2.3 无线信道

无线信道利用电磁波在空间的传播来传输信号。在不便于架设有线信道或远距离传输的场所，必须采用无线信道。无线信道一般具有频率高、通信容量较大的特点，它是带通型信道，在世界各国的长途通信和国际通信中占有重要地位。微波通信、卫星通信和移动通信的信道均属无线信道。

无线信道根据电磁波的波长和频率范围可分为长波信道、中波信道、短波信道、超短波信道和微波信道。从电磁波的传播模式来看，无线信道可分为地波传播信道、天波传播信道、视距传播信道、无线电视距中继信道、卫星中继信道、对流层散射信道、流星余迹散射信道。

1.地波传播信道

地波传播是指频率在约2MHz以下的无线电波沿着地球表面的传播，如图2-10所示。地波传播主要用于低频及甚低频远距离无线电导航、标准频率和时间信号广播、对潜通信等。

地波传播主要特点是：传播损耗小，作用距离远；受电离层扰动小，传输稳定；有较强的穿透海水和土壤的能力；但大气噪声电平高，工作频带窄。

2.天波传播信道

天波传播是指频率在2～30MHz的高频电磁波经由电离层反射的一种传播方式，如图2-11所示。长波、中波、短波都可以利用天波通信。但短波是电离层反射的最佳波段，电离层一次反射最远距离可以达到4000km，可利用电离层的多次反射进行远距离通信。

天波传播的主要优点是：传输损耗小、设备简单、可利用较小功率进行远距离通信。但由于电离层是一种随机的、色散及各向异性的有耗媒质，电波在其中传播会产生各种效应，如多径传输、衰落、极化面旋转等，有时还会因电离层骚动和暴变而极不稳定，甚至完全中断通信。近年来，高频自适应通信系统的使用，大大提高了短波通信的可靠性。因此，天波通信仍然是一种重要的通信手段。

3.视距传播信道

视距传播是指在发射天线和接收天线之间能相互“看见”的距离内，频率高于30MHz的电磁波直接从发射点传到接收点的一种传播方式，又称为直射波或空间波传播。这种传播方式不排除地面反射波的存在。

根据收、发天线所处空间位置的不同，视距传播大致可分为三种类型：（1）地面上的视距传播，如中继通信、电视、广播及地面移动通信等。（2）地面与空中目标之间的视距传播，如飞机、飞艇、通信卫星。（3）空间飞行体之间的视距传播，如飞机间、宇宙飞行器间的电波传播等。

无论地面视距传播或地对空视距传播，其传播途径至少有一部分是在对流层中，必然要受到对流层这一传输媒质的影响。因此，当电波在低空大气层中传播时，还可能受到地球表面自然或人为障碍物的影响，引起电波的反射、散射或绕射现象。如图2-12所示为地面上视距传播的示意图。接收点除了空间直射波外，还会收到地面或其他障碍物的反射波。地面移动通信就属于这种传播方式。

4.无线电视距中继信道

无线电视距中继通信工作在超短波和微波波段，利用定向天线实现视距直线传播。由于直线视距一般在40～50km，因此需要中继方式实现远距离通信，如图2-13所示。相邻中继站相距40～50km。由于中继站间采用定向天线实现点对点传输，并且距离较近，因此，传播条件较稳定。

这种系统具有传输容量大、发射功率小、通信可靠稳定等特点。

5.卫星中继信道

卫星信道利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号实现地球站之间的通信，如图2-14所示。当卫星的运行轨道在赤道上空，距地面35860km时，其绕地球一周的运行时间为24h，在地球上看上去卫星是相对静止的，称为静止或同步卫星。利用它作为中继站可以实现地球上18000km范围内的多点通信。利用三颗适当配置的同步卫星可以实现全球（南北极盲区除外）通信。同步卫星通信的电磁波为直线传播，大部分在真空状态的自由空间传播，传播特性稳定可靠、传输距离远、容量大、覆盖地域广，广泛用于传输多路电话、电报、图像、数据和电视节目。

近年发展起来的中、低轨道卫星移动通信通常利用多颗卫星组成的星座实现全球通信。由于卫星距地球较近，且相对于地球处于高速运动状态，传播条件相对要复杂一些。因卫星通信需要的发射功率大、传输时延长、建设费用高等因素，人们正研究用位于平流层的高空平台电台（HAPS）代替卫星作为基站转发信号。平台高度距地面17～22km，可以用充氦飞艇、气球或飞机作为安置转发站的平台，覆盖全球90%以上人口的地区，需要在平流层安置250个充氦飞艇。

6.对流层散射信道

对流层散射传播如图2-15所示，图中发射天线射束与接收天线射束相交于对流层上层，两波束相交的空间为有效散射区域。

对流层散射通信频率范围主要在100MHz～4GHz，可以达到的有效散射传播距离最大约600km。对流层散射是由大气的不均匀性产生的，而且电磁波散射现象具有较强的方向性，散射能量主要集中于前方，故称“前向散射”。

7.流星余迹散射信道

流星余迹散射是由于流星经过大气层时产生很强的电离余迹使电磁波散射的现象，如图2-16所示。

流星余迹高度约80～120km，余迹长度约15～40km，散射频率范围为30～100MHz，传播距离达1000km以上。一条余迹的存留时间在零点几秒到几分钟之间，但空中随时都有大量肉眼看不见的流星余迹存在，能随时保证信号断续地通信。所以流星余迹散射通信只能用于低速存储和高速突发的断续方式传输数据。