第三讲无线电通信的电波传播特性111

1、1 第第三讲三讲 无线电通信的电波传播特性无线电通信的电波传播特性 目录内容目录内容无线电波及其波段无线电波及其波段1无线电传播方式无线电传播方式2无线电通信的信道无线电通信的信道3无线信道的传输特性无线信道的传输特性4陈德荣2一一.无线电波及其波段无线电波及其波段 无线电通信广泛应用于生产、生活、科学和军事等各无线电通信广泛应用于生产、生活、科学和军事等各个领域。个领域。 电报、电话、传真、数据传输、声音广播、电视、电报、电话、传真、数据传输、声音广播、电视、测速、定位、导航、遥控、遥测、遥感、卫星通信测速、定位、导航、遥控、遥测、遥感、卫星通信、气象探测、地球探测、安全保障、射电天文、空、

2、气象探测、地球探测、安全保障、射电天文、空间研究、空间操作间研究、空间操作 。3 无线电波及其波段无线电波及其波段 无线电通信无线电通信-利用利用无线电波无线电波传递人为的或自然的信息便传递人为的或自然的信息便是无线电通信。是无线电通信。 无线电波无线电波-依靠自由空间传播的频率从几赫兹到依靠自由空间传播的频率从几赫兹到3000GHz3000GHz范围内的范围内的电磁波电磁波。 电磁波电磁波-利用电能和磁能在空间相互转换而进行传播的利用电能和磁能在空间相互转换而进行传播的波。电磁波是一种物质。波。电磁波是一种物质。正弦波是电磁波的最基本波形。正弦波是电磁波的最基本波形。电磁波每秒传播的距离就是

3、它的传播速度。在自由空间内，电磁波每秒传播的距离就是它的传播速度。在自由空间内，无论电磁波波长是多少，它的传播速度都接近光速，大约无论电磁波波长是多少，它的传播速度都接近光速，大约为每秒为每秒3030万公里（万公里（3.03.010108 8米米/ /秒）。秒）。f = / =3.0108米米/秒秒 米米（赫兹）（赫兹）电磁波是一种物质电磁波是一种物质正弦波是电磁波的最基本波形正弦波是电磁波的最基本波形f = / =3.0108米米/秒秒 米米（赫兹）（赫兹）电磁波的传播速度：在自由空间内，无论电磁波波长是多少，电磁波的传播速度：在自由空间内，无论电磁波波长是多少，它的传播速度都接近光速，大约

4、为每秒它的传播速度都接近光速，大约为每秒3030万公里（万公里（3.03.010108 8米米/ /秒）秒）电磁波电磁波-利用电能和磁能在空间相互转换而进行传播的波利用电能和磁能在空间相互转换而进行传播的波无线电波无线电波-自由空间传播，频率在几自由空间传播，频率在几HzHz到到3000GHz3000GHz范围的范围的电磁波电磁波无线电通信无线电通信-利用利用无线电波无线电波传递所需的信息便是无线电通信传递所需的信息便是无线电通信456 无线电波频率从几十赫兹到无线电波频率从几十赫兹到 3 000 GHZ3 000 GHZ频谱范围内的电磁波。频谱范围内的电磁波。无线电波传播：发射天线或自然辐射

5、源所辐射的无线电波，在无线电波传播：发射天线或自然辐射源所辐射的无线电波，在媒质（如地表、地球大气层或宇宙空间等）中的传播过程。媒质（如地表、地球大气层或宇宙空间等）中的传播过程。（l l）地波传播（表面波传播）无线电波沿着地球表面的传播）地波传播（表面波传播）无线电波沿着地球表面的传播应用范围：主要用于低频及甚低频远距离无线电导航、标准频应用范围：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的广播、对潜通信等业务。率和时间信号的广播、对潜通信等业务。主要的传播特点：主要的传播特点：1 1）传输损耗小，作用距离远；）传输损耗小，作用距离远；2 2）受电离层扰动影响小，传播情况稳定；

6、）受电离层扰动影响小，传播情况稳定；3 3）有较强的穿透海水及土壤的能力；）有较强的穿透海水及土壤的能力；4 4）但大气噪声电平高，工作频带窄。）但大气噪声电平高，工作频带窄。二二. .无线电传播方式无线电传播方式7 （2 2）视距传播）视距传播( (直射波传播直射波传播) ) 当收、发天线架设高度较高（远大于波长），电波直接从发射当收、发天线架设高度较高（远大于波长），电波直接从发射天线传播至接收点（有时有反射波到达）天线传播至接收点（有时有反射波到达） 应用范围：主要用于微波中继通信、甚高频和超高频广播应用范围：主要用于微波中继通信、甚高频和超高频广播、电视、雷达等业务。、电视、雷达等业务

7、。 主要传播特点：主要传播特点： 传播距离限于视线距离以内，一般为传播距离限于视线距离以内，一般为 10 1050 km50 km； 频率愈高受地形地物影响愈大；频率愈高受地形地物影响愈大； 微波衰落现象严重；微波衰落现象严重； 10 GHZ10 GHZ以上电波，大气吸收及雨衰减严重。以上电波，大气吸收及雨衰减严重。8(3)(3)天波传播天波传播( (电离层反射传播电离层反射传播) )主要应用主要应用： 用于中、短波远距离广播、通信，船岸间航海移动通用于中、短波远距离广播、通信，船岸间航海移动通信，飞机地面间航空移动通信等业务。信，飞机地面间航空移动通信等业务。主要传播特点主要传播特点： 传播

