第2章无线移动信道.

1、无线移动信道特性无线移动信道特性2.1无线环境下的噪声与干扰无线环境下的噪声与干扰2.2电磁波与无线电频谱电磁波与无线电频谱2.3无线电波传输环境无线电波传输环境2.4移动信道传播损耗预测模型移动信道传播损耗预测模型2.8无线电波传播机制无线电波传播机制2.5阴影效应概念阴影效应概念2.6多径效应多径效应2.7掌握无线移动信道的特征；掌握无线移动信道的特征；掌握无线环境下的噪声与干扰；掌握无线环境下的噪声与干扰；掌握阴影效应和多径效应；掌握阴影效应和多径效应；掌握多普勒效应、多径信道描述方法、多掌握多普勒效应、多径信道描述方法、多径接收信号的特点；径接收信号的特点；掌握奥村模型。掌握奥村模型。

2、信道是信号在通信系统中传输的通道。信道是信号在通信系统中传输的通道。任何一个通信任何一个通信系统，信道是必不可少的组成部分。系统，信道是必不可少的组成部分。信道 有线信道 无线信道 架空明线 电缆 光纤 中、长地表面波传播 短波电离层反射传播 超短波和微波直射传播 各种散射传播按传输媒质按传输媒质2.1.1 2.1.1 无线移动信道对无线电信号的影响无线移动信道对无线电信号的影响 移动通信系统的性能主要取决于信号通过无线移动信道的能力。 根据信道特性参数随外界各种因素的影响而变化的快慢将信道分为恒参信恒参信道和变参信道。道和变参信道。根据信道特性参数随外界各种因素的影响根据信道特性参数随外界各

3、种因素的影响而变化的快慢，通常分为而变化的快慢，通常分为“恒参信道”和和“变参信道”。“恒参信道”是指其传输特性的变化量极是指其传输特性的变化量极微且变化速度极慢。微且变化速度极慢。“变参信道”与此相反，其传输特性随时与此相反，其传输特性随时间的变化较快。无线移动信道为典型的间的变化较快。无线移动信道为典型的“变参信道变参信道”。移动通信信道的主要特点移动通信信道的主要特点1.信道的开放性信道的开放性一切无线信道都是以开放的自由空间为传输介质，一切无线信道都是以开放的自由空间为传输介质，具有无限的开放性。具有无限的开放性。2. 发射和接收地理环境的复杂性和多样性发射和接收地理环境的复杂性和多样

4、性发射和接收地理环境可以是高楼林立的城市繁华发射和接收地理环境可以是高楼林立的城市繁华区，郊区；以山丘、湖泊、平原为主的农村地区；区，郊区；以山丘、湖泊、平原为主的农村地区；屏蔽电磁波的地铁、隧道、坑道、地下车库、电屏蔽电磁波的地铁、隧道、坑道、地下车库、电梯等空间；高速移动的汽车、火车、轻轨、高铁、梯等空间；高速移动的汽车、火车、轻轨、高铁、飞机，以及船舶等交通工具。飞机，以及船舶等交通工具。3.用户移动的随机性和用户密度的动态时变用户移动的随机性和用户密度的动态时变性性 移动用户的移动用户的移动是随机移动是随机的，且有大致三种的，且有大致三种类型的移动速度：室内、步行和高速交通工类型的移动

5、速度：室内、步行和高速交通工具移动。这也导致覆盖区用户的密度具有动具移动。这也导致覆盖区用户的密度具有动态时变性，且三种移动速度对覆盖区用户密态时变性，且三种移动速度对覆盖区用户密度动态时变性的影响各不相同。度动态时变性的影响各不相同。 移动通信科学家和工程师正是针对移动通信信道的这移动通信科学家和工程师正是针对移动通信信道的这些特点不断采用各种技术，以便实现移动通信系统的些特点不断采用各种技术，以便实现移动通信系统的有效性、可靠性和安全性有效性、可靠性和安全性，这些也是衡量任何一种通，这些也是衡量任何一种通信系统的基本指标。信系统的基本指标。有效性，有效性，是指在占有尽可能少的信道资源，如频

6、段、时是指在占有尽可能少的信道资源，如频段、时隙和功率等的条件下尽可能多地传输信息，是通信数隙和功率等的条件下尽可能多地传输信息，是通信数量上的指标。量上的指标。可靠性，可靠性，是指在传输过程中抵抗各类自然干扰实现正确是指在传输过程中抵抗各类自然干扰实现正确传输的能力。在军事通信中，还包含抵抗敌方人为设传输的能力。在军事通信中，还包含抵抗敌方人为设置干扰的能力。置干扰的能力。安全性，安全性，是指在传输过程中的保密性能，即防窃听、伪是指在传输过程中的保密性能，即防窃听、伪造和篡改的能力。造和篡改的能力。1电磁波的基本概念电磁波的基本概念 在空间或媒质中以波动形式传播的在空间或媒质中以波动形式传播

7、的交变电磁场，就称为电磁波。交变电磁场，就称为电磁波。 电磁波频率是电磁波在单位时间内重电磁波频率是电磁波在单位时间内重复变化的次数，一般用复变化的次数，一般用f表示，单位为表示，单位为Hz （赫）。（赫）。 常用单位：常用单位：kHz（千赫）、（千赫）、MHz（兆（兆赫）和赫）和GHz（吉赫）。（吉赫）。 波长是电磁波在单个周期内传播的波长是电磁波在单个周期内传播的距离，一般用距离，一般用 表示，单位是表示，单位是m（米），（米），常用的单位还有常用的单位还有cm（厘米）、（厘米）、mm（毫（毫米）、米）、nm（纳米）。（纳米）。 电磁波的传播速度是电磁波在单位电磁波的传播速度是电磁波在单位

