2.3　从通信角度对散射信号分类

从通信的角度来看，对流层散射链路上接收到的信号可分为三类，下面逐一说明。

1.典型散射信号

从时域看这类信号具有明显的快衰落特征，利用C频段设备在200 km的距离进行测试，它的衰落速率一般在10 Hz以内，并且随着频率的升高和距离的变远而加快。如果该散射信号是一个单频信号，通过对其统计特性进行分析可发现它的幅度基本符合Rayleigh衰落。如果该信号是一个宽带信号，在频域上它的衰落具有明显的频率选择性，其相关带宽在几MHz的量级。这种信号的传播机理用湍流不相干散射理论来解释最为贴近，对目前主流设备所用频段，如C频段、X频段甚至更高的Ku频段，所占的比例估计不低于70%。对通信链路来说，它是接收机信号处理的最典型的对象，因此本书将它称为“典型散射信号”，图2-6所示是这类信号的一个1分钟时域样本。

2.大气波导信号

这种信号最明显的特点是接收电平比典型散射信号高出10～20 dB甚至更多，或者说它的路径传输损耗比典型散射信号小10～20 dB，就好像信号从发射站经由“大气中的波导管”直接到达接收站，因而称之为“大气波导信号”。从时域上看该类信号基本不衰落，一旦出现这种反常现象信道相关带宽将展宽数倍，通常远大于正常通信所使用的频谱带宽，所以信道不再具有明显的时变特性，而是变为一个相对稳定的恒参信道。这个现象用稳定层反射理论来解释比较合理。值得说明的是，大气波导现象出现的概率以前往往被低估，在华北平原地区，潮湿多雾的清晨、日落之后至午夜都有可能出现大气波导，它的持续时间有时长达三四小时。以往曾有文献认为，频段越低出现大气波导的概率越高，实际上在ku频段，甚至在干燥晴朗的午后也观察到了连续几小时的大气波导信号，图2-7所示是该类型信号的一个1分钟时域样本。

大气波导是自然界免费送给人类的一种极其优良的超视距信道，此时通信速率可以提高1～2个数量级，信号损伤小、通信质量好，使用原有的设备可以将设计通信距离拓展一倍甚至更多。除连续的通信之外，大气波导信号还可用于超视距的监听或猝发通信等。因此，深入探讨这种现象的出现规律、在此基础上合理地利用是一个非常值得研究的课题。

3.近似大气波导信号

近似大气波导信号经常出现在典型散射信号和稳定的大气波导信号之间的转换时段。它的特点是平均信号电平同样很高，但电平瞬时值不稳定，也具有明显的快衰落现象，只是衰落周期比典型散射信号长，有时可达几秒，在频域上信道的相关带宽也比出现典型散射信号的时段宽。在我国东部平原，从典型散射信号到大气波导的转换时间经常很快；而对于一些海上链路，这种转化可能长达一两小时，有时在两次稳定的大气波导现象之间均为近似波导。这种信号可能由层反射作用和湍流体散射作用共同引起，当二者对接收信号功率的贡献相近时即可能导致其发生。随着稳定的层反射逐渐削弱，大气波导信号将逐渐变为典型散射信号。图2-8所示是本类型信号的一个3分钟时域样本。

为给读者提供一个散射信号电平变化的直观印象，图2-9绘出了一条C频段散射链路的24小时平均信噪比曲线，这条链路地处华北平原、距离150 km。可以看出，早晨7点到9点链路上出现了大气波导现象，信号电平比其他时段高出20 dB左右。上午9点之后，经过近1小时的“近似大气波导”过渡，接收电平不断降低最终转变为典型散射信号。中午12点到下午16点信号电平最低。至18点信号电平开始逐渐回升，上升幅度有6～7 dB。从18点到午夜24点，信号电平有略有起伏，之后整个夜间电平保持稳定。凌晨5点后信号电平再次逐渐增强，即使没有大气波导电平也常常比其他时段高。