8、损耗小，能以较小功率进行远距离传播；传播损耗小，能以较小功率进行远距离传播； 衰落现象严重；衰落现象严重； 短波传播受电离层扰动影响大。短波传播受电离层扰动影响大。9(4) (4) 散射传播散射传播 ；利用对流层中介质的不均匀性对电波的散；利用对流层中介质的不均匀性对电波的散射作用，实现超视距传播，常用频段为射作用，实现超视距传播，常用频段为 200 MHZ 200 MHZ5 GHZ5 GHZ。传播特点传播特点: : 由于散射波相当微弱，传输损耗大，需使用大功率发射机由于散射波相当微弱，传输损耗大，需使用大功率发射机、高灵敏度接收机及高增益天线等设备。、高灵敏度接收机及高增益天线等设备。 但单

9、跳跨距可达但单跳跨距可达 3 0 0 3 0 0 8 0 0 km 8 0 0 km，特别适用于无法，特别适用于无法建立微波中继站的地区，例如海岛之间或需跨越湖泊、沙建立微波中继站的地区，例如海岛之间或需跨越湖泊、沙漠、雪山等的地区。漠、雪山等的地区。(5) (5) 外层空间传播外层空间传播( (外大气层及行星际空间电波传播外大气层及行星际空间电波传播) )； 电电波传播的空间主要是在外大气层或行星际空间，并且是以波传播的空间主要是在外大气层或行星际空间，并且是以宇宙飞船、人造地球卫星或星体为对象在地一空或空一宇宙飞船、人造地球卫星或星体为对象在地一空或空一空之间传播。主要应用：卫星通信、宇宙

10、通信及无线电探空之间传播。主要应用：卫星通信、宇宙通信及无线电探测、遥控等业务。测、遥控等业务。 传播的主要特点：传播的主要特点： 因距离远，自由空间传输损耗大因距离远，自由空间传输损耗大 在地一空电路中要受对流层、电离层、地球磁场以及来自在地一空电路中要受对流层、电离层、地球磁场以及来自宇宙空间的各种辐射波和高速离子的影响，例如宇宙空间的各种辐射波和高速离子的影响，例如 10 GHZ 10 GHZ以上的电波大气吸收和降雨衰减严重。以上的电波大气吸收和降雨衰减严重。10 地面波传播地面波传播-无线电波无线电波沿地球表面沿地球表面的传播方式。又称绕射传的传播方式。又称绕射传播或地表面波传播。播或

11、地表面波传播。 因地面的电特性受天气、气象的影响较小，故传播的信号较因地面的电特性受天气、气象的影响较小，故传播的信号较稳定。稳定。 大地吸收和地面绕射损耗随电磁波频率的升高而急剧增加。大地吸收和地面绕射损耗随电磁波频率的升高而急剧增加。 地（水）下电波传播地（水）下电波传播-无线电波在地（水）下传播的方式。无线电波在地（水）下传播的方式。 传播损耗随电磁波频率的升高而急剧增大。任何波段的电波传播损耗随电磁波频率的升高而急剧增大。任何波段的电波，要在土壤中传播几十公里的距离都是不可能的。，要在土壤中传播几十公里的距离都是不可能的。 对流层电波传播对流层电波传播-无线电波在对流层中传播的方式。无

12、线电波在对流层中传播的方式。 视距传播、散射传播、绕射传播视距传播、散射传播、绕射传播11 地面视距传播定义地面视距传播定义 地面微波通信属于视距传播。地面微波通信属于视距传播。 视距传播的主要特点是收发天线都在视距范围内。视距传播的主要特点是收发天线都在视距范围内。 视距传播要考虑大气效应和地面效应。视距传播要考虑大气效应和地面效应。 视距和天线高度的关系由于地球是一个曲面，天线高度视距和天线高度的关系由于地球是一个曲面，天线高度h h1 1、h h2 2和视距和视距d d之间存在以下关系：之间存在以下关系： 其中其中h h1 1、h h2 2的单位是的单位是m m，d d的单位是的单位是k

13、mkm。 说明：此公式没有考虑大气及地面对传播的影响，所以只说明：此公式没有考虑大气及地面对传播的影响，所以只能用作大致的估计。能用作大致的估计。)2(57. 31hhd12三三. 无线电传播方式无线电传播方式 电离层电波传播电离层电波传播-无线电波经电离层反射或散射后返回地面无线电波经电离层反射或散射后返回地面到达接收点的传播方式。到达接收点的传播方式。 电离层反射传播：长波电离层反射传播：长波D D层反射、中波层反射、中波E E层反射、短波层反射、短波F F层反射层反射。 电离层散射传播（超短波）电离层中不均匀体的散射传播。电离层散射传播（超短波）电离层中不均匀体的散射传播。 地面地面电离

14、层波导电波传播：无线电波在电离层的下边缘和地电离层波导电波传播：无线电波在电离层的下边缘和地面所构成的同心球壳形的波导内反射传播。面所构成的同心球壳形的波导内反射传播。 磁层电波传播：无线电波可以沿地球磁场的磁力线穿出电离层磁层电波传播：无线电波可以沿地球磁场的磁力线穿出电离层传播。传播。 星际空间电波传播：无线电波在大气层以外的宇宙空间传播。星际空间电波传播：无线电波在大气层以外的宇宙空间传播。地波传播地波传播视距传播视距传播天波传播天波传播星际空间电波传播星际空间电波传播1314TransmitterReceiverEarth Sky waveGround wave对流层对流层(0 - 1

