第5章无线通信传输理论讲述

1、第五章 无线通信传输理论2/144第五章 无线通信传输理论内容提要无线电波传播特征无线电波传播损耗无线信道噪声与衰落 无线通信的多址连接方式3/144信道的概念信道是通信中信息的传输通路，是通信理论中对发送机与接收机之间信息传输介质的一个概括性的总称，是任何通信系统不可缺少的部分。按传输特性参数随外界因素影响变化的快慢，信道可分为恒参信道和变参信道。恒参信道：有线信道变参信道：无线信道4/144构成无线传输系统的五点关键性问题：构成无线传输系统的五点关键性问题： 信源编码以降低对信道传输带宽的要求； 信道编码用于提高信道可靠性； 调制以适用不同传输设备； 加密，这不仅是为军政通信的需要，在商业

2、、乃至个人通信方面也是重要的；1. 链路（或信道）容量的评价也是非常重要的问题。5/144链路（或信道）容量C是用来量度信道传输信息的能力的一个指标。 C为信道容量（bit/s），B为信道带宽（Hz），S/N为信噪比，M表示进制。香浓证明了，只要数字通信的速率小于信道容量C，总存在一种编码方法，能实现无误码的传输，反之，则不可能无误码传输。log 1MSCBN6/1445.1 无线电波传播特征频率范围频率范围 波波 长长 频段名称频段名称 波段波段 用用 途途 3Hz30kHz 104108m 甚低频VLF 长波 音频、电话、数据终端、长距离导航 30300kHz 104103m 低频LF 长

3、波 导航、信标、电力线通信 0.33MHz 103102m 中频MF 中波 调幅广播、移动陆地通信 330MHz 10210m 高频HF 短波 移动无线电话、短波广播、定点军用通信、业余无线电 30300MHz 10lm 甚高频VHF 米波 电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航、集群通信、无线寻呼 0.33GHz 10010cm 特高频UHF 分米波 电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移动通信 330GHz l0lcm 超高频SHF 厘米波 微波接力、卫星通信、雷达 30300GHz 101mm 极高频EHF 毫米波 雷达、微波接力、射电天文学 105107GHz 0.421m 红外、

4、可见光、紫外 光通信 7/144各种波段波的特性-1长波的穿射能力最强，电磁波靠地波传播，但其收发信天线的占用场地很大，常用于海上通信。中波比较稳定，主要用于广播。短波在传输过程中，碰到电离层会发生反射现象因而其传输距离很远，故短波常用于远距离通信或广播。但极易受电离层变化的影响，信号会时强时弱。8/144各种波段波的特性-2超短波的传输特性同光波一样，是沿直线传播的，要求通信双方之间（两微波站之间）没有阻挡物，信号方能传输到对方。微波传输特性也和光波一样，只能沿直线传播即视距传播，绕射能力弱，且在传播中遇到不均匀的介质时，将产生折射和反射。 9/1445.1.1电波传播所涉及到的地球大气层

5、对流层平流层D 层E 层F1 层F2 层4090KM90110KM150KM250KM至1000KM1020KM2040KM电离层地 球10/144对流层对流层 地球大气层中最低的一层 ，其平均高度达1012km 。在对流层中高度每升高1km，温度约下降6.5，到对流层顶温度大约已降到-56。 在对流层中集中了大气中90以上的水和3/4以上的大气质量。对流层对电波传播的影响主要取决于对流层本身的电气特性，可用折射指数来描述。11/144平流层平流层 从对流层顶到60km高度的大气层。在20km以下平流层的温度基本保持不变，所以又称为同温层。 在2050km高度范围内，其温度在逐渐升高，到达50

