本书对下列3部分内容进行了论述,以供从业者、使用者或一般感兴趣的读者参考:第一部分讲述对流层散射通信的基本原理、信道模拟方法、传输损耗计算与站型设计流程、分集合并的理论和应用;第二部分为散射通信的高速、低速两类波形的变换方法;最后一部分,按时间顺序介绍了国内外散射通信应用的变革历史,给出典型频段、典型站型的一些设计实例。
长期从事地面微波和对流层散射通信设备的研制工作,完成多项预先研究项目,研究方向为:变参信道自适应均衡、多通道分集接收技术、MIMO与空时编码、信道纠错编码、高速调制解调、低速低门限调制解调、突发通信等,在微波和对流层散射通信线路设计方面经验丰富,制定/修订了散射通信工程实施的企业/行业标准。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 对流层散射通信的特点 2
1.3 对流层散射通信的应用 4
1.4 本书内容概要 4
第2章 对流层散射通信的原理与特点 6
2.1 概述 6
2.2 散射通信的电波传播基本原理 7
2.2.1 散射理论 7
2.2.2 反射理论 8
2.2.3 多模理论 8
2.3 从通信角度对散射信号分类 9
2.4 散射通信的信号衰落特征 11
2.4.1 快衰落 11
2.4.2 快衰落的时间、空间和频率选择性 14
2.4.3 慢衰落 16
2.5 对流层散射信道与移动通信信道的对比 18
2.6 变参信道的一些基本概念 20
2.7 散射通信的信道模拟仿真技术 22
2.7.1 频率选择性慢衰落信道的抽头延迟线模型 22
2.7.2 散射信道模拟器的原理 24
2.8 信道模型的建议 26
参考文献 28
第3章 对流层散射通信系统的性能计算 29
3.1 图上作业简述 29
3.1.1 地形有关参数计算 29
3.1.2 图上作业实例 31
3.2 L. P. Yeh公式 33
3.3 NBS-TN-101方法简介 34
3.3.1 地形有关参数的修正 35
3.3.2 衰减函数F(?d) 35
3.3.3 频率增益函数H0 36
3.3.4 散射效率因子F0 37
3.3.5 其他修正 37
3.3.6 传播可靠度预报 38
3.4 CCIR方法简介 39
3.4.1 散射损耗年中值计算 39
3.4.2 传播可靠度预报 40
3.5 54所的简便计算方法 40
3.5.1 简便算法的必要性 40
3.5.2 链路长期中值传输损耗简便公式 41
3.5.3 链路门限参数的简便计算公式 43
3.5.4 传播可靠度的简便计算公式 45
3.6 典型工程应用示例 47
3.6.1 计算传播可靠度 47
3.6.2 计算最大通信距离 48
参考文献 49
第4章 对流层散射通信的站型设计 50
4.1 工作模式 50
4.1.1 视距工作模式 52
4.1.2 光滑球面绕射模式 55
4.1.3 刃峰绕射模式 57
4.1.4 对流层散射模式 63
4.2 信号分集 64
4.2.1 分集的基本概念 64
4.2.2 空间分集 65
4.2.3 频率分集 67
4.2.4 角分集 69
4.2.5 时间分集 71
4.3 合并方法与性能 74
4.3.1 计算模型 74
4.3.2 最大比值合并 74
4.3.3 选择式合并 78
4.3.4 等增益合并 79
4.4 站型工程设计概述 79
4.4.1 固定站与机动站的区别 79
4.4.2 设计开始阶段 80
4.4.3 确定路由方案 81
4.4.4 站址勘测 82
4.4.5 链路设计 83
参考文献 86
第5章 对流层散射通信的低速率波形 88
5.1 散射通信站的系统组成 88
5.1.1 收/发信设备 88
5.1.2 高功率放大器 90
5.1.3 调制解调器 92
5.1.4 复/分接设备 94
5.1.5 其他无源/有源微波设备 95
5.2 散射通信波形的设计要求 96
5.3 DAR 98
5.3.1 二进制信号的最佳接收 99
5.3.2 逆调制 101
5.3.3 梳齿滤波器和周期信号的去噪滤波 102
5.3.4 DAR原理 104
5.3.5 DAR的特点 107
5.4 线性调频波形 108
5.4.1 散射信道的分离多径技术 108