15、2 km)同温层同温层(12 - 50 km)中间层中间层(50 - 80 km)电离层电离层 (80 - 720 km)14无线电波的传播方式无线电波的传播方式 无线电波从发射台的天线上发射出来，通过如图无线电波从发射台的天线上发射出来，通过如图1 1所所示的三种途径传播出去：直接传播到接收天线上的无线示的三种途径传播出去：直接传播到接收天线上的无线电波，叫做直接辐射波。通过地面反射后传播到接收天电波，叫做直接辐射波。通过地面反射后传播到接收天线上，称为地面反射波。由天空的线上，称为地面反射波。由天空的“电离层电离层”反射回来反射回来到达接收天线，叫天波。到达接收天线，叫天波。 直接辐射波和

16、地面反射波合起来称为地波。地波在传直接辐射波和地面反射波合起来称为地波。地波在传播的过程中，受到地面吸收损耗的影响，其强度随着距离播的过程中，受到地面吸收损耗的影响，其强度随着距离的增加而逐渐减弱。频率越高（即波长越短）损耗越大，的增加而逐渐减弱。频率越高（即波长越短）损耗越大，衰减也越快。衰减也越快。图11516发射台天线发射台天线地面发射波地面发射波直接波天波天波电离层电离层大大 地地+=地波地波什么是电离层什么是电离层 在离地球表面在离地球表面7070到到300300公里的高空，存在着一个天然公里的高空，存在着一个天然的的“反射层反射层”。这里空气稀薄，气体分子被太阳辐射的紫。这里空气稀

17、薄，气体分子被太阳辐射的紫外线和外线和X X射线电离，形成自由电子和离子，它们像云层一射线电离，形成自由电子和离子，它们像云层一样笼罩着大地，这就是样笼罩着大地，这就是“电离层电离层”。 电离层还可以分开成几层，图电离层还可以分开成几层，图2 2是电离层的分层情况，是电离层的分层情况，自下而上称为自下而上称为D D层、层、E E层、层、F F层。层。F F层在白天又可分为层在白天又可分为F1F1、F2F2两层。在夜晚，两层。在夜晚，D D层消失，层消失，E E层的密度也降低，而层的密度也降低，而F1F1和和F2F2层层合并成合并成F F层。层。F2F2层电子密度最大，层电子密度最大，F1F1层

18、、层、E E层、层、D D层电子密层电子密度依此减小。度依此减小。1718F层层大 地白白 天天晚晚 上上F层（层（F2） （F1）E层层D层层E层层300km200km夜间密度降低100km 70km图图2 2 电离层的分层情况电离层的分层情况图3 各波段范围内的无线电波受电离层的影响也不一样，各波段范围内的无线电波受电离层的影响也不一样，见图见图3 3。长波段无线电波到达。长波段无线电波到达D D层就被反射回来；中波到达层就被反射回来；中波到达E E层就会被反射回来；而短波无线电波可以穿过层就会被反射回来；而短波无线电波可以穿过D D层、层、E E层，层，然后由然后由F F层反射回来。层反

19、射回来。 中波（中波（MFMF）的传播）的传播 波长从波长从10001000米到米到100100米（频率米（频率300300- -30003000千赫）的无线千赫）的无线电波称为中波。中波波段是国内广播用的主要波段。在白电波称为中波。中波波段是国内广播用的主要波段。在白天，由于电离层天，由于电离层D D层的强烈吸收作用，中波经过层的强烈吸收作用，中波经过D D层时损耗层时损耗很大，不可能由电离层反射传播而主要靠地波传播。到了很大，不可能由电离层反射传播而主要靠地波传播。到了晚上晚上D D层消失，中波可以经由层消失，中波可以经由E E层反射传播到比较远些的地层反射传播到比较远些的地方去。所以晚上

20、可以收听到远处外地的中波广播电台，而方去。所以晚上可以收听到远处外地的中波广播电台，而白天只能收听到本地或邻近省市的广播电台。白天只能收听到本地或邻近省市的广播电台。1920大大 地地E层F层D层VHF UHFHF MFLF图图3 3图图4 4 无线电波反射无线电波反射 所以晚上可以收听到所以晚上可以收听到远处外地的中波广播电台，远处外地的中波广播电台，而白天只能收听到本地或而白天只能收听到本地或邻近省市的广播电台。邻近省市的广播电台。短波（短波（HFHF）的传播）的传播 波长从波长从100100米到米到1010米（频率米（频率3 3- -3030兆赫）的兆赫）的无线电波称为短波。短无线电波称

21、为短波。短波碰到波碰到F F层就会被反射层就会被反射回来。回来。电离层电离层2122 信道影响的物理描述信道影响的物理描述直射直射反射反射绕射绕射散射散射移动移动形成多径效应及时延扩展形成多径效应及时延扩展使信号波形产生失真，使信号波形产生失真，场强产生衰落场强产生衰落形成时变效应及多普勒扩展形成时变效应及多普勒扩展使信道参数产生变化使信道参数产生变化23无线电传播方式无线电传播方式 直射：自由空间传播直射：自由空间传播 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面

22、。 绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。缘阻挡时，发生绕射。 散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。散射反射绕射直射24 多普勒频移多普勒频移u原因：移动提在原因：移动提在x x轴上以速度轴上以速度V V移动时会引起多

23、普勒（移动时会引起多普勒（DopplerDoppler）频率漂移）频率漂移 多普勒频移多普勒频移f fd d = / Cos = / Cos 移动速度、移动速度、波长、波长、入射波与移动台移动方向之间的入射波与移动台移动方向之间的夹角夹角u多普勒频移与移动台运动的方向有关、速度以及无线电波多普勒频移与移动台运动的方向有关、速度以及无线电波入射方向之间的夹角有关。入射方向之间的夹角有关。u若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接受若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接受信号、频率上升）；反之若移动台背向入射波方向，则多信号、频率上升）；反之若移动台背向入射波方向，则多普勒频移为