6、km时达到约0左右的最大值。12/144电离层电离层 602000km高度的大气层。 对流作用很小，由于太阳的紫外辐射、X射线以及某种程度的宇宙线的作用下使大气电离，形成大量的自由电子和离子，对无线电波传播产生影响。 传输损耗较小，适用于高频无线电波的传播。磁层磁层 在电离层以上，是地球磁场所支配的空间区域。 其正对太阳一侧，磁层可达到10个地球半径 高度，其背对太阳一侧，则有一个长达数十 甚至上百个地球半径的尾巴。13/1445.1.2无线电波在空间的传播模式 电磁波在其横向平面中场值的大小和方向都不变，则称为均匀平面波。为简化起见，下面只讨论均匀平面波在自由空间中的传播情况。在无边界（开放

7、）的无限空间中，电磁波的场结构只有横电磁波TEM。20151022 广电广电14/1445.1.3 电波传播的方式及特性电波传播的方式及特性无线电波由发射天线辐射到空间的各区域后，可依不同的路径到达接收天线处。 直射波 电离层 对流层 天波 散射波 地波 地反射波 C T R 图 5-3 无线电波传播的几种方式 15/1445.1.3 电波传播的方式及特征电波传播的方式及特征地面波传播地面波传播是指无线电波沿着地球表面的传播，简称地波。主要适用于长波和中波波段。特点：信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。 16/144天波传播天波传播是指电波由高空电离层反射回来而到达地面接

8、收点的传播方式。 长、中、短波都可以利用天波进行远距离通信。17/1445.1.3 电波传播的方式及特征电波传播的方式及特征散射传播散射传播利用对流层或电离层中介质的不均匀性或流星通过大气时的电离余迹对电磁波的散射作用来实现远距离传播的。主要用于超短波和微波远距离通信。18/1445.1.3 电波传播的方式及特征电波传播的方式及特征视距（直射）传播视距（直射）传播 指在发射天线和接收天线间能相互“看见”的距离内，电波直接从发射端传播到接收端(有时包括有地面反射波)的一种传播方式，又称直接波传播。 视距传播的应用可分为三类情况：地面上的视距传播；地面上与空中目标之间的视距传播； 空间通信系统之间

9、的视距传播。19/144电波传播特性-1电磁波传播的共同特性电磁波传播的共同特性u直线传播u反射与折射u干涉u绕射20/144电波传播特性-2直线传播直线传播电磁波在均匀媒质中沿直线传播 在均匀媒质中，电磁波各射线的传播速度相同 ,传播方向不变 .21/144电波传播特性-3反射与折射反射与折射 当电波由一种媒质传播到另一种媒质时，在两种媒质的交界面上，传播方向会发生改变，产生反射和折射现象。并遵守光学的折射和反射定律。22/144电波传播特性-4电波的干涉电波的干涉 由同一电波源所产生的电磁波，经过不同的路径到达某接收点场强由不同路径的电波合成，这种现象叫做波的干涉，也称作多径效应。接收点的

10、场强是由直射波和地面反射波合成的。23/144电波传播特性-5绕射现象绕射现象 电波在传播过程中有一定的绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射。当障碍物的大小确定后，波长越长，电波的绕射能力越强，波长越短，绕射能力越弱24/1445.2 无线电波传播损耗无线电波传播损耗 能量的扩散与吸收能量的扩散与吸收 自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算 自由空间传播条件下收信功率的计算自由空间传播条件下收信功率的计算 大气吸收损耗大气吸收损耗 雨雾引起的散射损耗雨雾引起的散射损耗 大气折射的引起损耗大气折射的引起损耗 电离层、对流层闪烁的引起损耗电离层、对流层闪烁的引起损耗 多经传播引起损耗多经传播引

11、起损耗 25/144当电磁波离开天线后，便向四面八方扩散，随着传播距离增加，空间的电磁场就越来越弱假设发射天线置于自由空间（一个没有能够反射、折射、绕射、散射和吸收电磁波的无限大的真空中），若无方向性天线，辐射功率为PT瓦，则距离辐射源d米处的电场强度有效值为：5.2.1 能量的扩散与吸收能量的扩散与吸收26/144上式表明：电场/磁场强度与传播距离成反比，当电波经一段路径传播后，能量会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。)/(300mVdPET5.2.1 能量的扩散与吸收能量的扩散与吸收27/144无线传输损耗包括自由空间损耗、大气吸收损耗、降雨引起的损耗以及由于折射、散射与绕射、电离

