ Ｎ － Ｎ ① Ｃ ， ｇ
典 型 的空 分 多 址 系统 配 置 复 杂 （ 车 载 站 来 说 ， 于空 间 结 对 由
于点对点散射通信系统 ， 多向散射通信系统具 有集成度高 、 通 构 的限制 ， 置的天线数最 多为 ４ ） 系统能力 同点对 点 配 面 ， 但
信链路数量多 、 网灵活、 组 自动 化 程 度 更 高 ， 此 研 究 多 向散 因 射 通 信 系统 成 为 一个 重 要 工 程技 术 研 究 方 向 。
传 输 距 离远 、 动 性 好 ； 比 于 卫 星通 信 ， 密性 好 ， 机 相 保 抗侦 收 能
ＭＡ） 码 分 多 址 （ ｃＤＭＡ） 系统 配置 简单 ， 是 天线 增 益 低 ， ， 但 抗
、
多径 能 力 差 但 系统 能 力 较 相 同配 置 的 点对 点 系统 要 差很 多 ；
ｐ ｓ ｏ ｏ ｔ ｏ ｅａ ｏ ｅ ｕｒ ｎｓ Ｉ ｉｔ ｄ ｃｓｔ ｅ ｃ ｎｔ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｏｉｏ ｆｃ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ｓｓ ｍ ｎ ｋ ｓ ｏｉ ｎ ｊ ｉ ｐ ｒ ｎ ｒｑ ｉ ｍｅ ｔ ｔ ｎｒ ｕ ｅ ｈ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｓ ｎ ｏ ｏ ｉ ｔ ｎ ｉ ｔ ｅ ． ｏ ｒ ｉ ｉ ｔ ｎ ａ ｏ ｙｔ ａｄ ｍａｅ ｃｉ ｅ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ Ｃｏ ｓ ｒ ｔｏ ａ ｔ ｒ ｉ ｇ Ｍ ｏ ｅ ｏ ｕ ｔ－ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｓ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ｕｃ ｉ ｎ ｎｄ Ｎｅ ｗｏ ｋ ｎ ｄ ｆＭ ｌｉ ｉ ｅ ｔｏ Ｔｒ ｐ ｓ ａ ｔ ｒ Ｃｏ ｍ ｕｎｉａ ｉ ｎ Ｓ ｓ ｅ ｏ ｏ ｃ ｔｅ ｍ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｍ
数字对流层散射通信在民用的应用
数字对流层散射通信在民用通信的应用第一部分综述散射是一种自然现象。
我们知道，在地球的外围是厚厚的大气层，大气层分布着大量随机运动的不均匀介质，它们是大小不同和形态各异的空气漩涡、云团和片流层等。
由于这些不均匀物质的温度、湿度和压强与周围空气的不同，因而对电磁波的折射率也不同。
当发射天线辐射的电磁波通过这些随机不均匀介质时，其传输方向不再与以前一致，而是向四面八方发散，我们把电磁波经过大气中的不均匀物质后传输方向发生改变的现象称为散射，把这些不均匀物质称为散射体。
利用大气层中散射体对电磁波的散射和反射作用而进行的超视距无线电通信叫散射通信。
根据散射体在大气中所处的位置和来源的不同，散射通信又分为电离层散射通信、流星余迹通信和对流层散射通信。
电离层散射通信是利用电离层的 E层和 D层对超短波的散射和反射作用实现的超视距通信。
流星余迹通信是利用穿过大气层的流星形成的短暂电离余迹对超短波的散射和反射作用实现的远距离快速通信。
对流层散射通信是利用对流层中散射体对微波的散射或反射作用而实现的超视距通信。
由于大气中的散射体多集中在对流层，因此对流层散射通信成为散射通信的主要方式。
由于散射体既不受电离层变化的骚扰，又不怕雷电等恶劣天气的影响，即便在太阳黑子活动情况异常或是在磁爆、核爆炸等恶劣情况下，大气中的散射体也始终存在，因而散射通信具有抗破坏能力强、抗干扰性强、通信稳定可靠、保密性强等特点，尤其适合用在近海跨越海峡、海湾和岛屿及用于内陆跨越沙漠、高山、湖泊、沼泽和人烟稀少的边远地区的通信。