8、时间内传播的距离，一般用时间内传播的距离，一般用v表示，单位表示，单位是是m/s（米（米/秒）。秒）。 电磁波在自由空间中的传播速度是电磁波在自由空间中的传播速度是恒定的，其传播速度为恒定的，其传播速度为c=3108m/s，即，即每秒每秒30万千米。万千米。 电磁波的频率、波长与速度的关系电磁波的频率、波长与速度的关系如下：如下：f=c/ 思考：在通信系统中为什么要进行调制？思考：在通信系统中为什么要进行调制？原因之一是需要与天线尺寸匹配。原因之一是需要与天线尺寸匹配。当导线长度为信号波长的当导线长度为信号波长的1/4时，辐射的强度时，辐射的强度最大，所以一般天线尺寸为（最大，所以一般天线尺寸

9、为（1/4） 。以。以4kHz的语音信号为例，那么适合的天线尺寸的语音信号为例，那么适合的天线尺寸是多少？是多少？3X108m/s/4000次次/sX1/4=18750(m) 中华人民共和国无线电频率划分规定中华人民共和国无线电频率划分规定把把3 000 GHz以下的电磁频谱（无线电波）按以下的电磁频谱（无线电波）按十倍方式划分为十倍方式划分为14个频带，其频带序号、频个频带，其频带序号、频带名称、频率范围以及波段名称、波长范围带名称、频率范围以及波段名称、波长范围如表如表2-1所示。所示。 无线电无线电波频波频段段波波 长（波长（波 段）段）频频 率（率（频频 段）段） 通通 用用 名名 主

10、主 要要 应应 用用100 km以上以上3 kHz极低频极低频(ELF) 水下通信水下通信10010km330 kHz甚低频甚低频(VLF) 海上通信海上通信101km30300 kHz低频低频(LF)或长波或长波(LW) 调幅广播调幅广播1000100m3003000 kHz中频中频(MF)或中或中波波(MW)调幅广播调幅广播10010m330 MHz高频高频(HF)或短波或短波(SW)调幅广播、业余无线调幅广播、业余无线电电101m30300 MHz甚高频甚高频(VHF)、米波、米波调频广播、电视调频广播、电视1.00.1m3003000 MHz特高频特高频(UHF)、分米波分米波电视、电

11、视、蜂窝电话蜂窝电话10010mm330 GHz超高频超高频(SHF)、厘米、厘米波波蜂窝电话蜂窝电话、固定固定无线、卫星通信无线、卫星通信101mm30300 GHz极高频极高频(EHF)、毫米、毫米波波卫星通信、雷达卫星通信、雷达（1）频谱资源的有限性）频谱资源的有限性（2）频谱资源的非消耗性）频谱资源的非消耗性（3）频谱资源的三维性）频谱资源的三维性（4）频谱资源的易受污染性）频谱资源的易受污染性（5）频谱资源的共享性）频谱资源的共享性2022-5-31湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室早期的移动通信主要使用早期的移动通信主要使用VHF和和U

12、HF频段。频段。大容量移动通信系统均使用大容量移动通信系统均使用800MHz频段（频段（CDMA），），900MHz频段（频段（AMPS、TACS、GSM），并开始使用），并开始使用1 800MHz频段（频段（GSM1800/DCS1800），该频段用于），该频段用于微蜂窝（微蜂窝（Microcell）系统。）系统。第三代移动通信使用第三代移动通信使用2GHz频段。频段。2022-5-31湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室抗干扰问题：抗干扰问题：f提高提高外界干扰下降。外界干扰下降。思考：为什么移动通信主要工作范围：思考：为什么移动通信主要工作范围

13、：VHFUHF频段？频段？ 此频段适合于移动通信：电波不能传得太远，此频段适合于移动通信：电波不能传得太远，VHFUHF为为视距传播、且有一定的绕射能力（市区建筑物遮挡）。视距传播、且有一定的绕射能力（市区建筑物遮挡）。天线尺寸：天线的几何尺寸与工作波长天线尺寸：天线的几何尺寸与工作波长要相近。要相近。/4天线：天线：900MHz为为8cm（C/f）。）。2022-5-31湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室p GSM900：890915MHZ 上行频率上行频率 935960MHZ下行频率下行频率双工间隔为双工间隔为45MHZ，工作带宽为，工作带宽为

14、25MHZ，载频间隔，载频间隔200KHZ。p GSM（DCS）1800：17101785MHZ上行频率上行频率 18051880MHZ下行频率下行频率双工间隔为双工间隔为95MHZ，工作带宽为，工作带宽为75MHZ，载频同隔为，载频同隔为200kHZ.p EGSM900：880915MHZ（上行）（上行）925960MHZ（下行）（下行）一、一、GSM无线工作频段无线工作频段1.1.6 6移动通信系统的工作频段移动通信系统的工作频段2022-5-31湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室150MHz 左右：左右：Bp机机450MHz左右：集群通信等其

15、他左右：集群通信等其他 900MHz左右：左右：和和1800MHz左右左右 （双频手机）：（双频手机）：二、我国移动通信的工作频段二、我国移动通信的工作频段1.1.6 6 移动通信系统的工作频段移动通信系统的工作频段移动电话移动电话2022-5-31湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室1.1.6 6 移动通信系统的工作频段移动通信系统的工作频段我国我国3G使用频段：使用频段：v 1920-1923MHz和和2110-2125MHz：中国电信（：中国电信（CDMA2000）v 1880-1900MHz和和2010-2025MHz：中国移动（：中国移动（