12、层闪烁与多径等引起的附加损耗最主要的就是自由空间传播损耗，在整个传输损耗中占绝大部分。其他因素引起的损耗，可以在考虑自由空间损耗的基础上加以修正。5.2.1 能量的扩散与吸收能量的扩散与吸收28/1445.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算若无方向性（也称全向天线）天线的辐射功率为PT瓦时，则距辐射源d米处收点B处的单位面积上的电波平均功率，见图5-25得：由天线理论知道，一个各向均匀接收的天线，其有效接收面积为一个无方向性天线在B点收到的功率为： 或 22(/)4TSPWwmd（5-11） 42A4422dPPTR24dfcPPTR（5-1

13、2）29/1445.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算 图5-25 计算电波传播损耗示意图 30/1445.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算 自由空间的传播损耗定义为：从式（5-13）可见，自由空间基本传播损耗Lp只与频率f和传播距离有关d，当频率增加一倍或距离扩大一倍时，Lp分别增加6dB。 )(lg20)(lg2045.32 )(4lg10lg102MHzfkmddBcdfPPLRTP（5-13） 31/1445.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播损耗的计算自由空间

14、传播损耗的计算 若用发射天线的增益为GT ，接收天线的增益为GR 则式（5-13）应改写为： )()()(lg20)(lg2045.32 14lg10lg102dBGdBGMHzfkmdGGcdfPPLRTRTRTP（5-14） 32/1445.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算 例5-1：某微波传输信道，发射天线的增益为22dB， 接收天线的增益为18dB，收发距离为 14500 km，载波中心频率为5.904GHz。求：(1)该信道的基本传输损耗为多少? (2)若发射功率为25w,接收机的接收到的功率为多 少?33/1445.2.2 自由

15、空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算 解：（1）该信道的基本传输损耗为：（2）接收机的接收到的功率为：dBdBGdBGMHzfkmdLRTP15118224 .752 .8345.32)()()(lg20)(lg2045.32/)(109335. 1102510141 .1510/ wPPPLTR34/1445.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播条件下收信功率的计算自由空间传播条件下收信功率的计算无线通信中实际使用的天线均为定向天线，当收发天线增益分别为GR（dB），GT（dB）；收发天线馈线系统损耗分别为Lr（dB），Lt dB）时，

16、则自由空间传播条件下，接收机接收功率为：)()(PtrRTTRLLLGGdBmPdBmP（5-15） 35/1445.2.2 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 自由空间传播条件下收信功率的计算自由空间传播条件下收信功率的计算例5-2：已知发射功率PT=1W，发信频率f=3800MHZ，收发距离为45 km，GT=38 dB，GR=40 dB，馈线系统损耗Lr=1（dB），Lt=3（dB），求自由空间传播条件下收信功率。解：将PT=1W换成电平值： dBMHzkmdBcdfPPLRTP137)(3800lg20)(45lg2045.32 )(4lg10lg102dBmmWmWPT3011000l

17、g10-43dBm137-3-1-403830 )()(PtrRTTRLLLGGdBmPdBmP36/1445.2.3 自然现象引起的损耗自然现象引起的损耗大气吸收损耗大气吸收损耗产生大气吸收损耗的气体主要是氧气、水蒸气以及水汽凝结物。原因有两个：u一是电波的吸收，即电波的电磁能转变为热能；u二是电波因水气及凝结物产生的散射。水蒸气的最大吸收峰在=1.3cm (f=23GHz）处；氧的最大吸收峰在=0. 5 cm (f=60GHz）处。 微波工作频率小于12GHz时，和自由空间传播损耗相比，可以忽略不计。37/1445.2.3 无线电波传播损耗无线电波传播损耗大气吸收损耗大气吸收损耗图5-26