散射体的分布不是均匀的，散射能量主要指向电磁波原发射的方向。
接收天线收到的信号是发射天线与接收天线波束相交的公共散射体前向散射的信号之和。
电磁波在大气层中传播时，其能量除一小部分被散射体散射和反射外，其余大部分能量都会被吸收或穿透大气层进入太空，使收到的信号非常微弱，从而给信号的接收带来一定的难度。
为保证可靠通信，需要采用高增益定向天线、大功率发射机、高灵敏度接收机和抗衰落措施。
对流层散射通信及其应用
对流层散射通信及其应用对流层散射通信是一种利用大气对流层中的粒子对电磁波进行散射传输的通信技术。
在对流层散射通信中，发送端发送的电磁波会被大气中的水蒸气、氧气、氮气等粒子散射，散射后的信号会被接收端接收并进行解调，从而实现通信。
对流层散射通信具有以下几个特点：1. 高可靠性：对流层散射通信不受地理位置限制，可以在天空中的任何位置进行通信。
相比于传统的地面通信，对流层散射通信能够克服地面通信中的地形、建筑物等障碍物对信号传输的影响，具有更高的可靠性。
2. 高安全性：对流层散射通信利用了大气中的粒子进行信号传输，这些粒子的位置和运动都是随机的，使得散射通信的信号更难被窃听和干扰。
这使得对流层散射通信在军事、政府等需要保密性的领域具有广泛的应用前景。
3. 高带宽：对流层散射通信可以利用大气对电磁波的广泛散射来实现高带宽的传输。
由于大气中的粒子密度较高，对电磁波的散射效果较好，可以实现较高的传输速率。
这使得对流层散射通信在需要传输大量数据的场景中具有优势。
对流层散射通信具有广泛的应用前景。
以下是几个典型的应用场景：1. 灾难通信：在自然灾害发生后，地面通信设施通常会受到严重破坏，影响通信的正常运行。
而对流层散射通信可以利用大气进行通信，不受地面设施的限制，可以为救援人员提供可靠的通信手段，加快救援工作的进展。
2. 极地通信：极地地区地理环境恶劣，地面通信设施建设困难，而且信号传输受到极地天气的干扰。
对流层散射通信可以利用天空中的大气进行通信，克服了地面通信的困难，为极地科考和探险提供了重要的通信支持。
3. 航空通信：对流层散射通信可以在飞机和地面之间建立通信链接，为航空器提供实时通信服务。
在飞行过程中，航空器的位置和高度不断变化，地面通信设施无法满足其通信需求，而对流层散射通信可以克服这些限制，提供可靠的航空通信服务。
4. 科学研究：对流层散射通信可以用于天文观测和大气物理研究等领域。
通过对大气中散射信号的观测和分析，可以获得关于大气中粒子分布、运动规律等信息，为气象预测和大气环境监测提供有力支持。
对流层散射信道
Communication Theory
幅度—频率畸变
举例
有线电音频信道的带宽为 300Hz ～ 3400Hz， 其幅度－频率畸变是由幅度－频率特性的不理 想所引起的，低频端截止频率约在300Hz以下， 每倍频程衰耗升高15～25db，在300～ 2900Hz 之间，衰
2
Communication Theory
狭义信道： 发射端和接收端之间传输媒质的总
称，是任何一个通信系统不可或缺的组成部分。
按传输媒质的不同，狭义信道又可分为有线信
道与无线信道两类。
广义信道： 除包括传输媒质外，还包括有关的 变换装置(如发送设备、接收设备、馈线与天线、 调制器、解调器等)。
3
Communication Theory
恒参信道特性对信号传输的其它影响
非线性畸变：由信道中元器件的振幅特性非线
性引起的，造成谐波失真及若干寄生频率等；
频率偏移：由信道中接收端解调载频与发送端
调制载频之间偏差造成的； 相位抖动：由调制和解调载频不稳定造成的， 相位抖动相当在发送信号上附加一个小指数的 调频。
30
Communication Theory
光纤信道的技术参数： 损耗（是光纤能实现远距离传输的前提）； 色散（是指信号的群速度随频率或模式不同而引 起的信号失真这种物理现象）。 光纤信道的简化方框图