24、负（接受信号频率下降）普勒频移为负（接受信号频率下降）u信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽普勒扩散，因而增加了信号带宽25中波中波 频率频率f f：0.3 0.3 3 MHz 3 MHz 波长波长 ：1000 1000 100m 100m 主要沿地（海平面）绕射主要沿地（海平面）绕射 又称地波（又称地波（Ground WaveGround Wave）25短波短波频率频率f f：3 3 30 MHz30 MHz波长波长 ：100 100 10m10m 电离层反射为主电离层反射为主 又称天波（又称天波（S

25、ky WaveSky Wave）26超短波超短波 V V波段：波段： 频率频率f f ：30 30 300 MHz 300 MHz 波长波长 ：10 10 1m 1m U U波段：波段： 频率频率f f ：300 300 3000 MHz 3000 MHz 波长波长 ：1 1 0.1m 0.1m2627移动通信移动通信主要工作频段主要工作频段：1 1、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，VHFVHFUHFUHF为视距传播、且有一定的绕射能力（市区建为视距传播、且有一定的绕射能力（市区建筑物遮挡）。筑物遮挡）。2 2、天线尺寸：天线的几何尺寸与工作波

26、长、天线尺寸：天线的几何尺寸与工作波长要相近。要相近。/4/4天线：天线：900MHz900MHz为为8cm8cm（C/fC/f）3 3、抗干扰问题：、抗干扰问题：f f提高提高外界干扰下降外界干扰下降272828北京邮电大学培训中心 http:/28MHz10204060100200400600 10002000-100102030405060N=10log(Ta/To)超过超过KT0Bi的的dB数数310310231033104310531063107Ta/K0人为噪声的功率和频率的关系人为噪声的功率和频率的关系城市人为噪声郊区人为噪声银河噪声典型接收机内部噪声大气噪声太阳噪声f29超短波

27、传播的特点超短波传播的特点 主要传播方式由直线、绕射、反射、散射等构主要传播方式由直线、绕射、反射、散射等构成，因为受地形、建筑物、树木、移动车辆的影响成，因为受地形、建筑物、树木、移动车辆的影响较大，因此比较复杂，由三大部分的损耗和衰落组较大，因此比较复杂，由三大部分的损耗和衰落组成。成。2930 目录内容无线电波及其波段1无线电传播方式2无线电通信的信道3无线信道的传输特性431三三. .无线电通信的信道无线电通信的信道 信道信道-指传输信息的媒质或通道。仅指传输媒质而言的指传输信息的媒质或通道。仅指传输媒质而言的信道称为狭义信道。信道称为狭义信道。 性质性质-各种信道的共性。各种信道的共

28、性。 所有信道均具有输入端；所有信道均具有输入端； 所有信道均具有输出端；所有信道均具有输出端； 即使信道输入端无信号输入，在输出端也存在着噪声输出；即使信道输入端无信号输入，在输出端也存在着噪声输出； 信号在传输过程中均遭受衰减和延时，或其它影响；信号在传输过程中均遭受衰减和延时，或其它影响； 绝大多数信道是线性的，满足叠加原理。绝大多数信道是线性的，满足叠加原理。信道的定义信道的定义32 无线电通信的信道 理想无线信道？非理想无线信道？理想无线信道？非理想无线信道？理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间传播。理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间传播。 固定无线信道？移动无

29、线信道？固定无线信道？移动无线信道？ 视距无线信道？非视距无线信道？视距无线信道？非视距无线信道？视距，如：地面视距、卫星。视距，如：地面视距、卫星。非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。 有干扰无线信道？无干扰无线信道？有干扰无线信道？无干扰无线信道？干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、敌意干扰。敌意干扰。无线信道的分无线信道的分类类33 无线信道的指标无线信道的指标 传播衰减传播衰减衰减的衰减的平均值平均值衰减的最大值衰减的最大值衰减的统计特性衰减的统计特性 传播时延传播时延时

30、延的平均值时延的平均值时延的最大值时延的最大值时延的统计特性时延的统计特性 时延扩展时延扩展对信道色散效应的描述对信道色散效应的描述多普勒扩展多普勒扩展对信道时变效应的描述对信道时变效应的描述干扰干扰干扰的性质干扰的性质干扰的强度干扰的强度34无线信道的物理过程无线信道的物理过程散射体天线无线发地面障碍物绕射直射反射干扰散射移动热噪声无线收天线35 无线电通信的信道 信道的干扰信道的干扰 干扰机理干扰机理: :热噪声热噪声内干扰内干扰外干扰外干扰有意干扰有意干扰使信号波形产生污染，使信号波形产生污染，降低有效的信噪比降低有效的信噪比36四四.无线信道的传输特性无线信道的传输特性衰落类型衰落类型

31、 大尺度衰落大尺度衰落 传输损耗（自由空间的传播损耗）传输损耗（自由空间的传播损耗） 阴影衰落阴影衰落 小尺度衰落小尺度衰落 频率选择性衰落频率选择性衰落 时间选择性衰落时间选择性衰落 空间选择性衰落空间选择性衰落37两种衰落分析两种衰落分析 阴影效应阴影效应长期慢衰落（宏观中值变化）长期慢衰落（宏观中值变化） 多径传播多径传播短期快衰落（微观）短期快衰落（微观）3738移动无线传播面临的是随时变化的、复杂的环境。移动无线传播面临的是随时变化的、复杂的环境。 首先，传播环境十分复杂，传播机理多种多样。几乎包首先，传播环境十分复杂，传播机理多种多样。几乎包括了电波传播的所有过程括了电波传播的所有