18、 水蒸气和氧吸收衰减 38/1445.2.3 无线电波传播损耗无线电波传播损耗 雨雾引起的散射损耗雨雾引起的散射损耗降雨引起的电波传播损耗的增加称为雨衰，雨衰是由于雨滴和雾对无线电波能量的吸收和散射产生的。雨雾中的小水滴能散射电磁波能量而造成散射衰耗，如图5-27所示。从图中曲线（e）可见，在浓雾情况下，波长大于4cm (7500MHz)、站距为50km的散射损耗约为3.3dB。一般来说，10GHz以下频段，雨雾的散射衰耗还不太严重，通常两站之间的衰耗也只有几分贝。但是10GHz以上频段，中继站之间距离将主要受降雨衰耗所限制，在20GHz（波长为1.5cm）以上时，中继站站距只好缩减到几千米。

19、因此，在设计微波或者卫星等通信系统时，为考虑降雨引起的影响，应事先留有2dB左右的发射功率余量。 39/1445.2.3 无线电波传播损耗无线电波传播损耗雨雾引起的散射损耗雨雾引起的散射损耗图5-27 雨雾的散射损耗 40/1445.2.3 无线电波传播损耗无线电波传播损耗 大气折射引起损耗大气折射引起损耗在大气层中，离地球表面越高，空气密度越低，对电波的折射率也随之减小，使电磁波在大气层中的传播路径出现弯曲。于是地球站在几何上直线对准的只是在卫星实际位置上方的一个虚的卫星位置。由于大气层的不稳定因素，如温度的变化、云层和雾等导致了大气密度分布的不连续变化和起伏，使传播路径产生了随机的、时变的

20、弯曲，从而引起接收信号的起伏。在低仰角的情况下，由于星地传播路径与地面视距微波的路径近于平行，折射还可能形成相互干扰。41/1445.2.3 无线电波传播损耗无线电波传播损耗 电离层、对流层闪烁引起的损耗电离层、对流层闪烁引起的损耗电离层内存在电子密度的随机不均匀性而引起闪烁，其强度大致与频率的平方成反比。因此，电离层闪烁会对较低频段（1GHz以下）的电波产生明显的散射和折射，从而引起信号的衰落。比如，对于200MHz的工作频率，电离层闪烁使信号损耗有10的时间大于6dB。 42/1445.2.4 多径传播引起损耗多径传播引起损耗地面和环境设施对信号的反射，可形成信号的多径传播。对于天线高度低

21、，增益小的移动终端更容易出现这样的情况。信号通过多径信道到达接收端时，由于不同路径的信号延时不一样，接收端多径信号可能同相叠加，合成信号增强，也可能各个多径信号反相抵消，合成信号被减弱，从而形成接收信号的衰落。 43/1445.2.4 多径传播引起损耗多径传播引起损耗实际应用中，总是将收发天线对准，以便收方接收到较强的直射波，但由惠更斯原理，总会有一部电波折射到地面；若发射天线方向性不尖锐，也会有电波折射到地面。这时，接收点除收到直射波外，还收到地面反射的波（反射角等于入射角）。44/1445.2.4 多径传播引起损耗多径传播引起损耗P45/1445.2.4 多径传播引起损耗多径传播引起损耗直

22、射波电场强度的瞬时值为 反射波到达R处场强的瞬时值为 其中tEtecos2)(01rtEte2cos2)(02rTPPRTR 46/1445.2.4 多径传播引起损耗多径传播引起损耗接收点场强222200022cos()EEEEr 20212cos()Er 47/1445.2.4 多径传播引起损耗多径传播引起损耗衰落因子Lr：将合成电场强度有效值E与自由空间的直射波电场强度有效值E0之比称为地面反射引起的衰落因子 一般入射角很小，约 180；而1（全反射），于是20212cos()rELrE rrLr2cos122cos21220151027 卓越卓越48/1445.2.4 多径传播引起损耗多

