Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 4.20
Multipath propagation caused by ionospheric scintillation.

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132
Microwave Link Engineering
Figure 4.21
Multipath signals produce enhancement or cancellation of the direct path signal when
received through a common antenna, as illustrated by vector diagrams.
signal. An increase or a decrease in strength occurs, depending on the relative phase
angles.
If the refracted signal is comparable in strength to the direct path, cancellation
occurs when the relative phase is 180 degrees. There also can be significant amplifi-
cation (up to 6 dB) when the two vectors instantaneously combine in phase.
Fortunately, the unstable conditions that produce this in the ionosphere only occur
during two periods annually, around the equinoxes. Earth stations near the geomag-
netic equator experience the most severe scintillation fades during those periods
of activity. Ionospheric scintillation is not constant, with the result that the received
signal both decreases and increases rapidly. The fact that the combining is frequency
dependent produces selective fading, in which a spectrum of signals fluctuates
widely. That is in contrast to shadowing due to terrain blockage, termed flat fading
because it is not frequency selective.
Finally, multipath is an influence on L- and S-band mobile links because the
user antenna is generally not very directional so can receive signals from several
directions at the same time. Generally, the direct path dominates, but the reflected
path or paths can produce pronounced fading. Terrestrial mobile radio services
do not depend on the line-of-sight path and actually utilize multipath to provide
coverage in areas of heavy terrain blockage. There, as much as 30 dB of margin
is afforded by the close range between mobile user and lease station.
Satellite links, on the other hand, do not normally generate 30 dB of margin
and so cannot depend heavily on multipath as a positive factor. Rather, signals
reflected off buildings and local terrain features more likely will cause fading. The
basic problem is illustrated in Figure 4.22 for a mobile receiver traveling along a
highway. Two paths reach the mobile user: the direct line-of-sight path and a path
that is reflected off the highway itself. They produce either fading or enhancement,

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4.3
Microwave Transmitters and Receivers
133
Figure 4.22
Generation of mobile multipath on flat, smooth terrain.
which is nearly constant as long as the satellite remains in the same position relative
to the vehicle. The amount of loss depends on the reflection coefficient experienced
by the reflected signal. Alternatively, reflection off a fixed feature, such as a hill
or a building, produces time-varying fading as the vehicle moves relative to the
reflection point. The rapidity of the fading depends on the speed of the vehicle.
The design of MSS links is, therefore, the most challenging, because they are subject
to greater variation and uncertainty.