16、TD-SCDMA）v 1940-19-1955MH和和2130-2145MHz：中国联通（：中国联通（WCDMA）v 1900-1920MHz ：小灵通使用，小灵通于：小灵通使用，小灵通于2011年年12底下市，底下市，该频段划给该频段划给TD-SCDMA，中国移动。，中国移动。v 2300-2400MHz：中国移动（扩展频段）：中国移动（扩展频段）2022-5-31湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室湖南科技学院计算机与通信工程系通信教研室 除了上述频谱划分外，除了上述频谱划分外，ITU在在2000年的年的WARC2000大大会上在会上在WARC-92基础油批准了新的附加频段基础油批准了

17、新的附加频段806960MHz1710-1885MHz2500-2690MHz 发射机天线发出的无线电波，发射机天线发出的无线电波， 可依不同的路径到达接收可依不同的路径到达接收机，当频率机，当频率f30 MHz时，典型的传播通路如下图所示。时，典型的传播通路如下图所示。 沿沿路径路径2从发射天线直接到达接收天线的电波称为从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波直射波，是是在视距范围内无遮挡传播的无线电波。它是短波和微波的主在视距范围内无遮挡传播的无线电波。它是短波和微波的主要传播方式，传播衰耗较小。要传播方式，传播衰耗较小。2.1.3 2.1.3 无线电波传播方式无线电波传播方式 沿路径沿

18、路径3的电波经过地面反射到达接收机，称为的电波经过地面反射到达接收机，称为地面反射地面反射波波；路劲路劲4经过电离层反射而传播的电波称为经过电离层反射而传播的电波称为电离层波。反电离层波。反射波射波是从障碍物和反射体反射后到达接收点的无线电波。中是从障碍物和反射体反射后到达接收点的无线电波。中波和短波就主要依靠在地面与电离层之间反射形成的反射波波和短波就主要依靠在地面与电离层之间反射形成的反射波来传输信号，传播衰耗较直射波大。来传输信号，传播衰耗较直射波大。2.1.3 2.1.3 无线电波传播方式无线电波传播方式 路径路径1的电波沿地球表面传播，的电波沿地球表面传播， 称为称为地面波（绕射波）

19、。地面波（绕射波）。绕射波，绕射波，当无线电波的波长与障碍物的尺寸相当时，无线电当无线电波的波长与障碍物的尺寸相当时，无线电波就会绕过障碍物传向前方而不会反射回去。长波和中波的波就会绕过障碍物传向前方而不会反射回去。长波和中波的波长很长，可以绕过较大建筑物和山丘沿地球表面传播，其波长很长，可以绕过较大建筑物和山丘沿地球表面传播，其衰耗较小。衰耗较小。2.1.3 2.1.3 无线电波传播方式无线电波传播方式 另外，还有穿透建筑物的传播以及空气中离子受激后二另外，还有穿透建筑物的传播以及空气中离子受激后二次发射的漫反射产生的次发射的漫反射产生的散射波散射波，但是它们相对直射波、，但是它们相对直射波

20、、反射波、绕射波都比较弱。所以从电磁波传播上看，直射、反射波、绕射波都比较弱。所以从电磁波传播上看，直射、反射、绕射是主要的，但是，有时穿透的直射波与散射波的反射、绕射是主要的，但是，有时穿透的直射波与散射波的影响也是需要考虑的。影响也是需要考虑的。 移动通信主要利用直射波和反射波传播，在接收信号中将移动通信主要利用直射波和反射波传播，在接收信号中将产生多径效应。产生多径效应。2.1.3 2.1.3 无线电波传播方式无线电波传播方式 无线移动信道分类无线移动信道分类如下。如下。 按引起衰减的类型分类，主要分为按引起衰减的类型分类，主要分为3种类型：种类型：自由空间传播损耗自由空间传播损耗阴影衰

21、落阴影衰落多径衰落多径衰落2.1.3 2.1.3 无线移动信道的损耗无线移动信道的损耗按照传统的传输模型分类：按照传统的传输模型分类：大尺度衰落模型大尺度衰落模型小尺度衰落模型小尺度衰落模型 （1）自由空间传播损耗与弥散（路径传）自由空间传播损耗与弥散（路径传播损耗）。播损耗）。 电波在空中传播时电波在空中传播时由距离因素由距离因素产生的损耗。产生的损耗。无线无线电波在理想的空间中传播时，电磁波的能量不会被障电波在理想的空间中传播时，电磁波的能量不会被障碍物所吸收，也不存在电波反射、折射、绕射、色散碍物所吸收，也不存在电波反射、折射、绕射、色散和吸收等现象。但随着传播距离增大，电磁能量在扩和吸

22、收等现象。但随着传播距离增大，电磁能量在扩散过程中产生球面波扩散损耗。散过程中产生球面波扩散损耗。它随接收点距发射台它随接收点距发射台的距离（以千米数量级）而变化。在自由空间传播情的距离（以千米数量级）而变化。在自由空间传播情况下，接收电平的平均值随距离的平方衰减。况下，接收电平的平均值随距离的平方衰减。 （2）阴影衰落（慢衰落、大尺度衰落）阴影衰落（慢衰落、大尺度衰落） 由于电波传播遇到建筑物等阻挡，形成电波阴影由于电波传播遇到建筑物等阻挡，形成电波阴影区，阴影区的电场强度减弱的现象称为阴影效应。引区，阴影区的电场强度减弱的现象称为阴影效应。引起的衰落称为起的衰落称为阴影衰落（长期慢衰落）阴