23、径传播引起损耗Lrr的关系曲线49/1445.2.4 多径传播引起损耗多径传播引起损耗当r / 2 、3 /2 时，反射点P相当于在第一、第三等奇数号费涅尔区的边缘，接收处的合成场强是直射波（它是第一费涅尔区）与同相的反射波相加，合成场强最大。当r1 、2 时，P点在第二、第四等偶数费涅尔区的边缘，接收处的合成场强是直射波与反相反射波相加，合成场强最小。50/1445.2.5 无线传播模型无线传播模型 自由空间传播模型自由空间传播模型 平坦大地的绕射模型平坦大地的绕射模型 粗糙大地上的传播模型粗糙大地上的传播模型 Longley-Rice传播模型传播模型 51/1445.2.2 无线传播模型无

24、线传播模型 自由空间传播模型自由空间传播模型应用于频率范围为0300GHz，是最简单的几何光学模型。在某些环境中，假定有用信号只是由于在自由空间传播产生传播损耗，这时在大气中的传播就等效于自由空间传播。它只与频率f和距离d有关 平坦大地的绕射模型平坦大地的绕射模型适合大于视距的传播范围，对有用信号的预测需要考虑地球的曲率。 粗糙大地上的传播模型粗糙大地上的传播模型 适合于世界特定地区和特别粗糙大地上的传播。52/1445.2.2 无线传播模型无线传播模型 Longley-Rice传播模型传播模型 Longley-Rice模型应用于频率范围为40MHz100 GHz，不同种类的地形中点对点的通信

25、系统。这个模型是统计模型，可用来估算地波和对流层散射的传播衰减，使用地形地貌的路径几何学和对流层的绕射性，预测中值场强和估计信号随时间与空间的变化。按照Longley-Rice模型可做成一个计算机程序，用以计算通过不规则地形，频率在20 MHz到10GHz之间的大尺度中值传输损耗。Longley-Rice模型有两种使用方式，点到点预测方式和区域预测方式。 53/1445.3 无线信道噪声与衰落无线信道噪声与衰落 信道噪声信道噪声 衰落原因与分类衰落原因与分类抗衰落技术抗衰落技术 54/1445.3.1 信道噪声与噪声指标分配信道噪声与噪声指标分配 信道噪声信道噪声 信道中的噪声是客观存在，且基

26、信道中的噪声是客观存在，且基本上难以消除的。信道噪声能够干扰有本上难以消除的。信道噪声能够干扰有用信号，降低通信的可靠性，对通信效用信号，降低通信的可靠性，对通信效果带来损害。果带来损害。噪声的种类很多，也有多种分类噪声的种类很多，也有多种分类方式。方式。55/1445.3.1 信道噪声与噪声指标分配信道噪声与噪声指标分配按噪声来源分按噪声来源分人为噪声人为噪声人为噪声是指人类活动所产生的对通信造成干扰的各种噪声。其中包括工业噪声和无线电噪声。如各种电器开关通断时产生的短脉冲、荧光灯闪烁产生的脉冲串、其他无线电系统产生的信号等。自然噪声自然噪声自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源所产生的噪声。

27、 如雷电、磁暴、太阳黑子、银河系噪声、宇宙射线等。有时候也把上述两类噪声统称为外部噪声，这类噪声对信号形成的干扰，大多数带有突发性短促脉冲性质，其频谱可以覆盖整个无线电波段，但其能量谱密度主要集中在20MHz以下频段，对工作在米波频段以上频段的通信系统不会形成干扰。内部噪声内部噪声内部噪声是指通信设备本身产生的各种噪声。它来源于通信设备的各种电子器件、传输线、天线等。 56/1445.3.1 信道噪声与噪声指标分配信道噪声与噪声指标分配信道噪声信道噪声按噪声性质分按噪声性质分单频噪声单频噪声 单频噪声主要是无线电干扰，频谱特性可能是单一频率， 也可能是窄带谱。单频噪声的特点是一种连续波干扰。