已调光信号 光源 光调制器 调制电信号 基带处理 光纤线路 光探测器
解调电信号 基带处理
基带电信号
基带电信号
17
Communication Theory
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Communication Theory
电离层的相关知识：离地面高60～600km的大
对流层散射 快衰落 慢衰落
对流层散射快衰落慢衰落在对无线通信系统中，信号传输过程中会受到各种衰落的影响，导致信号质量下降。
其中，对流层散射是一种重要的衰落机制。
在本文中，我们将重点讨论对流层散射、快衰落和慢衰落这三者之间的关系及应对方法。
一、对流层散射简介对流层散射是指无线电信号在穿越对流层时，由于大气层的不均匀性，导致信号产生散射现象。
这种散射机制使得信号强度波动，从而影响通信质量。
对流层散射具有以下特点：1.频率越高，散射效应越强；2.距离越远，散射衰减越大；3.季节和天气条件对对流层散射有显著影响。
二、快衰落与慢衰落的概念及区别1.快衰落快衰落是指信号在短时间内（如几毫秒）发生的强度波动。
快衰落主要由多径效应、大气闪烁和机动性引起。
快衰落的特点是：- 幅度波动较大；- 衰落速度快；- 具有随机性。
2.慢衰落慢衰落是指信号在长时间内（如几十秒至几分钟）发生的强度波动。
慢衰落主要由对流层散射、电离层散射和地球散射引起。
慢衰落的特点是：- 幅度波动较小；- 衰落速度慢；- 具有周期性。
三、影响快衰落和慢衰落的因素1.频率：频率越高，快衰落和慢衰落的幅度波动越大；2.距离：距离越远，快衰落和慢衰落的衰减程度越大；3.大气条件：大气条件（如温度、湿度、气压等）对快衰落和慢衰落产生显著影响；4.地形地貌：地形地貌对信号传播路径产生影响，进而影响快衰落和慢衰落的特性。
四、应对快衰落和慢衰落的方法1.快衰落应对方法：- 采用分集技术：如空间分集、频率分集等，提高信号的抗衰落能力；- 编码技术：如卷积编码、Turbo编码等，实现信号的纠错和解码；- 调制技术：如自适应调制，根据信道条件动态调整信号参数。
2.慢衰落应对方法：- 信号预测：根据历史数据预测慢衰落趋势，提前进行信号调整；- 慢衰落补偿：在接收端对信号进行衰落补偿，如利用均衡技术、信道预测技术等；- 链路自适应技术：根据链路条件动态调整信号传输参数，提高通信质量。
五、实例分析以陆地移动通信系统为例，当频率较高时（如1.8GHz），对流层散射导致的慢衰落较为严重。
对流层散射通信新应用韩飞1曹合修1冯强2
对流层散射通信新应用韩飞1 曹合修1 冯强2发布时间：2023-06-15T03:47:43.067Z 来源：《中国电业与能源》2023年7期作者：韩飞1 曹合修1 冯强2 [导读] 对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
1.66736部队；2.92146部队摘要：对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
关键词：对流层散射；信道特性；损耗分析；应用对策对比其他的通信方式，对流层散射通信要具有更为明显的优势，具体表现在抗毁能力强、保密性能好以及通信距离远等方面，但在实际通信传播过程中也会产生相应的损耗，因此需要明确损耗影响因素，并采取有效的应用对策，以此来发挥出对流层散射通信优势。
一、散射通信特点在对流散射信道当中，有着电波多径传播现象存在。
对于多径传播，其所产生的衰落均为快衰落。
在对流层散射信道上，不仅有着快衰落，信号电平中值的慢起伏较长，因此也将其称之为慢衰落。
微波通信技术
WEIBO TONGXIN JISHU微波通信技术(microwave communication techniques) 微波通信是指利用波长为1米～0.1毫米（频率为0.3～3000吉赫）的无线电波进行的通信。