23、影衰落（长期慢衰落）。其幅度服从。其幅度服从对数正态分布。对数正态分布。 因移动通过的阴影长度达数百波长以上时才有显因移动通过的阴影长度达数百波长以上时才有显著变化，故也称之为著变化，故也称之为大尺度衰落大尺度衰落。 （3）多径衰落）多径衰落（快衰落、小尺度衰落）（快衰落、小尺度衰落） 由于移动传播环境的多径传输而引起的衰落。通由于移动传播环境的多径传输而引起的衰落。通常几个波长或短时间（微秒级）内，接收信号场强的常几个波长或短时间（微秒级）内，接收信号场强的瞬时值呈快速变化的特征，又称为瞬时值呈快速变化的特征，又称为短期快衰落。短期快衰落。又因又因引起这种衰落出现的移动距离短，又将这种衰落叫

24、做引起这种衰落出现的移动距离短，又将这种衰落叫做小尺度衰落小尺度衰落。接收信号电平一般遵循瑞利（。接收信号电平一般遵循瑞利（Rayleigh）分布或萊斯）分布或萊斯(Rice)分布。分布。 （3）多径衰落）多径衰落（快衰落、小尺度衰落）（快衰落、小尺度衰落） 这种衰落由于与空间位置和频率等有关，又称之为选择这种衰落由于与空间位置和频率等有关，又称之为选择性衰落。它包括空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间性衰落。它包括空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落，如表所示。选择性衰落，如表所示。短期快短期快衰落衰落选择性衰落选择性衰落空间选择性衰落：不同地点和空间位置衰落特性不同空间选择性衰落

25、：不同地点和空间位置衰落特性不同频率选择性衰落：不同频段频率选择性衰落：不同频段的的衰落特性不同衰落特性不同时间选择性衰落：不同时间衰落特性不同时间选择性衰落：不同时间衰落特性不同l针对不同的衰落特性，可以采用不同的技术来克服它针对不同的衰落特性，可以采用不同的技术来克服它们对移动通信系统性能的影响。们对移动通信系统性能的影响。图图2-1给出了典型的实测接收信号场强给出了典型的实测接收信号场强变化图。变化图。图图2-1 接收信号场强变化图接收信号场强变化图1信号强度的表示方法信号强度的表示方法（1）dBW和和dBm dBW和和dBm都是表征功率绝对值的都是表征功率绝对值的值，也可以认为以值，也

26、可以认为以1W和和1mW功率为基功率为基准的一个比值。准的一个比值。计算公式为计算公式为P(dBm)10logP(mW)/(1mW)（2-1）P(dBW)10logP(W)/(1W) （2-2） 分贝（分贝（dB）定义为两个参数（如功）定义为两个参数（如功率、电压、电流）之比的对数单位，用率、电压、电流）之比的对数单位，用来表征两个物理量的相对大小关系。来表征两个物理量的相对大小关系。 dBmV和和dB V都是表征电压绝对值都是表征电压绝对值的值，也可以认为以的值，也可以认为以1mV和和1 V电压为电压为基准的一个比值。基准的一个比值。计算公式为计算公式为U（dBmV）20logU（mV）/（

27、1mV）（2-3）U（dB V）20logU（ V）/（1 V）（2-4） 假定电压单位为假定电压单位为dB V，功率单位为，功率单位为dBm，负载，负载R两端电压与电阻上的功率两端电压与电阻上的功率P的换算关系为的换算关系为P=U2/R。P(mW) 10 3=U( V) 1012/R两边取对数得两边取对数得P(dBm) = U(dB V) 90 10 lg R （2-5）在在PHS系统中，其天馈阻抗为系统中，其天馈阻抗为50 ，P(dBm) = U(dB V) 107。 天线增益是指在输入功率相等的条天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与无方向性理想点源天件下，实际天线与无方向性理想

28、点源天线在空间同一点处所产生的信号功率密线在空间同一点处所产生的信号功率密度之比。度之比。 也可以定义为：使接收点场强相同时，也可以定义为：使接收点场强相同时，无方向性的理想点源天线所需的输入功率与无方向性的理想点源天线所需的输入功率与被测天线所需的输入功率之比。被测天线所需的输入功率之比。 参考基准为全方向性天线时得到的参考基准为全方向性天线时得到的增益系数为增益系数为Gi。 参考基准为偶极子时得到的增益系参考基准为偶极子时得到的增益系数为数为Gd，用分贝表示为，用分贝表示为dBi和和dBd。 dBi和和dBd是表示天线增益的值（功率是表示天线增益的值（功率增益），两者都是一个相对值。增益）

29、，两者都是一个相对值。 通常用于表示同一个天线增益时，用通常用于表示同一个天线增益时，用dBi表示出来的数值比用表示出来的数值比用dBd表示出来的数表示出来的数值要大值要大2.15dB，即，即0dBd=2.15dBi。 等效全向辐射功率（等效全向辐射功率（EIRP）定义为）定义为供给天线的功率和在给定的方向上相对供给天线的功率和在给定的方向上相对于无方向天线的增益的乘积，表示发射于无方向天线的增益的乘积，表示发射机获得的在最大天线增益方向上的最大机获得的在最大天线增益方向上的最大发射功率。发射功率。设发射机功率为设发射机功率为PT，馈线损耗为馈线损耗为LT，天线增益为天线增益为GT，天线发出的