28、脉冲噪声脉冲噪声脉冲噪声是在时间上无规则的突发脉冲波形。包括工业干扰中的电火花、汽车点火噪声、 雷电等。脉冲噪声的特点是以突发脉冲形式出现、干扰持续时间短、脉冲幅度大、周期是随机的且相邻突发脉冲之间有较长的安静时间。由于脉冲很窄，所以其频谱很宽。但是随着频率的提高，频谱强度逐渐减弱。可以通过选择合适的工作频率、远离脉冲源等措施减小和避免脉冲噪声的干扰。57/1445.3.1 信道噪声与噪声指标分配信道噪声与噪声指标分配起伏噪声起伏噪声 起伏噪声是一种连续波随机噪声，包括热噪声、散弹噪声和宇宙噪声。对其特性的表征可以采用随机过程的分析方法。起伏噪声的特点是具有很宽的频带，并且始终存在，它是影响通

29、信系统性能的主要因素。在以后各章分析通信系统抗噪声性能时，都是以起伏噪声为重点。讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响伏噪声，特别是热噪声的影响58/1443 热噪声热噪声热噪声是由传导媒质中电子的随机运动而产生的， 这种在原子能量级上的随机运动是物质的普遍特性。在通信系统中，电阻器件噪声、天线噪声、馈线噪声以及接收机产生的噪声均可以等效成热噪声。热噪声均匀分布在01012Hz的频率范围内，其电压有效值为59/1444(V)VkTRB其中k = 1.38 10-23（J/K） 波兹曼常数T 热力学温度（K）R 阻值（W）B

30、 带宽（Hz）60/144 功率谱密度为24( )(/)exp() 1nZRhfPfVHhfKT其中：h=6.625410-34(J/s)为普朗克常数。在频率f0.2(KT/h)范围内，功率谱密度Pn(f)基本上是平坦的。在室温(T=290K)条件下，f1000GHz时，功率谱密度Pn(f)基本上是平坦的。通常把这种噪声按白噪声处理。61/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类 引起衰落的原因引起衰落的原因 衰落的分类衰落的分类62/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类引起衰落的原因引起衰落的原因两大类气象条件的不平稳变化引起u 大气折射的慢变化，雨雾衰减以及大气中不均匀体的

31、散射等引起的衰落；多径传播引起的衰落。u 这时到达接收天线的几条射线在垂直天线口面上的相位不可能完全相同，产生相互叠加干扰，使合成信号产生或深或浅的衰落。63/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类衰落的分类衰落的分类按衰落周期的时间长短分：按衰落周期的时间长短分：慢衰落常由大气折射的缓慢变化引起 快衰落与大气中存在的波导、薄层以及湍流等引起的多径传播有关 64/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类 衰落的分类衰落的分类图5-15 衰落示意图 65/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类 衰落的分类衰落的分类工程应用中常按快衰落产生的机制分为：工程应用中常按快衰落产生

32、的机制分为： K型衰落 波导型衰落 闪烁衰落 散射型衰落 大气雨雾的吸收衰落 66/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类衰落的分类衰落的分类 K型衰落 K型衰落是一种由地面反射的多径干涉形成，常发生在水面和开阔平面地上的电波中。由于直射波与地面反射波（或在某种情况下的绕射波）到达接收端因相位不同互相干涉造成的电波衰落。这种相位不同是随等效地球半径因子K变化的，故称K型衰落也称多径衰落。67/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类衰落的分类衰落的分类 波导型衰落不均匀结构形成大气波导，有较强的反射波到底接收端。68/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类衰落的分类衰落的

33、分类 闪烁衰落闪烁衰落是由于对流层中的大气无规则的漩涡运动而形成的一些不均匀气团所引起的散射衰落，69/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类衰落的分类衰落的分类 散射型衰落散射型衰落由传播路径上的大气层中不均匀体的散射所引起，其典型的衰落图形如图5-16(d)所示。70/1445.3.2 衰落原因与分类衰落原因与分类衰落的分类衰落的分类 大气雨雾的吸收衰落 由大气和雨雾的吸收所引起的衰落称为吸收衰落，它的特点是直射波产生衰减，所以信号电平总是低于而不会高出自由空间电平。71/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 分集技术分集技术 空间分集空间分集 频率分集频率分集 自适应均衡技术自