5.4.2 Chirp信号 109
5.4.3 Chirp信号的匹配滤波 110
5.4.4 散射通信线性调频波形原理 113
5.4.5 线性调频波形的特点 115
5.5 其他特殊低速波形 116
5.5.1 BPSK/QPSK信号的差分解调 117
5.5.2 多进制FSK 119
5.5.3 二进制直接序列扩频 121
5.5.4 多进制直接序列扩频 124
参考文献 125
第6章 对流层散射通信的中高速率波形 127
6.1 时域自适应均衡概述 127
6.1.1 问题提出 127
6.1.2 数字维纳滤波器 129
6.1.3 时域自适应均衡示例 131
6.2 最小均方均衡器 135
6.2.1 LMS算法 135
6.2.2 LMS算法的特性及应用实例 137
6.3 散射通信的飞行器衰落效应 141
6.4 最小二乘均衡器 144
6.4.1 LS算法 144
6.4.2 RLS均衡器及应用实例 148
6.5 移动通信波形在散射通信中的应用 153
6.5.1 多载波传输和OFDM 153
6.5.2 单载波频域均衡 156
6.5.3 空时编码 157
参考文献 158
第7章 对流层散射信道的纠错编码 160
7.1 散射通信纠错编码应用概况 160
7.1.1 国外散射信道纠错技术发展简史 160
7.1.2 具备FEC功能的典型散射通信modem 162
7.2 慢变瑞利多径信道的纠错理论性能 166
7.2.1 纠错理论性能的计算 166
7.2.2 2个码型计算实例 168
7.3 LDPC在散射通信中的应用 170
7.3.1 LDPC简介 170
7.3.2 LDPC的译码算法 174
7.3.3 译码器的硬件实现 177
7.3.4 LDPC的编码 179
7.3.5 散射通信应用LDPC注意事项 180
7.4 其他高效纠错编码在散射通信中的应用 181
参考文献 183
第8章 对流层散射通信的工程应用 185
8.1 冷战时期的广泛部署 185
8.1.1 白爱丽丝通信系统(WACS)[2] 185
8.1.2 北美三条防空预警线的雷达站点间互连通信系统 187
8.1.3 ACE high通信系统―北约主要的国际通信网[7] 188
8.1.4 前苏联战略指挥及预警通信系统[9] 188
8.1.5 冷战时期部署的散射通信系统的特点 189
8.2 20世纪八九十年代的跃升和实战检验 190
8.2.1 军以上战术级地域公网的远程骨干传输手段 191
8.2.2 军以上战略/战役级指挥通信网的远程骨干传输手段 195
8.2.3 20世纪八九十年代的散射通信系统的特点 197
8.3 20世纪末散射通信的缓慢发展 197
8.3.1 防空炮兵和导弹发射阵地之间的互联 198
8.3.2 民用散射通信快速发展 199
8.3.3 轻型的应急通信手段 202
8.3.4 20世纪末期散射通信系统的特点 203
8.4 21世纪的实战应用及重新跃升 203
8.4.1 高层指挥所/可部署指挥部战区内连接的主用手段 204
8.4.2 营级及以下机动部队的快速暂停式通信设备 207
8.4.3 当前的散射通信系统的特点 214
8.5 散射通信技术的发展展望 215
参考文献 216
附录A CCIR方法 218
A.1 确定链路无线电气候区 218
A.2 传输损耗年中值Ln(0.5) 218
A.3 时间百分比为q(q≥50%)的平均年中值传输损耗Ln(q) 219
A.4 时间百分比为q(q<50%)的平均年中值传输损耗Ln(q) 220
A.5 时间百分比大于50%的最坏月平均中值传输损耗 220
附录B 柯林斯方法计算天线介质耦合损耗 222
附录C 有限域代数基础知识 223
C.1 GF(2)与GF(2m) 223
C.2 m序列 226
C.3 GF(2)上的线性空间 227
前言