30、等效全向辐射功率（天线发出的等效全向辐射功率（EIRP）为）为 （2-6）TTT=GEIRP PL 若发射机功率（若发射机功率（PT）用）用dBW表示，表示，馈线损耗（馈线损耗（LT）和天线增益（）和天线增益（GT）用）用dB表示，则有表示，则有（2-7）TTT=EIRP PGL 若发射机功率（若发射机功率（PT）用）用dBm表示，馈线表示，馈线损耗（损耗（LT）和天线增益（）和天线增益（GT）用）用dB表示，则表示，则有有（2-8）TTT=30dBEIRP PGL 灵敏度是衡量物理仪器的一个标志。灵敏度是衡量物理仪器的一个标志。 GSM接收机的灵敏度要求接收到的信接收机的灵敏度要求接收到的信

31、号为号为 102dBm时，误码率（时，误码率（BER）要小于）要小于等于等于2.44%。 CDMA2000接收机的灵敏度要求接收接收机的灵敏度要求接收到的信号为到的信号为 104dBm时，误帧率（时，误帧率（FER）要小于等于要小于等于0.5%。 在无线通信中，承载信息的传输手在无线通信中，承载信息的传输手段为电磁波信号，电磁波信号在传输过段为电磁波信号，电磁波信号在传输过程中不可避免地要受到噪声或干扰的破程中不可避免地要受到噪声或干扰的破坏。坏。 噪声噪声是指与信号无关的一些破坏性是指与信号无关的一些破坏性因素。因素。 干扰干扰（Interference）则是指与信号）则是指与信号有关的一些

32、破坏性因素。有关的一些破坏性因素。 噪声：分为内部噪声和外部噪声。噪声：分为内部噪声和外部噪声。 内部噪声内部噪声（高斯白噪声）（高斯白噪声）主要是指主要是指系统设备自身间产生的各种噪声。系统设备自身间产生的各种噪声。主要主要是由元器件内部各种围观粒子的热骚动是由元器件内部各种围观粒子的热骚动所产生的的热噪声所产生的的热噪声外部噪声对通信质量影响较大。外部噪声对通信质量影响较大。 美国国际电话电报公司发布的各种噪声的功率与频美国国际电话电报公司发布的各种噪声的功率与频率的关系如图率的关系如图2-2所示。所示。外部噪声种类外部噪声种类：自然噪声（大气、太阳和银河噪声）：自然噪声（大气、太阳和银河

33、噪声） 人为噪声（电力、工业设备、高频电器和人为噪声（电力、工业设备、高频电器和 汽车发动机点火噪声）汽车发动机点火噪声）图图2-2 各种噪声的功率与频率的关系各种噪声的功率与频率的关系 图图2-2中给出中给出6种噪声的功率与频率的关系种噪声的功率与频率的关系，除典型的接收机内部噪声外，其余，除典型的接收机内部噪声外，其余5种均为外种均为外部噪声。部噪声。当工作频率在当工作频率在100MHz以上时，大气噪声和以上时，大气噪声和宇宙噪声都比接收机内部噪声小，可忽略不计宇宙噪声都比接收机内部噪声小，可忽略不计。 在在301 000MHz频段，人为噪声较大，频段，人为噪声较大，尤其是城市噪声影响较大

34、，在移动通信系统设尤其是城市噪声影响较大，在移动通信系统设计时不能忽略。计时不能忽略。 移动通信系统中的干扰是指终端自移动通信系统中的干扰是指终端自身产生的干扰、终端间和终端与基站间身产生的干扰、终端间和终端与基站间的相互干扰。的相互干扰。 一般包括同频干扰、邻频干扰、互一般包括同频干扰、邻频干扰、互调干扰、阻塞干扰和带外干扰等。调干扰、阻塞干扰和带外干扰等。 在移动通信系统中在移动通信系统中, , 为了提高频率利用为了提高频率利用率率, , 相隔一定距离要重复使用相同的频道相隔一定距离要重复使用相同的频道, , 这这种方法称作种方法称作同频道再用同频道再用。 同频道再用带来的问题是同频道干扰

35、同频道再用带来的问题是同频道干扰定义定义： 指所有落到接收机通带内的与有用信号频率指所有落到接收机通带内的与有用信号频率 相同的无用信号的干扰。相同的无用信号的干扰。也叫同信道干扰。也叫同信道干扰。产生原因：产生原因：（1 1）采用频率复用技术时，不满足最小同频复用距离。）采用频率复用技术时，不满足最小同频复用距离。（2 2）不同通信系统间信道频率分配不当引起。）不同通信系统间信道频率分配不当引起。（3 3）系统设备工作在非线性区产生互调所造成的。）系统设备工作在非线性区产生互调所造成的。克服方法：克服方法：（2 2）频率规划时，对可能受到的同频干扰进行充分）频率规划时，对可能受到的同频干扰进

36、行充分 的分析和计算。的分析和计算。（1 1）频率复用时，保证满足最小同频复用距离。）频率复用时，保证满足最小同频复用距离。同频道干扰是蜂窝式移动通信系统中特有的干扰形式。同频道干扰是蜂窝式移动通信系统中特有的干扰形式。 邻频干扰邻频干扰是指相邻的或邻近的频率之间的干扰，是是指相邻的或邻近的频率之间的干扰，是由于接收滤波器不理想，导致邻频信号落入接收机通带由于接收滤波器不理想，导致邻频信号落入接收机通带内所造成的干扰。如果邻频用户在离用户接收机距离很内所造成的干扰。如果邻频用户在离用户接收机距离很近的位置发射，会引起远近效应。近的位置发射，会引起远近效应。引入因素：引入因素： 4.4.来自蜂窝