34、适应均衡技术 频域自适应均衡器频域自适应均衡器 时域自适应均衡器时域自适应均衡器 72/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 分集技术分集技术 空间分集空间分集 u 空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统，下面以空间分集接收为例说明这种技术。u 在不同的空间位置设置几副天线，同时接收同一个发射天线的微波信号，然后合成或选择其中较强的信号，这种工作方式称为空间分集接收。u 有几副接收天线就称为几重分集。在微波传输系统中最常用的是二重垂直空间分集接收，如图5-19所示。73/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 分集技术分集技术 空间分集空间分集 图5-19 二重垂直空间分集接收 74

35、/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 分集技术分集技术 频率分集频率分集 u 采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和接收同一信号，然后进行合成或选择，以减轻衰落影响，这种工作方式叫做频率分集接收。当采均两个微波频率时，称为二重频率分集。u 频率分集有同频段分集和跨频段分集两种类型。 75/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术分集技术分集技术 频率分集频率分集同频段分集：指发送和接收的两个微波信号频率f1和f2位于同一微波频段之中，其分集系统的示意图如图5-20所示。图5-20同频段分集系统 76/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术分集技术分集技术 频率分集频率分集跨频

36、段分集：指发送和接收的两个微波信号频率f1、f2分别处于不同的微波频段之中，其分集系统的示意图如图5-21所示。图5-21 跨频段分集系统 20151027 广电广电 77/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 自适应均衡技术自适应均衡技术 频域自适应均衡器频域自适应均衡器u 图5-22 (a)为一个工作在中频的频域自适应均衡器，它是一个谐振频率和回路Q值可变的中频谐振电路。该中频谐振电路产生的与多径衰落造成的幅频特性相反的特性，可以抵消带内振幅偏差。u 图5-22(b)是这种频域均衡器的原理电路，均衡器电路用分布参数和变容二极管构成并联谐振电路，当改变变容二极管的节电容时，可改变电路的中心

37、谐振频率。 78/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术自适应均衡技术自适应均衡技术 频域自适应均衡器频域自适应均衡器图5-22 中频可变调谐的自适应均衡器79/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 自适应均衡技术自适应均衡技术 频域自适应均衡器频域自适应均衡器u 首先由扫描信号对均衡前的频谱在带内进行扫描，由f凹检出器将幅频特性凹陷点的频率检出，并送到控制电路。u 再在均衡后的中频频谱中将带内的3个频率点(f- ，f0 ， f+)的信号由振幅偏差检出器检出，也送达控制电路。80/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 自适应均衡技术自适应均衡技术 频域自适应均衡器频域自适应均衡器u 控制电

38、路（由微处理器实现）根据3个频率点检出电压的振幅同f凹检出信号比较，可判断出带内振幅特性是正向倾斜，是负向倾斜，还是落入了如图5-22(a)所示的凹陷区。u 由这一判决信息去控制均衡电路的谐振频率fr和回路陡度（Q值），再经过这种反复的检测与跟踪控制，使均衡器幅频特性与信道特性动态地形成互补特性，从而使均衡后的特性保持基本恒定，如图5-22(b)所示。 81/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 自适应均衡技术自适应均衡技术 时域自适应均衡器时域自适应均衡器u 在数字微波通信系统中，影响系统误码率的主要原因是在收端取样判决点处其前后信号对取样判决样值的干扰，称为码间干扰。故通常采用时域自适应

39、均衡器以消除(减小)取样判决点处的码间干扰。u 下面例举的是一种应用较广，加在基带系统的由横向滤波器构成的自适应均衡器，其结构如图5-23所示。82/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 自适应均衡技术自适应均衡技术 时域自适应均衡器时域自适应均衡器图5-23 横向滤波器式均衡器结构83/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 自适应均衡技术自适应均衡技术 时域自适应均衡器时域自适应均衡器u 下面用图5-24(a)对此均衡原理简单说明如下：u 首先由相关检出电路从前后脉冲检出相对某判决点(例如S0点)要求的误差，然后用误差信号去控制加权电路，对产生码间干扰的脉冲成分进行加权，以便消除码间干扰