32、过程 如：直射、绕射、反射、散射。如：直射、绕射、反射、散射。其次，由于用户台的移动性，传播参数随时变化，引起接收其次，由于用户台的移动性，传播参数随时变化，引起接收场强的场强的 快速波动。快速波动。为此，提出大尺度传播模型和小尺度传播模型为此，提出大尺度传播模型和小尺度传播模型大尺度衰落：大范围移动引起的平均衰落大尺度衰落：大范围移动引起的平均衰落小尺度衰落：位置微小变化引起的短时衰落小尺度衰落：位置微小变化引起的短时衰落 信道衰落特性与位置、频率、移动速度等因素有密切关系信道衰落特性与位置、频率、移动速度等因素有密切关系多传播路径导致多传播路径导致频率选择性衰落频率选择性衰落 相对移动导致

33、衰落呈时变特性相对移动导致衰落呈时变特性3839 信道衰落的分类信道衰落的分类 平坦衰落与频率选择性衰落（静态特性）平坦衰落与频率选择性衰落（静态特性） 平坦衰落：信平坦衰落：信道相关带宽道相关带宽 信号带宽信号带宽 频率选择性衰落：信道相关带宽频率选择性衰落：信道相关带宽 码元速率码元速率 慢衰落：信道衰落率慢衰落：信道衰落率 码码元速率元速率 衰落信道分类衰落信道分类 大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落 对距离的对距离的 平均衰落平均衰落 变化的变化的 平均衰落平均衰落 信号的信号的 时延扩展时延扩展 信道的信道的 时变性时变性 频率选择性衰落频率选择性衰落; ;平坦衰落平坦衰落,

34、,快衰落快衰落, , 慢衰落慢衰落 3940衰落信道的分类衰落信道的分类 基于多径时延扩散基于多径时延扩散 平衰落平衰落1.1.信号带宽信号带宽 相干带宽相干带宽2.2.时延扩散时延扩散 相干带宽相干带宽2.2.时延扩散时延扩散 符号周期符号周期4041基于多普勒扩散基于多普勒扩散快衰落快衰落1.1.多普勒频移大多普勒频移大2.2.相干时间相干时间 符号周期符号周期3.3.信道变化慢于基带信号的变化信道变化慢于基带信号的变化4142、阴影衰落传播的基本特性阴影衰落传播的基本特性 定义：阴影衰落是长期衰落（大尺度衰落）。定义：阴影衰落是长期衰落（大尺度衰落）。 是移动无线通信信道传播环境中的地形

35、起伏、建筑物是移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影及其他障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应。效应。 阴影衰落的信号电平起伏是相对缓慢的，又称慢衰落。阴影衰落的信号电平起伏是相对缓慢的，又称慢衰落。4243特点：特点： 衰落和无线电传播地形和地物的分布、高度有关。衰落和无线电传播地形和地物的分布、高度有关。 慢衰落慢衰落 满足高斯分布（正态分布）满足高斯分布（正态分布）4344. .多径衰落的基本特性多径衰落的基本特性 移动无线信道是弥散信道。移动无线信道是弥散信道。 电波通过移动无线信道后，信电波通过移动无线信道后，信号在

36、时域上或在频域上都会产生弥散，使本来分开的波形资号在时域上或在频域上都会产生弥散，使本来分开的波形资时间上或在频谱上产生交叠，产生衰落失真。时间上或在频谱上产生交叠，产生衰落失真。 快衰落满足瑞利分布快衰落满足瑞利分布 多径效应在时域上引起信号的时延扩展。多径效应在时域上引起信号的时延扩展。 多普勒效应在频率上引起频谱扩展。多普勒效应在频率上引起频谱扩展。4445四四.无线信道的传输特性无线信道的传输特性（1 1）大尺度衰落）大尺度衰落 自由空间传输损耗自由空间传输损耗L Lbfbf：假设球面电波在自由空间内传：假设球面电波在自由空间内传播，随着传播距离的增加，能量自然扩散所引起的。播，随着传

37、播距离的增加，能量自然扩散所引起的。自由空间传输损耗自由空间传输损耗L Lbfbf接收机馈馈线线PrGr发射机馈馈线线PtGt总传输损耗总传输损耗L L系统传输损耗Ls无方向性天线无方向性天线基本传输损耗Lb46 大尺度衰落大尺度衰落 阴影衰落：由于电波传播路径上会遇到建筑物和树木等阴影衰落：由于电波传播路径上会遇到建筑物和树木等障碍物阻挡，在阻挡后面，会形成电波的阴影区，阴影区障碍物阻挡，在阻挡后面，会形成电波的阴影区，阴影区的信号场强较弱，当移动台穿过阴影区时，就会造成接收的信号场强较弱，当移动台穿过阴影区时，就会造成接收信号场强中值的缓慢变化，这种现象称为阴影效应。信号场强中值的缓慢变化

38、，这种现象称为阴影效应。 移动台在运动中通过不同障碍物的阴影区时，就构移动台在运动中通过不同障碍物的阴影区时，就构成接收天线处场强中值的变化，从而引起的衰落为阴影衰成接收天线处场强中值的变化，从而引起的衰落为阴影衰落（亦称慢衰落）。落（亦称慢衰落）。 特点：与传播地形和地物分布以及建筑物高度有关特点：与传播地形和地物分布以及建筑物高度有关47（2 2）小尺度衰落）小尺度衰落u 多径效应多径效应-移动台天线接收的信号不是来自单一路径移动台天线接收的信号不是来自单一路径，而是来自许多路径的众多反射波的合成，这种现象称作，而是来自许多路径的众多反射波的合成，这种现象称作多径效应。多径效应。u 多普勒