本书的写成首先归功于著者所属的对流层散射通信研究集体。应当看到,对流层散射通信系统的结构十分复杂,它所涉及的专业面是如此广泛,所需要的科研和建设经费投入是如此巨大,以致在20世纪的六七十年代,我国的散射通信线路建设都未能大范围铺开。然而值得庆幸和振奋的是,经过几代从事散射通信的科研人员的努力,这个目前仍然相对冷僻的专业方向被坚持下来并结出丰硕果实。在半个世纪的漫长岁月中,对流层散射通信的基础理论逐步丰富、日渐成熟,很多典型的技术手段至今仍然闪耀着当年首创者的智慧光芒。但是,也有大量与之相关的电路模型、电子器件和测试方法随着科技进步而退出舞台,这一情况难免使得初涉读者感到困惑。为此,著者从本科研团队多年的工程设计实践之中取材,去粗取精编修成册,望能初步展示这个复杂专业之概貌。
对流层散射通信的过程本质是一种在信道中进行能量传输的过程,若要高效、可靠,必须首先有的放矢地研究信道的特点。散射信道既是无间存在的,也是随时可供用户免费使用的。它的可用无线频谱范围非常宽,从炎热的赤道到寒冷的北极圈,都有这种无线线路建设运行的实例。但是,散射通信信号又是衰耗巨大、衰落迅速的,因此若要发现它、研究它、利用它,必须长期观察,付出经年的努力才能掌握。本书的第一部分围绕该问题展开,即散射信号的短时衰落特性,距离衰减特性,季节、年传输损耗的变化和预报(预测)。
在散射信道上实现超视距通信,既需要能力强大的硬件作为基础,也需要设计精巧的波形技术。散射通信所需要的大口径天线、上千瓦甚至数千瓦的发射机即是其物理基础,它是一个国家电子工业实力是否强大、体系是否完备的写照;而波形设计技术则反映了国家科技创新软实力的水平。本书的第二部分介绍散射通信站型设计的相关知识。作为一种特殊的超视距微波通信手段,无论是固定站,还是机动站的工程设计问题都涉及诸多因素,这些因素的内在关联不是简单的硬件决定波形或波形限制硬件,而是二者互为依赖的关系,只有根据用户的需求权衡利弊才能发挥最佳的系统能力。
从20世纪50年代美国AT&T公司成功建成第一条对流层散射固定通信链路开始,散射通信经历了模拟体制向数字体制,L频段向更高的S、C再到Ku频段,低服务质量的话音通信向高质量数据通信的转变。在该过程中,美国、欧洲各国和前苏联(俄罗斯)都推出了不少经典站型设计,它们或者结构形式作出革新,或者波形先进,或者器件水平超前(在同一时期),抑或应用定位独特,从而长期为人称道。本书最后简单介绍国外散射通信应用发展的历史沿革,任香凝高工查阅了大量文献,并对这一部分内容进行了整理,在此特别表示感谢。无论从事散射通信的技术人员还是相关的用户,这些宝贵的资料都非常值得借鉴。
衷心感谢李文铎研究员,他筹划了本书的框架结构,认真审阅了书稿,对本书的写作提出了很多非常中肯的意见。
如前所述,散射通信涉及多个学科,它不但发展迅速而且应用范围和应用模式也在不断拓展,但作者的知识面有限,不少内容只能奉行拿来主义而无力继续深入,故此敬请不同领域的读者见谅。此外,书中肯定有不少不妥、不足之处,甚至还有错误,恳请读者批评指正。
我对通信技术的兴趣由来已久,而《对流层散射通信工程》这本书的封面设计和书名一样,给我一种专业且严谨的印象。我之前对通信的理解,更多地局限于我们常见的手机信号、Wi-Fi,或者是卫星通信,而“对流层散射”这个概念对我来说,是一个全新的、充满探索价值的领域。我猜想,这本书一定会为我揭示一种利用大气层进行通信的独特方式,它不像传统的直视通信,也不是依赖于高空的卫星,而是巧妙地将我们身边的空气“变废为宝”,成为信息传递的媒介。我特别期待书中能详细讲解,究竟是如何利用对流层中微小的粒子或者温度、湿度变化来散射电磁波,从而实现信号的远距离传输。书中的“工程”二字,也让我对接下来的内容充满了实际的期待。我希望它能深入探讨,在实际的工程应用中,需要考虑哪些关键因素。比如,如何精确地计算出最佳的天线指向角度,以捕捉到最大化的散射信号;如何设计出能够抵抗各种天气干扰的设备;以及在实际部署过程中,又有哪些独特的挑战需要克服。我设想,这本书能够将枯燥的物理原理,与具体的通信系统设计和优化巧妙地结合起来,为我打开一个更加广阔的通信技术视野,让我理解到,原来通信的边界,可以如此之近,又可以如此之远。