包括微波视距接力通信、卫星通信、散射通信、一点多址通信、毫米波通信及波导通信等。
微波通信特点是：频率范围宽，通信容量大，传播相对较稳定，通信质量高，采用高增益天线时可实现强方向性通信，抗干扰能力强，可实施点对点、一点对多点或广播等形式的通信联络。
它是现代通信网的主要传输方式之一，也是空间通信的主要方式。
微波通信在军事战略通信和战术中占有显著的地位。
微波按照波长可分为分米波、厘米波、毫米波和丝米波，其中部分波段用一些常用代号来表示（见表）。
L以下频段适用于移动通信。
S至Ku波段适用于以地球表面为基地的通信，其中，C波段的应用最为普遍。
60GHz的电波在大气中衰减较大，适用于近距离的保密通信。
94GHz的电波在大气中衰减很小，适合地球站与空间站之间的远距离通信。
系统组成及工作原理微波通信系统由发信机、收信机、多路复用设备、用户设备和天馈线等组成（见图1）。
其中发信机由调制器、上变频器、高功率放大器组成；收信机由低噪声放大器、下变频器、解调器组成；天馈线设备由馈线、双工器及天线组成。
图1微波通信系统组成其工作原理是：用户设备把各种要传输的信息变换成基带信号或把基带信号变换成原信息。
多路复用设备可使多个用户的信号共用一个传输信道。
调制器把基带信号调制到中频（频率一般为数十至数百兆赫）上，也可直接调制到射频上。
解调器的功能与调制器相反。
上、下变频器实现中频信号与微波信号之间的频率变换。
高功率放大器把发射信号提高到足够的电平，以满足在信道中传输的需要。
百瓦以下的设备中，功率放大器采用固态微波功放；当射频输出电平在百瓦以上直至数十千瓦时，通常采用行波管或速调管放大器。
低噪声放大器用于提高接收机的灵敏度，主要采用微波低噪声场效应管放大器。
对流层散射 快衰落 慢衰落
对流层散射快衰落慢衰落对流层散射有快衰落和慢衰落的区别。
对流层散射是指在大气对流层中，由于温度、湿度等因素的变化，导致无线电波在传播过程中与气体中的分子和粒子发生相互作用，从而发生散射现象。
快衰落和慢衰落是对流层散射的两种不同特性，本文将分别介绍基本原理以及应用。
快衰落是指散射过程中无线电波和散射体之间存在较快的相位变化。
这种相位变化通常是由于移动设备或者散射体的运动引起的，比如车辆、飞机等。
快衰落在通信系统中可能导致信号变弱、失真甚至中断。
为了解决这个问题，通信系统需要采取合适的编码、解码和纠错技术。
同时，对流层散射的快衰落特性也可以用于雷达系统中，通过分析散射信号的相位变化，可以获取目标物体的速度和位置信息。
慢衰落是指散射过程中无线电波和散射体之间的相位变化相对较慢，通常由于大气湍流等因素引起。
与快衰落不同，慢衰落的影响是持续的，并且相位变化的幅度较小。
慢衰落可以通过频谱分析来研究，通过观测频谱的变化可以了解信号的功率衰减情况以及信道质量。
慢衰落在无线通信系统中很常见，特别是在移动通信中，了解和控制信道的慢衰落特性对于提高通信质量非常重要。
对流层散射的快衰落和慢衰落除了在通信系统中有应用外，还有许多其他领域的研究和应用。
比如在气象学中，快衰落和慢衰落的研究可以帮助我们更好地理解大气层变化和天气现象。
此外，在地面测量和遥感领域，利用快衰落和慢衰落特性可以获取地表和大气参数的变化情况，对环境监测和资源管理具有重要意义。
总结起来，对流层散射中的快衰落和慢衰落是两种不同的现象。
快衰落主要由移动设备或散射体的运动引起，会导致通信质量下降，但也可以用作雷达系统中的目标检测。
慢衰落则源于大气湍流等因素，在无线通信系统中更为常见，对于理解信道质量和改善通信质量具有重要意义。
此外，对流层散射的快衰落和慢衰落还在气象学、地面测量和遥感等领域有广泛的应用前景。
这些研究和应用有助于我们更好地理解和利用对流层散射的特性，为不同领域的科学研究和工程应用提供支持和指导。