37、内的邻道干扰（频距较小所引发的）来自蜂窝内的邻道干扰（频距较小所引发的）1.1.发信机边带扩展（发信频谱太宽，漏到邻道）发信机边带扩展（发信频谱太宽，漏到邻道） 2.2.发信机边带噪声（宽带噪声延伸到很远）发信机边带噪声（宽带噪声延伸到很远） 3.3.发信机的杂散辐射（本振的谐波、互调等落到邻道）发信机的杂散辐射（本振的谐波、互调等落到邻道） 5.5.接收机的选择性不好。接收机的选择性不好。图 邻道干扰示意图 干扰干扰邻道干扰邻道干扰解决邻道干扰的措施：解决邻道干扰的措施：（3 3）在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小）在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区使用。区使用。（1

38、1）降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外）降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射。辐射。（2 2）提高接收机的邻频道选择性。）提高接收机的邻频道选择性。 互调干扰是指两个或多个不同频率信号作互调干扰是指两个或多个不同频率信号作用在通信设备的用在通信设备的非线性非线性器件上，产生同有用信器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，如果新频率正好落在号频率相近的组合频率，如果新频率正好落在接收机共用信道带宽内，则形成对该接收机的接收机共用信道带宽内，则形成对该接收机的干扰，称为互调干扰。干扰，称为互调干扰。产生原因：产生原因：电路的非线性是造成互调干扰的根本原因。电路的

39、非线性是造成互调干扰的根本原因。（1 1）发射机互调）发射机互调 发射机末端的功率放大器存在非线性特性发射机末端的功率放大器存在非线性特性（2 2）接收机互调）接收机互调 接收机中高频放大器或混频器的非线性接收机中高频放大器或混频器的非线性（3 3）外部效应引起的互调）外部效应引起的互调 在天线、馈线、双工器等处接触不良或不同金在天线、馈线、双工器等处接触不良或不同金属的接触属的接触定义定义： 发射机发射的信号进入了另一台发射机发射的信号进入了另一台发射机，并在其末级功放的非线性作发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，

40、对接收信号频率要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的与这些组合频率相同的接收机造成的干扰。干扰。 克服方法：克服方法：（1 1）加大发射机天线之间的距离；）加大发射机天线之间的距离； （2 2）采用单向隔离器件和采用高）采用单向隔离器件和采用高Q Q谐振腔谐振腔； （3 3）提高发射机的互调转换率损耗。）提高发射机的互调转换率损耗。 定义定义： 当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰。机中频

41、频带内的互调产物而造成的干扰。 克服方法：克服方法：（1 1）提高接收机前端电路的线性度；）提高接收机前端电路的线性度； （2 2）在接收机前端插入滤波器，提高其选择性；）在接收机前端插入滤波器，提高其选择性；（3 3）选用无三阶互调的频道组工作。）选用无三阶互调的频道组工作。 接收机中产生互调干扰的基本原理如下。接收机中产生互调干扰的基本原理如下。 假定输入回路选择性较差，同时有频率为假定输入回路选择性较差，同时有频率为 A、 B、 C的干扰信号进入接收机，而我们需要的信号频的干扰信号进入接收机，而我们需要的信号频率为率为 0。 一般非线性器件的输出电流一般非线性器件的输出电流ic与输入电压

42、与输入电压u的关系的关系式可用幂级数表示如下：式可用幂级数表示如下：（2-11）2c012nniaaua ua u 式中，式中，a0，a1，a2，an为非线性器件为非线性器件的特性参数，通常的特性参数，通常n值越大，系数越小。值越大，系数越小。 将输入信号将输入信号 代入式（代入式（2-11），取），取n=3，展开并观察所含的频率成，展开并观察所含的频率成分，可发现产生的谐波及组合频率如分，可发现产生的谐波及组合频率如下：下：ABCcos+ cos+cosuAt Bt CtABCABCAABCBABCABCACCBABCABCABCABC222222233322、（2-12） 当产生的组合频率

43、与接收信号频率当产生的组合频率与接收信号频率 0接近时，将形成对有用信号的干扰，接近时，将形成对有用信号的干扰，也称为三阶互调干扰，如式（也称为三阶互调干扰，如式（2-12）所）所示，包括二信号三阶互调和三信号三阶示，包括二信号三阶互调和三信号三阶互调。互调。 利用计算机搜索得到具有最小频道数利用计算机搜索得到具有最小频道数的无三阶互调的频道组，如表的无三阶互调的频道组，如表2-1所示。所示。需要频道数需要频道数最小占用频道数最小占用频道数无三阶互调的频道组无三阶互调的频道组频段利用率频段利用率341,2,4; 1,3,475%471,2,5,7; 1,3,6,757%5121,2,5,10,

44、12; 1,3,8,11,1242%6181,2,5,11,13,18; 1,2,9,13,15,18;1,2,5,11,16,18; 1,2,9,12,14,1833%7261,2,8,12,21,24,26; 1,3,4,11,17,22,26;1,2,5,11,19,24,26; 1,3,8,14,22,23,26;1,2,12,17,20,24,26; 1,4,5,13,19,24,26;1,5,10,16,23,24,2627%8351,2,5,10,16,23,33,5523%9451,2,6,13,26,28,36,42,4520%10561,2,7,11,24,27,35,42

45、,54,5618%表表2-1无三阶互调频道无三阶互调频道差值列阵法差值列阵法工程上常用差值列阵法判断信道间是否存在三阶工程上常用差值列阵法判断信道间是否存在三阶互调干扰，选择无三阶互调信道组。互调干扰，选择无三阶互调信道组。 根据信道序号表示三阶互调公式，多信道系统中根据信道序号表示三阶互调公式，多信道系统中，任意两个信道序号之差等于任意另两个信道任意两个信道序号之差等于任意另两个信道序号之差，即序号之差，即d dxixi=d=djkjk ，就构成三阶互调，就构成三阶互调D D为信道序号之差为信道序号之差适用于信道数不多的情况适用于信道数不多的情况 互调干扰判断法图标判断法图标判断法依次排列信