39、效应多普勒效应u 时间选择性衰落时间选择性衰落-是指快速移动在频域上产生多普勒是指快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散，信道成为时变信道。效应而引起频率扩散，信道成为时变信道。u 空间选择性衰落空间选择性衰落-是指不同的地点、不同的传输路径是指不同的地点、不同的传输路径衰落特性不一样，它是由于开放型的时变信道使天线的点衰落特性不一样，它是由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起了空间选择性衰落。波束产生了扩散而引起了空间选择性衰落。u 频率选择性扩散频率选择性扩散-是指不同的频率衰落特性不一样，是指不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散，信道在时域的时延扩散而引起了在频域的引

40、起时延扩散，信道在时域的时延扩散而引起了在频域的选择性衰落。选择性衰落。48（3 3）多径衰落）多径衰落-由于电波通过各个路径的距离不同，各条由于电波通过各个路径的距离不同，各条路径来的反射波到达时间不同、相位也不同，在接收端不路径来的反射波到达时间不同、相位也不同，在接收端不同相位的多个信号的叠加，接收信号幅度急剧变化产生多同相位的多个信号的叠加，接收信号幅度急剧变化产生多径衰落。径衰落。49 小尺度衰落小尺度衰落 快衰落快衰落-瞬时信号幅度在短期内的起伏。瞬时信号幅度在短期内的起伏。 慢衰落慢衰落-短期信号电平中值在长期内的起伏。短期信号电平中值在长期内的起伏。 快衰落和慢衰落不是两个独立

41、的衰落，快衰落反映的快衰落和慢衰落不是两个独立的衰落，快衰落反映的是瞬时值，慢衰落反映的是瞬时值加权后的中值。是瞬时值，慢衰落反映的是瞬时值加权后的中值。 小范围衰落是多径传播和多普勒频移两者作用的结果。由小范围衰落是多径传播和多普勒频移两者作用的结果。由于被发送信号在遇到信箱、树木和正在移动的车辆时导致于被发送信号在遇到信箱、树木和正在移动的车辆时导致反射、衍射和局部散射，而通过不同的路径到达接收机，反射、衍射和局部散射，而通过不同的路径到达接收机，所以会发生多径衰落。所以会发生多径衰落。50 （4 4）噪声）噪声自然噪声自然噪声-自然界存在的各种电磁源。自然界存在的各种电磁源。 大气噪声大

42、气噪声-称天电干扰，源于雷电辐射。称天电干扰，源于雷电辐射。 对流层噪声对流层噪声-大气中的氧分子和水汽分子吸收电磁波能大气中的氧分子和水汽分子吸收电磁波能量后再发射。量后再发射。 电离层噪声电离层噪声-电离层温度不是绝对零度，有吸收作用，电离层温度不是绝对零度，有吸收作用，所以会产生噪声。所以会产生噪声。 地面噪声地面噪声-地球与其它星体一样，总是处于既吸收能量地球与其它星体一样，总是处于既吸收能量又辐射能量的状态中。又辐射能量的状态中。 宇宙噪声宇宙噪声-宇宙间的射电源所辐射的电磁波传到地面形宇宙间的射电源所辐射的电磁波传到地面形成噪声。成噪声。人为噪声人为噪声 通信电子干扰通信电子干扰

43、电力干扰电力干扰 工业电气干扰工业电气干扰 工业点火系统工业点火系统干扰干扰51 （5 5）均衡、分集和信道编码）均衡、分集和信道编码 1 1）. .均衡：对移动信道特性进行均衡，矫正信道传输函均衡：对移动信道特性进行均衡，矫正信道传输函数，使其满足无失真传输条件。数，使其满足无失真传输条件。 频域均衡：校正幅频特性和群延时，模拟通信频域均衡：校正幅频特性和群延时，模拟通信 时域均衡：使冲击响应无码间串扰，数字通信时域均衡：使冲击响应无码间串扰，数字通信 作用：利用信道均衡器使总得脉冲响应函数接近理作用：利用信道均衡器使总得脉冲响应函数接近理想状态，消除非理想信道引起的码间串扰。想状态，消除非

44、理想信道引起的码间串扰。 实现方法：横向滤波器，调节加权系数，使其它时刻的实现方法：横向滤波器，调节加权系数，使其它时刻的信号在分析时刻为零信号在分析时刻为零 均衡准则：均衡准则： 最小峰值失真准则，使干扰的峰值最小最小峰值失真准则，使干扰的峰值最小 最小均方误差准则，最小均方误差准则，估估值的误差均值的误差均方方值最小值最小52 2 2）. .分集：多路不相关的衰落路径传送相同的分集：多路不相关的衰落路径传送相同的信号并合并。对抗多径信道造成的衰落和延时信号并合并。对抗多径信道造成的衰落和延时串扰。串扰。空间分集技术：用空间分集技术：用2 2个以上的天线收同一信号个以上的天线收同一信号频率分

45、集技术：用频率分集技术：用2 2个以上的载波频率传输个以上的载波频率传输时间分集技术：在不同时间接收同一个信号时间分集技术：在不同时间接收同一个信号极化分集：接收垂直和水平极化信号极化分集：接收垂直和水平极化信号53 电磁辐射的电波传播复习题电磁辐射的电波传播复习题 1. 1. 什么是电磁波？什么是电磁波？ 周期性变化的电场在其临近的区域要产生周期性变化的磁周期性变化的电场在其临近的区域要产生周期性变化的磁场，同样这些周期性变化的磁场又在其临近的区域产生周场，同样这些周期性变化的磁场又在其临近的区域产生周期性变化的电场。如此变化的电场与磁场的交替产生，由期性变化的电场。如此变化的电场与磁场的交