评分拿到这本《对流层散射通信工程》后,我便迫不及待地翻阅起来,尽管我对其中的许多专业术语尚不熟悉,但书名本身就传递出一种探索未知领域的好奇感。我一直对那些能够克服地形限制、实现远距离通信的技术着迷,而“对流层散射”这个概念,在我看来,就像是通信领域中的一种“特技”。我猜测,本书会详细阐述其背后的物理学原理,比如,电磁波是如何在大气层中与空气分子或水汽发生相互作用,从而产生散射现象的。这其中可能涉及复杂的波传播理论和大气物理学知识。而且,“工程”二字让我对接下来的内容充满期待。我非常希望书中能够详细介绍构建一个可靠的对流层散射通信系统的具体步骤和技术要求。这或许包括了如何选择和设计适合散射传播的发射和接收天线,如何优化信号的调制和编码方式以最大程度地提高通信效率和稳定性,以及如何应对由于大气条件变化带来的信道衰落和干扰。我甚至想象书中会包含一些经典的工程案例,展示对流层散射通信在现实世界中的应用,例如在军事通信、紧急救援通信,或者是在难以铺设光缆的区域提供基础通信服务等。这本书让我感觉,它是一本关于如何“玩转”大气层的通信指南。
评分我最近入手了一本新书,书名是《对流层散射通信工程》,拿到手时就觉得它自带一种“硬核”的科学光环。作为一名对通信技术略知一二的爱好者,我一直对那些不为人知的通信方式非常着迷,而“对流层散射”这个词汇本身就勾起了我的浓厚兴趣。我设想这本书一定能深入剖析对流层散射通信的运作原理,比如,它如何利用我们头顶那层看似平凡的大气层,来充当信号的中继站,让信息能够跨越遥远的距离。书里应该会详细讲解,什么样的电磁波特性适合进行对流层散射,以及在这种传播过程中,信号会经历哪些有趣的“遭遇”,像是大气湍流对信号的扰动,或者不同天气条件下信号强度的变化。更让我期待的是,它如何将这些理论知识转化为实际的“工程”实践。我想象着书中会有关于如何设计高效的天线系统,如何选择合适的发射功率,以及如何处理信号衰减和干扰的详细方法论。甚至,我脑海中会浮现出一些具体的应用场景,比如,在没有地面基础设施的偏远地区,这种通信方式如何成为最后的“救命稻草”,为人们带去必要的连接。这本书给我的感觉,是关于如何“借力”自然,实现通信突破的智慧结晶,让我对通信技术的想象空间又拓宽了不少。
评分这本书我拿到手已经有一段时间了,虽然书名听起来非常专业,但封面设计倒是挺吸引人的,有一种严谨又不失现代感的感觉。我一直对各种通信技术非常好奇,尤其是那些我们日常生活中不太能直接感知,但却至关重要的技术。这本书从书名上看,就触及到了一个我了解甚少但又觉得很有意思的领域——对流层散射。我猜想,这本书应该会深入浅出地讲解对流层散射的原理,比如它是如何利用地球大气层中最靠近地面的那层来传递信号的,以及在这个过程中会遇到哪些挑战,比如信号衰减、多径效应等等。我特别期待它能详细介绍实现对流层散射通信所需要的一系列工程技术,包括天线的设计、发射与接收设备的选型、以及整个系统的优化部署。毕竟,“工程”二字就意味着它不仅仅是理论上的探讨,更关乎实际的应用和实现。不知道书中是否会涉及一些实际的工程案例,比如在偏远地区、海洋岛屿等传统通信难以覆盖的区域,对流层散射通信是如何发挥作用的,又是如何解决当地的通信难题的。如果能看到一些图表、数据和实际的解决方案,那就更好了。这本书对我来说,就像是打开了一扇通往未知通信世界的大门,让我能更深入地理解我们赖以生存的现代信息社会背后,那些不为人知的技术支撑。
评分最近我刚读完一本关于通信工程的书,尽管书名听上去很硬核,但实际阅读体验却出乎意料地流畅。我一直对那些能够突破物理界限的通信方式充满好奇,而“对流层散射”这个概念本身就带着一种神秘感和前瞻性。这本书给我的感觉,就像是为我打开了一个全新的视角,去审视信息是如何在地球表面传播的。我脑海中浮现出的是,在那些信号难以直达的地方,比如群山环绕的峡谷,或是广阔无垠的海洋,对流层散射通信或许就是连接世界的桥梁。我猜想,书中一定详细阐述了其背后的物理机制,例如电磁波在大气层中的散射原理,以及影响散射效果的关键因素,如大气密度、湿度、温度等。更重要的是,“工程”二字暗示了本书将聚焦于实际应用的层面。我期待这本书能够详尽地介绍构建对流层散射通信系统所需的技术细节,包括信号的调制解调、功率放大、天线指向的精度要求,甚至是对环境变化的适应性设计。或许还会探讨一些在恶劣环境下,如何保障通信稳定性和可靠性的创新方法。总而言之,这本书让我对通信技术有了更深层次的认识,它不仅仅是简单的信号发送和接收,更是一门关于如何巧妙利用自然条件,实现高效通信的综合性学科。
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