46、道序号依次排列信道序号按规律依次计算相邻信道序号差值按规律依次计算相邻信道序号差值d djkjk，写在两信，写在两信道序号间道序号间计算每隔一个信道的序号差值计算每隔一个信道的序号差值计算每隔二个信道的序号差值；计算每隔二个信道的序号差值；察看三角阵中是否存在相同数值，若有表示满足察看三角阵中是否存在相同数值，若有表示满足条件条件d dxixi=d=djkjk，存在三阶互调；若没有，则不存，存在三阶互调；若没有，则不存在三阶互调在三阶互调互调干扰判断法互调干扰判断法互调干扰判断例：例： 给定给定1，3，4，11，17，22，26信道信道，问是否存在三阶互调干扰？，问是否存在三阶互调干扰？解：根

47、据三阶互调公式，其信道序号差值解：根据三阶互调公式，其信道序号差值如图所示，图中无相同数值，表示无三如图所示，图中无相同数值，表示无三阶互调阶互调 4、其它干扰时隙干扰时隙干扰 ： 时隙干扰指使用同一载频不同时隙的呼叫之间的干扰。时隙干扰指使用同一载频不同时隙的呼叫之间的干扰。由于移动台到基站间的距离有远有近，较远的移动台发出的由于移动台到基站间的距离有远有近，较远的移动台发出的上行信号在时间上会有延迟，延迟的信号重叠到下一个相邻上行信号在时间上会有延迟，延迟的信号重叠到下一个相邻的时隙上就会造成相互干扰，在的时隙上就会造成相互干扰，在GSMGSM系统中可利用提前量系统中可利用提前量TATA（

48、Timing Advance）来克服这类干扰，）来克服这类干扰，BTSBTS根据自己脉冲根据自己脉冲时隙与接收到的时隙与接收到的MSMS时隙之间的时间偏移测量值，在时隙之间的时间偏移测量值，在SACCHSACCH（慢速随路控制信道）上通知（慢速随路控制信道）上通知MSMS所要求的时间提前量，以所要求的时间提前量，以补偿传播时延。补偿传播时延。码间干扰码间干扰 ： 移动通信中的多径传播对接收信号的影响有两个方面移动通信中的多径传播对接收信号的影响有两个方面: :p一方面会造成接收信号多径衰落现象一方面会造成接收信号多径衰落现象; ;p一方面在时域上会使数字信号传输时产生时延扩展。一方面在时域上会

49、使数字信号传输时产生时延扩展。 由于时延扩展接收信号中一个码元的波形会扩展到其它码由于时延扩展接收信号中一个码元的波形会扩展到其它码元周期中，造成码间干扰元周期中，造成码间干扰ISIISI。 造成码间干扰的另一个原因是频率选择性衰落。当数字信造成码间干扰的另一个原因是频率选择性衰落。当数字信号在传输过程中由于频率选择性衰落造成各频率分量的变号在传输过程中由于频率选择性衰落造成各频率分量的变化不一致时会引起失真，从而引起码间干扰化不一致时会引起失真，从而引起码间干扰。 4、其它干扰总结：同频干扰同频干扰邻道干扰邻道干扰互调干扰互调干扰时隙干扰时隙干扰定义定义相同频率的无相同频率的无用信号用信号相

50、邻或邻近频相邻或邻近频率之间率之间多个不同频率信多个不同频率信号作用在非线性号作用在非线性器件器件不同时隙间不同时隙间干扰干扰原因原因同频复用同频复用发射机带外辐发射机带外辐射；接收机选射；接收机选择性差择性差器件的非线性器件的非线性时延时延解决办法解决办法满足最小同频满足最小同频复用距离复用距离减小发射机带减小发射机带外辐射；提高外辐射；提高接收机选择性；接收机选择性；尽量避免相同尽量避免相同频道在同一小频道在同一小区或邻区使用区或邻区使用发射：加大天线发射：加大天线距离；距离；单向隔离单向隔离器件。器件。接收：提高线性接收：提高线性度；选择性；选度；选择性；选三阶互调频道组三阶互调频道组工

51、作。工作。TATA（时间提（时间提前量）前量）1大气层的分层特性大气层的分层特性 包围地球的大气层通常被分为包围地球的大气层通常被分为4个层次：对流层个层次：对流层、同温层（平流层）、电离层和磁球层，如图、同温层（平流层）、电离层和磁球层，如图2-4所所示。示。图图2-4 大气层的分层大气层的分层 电离层以上的大气就是磁球层。电离层以上的大气就是磁球层。 陆地移动通信系统中基本不涉及电陆地移动通信系统中基本不涉及电离层与磁球层的电波传播问题。离层与磁球层的电波传播问题。（1）对流层。）对流层。（2）同温层（平流层）。）同温层（平流层）。（3）电离层。）电离层。 地球表面（即地面）及其覆盖物是地

52、球表面（即地面）及其覆盖物是影响无线电波传播的重要因素之一。影响无线电波传播的重要因素之一。 在无线电通信中，地形和地物对无在无线电通信中，地形和地物对无线电波的阻挡也是经常需要考虑的重要线电波的阻挡也是经常需要考虑的重要问题。问题。 对于卫星通信的地空传播电路，虽然对于卫星通信的地空传播电路，虽然地面地物的影响是不可避免的，但是，与地面地物的影响是不可避免的，但是，与地面通信相比较，卫星通信受地面覆盖物地面通信相比较，卫星通信受地面覆盖物的影响是比较小的。的影响是比较小的。（1）地面类型的划分）地面类型的划分 地面类型一般被分为陆地和水面两种类型地面类型一般被分为陆地和水面两种类型。 水面主