46、替产生，由近及远向周围传播，就像水池中的水波纹一样表现出波的近及远向周围传播，就像水池中的水波纹一样表现出波的特性，这就是电磁波。电磁波是我们肉眼看不见、耳朵听特性，这就是电磁波。电磁波是我们肉眼看不见、耳朵听不到，但的确存在，它可以通过仪器监测到。不到，但的确存在，它可以通过仪器监测到。 电磁波的两相邻波峰之间的距离称为波长，单位时间内通电磁波的两相邻波峰之间的距离称为波长，单位时间内通过某一点的波峰数就称为频率。电磁波在自由空间的传播过某一点的波峰数就称为频率。电磁波在自由空间的传播速度速度, , 它等于光速为它等于光速为3 310108 8m/sm/s，电磁波的能量在传播过，电磁波的能量

47、在传播过程中，随着距离增大，逐渐向外发散和衰减。程中，随着距离增大，逐渐向外发散和衰减。 不同波长的电磁波对应不同的频率和能量。依照波长的长不同波长的电磁波对应不同的频率和能量。依照波长的长短以及波源的不同，电磁波谱可大致分为：无线电波、微短以及波源的不同，电磁波谱可大致分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、波、红外线、可见光、紫外线、X X射线和射线和射线，在人们射线，在人们日常生活中电磁波无处不在。日常生活中电磁波无处不在。542. 2. 电磁波来自哪里？电磁波来自哪里？ 电磁波从来源上讲，可以分为两种类型：一是自然界产生电磁波从来源上讲，可以分为两种类型：一是自然界产生的电磁波；

48、二是人工产生的电磁波。的电磁波；二是人工产生的电磁波。 地球本身就是一个大磁场，自然界中的雷电、紫外线照射地球本身就是一个大磁场，自然界中的雷电、紫外线照射、地磁引力、地热，以及其它星球从外层空间产生电磁波、地磁引力、地热，以及其它星球从外层空间产生电磁波，这类电磁波称为自然电磁波，其产生的电磁辐射对人体，这类电磁波称为自然电磁波，其产生的电磁辐射对人体没有多大的危害。人类利用电磁波工作的设施会向环境中没有多大的危害。人类利用电磁波工作的设施会向环境中发射电磁波，称为人工电磁波。让我们来看看生活环境中发射电磁波，称为人工电磁波。让我们来看看生活环境中有哪些设备会产生电磁波：（有哪些设备会产生电

49、磁波：（1 1）通信设备）通信设备广播电视台广播电视台、雷达站、基站、微波站、雷达站、基站、微波站、WLANWLAN和手机等；（和手机等；（2 2）家用电）家用电器器电视、电冰箱、空调、微波炉、电热毯、吸尘器、剃电视、电冰箱、空调、微波炉、电热毯、吸尘器、剃须刀、电吹风等；（须刀、电吹风等；（3 3）办公设备：电脑、复印机、电子）办公设备：电脑、复印机、电子仪器等；（仪器等；（4 4）工业科研医疗设备；（）工业科研医疗设备；（5 5）电力设备：高压）电力设备：高压线、变电站；（线、变电站；（6 6）电气化铁道。）电气化铁道。 几乎人们使用的每一件电子设备都会产生电磁波，这些设几乎人们使用的每一

50、件电子设备都会产生电磁波，这些设备产生的电磁波具有不同的频率和强度，但在标准限值范备产生的电磁波具有不同的频率和强度，但在标准限值范围内，通常不会对人身体健康造成危害。围内，通常不会对人身体健康造成危害。553. 3. 什么是电磁辐射？什么是电磁辐射？ 电磁辐射的定义：是能量以电磁波的电磁辐射的定义：是能量以电磁波的形式在空间传播的现象。电磁辐射在人们形式在空间传播的现象。电磁辐射在人们日常生活中普遍存在，例如：广播电视塔日常生活中普遍存在，例如：广播电视塔在发射信号用于通信的过程中，会在周围在发射信号用于通信的过程中，会在周围产生电磁波，形成电磁辐射。但在绝大多产生电磁波，形成电磁辐射。但在

51、绝大多数情况下并不可怕，当电磁辐射能量被控数情况下并不可怕，当电磁辐射能量被控制在一定限度内时，它对人体、有机体及制在一定限度内时，它对人体、有机体及其他生物体是无害的。我们所关心的电磁其他生物体是无害的。我们所关心的电磁辐射主要是指人工产生的电磁辐射，这种辐射主要是指人工产生的电磁辐射，这种电磁辐射过量可能会对环境或人体健康产电磁辐射过量可能会对环境或人体健康产生影响。生影响。56 4 4. . 电磁辐射对人体健康有什么影响？电磁辐射对人体健康有什么影响？电磁辐射对人体影响主要分为：热效应、非热效应和累积效应。电磁辐射对人体影响主要分为：热效应、非热效应和累积效应。（1 1）热效应：所谓热效

52、应是指电磁波照射到生物中，使生物体的温）热效应：所谓热效应是指电磁波照射到生物中，使生物体的温度升高从而促进细胞的代谢水平，并由此引起生物体的各种生理和病度升高从而促进细胞的代谢水平，并由此引起生物体的各种生理和病理变化过程。人体理变化过程。人体70%70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。国内外研究证实，电磁辐射对人体的作用主要是热效应，危害主要出国内外研究证实，电磁辐射对人体的作用主要是热效应，危害主要出现在射频电磁场。当射频电磁场的场强达到一定值时，才