40、。往往取C0=1 (标准化值)，其他加权系数在1到1的范围内变化。84/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术自适应均衡技术自适应均衡技术 时域自适应均衡器时域自适应均衡器图5-24 横向滤波器式均衡器原理框图85/1445.3.3 抗衰落技术抗衰落技术 自适应均衡技术自适应均衡技术 时域自适应均衡器时域自适应均衡器u 时域自适应均衡器能均衡空间分集和频域自适应均衡器没有完全均衡的剩余波形失真。u 实际使用中，往往用频域均衡器去实现粗均衡，所以常将时域自适应均衡器与频域自适应均衡器联合使用。u 从理论上讲，这种方法可以均衡基带领域中的任何波形失真。 86/1445.4 无线电波传播损耗无线电波

41、传播损耗无线电波传播损耗无线电波传播损耗 无线传播模型无线传播模型 87/1445.5 无线通信的多址连接方式无线通信的多址连接方式频分多址（频分多址（FDMA）方式）方式 时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式 空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式 88/1445.5 无线通信的多址连接方式无线通信的多址连接方式无线多址连接的概念：无线多址连接的概念： 在两点之间的同一条信道上同时传送不同的多个信号而不互相干扰，这是信道的“多路复用”。目前常用的多路复用方式有频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)、码分多路复用（CDM）、空分多路复用（S

42、DM）等方式。在多点之间实现互不干扰和影响的多边通信称为“多址通信”或“多址连接”。多址连接与多路复用是两个不同的概念：多址连接与多路复用是两个不同的概念：u多路复用是一条信道被不同信号共用的问题，在卫星通信中一个站要同时传输多路信号，就要采用多路复用技术，这时主要考虑信号在基带上的复合与分离。u多址连接的目的是要实现多个站之间的相互通信问题，主要是在射频信道上进行分割。89/1445.5.1 频分多址（频分多址（FDMA）方式）方式频分多址（FDMA，Frequency Division Multiple Access）的技术核心是把传输频带划分为较窄的且互不重叠的多个子频带，每个用户都被分

43、配到一个独立的子频带中；各用户采用滤波器，分别按分配的子频带从信道上提取信号，实现多址通信。图5-28为频分多址方式的原理图。图中f1、f2fk为各个地球站所发射的载波频率，Bd为卫星转发器的带宽。90/1445.5.1 频分多址（频分多址（FDMA）方式）方式图5-28 频分多址方式的原理示意图91/1445.5.1 频分多址（频分多址（FDMA）方式）方式FDMA方式的主要缺点：方式的主要缺点： 由于卫星转发器同时放大多个不同频率的载波，容易形成互调干扰； 为了减少互调的产生，转发器要降低功率，从而减小了卫星通信的容量； 各上行载波的功率电平要求基本一致，否则会引起强信号抑制弱信号的现象，

44、因此，大小站之间不易兼顾； 为了防止串扰，各载波之间需要留存足够的保护频带，随着载波的增多，卫星的频带利用率下降很多。92/1445.5.1 频分多址（频分多址（FDMA）方式）方式根据多路复用和调制方式的不同根据多路复用和调制方式的不同,分为如下几种分为如下几种方式：方式： FDMFMFDMA方式 SCPCFDMA方式 PCMTDMPSKFDMA方式 除了上面所提到的几种调制方式外，还可以采用其它调制方式。具体采用哪种调制方式,要根据对卫星通信系统的用途和要求来决定。 93/1445.5.2 时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式时分多址（TDMA， Time Division Multiple Access）是在给定频带的最高数据传输速率的条件下，把传递时间划分为若干时间间隙即时隙，各用户按照分配的时隙，以突发脉冲序列方式接收和发送信号。TDMA方式工作的简单原理可如图5-29所示。94/1445.5.2 时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式图5-29 T