对流层散射通信的对流层散射传播特性
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发布时间：2022-04-24 09:38
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时间：2022-06-18 14:07
对流层散射传播是对流层散射通信的技术基础。利用对流层散射传播机理设计的对流层散射通信系统，可以实现超视距通信，同时具有适中的通信容量、传输性能、可靠度和战场生存能力等。 （1）抗核爆能力强
该特点是对流层散射通信独具的，只要爆炸不伤及设备本身，传播基本不受影响。同时它也不怕太阳黑子、磁暴、极光和雷电的影响，所以，对流层散射通信能满足现代战场中通信指挥的需要。
（2）通信容量大
对流层散射通信的通信容量比视距微波通信和卫星通信小，但比短波通信大，既可传送多达几十路甚至上百路的语音信号，又可传送高速数据和电视信号，且平均BER<1×10－6，可靠度高达99%～99.99%。目前国外的对流层散射通信的传输速率最高可达40Mbit/s（Ku波段验证试验值），而美军使用的对流层散射系统速率也达16Mbit/s。
（3）通信保密性好
对流层散射通信通常采用方向性尖锐的抛物面天线，空间电波不易被截获，干扰也比较困难；系统中间站较少，较易做到集中防卫，人为破坏比较困难，同时也减轻了系统的长期后勤保障负担。
（4）通信距离较远
对流层散射通信的单跳距离一般约为300km，最远可达1 000km，比卫星通信和短波通信小，但远大于视距微波通信，在一定程度上不怕高山、湖海、沙漠、近海海峡等自然障碍。若采用多站接力，其通信距离可达数千公里。
（5）机动性好
对于高山、峡谷、丛林、沙漠、沼泽、岸一岛等中间不适宜建微波接力站的地段，可使用移动对流层散射通信设备进行通信，设备的架设和撤收都能在较短时间内完成。
（6）抗毁性强
由于散射通信的单跳跨距大，通信站的数量大大减少，所以被摧毁的概率大大降低。一旦干线节点中的散射设备被摧毁，则可迂回传输，以确保通信不中断（应急移动散射通信设备可临时架设也可隐蔽开通）。
（7）抗干扰性强
由于散射通信通常采用大口径的抛物面天线，其波束很窄，方向性很强，故敌方很难窃取散射通信方向或散射“公共体 ，无法干扰。即使在散射公共体上施以无源干扰，对散射通信的影响也不大，因为散射通信就是靠电波的散射效应进行通信的。
（8）适应复杂地形能力强
对于高山、峡谷地，中小山区、丛林、沙漠、沼泽地、岸一岛等中间不适宜建微波接力站地段，可使用对流层散射通信。 对流层散射传输损耗主要包括基本传输损耗、口面介质耦合损耗以及天线偏向损耗等。
基本传输损耗主要包括天线低架损耗、大气吸收损耗以及与气象气候条件、频率、距离和散射角（发射和接收天线波束的相交夹角）等相关联的传输损耗等。在频率方面，当工作频率小于3GHz时，传输损耗与频率的三次方成正比；在距离方面，传输损耗的变化规律比较复杂，粗略地讲，距离每增加100km，传输损耗将增加10～20dB；在折射指数方面，一般每增加
1N单位，传输损耗减少0.1—0.4dB；在散射角方面，传输损耗随散射角增大而增大，一般散射角每增加1°，传输损耗增加约10dB。
口面介质耦合损耗又称无线电增益亏损，是指在对流层散射传播中，由于多径效应，随着天线增益升高（>30dB时）或波束变窄，有效散射体积随之减小，导致天线的平面波增益不能完全实现，天线在自由空间的理论增益与在对流层散射线路上测得的实际增益之差即为口面介质耦合损耗。
天线偏向损耗是指当天线波束偏离最佳指向时，因为散射能量减弱或因为到达接收点的信号偏离接收天线主轴而产生的损耗，主要包括方位角偏移损耗和仰角偏移损耗。天线偏向损耗在天线定向或在考虑信号泄漏时特别需要注意。
总之，对流层散射信道的传输损耗是相当大的，在2GHz频段，一条300km左右的线路的传输损耗一般在200dB以上。为了补偿较大的传输损耗，通常采取下述措施：
（1）采用大型天线，通常架设圆形口径抛物面天线，提高天线实际增益；
（2）采用千瓦级的功率速调管发射机、低噪声参量放大器和低噪声场效应三极管放大器；
（3）对于模拟信号调制解调终端机，采用检波前相加的分集技术和门限扩展技术；
（4）对于数字信号调制解调终端机，采用Rake接收技术，也可以采用时一频-相调制解调技术或各种类型的自适应技术，以克服多径效应和ISI，提高分集效果。 在对流层散射传播中，接收点的散射场是在收、发天线波束相交的区域内，所有散射体一湍流涡旋、不规则锐变层以及相干反射层等二次辐射场的总和。这种随机的多径传输使得接收点存在着严重的衰落现象，具体表现包括：①信号幅度的快衰落现象；②信号畸变或频率选择性衰落；③多普勒频移或频率扩散现象。
对流层散射信道存在多径传播。由于多径传播引起的衰落都是陕衰落，理论与实测均表明，对流层散射接收信号的振幅服从Rayleigh分布、广义Rayleigh分布和Rayleigh矢量加反常随机矢量型分布等。
另外，在对流层散射信道上，由于气象条件的有规律变化（昼夜、季节变化）和随机变化（如气流运动、大气风的影响等），造成了接收信号“短时”平均功率或“短时‘中值电平的缓慢起伏，即慢衰落。因此，一般情况下对流层散射信道是由快衰落和慢衰落这两种信道组成，信号电平瞬时值的变化范围一般在40dB左右。
为减轻衰落，需附加设备进行分集接收，包括空间、时间、频率、极化和角分集等，且分集重数一般大于等于4重，这就使得对流层散射通信系统的原始投资比较高。空间分集（垂直空间分集的距离约25A，水平空间分集的距离约100A和频率分集等显分集对要求机动的地域网应用有一定局限，因此需研究能减少接收天线数量的角度分集以及不增加设备的隐分集（如多径信号的衰落等）等其他分集技术。