53、要包括湖泊和海洋。水面主要包括湖泊和海洋。 按地面的不规则度划分，按地面的不规则度划分，陆地地形的可分陆地地形的可分成成9类，如表类，如表2-3所示。所示。 地形不规则度（地形粗糙度）地形不规则度（地形粗糙度） 定义：从传播路径的一端沿电路方向从传播路径的一端沿电路方向10km范围内范围内10%与与90%地形高度的差，以地形高度的差，以m计。计。h序序 号号地地 形形 类类 型型 h（m）1水面及非常平坦地形水面及非常平坦地形052平坦地面平坦地面5103准平坦地面准平坦地面10204准丘陵地形准丘陵地形20405丘陵地形丘陵地形40806准山区地形准山区地形801507山区地形山区地形150

54、3008陡峭地区地形陡峭地区地形3007009特别陡峭山区地形特别陡峭山区地形700表表2-3陆地地形分类陆地地形分类 为了估算移动信道中信号电场强度中值为了估算移动信道中信号电场强度中值( (或传播损耗中值或传播损耗中值) )， 可将以上可将以上9 9类类陆地地形分为两大类，陆地地形分为两大类， 即即准平滑地形和不规则准平滑地形和不规则地形。地形。 （1）准平滑地形）准平滑地形 1-3 1-3类属于准平滑地形。类属于准平滑地形。（2）不规则地形）不规则地形 4-9类属于类属于“不规则地形不规则地形”。2.5.1 直射直射 通常直射波传播按理想的传播条件通常直射波传播按理想的传播条件来进行分析

55、，即假定天线周围为无限大来进行分析，即假定天线周围为无限大真空区，也称为自由空间。真空区，也称为自由空间。 （1）拥有均匀无损耗的无限大空间。）拥有均匀无损耗的无限大空间。 （2）各向同性的均匀介质。）各向同性的均匀介质。 （3）相对介电常数和相对磁导率恒为）相对介电常数和相对磁导率恒为1，即介电常数即介电常数 和磁导率和磁导率 分别等于真空分别等于真空的介电常数的介电常数 和真空的磁导率和真空的磁导率 。00电磁波在真空（自由空间）中的传播称为电磁波在真空（自由空间）中的传播称为自由空间传播自由空间传播。由于自由空间具有各向同性、电导率为零等特性，因此电由于自由空间具有各向同性、电导率为零等

56、特性，因此电波在自由空间里传播时，不存在反射、折射、绕射、散射波在自由空间里传播时，不存在反射、折射、绕射、散射以及吸收等现象，只存在因电磁场能量扩散而引起的以及吸收等现象，只存在因电磁场能量扩散而引起的传播传播损耗损耗。直射波传播可按自由空间传播来考虑。直射波传播可按自由空间传播来考虑。 把大气看成为近似真空的均匀介质，在大气中得传播把大气看成为近似真空的均匀介质，在大气中得传播就等效于自由空间传播，它就等效于自由空间传播，它只与频率只与频率f f和距离和距离d d有关。有关。当电波经过一段距离传播之后，辐射能量会扩散而引当电波经过一段距离传播之后，辐射能量会扩散而引起衰耗（也称衰减或损耗）

57、。自由空间的传播衰耗起衰耗（也称衰减或损耗）。自由空间的传播衰耗l lfsfs定义为：定义为： 24dlf式中，式中，是电磁波的波长，是电磁波的波长，d d是收发天线间距离是收发天线间距离直射波传播距离一般限于视距范围。在传直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。和微波通信就是利用直射波传播的。 限制直射波通信距离的主要因素是：地球表面限制直射波通信距离的主要因素是：地球表面弧度和山地、楼房等障碍物。弧度和山地、楼房等障碍物。自由空间自由空间传播损耗传播损耗自由空间自由空间传播损耗只与传播距离和工作

58、频率有关传播损耗只与传播距离和工作频率有关)(lg20)(lg2045.32)(MHzfkmddBLfs1大气折射大气折射 当电磁波从一种介质射入另当电磁波从一种介质射入另一种介质时，传播方向会发生变化，这就是折一种介质时，传播方向会发生变化，这就是折射现象，如图射现象，如图2-72-7所示。所示。 图中图中1是入射波与法线间的夹角，是入射波与法线间的夹角，称为入射角；称为入射角；2是折射波与法线间的夹是折射波与法线间的夹角，称为折射角。角，称为折射角。 包围地球的大气层从地面一直延伸到几千公里高度，包围地球的大气层从地面一直延伸到几千公里高度，从下到上可以分为对流层、平流层、电离层和磁层。当

59、一从下到上可以分为对流层、平流层、电离层和磁层。当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲， 弯曲弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dn/dh。这种由。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的折射。对电波的折射。 大气折射对电波传播的影响，在工大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用程上通常用“地球等效半径地球等效半径”来表征

60、，来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只是即认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径地球的实际半径R0（6.37106m）变成）变成了等效半径了等效半径Re，等效地球半径等效地球半径Re=8 500km。大气折射有利于超视距的传播，但在视线距大气折射有利于超视距的传播，但在视线距离内，因为由折射现象所产生的折射波会同离内，因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。 视线传播的极限距离可按图视线传播的极限距离可按图2-8进行进行分析。分析。极限极限:不考虑能量耗散不考虑能量耗散,单纯单纯从可视的几何角度考虑从可视的几何角度