53、能对人体发现在射频电磁场。当射频电磁场的场强达到一定值时，才能对人体发生作用。在射频作用下，人体吸收电磁辐射能后，其能量便转化为热生作用。在射频作用下，人体吸收电磁辐射能后，其能量便转化为热能。只有当超过体温调节能力时，使温度平衡功能失调，引起体温升能。只有当超过体温调节能力时，使温度平衡功能失调，引起体温升高，因而产生生理功能紊乱与病理变化等生物效应。高，因而产生生理功能紊乱与病理变化等生物效应。（2 2）非热效应：非热效应是指电磁场通过热效应以外的方式来改变）非热效应：非热效应是指电磁场通过热效应以外的方式来改变生物体生理、生化过程效应。人体的器官和组织被低强度电磁波辐射生物体生理、生化过

54、程效应。人体的器官和组织被低强度电磁波辐射后体温并未明显升高，但可能会影响了人体固有的微弱电磁场，使血后体温并未明显升高，但可能会影响了人体固有的微弱电磁场，使血液、淋巴液和细胞原生质发生变化。（液、淋巴液和细胞原生质发生变化。（3 3）累积效应：热效应和非热）累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前（通常所效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前（通常所说的人体承受力说的人体承受力内抗力），再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度内抗力），再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态。就会发生累积，久之会成为永久性病态。电磁辐射

55、对人体的影响并不可拍，当电磁辐射能量被控制在一定程度电磁辐射对人体的影响并不可拍，当电磁辐射能量被控制在一定程度，它对人体不会产生危害。就像阳光对人体影响一样，烈日暴晒会灼，它对人体不会产生危害。就像阳光对人体影响一样，烈日暴晒会灼伤皮肤，人们对电磁辐射的承受力也有一个伤皮肤，人们对电磁辐射的承受力也有一个“度度”的问题，这个度就是的问题，这个度就是国家颁布的电磁辐射标准限值。国家颁布的电磁辐射标准限值。57移动通信的定义与分类移动通信的定义与分类一、移动通信的定义一、移动通信的定义 移动通信涉及的范围很广，凡是固定点与移动体，移动通信涉及的范围很广，凡是固定点与移动体，或是移动体之间通过无线

56、电波进行实时地直接的通信联或是移动体之间通过无线电波进行实时地直接的通信联系，都属于移动通信范畴。系，都属于移动通信范畴。二、移动通信的分类二、移动通信的分类 1 1、按使用环境分类、按使用环境分类 （1 1）陆地移动通信）陆地移动通信 （2 2）海上移动通信）海上移动通信 （3 3）航空移动通信）航空移动通信 （4 4）特殊使用环境）特殊使用环境 地下隧道、矿井、水下潜艇、和太空船等地下隧道、矿井、水下潜艇、和太空船等5757 移动通信概述移动通信概述58 2 2、按服务对象分类、按服务对象分类 （1 1）公用移动通信：面向社会各阶层人士）公用移动通信：面向社会各阶层人士 （2 2）专用移动

57、通信：为了保证某些特殊部门的通信所建）专用移动通信：为了保证某些特殊部门的通信所建立的通信系统立的通信系统 3 3、按移动通信设备分类、按移动通信设备分类 （1 1）公用网）公用网; ;蜂窝状移动电话、公用无绳电话、蜂窝状移动电话、公用无绳电话、 无线寻无线寻呼、移动卫星通信、移动数据通信呼、移动卫星通信、移动数据通信 （2 2）专用网）专用网; ;专用调度电话：单信道、多信道的自动拨专用调度电话：单信道、多信道的自动拨号移动话系号移动话系, ,集群调度电话：将各个部门所需的调度业务集群调度电话：将各个部门所需的调度业务进行统一的规划建设，集中管理。进行统一的规划建设，集中管理。5858对象对

58、象业务业务环境环境信号信号区域区域无线通信分类无线通信分类电话网电话网数据网数据网综合业务网综合业务网方式方式多址多址专用、公用专用、公用军用、民用军用、民用大区、中区、小区大区、中区、小区模拟模拟数字数字双工双工/单工单工半双工半双工中继中继TDMA FDMA CDMA OFDMA陆地、海上、航空陆地、海上、航空移动通信的分类移动通信的分类 按使用对象：民用、军用；按使用对象：民用、军用； 按使用环境：陆地、海上、空中；按使用环境：陆地、海上、空中； 按多址方式：按多址方式：FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA； 按覆盖范围：宽域网、局域网；按覆盖范围：宽域网、局域网； 按业

59、务类型：电话网、数据网、综合业务网；按业务类型：电话网、数据网、综合业务网； 按工作方式：同频单工、双频单工、双频双工、半双工；按工作方式：同频单工、双频单工、双频双工、半双工； 按服务范围：专用网、公用网；按服务范围：专用网、公用网； 按信号形式：模拟网、数字网；按信号形式：模拟网、数字网； 60三、三、移动通信移动通信工作方式工作方式按通话状态分类：按通话状态分类：1 1、单工、单工 2 2、半双工、半双工 3 3、双工、双工 4 4 、准双工、准双工1 1、单工：收、发交替、单工：收、发交替 单频单工：收发用一个频率单频单工：收发用一个频率 双频单工：收发各用一个频率双频单工：收发各用一

60、个频率2 2、半双工：一方双工，另一方单工、半双工：一方双工，另一方单工 例如：调度车载台例如：调度车载台 调度（双工）调度（双工） 车载台（单工）车载台（单工）3 3、双工：收发同时工作，必须双频。（最复杂）、双工：收发同时工作，必须双频。（最复杂） 准双工：接收机总工作，发射机只在工作时才工作。准双工：接收机总工作，发射机只在工作时才工作。61上行/下行频率上行/下行时间保护间隔下行上行下行时间频率下行上行双工滤波器保护带v 用时间来分离接收和发送用时间来分离接收和发送信道，时间资源在两个方信道，时间资源在两个方向上进行分配，基站和移向上进行分配，基站和移动台之间须协同一致才能动台之间须协